Усилитель своими руками — если вам интересно, с чего начать построение вашего нового стереоусилителя, или вы еще не успели так далеко зайти и хотите знать, какой тип УМЗЧ вам подойдет лучше всего, поэтому позвольте нам познакомить вас с основными принципами создания аудио устройства.
Моим хобби давно является проектирование усилителей, эта тема меня увлекла ещё с детства, но собирать чужие разработки мне никогда не было интересно, с самого начала своего радиолюбительского пути я старался создавать что либо своё, таким образом обучаясь и приобретая полезный опыт, попутно осваивая теорию. Сейчас благодаря системам SPICE моделирования можно не затрачивая большого количества времени проверять свои самые разные идеи, а наиболее интересные из них реализовывать на практике.
Усилитель своими руками для дома
Как возникла идея создать этот усилитель? Просто захотелось собрать для себя качественный домашний УМЗЧ используя все свои теоретические наработки, к которым я приходил в результате создания различных концепций усилителей путем моделирования в MicroCap. Данный усилитель это лучшая, на данный момент, спроектированная мной система, которая в симуляции показала отличные характеристики и абсолютную устойчивость, при умеренной сложности. Было решено собирать в железе и проверить идею на практике, тем самым на подтвердить работоспособность своей задумки и заодно получить качественный усилитель для личного использования.
Идея
Прежде всего при разработке схемы была поставлена задача получения наибольшего петлевого усиления системы, и наибольшей эффективной площади работы ООС, как следствие получения малого КНИ и ИМИ, на всем диапазоне звуковых частот, при абсолютной устойчивости и надежности, а так же без существенного усложнения устройства.
При разработке печатной платы, были поставлены задачи получить компактное устройство на SMD компонентах типоразмеров 1206 и 0805, с минимумом выводных деталей.
Принципиальная схема
Схема основана на классической трехкаскадной топологии Лина.
Входной каскад представляет собой дифференциальный каскад на транзисторах VT2, VT6 с источником тока на транзисторах VT3, VT4, нагруженный на токовоё зеркало, выполненное на транзисторах VT1, VT5.
Каскад усиления напряжения так же выполнен в виде дифференциального каскада на транзисторах VT8, VT10, с источником тока на VT7. Нагрузкой диф.каскада служит токовое зеркало на транзисторах VT9, VT11. Решение применить дифференциальный каскад вместо обычного каскада с ОЭ продиктовано бОльшим входным сопротивлением дифференциального каскада, что увеличивает петлевое усиление системы, а так же бОльшей полосой пропускания, что в свою очередь позволяет добиться глубокой ООС на всём звуковом диапазоне.
Коррекция выполнена на элементах С7, С10,C20, R12, R37. Петлевое усиление системы достигает 115дБ, с полюсом на частоте около 4кГц, и снижается до 84дБ, на частоте 20кГц, что является очень хорошим результатом.
На диодах VD4-VD7 реализовано источники опорного напряжения для плеч ДК.
На транзисторе VT12 и резисторах R16-R18 выполнена схема смещения выходного каскада.
Выходной каскад представляет собой классическую тройку эмиттерных повторителей. Применение тройки, а не классической двойки, позволило значительно снизить нагрузку на каскад усиления напряжения и как следствие снизить влияние нагрузки на характеристики УМЗЧ.
Технические характеристики.
За неимением качественного измерительного оборудования, некоторые характеристики будут указаны на основании компьютерного моделирования схемы, они будут отмечены звёздочкой *.
- Напряжение питания: +-15В…+-50В;
- Полоса пропускания -3db: 0.5Гц — 350кГц*;
- Выходная мощность: 100Вт (При напряжении питания +-35В, на 4Ом);
Коэффициент нелинейных искажений (100 Вт 4 Ом):
- На частоте 1кГц: 0.00005%*;
- На частоте 10кГц: 0.0002%*;
- На частоте 20кГц: 0.0006%*;
Коэффициент интермодуляционных искажений (100 Вт 4 Ом):
- На частоте 1кГц: 0.0002%*;
- На частоте 10кГц: 0.001%*;
- На частоте 20кГц: 0.003%*;
Усилитель своими руками — частотные характеристики.
ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы:
Тут можно увидеть петлевое усиление до первого полюса (115дБ), частоту первого полюса 4кГц (-3дБ), а так же петлевое усиление на граничной частоте звукового диапазона 20кГц (84дБ), что свидетельствует о высокой линейности системы во всём звуковом диапазоне.
ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутой системы:
Отсутствие выбросов на ЛАЧХ замкнутой системы, так же дополнительно свидетельствует об устойчивости.
Осциллограммы
Была снята реакция на меандр 1кГц, синусоида на номинальной мощности и ограничение синусоиды в клипе.
Меандр, частота 1кГц:
Меандр, частота 10кГц:
Меандр, частота 20кГц:
Синусоида, номинальная мощность, частота 1кГц:
Синусоида, ограничение, частота 1кГц:
Рекомендации по сборке.
В этом разделе статьи хочется дать общие рекомендации по сборке УМЗЧ, при выполнении которых усилитель запускается и работает сразу.
- Используйте только проверенные радиокомпоненты, каждую деталь перед пайкой в плату следует проверить на работоспособность и соответствие номиналу, в независимости от того применяются новые детали или б/у. Отдельное внимание хочется обратить на конденсаторы коррекции, так как на своем корпусе они не имеют маркировки;
- Устанавливайте компоненты номиналом согласно схемы, самопроизвольная замена номиналов элементов недопустима;
- Не рекомендуется применять проволочные резисторы;
- Рабочие напряжения конденсаторов могут быть выше указанных на схеме;
- Конденсаторы С5, С11 могут быть любого типа, соответствующего номинала, в авторской печатной плате использованы керамические конденсаторы 10мкФ 35в Х5R типоразмера 1206;
- Допускается применение только тех типов транзисторов, что указаны на схеме или возможные замены указанные в перечне элементов;
- Перед установкой транзисторов необходимо убедиться в их работоспособности и соответствии их параметров документации;
- Транзисторы VT12, VT17, VT18 должны быть установлены на один теплоотвод через теплопроводящие изоляторы, после закрепления их на радиатор следует убедиться в отсутствии контакта между радиатором и коллектором каждого из этих транзисторов;
- Рекомендуемая площадь радиатора для выходных транзисторов 1000-1500см^2;
- Работа транзисторов VT15, VT16 допускается без радиатора, при желании можно установить на них небольшие теплоотводы;
- Подбор транзисторов при использовании авторской печатной платы с применением smd компонентов из одной партии, сводится к подбору только транзисторов VT8, VT10 установленных в корпусе ТО-92;
- В качестве подстроечного резистора R18 необходимо использовать многооборотные резисторы типа 3296W, при установке его в плату, его сопротивление должно быть максимально.
Печатная плата.
Плата усилителя выполнена условно односторонней, для удобства домашнего изготовления, но содержит 2 перемычки. В исходнике и, соответственно, гербере они выполнены на верхнем слое меди, потому при изготовлении платы на заводе перемычки впаивать не нужно. В архиве содержится готовый гербер, который можно без каких-либо изменений отправлять на завод для изготовления печатной платы.
Габариты платы составили 90мм*68мм. Все провода подключаются с помощью клемм на 2 полюса, с шагом 5мм.
Вид платы в редакторе:
Фото платы
Схема подключения
Фото собранного устройства
Первый запуск и настройка усилителя.
После запайки всех компонентов на печатную плату необходимо смыть остатки флюса и внимательно осмотреть печатную плату проверив отсутствие замыкания случайно оставшейся каплей припоя. Проверить все ли компоненты установлены верно( направления диодов, полярность конденсаторов, тип транзисторов (пнп/нпн)) и их ориентация в пространстве.
Если все в порядке, можно подключать блок питания, первый запуск следует проводить включив лампу накаливания последовательно первичной обмотке трансформатора. При включении лампа должна кратковременно загореться и потухнуть.
Далее следует замерить постоянное напряжение на выходе усилителя, оно должно быть не более 30мВ. В собранном мной усилителе постоянная составляющая на выходе составила 2-3мВ.
Если все в порядке можно приступить к настройке тока покоя. Замкнув вход усилителя необходимо подстроечным резистором R18 добиться падения напряжения между эмитерами VT17, VT18 в диапазоне от 4мВ, до 20мВ, что будет соответствовать току покоя от 20мА до 100мА, дальнейшее повышение тока покоя не имеет смысла.
Далее можно подключить АС и подать сигнал на вход усилителя, если все предыдущие пункты не вызвали проблем усилитель будет работать, теперь можно убрать лампу из первичной обмотки трансформатора и наслаждаться прослушиванием. Усилитель рекомендую использовать совместно с релейной защитой АС.
P.S. Внизу прикреплен гербер файл для изготовления плат на производстве, а так же .lay файл для самостоятельного изготовления печатной платы.
С уважением, Алексей Рослик (Alex Ground).
Список радиоэлементов
Скачать список элементов (PDF): amp247
Прикрепленные файлы:
Источник: cxem.net