Самодельный усилитель для домашних колонок

Собираем собственный аудио усилитель профессионального уровня не (очень) дорого

Получаем потрясающий стереозвук на основе платы 3e Audio Д-класса

Перевод статьи с сайта IEEE Spectrum, автор – Гленн Зорпет

Несколько лет назад я решил узнать, насколько дёшево можно сделать самому усилитель Д-класса аудиофильского качества. Тогда у меня получилось $523,43. Я смастерил достойный усилок, и статья на IEEE Spectrum всё ещё привлекает читателей и периодические вопросы о том, где можно достать запчасти.

Сожалею, но основные компоненты уже давно исчезли. Поэтому я направлял всех страждущих к наборам от Class D Audio, DIY Class D и Ghent Audio. И пару месяцев назад мне вдруг захотелось проверить, насколько лучше у меня получится сделать усилок сейчас, почти десять лет спустя. Часть мотивации возникла из-за ежегодных списков лучших стерео усилителей с сайта The Master Switch. В списке доминируют усилители стоимостью от $1000 (и десять из них стоят более $2000).

Модные аудио прибамбасы – моя слабость. Но давайте уже отложим в сторону чековую книжку и достанем паяльник. Если вы обладаете базовыми навыками пайки и работы с инструментами – сможете просверлить отверстия в алюминиевом листе? – вы может сделать высококачественное оборудование гораздо дешевле.

Вкратце, усилитель Д-класса работает, преобразуя аналоговый сигнал в переменную последовательность квадратных импульсов фиксированной амплитуды. Эти импульсы включают и выключают транзисторы, а выход транзисторов преобразуется обратно в аналоговый сигнал, более громкий. Когда я писал свою первую статью, аудиоустройства Д-класса были сравнительно новыми, и аудиофилы спорили по поводу того, могут ли они звучать так же хорошо, как устройства класса АБ или А.

Сейчас уже никто не спорит по этому поводу. На рынке представлено множество усилителей класса Д, и лучшие из них доминируют в верхних позициях списков.

Разработка и создание усилителя Д-класса – предприятие, достойное похвалы. Если вы решите пойти таким путём, я отдаю вам честь и предлагаю начать с прекрасной статьи Цезаря Чирилы на сайте All About Circuits. Но если всё, что вы хотите – это максимальное соотношение качества к цене, лучшей стратегией будет тщательно выбрать модуль усилителя и другие компоненты из огромного количества готовых вариантов. Именно это я и сделал. Не стоит благодарности.

Усилитель состоит из двух базовых компонент: источник питания и схема. После пары недель исследований и оценок я остановился на схеме EAUMT-0050-2-A усилителя Д-класса от 3e Audio, компании из Шэньчжэня. Она основана на прекрасном чипе усилителя от Texas Instruments, TPA3250, хорошо показавшем себя в сравнении с усилителями Д-класса, собранными из отдельных компонентов.

TPA3250 может работать с динамиками на 8 Ом или 4 Ом, а его эффективность составляет 92%, согласно данным от TI. Он может принимать симметричные входные сигналы (часто используемые в музыкальных студиях и других профессиональных вариантах применения) или односторонние (обычно используемые в потребительских аппаратах).

Музыкальная композиция: усилитель (вверху) использует коннекторы XLR (слева на фото) для ввода сигнала, типичные для профессиональной аппаратуры. Внутри его главные части – это трансформатор от AnTek Products Corp. (второй сверху), плата выпрямителя от Xkitz Electronics (третья сверху) и модуль усилителя от 3e Audio (внизу) на основе Texas Instruments TPA3250.

Результаты тестов с сайта 3e утверждают, что их плата на основе TPA3250 имеет коэффициент нелинейных искажений + шум (THD+N) в 0,0025% на мощности в 20 Вт и нагрузке в 4 Ом для сигнала в 1 кГц. Это безумно мало. Для сравнения, усилитель Д-класса nova300 от Peachtree Audio стоимостью в $2199, объявленный сайтом The Master Switch «самым лучшим усилителем этого года» имеет показатель THD+N равный 0,005% при прочих равных.

Нужно отнестись к этому критически и понять, что услышать разницу между THD+N в 0,0025% и 0,005% невозможно. Суть в том, что звуковая система, состоящая из усилителя на основе платы 3e стоимостью в $49, вместе с хорошим ЦАП и предусилителем может выдавать звук, сравнимый с high-end усилителем.

В качестве источника питания рекомендую нерегулируемый предназначенный для аудио источник от Xkitz Electronics, модели XAPS-500W ($30). На него следует подать ток 22 В от 200 ВА трансформатора от AnTek Products Corp., модели AS-2222 ($32). Если вы предпочитаете импульсный стабилизатор напряжения вместо линейного, прекрасным выбором станет SMPS300RS от Connex Electronic ($65, вместе с трансформатором). Если хотите сэкономить, на AliExpress есть плата выпрямителя HPOO всего за $15. На другом конце шкалы есть модуль Eltim PS-UN63RQ за €119. Доставка его в США обойдётся в дополнительные €81, поэтому для жителей Америки это не вариант (по ссылке представлен полный список запчастей).

Закончив с усилителем, я подключил его к 30-летним трёхканальным колонкам от Panasonic, которые я часто использую для проверок. Раздавшийся из них звук оказался таким классным, что я был поражён. За всё время я слушал через эти колонки штук 15 различных усилителей, включая ламповые стоимостью вплоть до $1200. Ни у одного из них не было такой чёткости звука и такого точного, детального, и вместе с тем плавного воспроизведения, как у модуля от 3e вместе с источником питания от Xkitz. По моему опыту, найти идеальный баланс точности, плотности басов и общей теплоты звука может очень малое количество усилителей. И данному усилителю это удалось.

Общая стоимость составила $259,01. Чуть больше половины стоимости предыдущего усилителя, выдававшего при этом звук похуже, построенного мною десять лет назад. В эту сумму входит $37,50 за профессиональную покраску корпуса порошковой краской. И я не рекомендую пропускать этот шаг, если только вы не профессионал в покраске алюминия. Усилитель класса high-end должен и выглядеть соответственно. Но, возможно, об этом можно будет как-нибудь поспорить.

Источник

Мощный звуковой усилитель (100 ватт) своими руками

Приветствую всех зашедших!

Звуковые усилители — ещё одна категория электронных устройств, которые гораздо выгоднее (в финансовом плате) собрать своими руками, чем покупать готовые, тем более, что в интернете представлено бесчисленное количество различных схема, отличающихся наличие разных «наворотов», сложностью и выходной мощностью. Выбирать схему для сборки следует, прежде всего исходя из необходимой мощности и наличия тех или иных компонентов. Большой популярностью пользуются усилители на мощных микросхемах серии TDA, например, это микросхемы TDA7293, TDA7294, однако довольно часто в магазинах попадаются либо подделки, либо неоправданно высокие цены на оригинальные микросхемы. В этом плане преимущество имеют усилители, построенные на каскадах из отдельных транзисторах, они хоть и несколько сложнее в сборке, но гораздо доступнее — при отсутствии тех или иных указанных на схеме транзисторов почти всегда можно поставить аналоги. По мощности усилители варьируются в очень широком диапазоне, начиная с мощности в 1-2Вт, которой достаточно для незатейливых компьютерных колонок, заканчивая сотнями ватт. Усилитель с максимальной мощностью, допустим, в 100Вт не обязательно использовать на всю катушку и всегда на максимальной громкости — он прекрасно будет работать и с тихой музыкой, однако для его сборки потребуются и большие радиаторы, и мощный источник питания, что не всегда оправданно. Пригодится это может, в первую очередь при наличии мощных акустических систем (вроде S90), чтобы иметь возможность «раскачать» их на полную где-нибудь на праздниках или вечеринках на даче или частном доме, либо, например, подзвучивать музыкальный инструмент на выступлениях.

Представленная схема усилителя рассчитана на выходную мощность до 200Вт, обеспечивается это благодаря включенным параллельно транзисторам в оконечном каскаде. Конечно, реальная мощность в 200Вт может быть достигнута только при наличии мощного источника питания (300-400Вт) с максимальным напряжением питания на плечо примерно 50-60В, хорошим охлаждением выходных транзисторов, при такой мощности возрастут и искажения сигнала, однако, учитывая всю громкость музыки — это второстепенный момент. Чтобы слегка облегчить эту схему и сэкономить на радиаторах, можно убрать пару транзисторов в выходном каскаде VT5, VT6, оставив только VT7, VT8, в этом случае мощность снизится примерно в два раза, но всё равно останется на уровне до 100Вт, чего будет достаточно для любой вечеринки.

Состоит схема из 4-х блоков усиления. Сперва входной сигнал попадает на неинвертирующий дифференциальный операционный усилитель, обеспечивающий высокое входное сопротивление. Далее следует инвертирующий усилитель тока на транзисторах VT1, VT2, затем инвертирующий усилитель напряжения на VT3, VT4, обеспечивающий нужное напряжение для выходного каскада, и собственно сам выходной каскад, который может состоять либо из двух, либо из одной пары мощных комплиментарных транзисторов. Можно заметить, что усилитель содержит два инвертирующих каскада, таким образом, в целом его сигнал на выходе остаётся неинвертируемым, что позволяет использовать усилитель как отдельный блок в составе с другой аудиоаппаратурой.

Напряжение питания схемы двухполярное и может варьироваться от ±20 до ±60В, чем больше питание, тем больше максимальная выходная мощность и соответственно нагрев выходного каскада, поэтому здесь необходимо выбирать компромиссный вариант исходя из задач. Для питания подойдёт мощный трансформатор, в идеальном случае на 150-300Вт, он должен содержать две одинаковые обмотки с напряжением в указанном диапазоне, либо одну, но с отводом от середины для получения двухполярного напряжения. Для построения стерео-усилителя схему нужно собрать в двух экземплярах — для правого и левого канала. Запитать их можно как от отдельного трансформатора, так и от одного мощного. Напряжение с трансформатора выпрямляется диодным мостом с током не менее 5А и сглаживается конденсаторами — на ёмкости фильтрующих конденсаторов не стоит экономить, так как при их недостатке может появиться фон и хуже будут воспроизводится низкие частоты из-за провалов в питании. Оптимальным можно название значение в 4700-10000 мкФ на каждое плечо питания, напряжение конденсаторов должно быть минимум в 2 раза выше, чем напряжение вторичных обмоток трансформатора.

Собирается усилитель на печатной плате, скачать которую можно в архиве в конце статьи. Выходные транзисторы выводятся с платы на проводах, эти подключения желательно делать как можно короче и использовать провод достаточного сечения, учитывая мощность усилителя. Микросхема операционного усилителя (в данном случае TL061) устанавливается в цанговую панельку. На выходе усилителя также можно увидеть индуктивность, намотанную медным эмалированным проводом — она необходима для защиты усилителя от самовозбуждений при работе на «сложную» нагрузку, например, акустические системы с фильтрами, также для защиты от самовозбуждений устанавливается цепь Цобеля. Так как данный усилитель на содержит на выходе разделительной ёмкости, пробой одного из выходных транзисторов приведёт к появлению на выходе всего питающего напряжения, поэтому рекомендуется использовать дополнительно устройство для защиты акустических систем на реле.

Для проверки всю конструкцию можно разложить на столе, выполнив временные подключения проводами. Первое включение после сборки следует проводить с осторожностью, для подстраховки можно взять источник с ограничением тока или включить последовательно в каждое плечо питания по лампочке на 36В, которая ограничит ток в случае короткого замыкания. Если усилитель заработан как положено и никакие элементы не перегреваются — можно запускать с полным питанием и подключать к выходу акустическую систему. В последствии всю конструкцию следует разместить в экранированном корпусе, создав полноценное устройство с нуля. Таким образом, получился отличный усилитель, сочетающий в себе простоту схемы, доступность деталей и приличную мощность. Удачной сборки! Ставьте палец вверх, пишите комментарии со своим мнением и вопросами.

Источник

Усилитель звука своими руками

Многих радиолюбителей не устраивает звучание промышленных звуковых систем, поэтому проблема как сделать усилитель для колонок своими руками является интересной. Имеется много схем, которые пригодны для повторения начинающими радиолюбителями. Они собираются на доступных и недорогих деталях, просты в изготовлении и не требуют сложного налаживания. Можно сначала сделать усилитель звука простейшего типа, а затем переходить к более сложным конструкциям.

Мощный усилитель звука своими руками

Радиолюбитель, собирающийся сделать систему низкой частоты (УНЧ), должен решить ряд следующих вопросов:

• Элементная база
• Электрические параметры
• Выбор схемы

Современные звуковые системы собираются с применением биполярных или полевых транзисторов и интегральных микросхем. Такие конструкции не требуют высокого напряжения в цепях питания, достаточно компактны и обеспечивают хороший диапазон воспроизводимых частот и низкий процент искажений. Звуковая аппаратура высшего класса собирается на электронных лампах, которые в серийной технике не применяются уже давно. Электрические параметры зависят от того, для какой цели будет использоваться УНЧ. Конструкция, предназначенная для подключения к планшету или компьютеру, не предполагает высокого качества воспроизведения звука.

Для специалиста будет просто собрать своими руками аудио усилитель, обеспечивающий достаточно высокие параметры. В такой конструкции можно использовать мощные транзисторы или микросхемы. Блок может быть предназначен для работы с устройствами, которые выдают мощный выходной сигнал. Тогда предварительный каскад не требуется и достаточно собрать только оконечник. Если устройство предназначено для работы с микрофоном, проигрывателем виниловых дисков или электрогитарой, то придётся собирать полный тракт с предварительным каскадом и регулировками тембра. Оконечный усилитель мощности своими руками можно проще всего собрать на интегральной микросхеме. Такая конструкция собирается на простейшей печатной плате, не требует регулировок, налаживания и при правильной сборке сразу начинает работать.

Конструкция обеспечивает выходную мощность до 20 ватт на канал, работает от напряжения от 10 до 18 В, поэтому может быть использована в автомобиле. Такая мощность обеспечивается при использовании микросхемы TDA1557. Корпус TDA8560Q может выдать до 30 ватт в каждом канале. Для более стабильной работы конструкции при воспроизведении низких частот рекомендуется в фильтре питания использовать 5, соединённых параллельно емкостей по 2200 мкф. Корпус микросхемы сильно нагревается, поэтому её нужно установить на радиатор. Чтобы собрать усилитель звука для колонок своими руками потребуется тестер и паяльник. Осциллограф и генератор для простых схем не используются.

Как собрать усилитель звука

Начинающим радиолюбителям нет смысла браться за повторение сложных транзисторных схем с высокими параметрами. Для регулировки таких конструкций потребуется сложная измерительная аппаратура. Самым простым вариантом для начинающих будет повторение схем, выполненных на интегральных компонентах. Для начала можно своими руками собрать простой усилитель звука небольшой мощности.

Микросхема LM386 работает в широком диапазоне питающего напряжения и обеспечивает мощность до 1,2 ватта на нагрузку 8 Ом. Коэффициент искажений сигнала не превышает 0,2%. Переменный резистор 4,7 кОм позволяет изменять коэффициент усиления от 20 до 200. Самодельное устройство можно собрать на макетной плате или навесным монтажом.

Стерео усилитель звука своими руками

Собрать качественный стерео усилитель звука для колонок своими руками довольно сложно, так как такие схемы требуют тщательной регулировки и отладки. Существуют схемы, которые обеспечивают высокое качество звучания без сложных настроек. Предлагаемая конструкция представляет собой ультралинейную схему, работающую в классе «А». Это означает, что выходной сигнал практически не искажается и повторяет форму входного сигнала. В выходном каскаде можно использовать транзисторы КТ803, КТ805 или КТ819. С выхода каскада можно получить до 15 ватт мощности, причём искажения минимальны и соответствуют параметрам аппаратуры самого высокого класса.

Схема, работающая в данном режиме, потребляет большой ток, и выходные транзисторы греются при отсутствии сигнала, поэтому они устанавливаются на радиаторы. Чтобы сделать своими руками аудио усилитель для колонок стереофонического тракта собираются две схемы – для правого и левого каналов. Если конструкция будет использоваться для автомобильной магнитолы, то этой схемы достаточно. В других случаях потребуется предварительный каскад с регулировками усиления, тембров и стерео баланса. Спаять усилитель звука лучше всего на печатной плате. Выходные транзисторы монтируются на радиаторы. Для надёжного охлаждения можно использовать кулер от компьютерного блока питания. Конденсатор С2 должен быть плёночным.

Увеличить мощность усилителя звука своими руками, можно повысив напряжение питания на 10-15%. Предварительно нужно узнать критические величины напряжения для транзисторов. В некоторых случаях поможет увеличение входного сигнала. Это эффективнее раскачает выходной каскад.

Вопрос как сделать мощный усилитель звука своими руками часто возникает у радиолюбителей с небольшим опытом работы. Браться за транзисторную схему не имеет смысла. Это сложно, долго и нет гарантии, что конструкция заработает. Лучше всего применить специальные микросхемы. Интегральный УНЧ может выдавать на выходе сотни ватт, при этом схема не нуждается в регулировке.

Усилитель для колонок своими руками для чайников

Обычно конструкции с большой выходной мощностью используют для сабвуферов, но если имеются мощные акустические системы, то такую конструкцию можно использовать для озвучивания больших помещений. Таким УНЧ требуется правильно подобранный источник питания, а для корректной работы нужно продумать охлаждение выходных каскадов или корпуса мощной микросхемы.

Простая схема низкочастотного блока большой мощности может быть собрана на нескольких типах интегральных микросхем, но нумерация выводов не меняется. Выходная мощность (W) соответствует следующим типам микросхем:

• PA01 – 50
• OPA12 – 60
• TSC1468 – 120
• PA04 – 400
• PA03 – 1000

Самодельные усилители звука, сделанные своими руками при использовании исправных элементов и аккуратном монтаже, смогут обеспечить хорошие параметры. Питание конструкции осуществляется от двухполярного источника питания с напряжением от 15 до 45 вольт. Кроме РА01 максимальное напряжение для которой, не должно превышать 28 вольт. В качестве нагрузки используются широкополосные колонки, так как амплитудно-частотная характеристика достаточно линейна в диапазоне 10 Гц-40 кГц. Коэффициент нелинейных искажений на частоте 1 кГц и выходной мощности 50 ватт не превышает 0,005%. Несмотря на то, что микросхемы достаточно дорогие на них можно собрать хороший усилитель звука.

Мини усилитель звука для колонок своими руками

Такая конструкция должна иметь небольшое количество доступных деталей, легко собираться и не нуждаться в настройке. Для такой цели лучше всего подойдут распространённые и недорогие микросхемы. Они применяются в серийной аппаратуре, но их можно использовать для домашних самоделок. Конструкция сможет обеспечить выходную мощность достаточную для озвучивания помещения среднего размера. Как сделать самый простой усилитель звука своими руками будет ясно после прочтения данной статьи.

Собрать простой мини усилитель звука, своими руками очень просто, используя готовый модуль с микросхемой РАМ8403. Для этой конструкции не потребуются никакие дискретные элементы, поскольку они предусмотрены в схеме. Достаточно подключить колонки, питание и подать входной сигнал. Сопротивление акустических систем должно быть 6-8 Ом. Выходная мощность достигает 2 ватт на канал.

Полный усилитель звука своими руками

Полный усилитель звука состоит из предварительного и оконечного каскадов, которые могут быть реализованы на транзисторах или интегральных микросхемах. Чтобы собрать аудио усилитель своими руками нужно иметь опыт и необходимое техническое оборудование, так как без измерительных приборов наладить такую конструкцию невозможно. Блок схема полного усилителя.

Регулировку устройства может выполнить только опытный радиолюбитель. На рисунке показана схема одного входного канала. В стереофонический тракт входят две такие схемы. Это каскад с активными регулировками тембра и регулятором громкости с компенсацией можно подключить к любому оконечному каскаду. Предварительный каскад собран на сдвоенном операционном усилителе с высоким быстродействием LM833 и на TL071. Вместо них можно использовать ОУ 544 серии.

Простой аудио усилитель своими руками

Простейший усилитель звука своими руками собирается на микросхеме TDA7231. Представленная схема обеспечивает выходную мощность до 1,5 ватт на четырёхомную нагрузку. Микросхема имеет большой допустимый диапазон по питанию, поэтому УНЧ может применяться в батарейных конструкциях. Ток покоя устройства не превышает 8 mA. Потребляемый ток при максимальной мощности достигает 1,5 А. К устройству можно подключить любую динамическую головку с сопротивлением 4 Ом. Для качественного воспроизведения музыки эта конструкция не подходит из-за большого процента искажений, который при максимальной громкости достигает 8%. Устройство может быть использовано в электронных игрушках с автономным питанием или системах охранной сигнализации.

Простой аудио усилитель звука для дома легко собирается на микросхеме 4069, которая содержит 6 инверторов. Система пригодна для подключения наушников при прослушивании музыкальных файлов с компьютера, телефона или планшета. Простая схема обеспечивает удовлетворительные параметры.

Изменяя сопротивление резисторов R2 и R3 можно менять коэффициент усиления устройства. Для этого УНЧ не обязательно делать печатную плату. Подойдёт стандартная макетная плата с металлизированными отверстиями.

Существует много простейших конструкций, которые доступны для повторения радиолюбителями с небольшим опытом. Для изготовления таких устройств потребуется только тестер для проверки основных цепей. После того, как в процессе изготовления и наладки простых схем появится опыт, можно переходить на более сложные системы.

Источник