Усилители звука своими руками: схемы

---

Усилители звука своими руками из доступных компонентов. В этой статье мы покажем как собрать аудиоусилители на основе ИС. В некоторых отношениях это проще, но в других случаях сложнее, поскольку очень высокий коэффициент усиления может привести к неприятным эффектам обратной связи. Мы могли бы закончить с мощным звуковым генератором вместо усилителя.

Выбор усилителя

В принципе у нас есть из чего выбирать, поэтому мы рассмотрим некоторые из них. Но сначала нам нужно понять основные требования или спецификации, чтобы сделать правильный выбор. Эти требования в равной степени применимы как к небольшим устройствам на ОУ, так и к дорогой Hi-Fi технике, которую вы, возможно, захотите приобрести.

• Выходная мощность
• Частотный отклик
• Входное сопротивление
• Выходное сопротивление
• Шумовые характеристики
• Искажение
• Требования к источнику питания

Когда предстоит сделать выбор, какие усилители звука своими руками вы собираетесь сделать, то возникает главный вопрос — насколько он вам нужен? Будет ли это усилитель для наушников, для акустической системы или гитарный усилитель?

Вот три распространенных и широко используемых усилителя звука для сборки своими руками, имеющие разные значения мощности:

Технические характеристики	LM386	LM1875	LM3886
Напряжение питания	12V	60V	80V
Выходная мощность	0.5W	25W	60W
THD	0.2%	<0.6%	0.03%
Шум i/p V	Не спец	3uV	2uV
Увеличьте пропускную способность	300kHz	5.5MHz	8MHz

Усилители звука своими руками — характеристики хорошего аппарата

Выходная мощность

Часто при разработке такого усилителя звука своими руками вы можете быть ограничены временем, доступностью деталей и их стоимостью. Самая дорогая часть этого усилителя — это сетевой трансформатор питания, и копание в вашем загашнике с деталями может стать отправной точкой в ​​выборе микросхемы усилителя звука.

Слишком высокое напряжение блока питания, и вы не можете использовать LM1875; слишком малая номинальная мощность в ВА, и вы не сможете использовать мощность LM3886. Наличие у трансформатора подходящих отводов сбалансированного напряжения, также будет определять, подходит он для раздельной шины питания или нет. Разделенная шина питания позволит вам отказаться от большого выходного конденсатора связи, и даже, при необходимости использовать усилитель для усиления постоянного тока.

Итак, первый критерий проектирования — выходная мощность. Не увлекайтесь глупыми сравнениями. Усилитель на 20 Вт ненамного громче, чем усилитель на 10 Вт; всего 3 дБ, и это самое маленькое изменение, которое ваше ухо услышит. Усилитель мощностью 10 Вт не в 10 раз громче усилителя мощностью 1 Вт; только вдвое громче. Более важный аспект — динамический диапазон.

Допустим, у вас есть проигрыватель компакт-дисков с динамическим диапазоном 60 дБ. Это означает, что если бы минимальный мягкий звук, который вы хотели воспроизвести, был на уровне 1 мВт, усилителю необходимо было бы воспроизвести самый громкий звук на уровне тысячи ватт!

Входное и выходное сопротивление

Выходной импеданс на самом деле не так уж и важен. Все эти усилители звука собранные своими руками рассчитаны на нагрузку до 8 Ом, а часто и намного меньше, при условии, что вы не превысите общую рассеиваемую мощность устройства. Если вы действительно хотите знать, что это такое, подайте синусоидальную волну на вход с уровнем мощности примерно 1/4 и нагрузите выход резисторами подходящего параметра, пока не найдете значение, которое снижает загруженную величину до половины значения без нагрузки — этот резистор равен выходному сопротивлению.

Входное сопротивление более важно. Если оно слишком высокое, вы можете столкнуться с шумом или радиопомехами, а если оно слишком низкое, вы загрузите источник. Большинство усилителей спроектированы для соответствия стандарту Hi-Fi с сопротивлением 47 кОм, но это не лучший вариант, если вы создаете усилители звука своими руками с минимальным уровнем шума. Профессиональные микшеры и системы PA разработаны для микрофонов с низким импедансом (600 Ом), что обеспечивает им лучшие шумовые характеристики.

Частотная характеристика и полоса пропускания мощности

Усилители звука собранные своими руками должны воспроизводить сигналы от 20 Гц до 20 кГц (хотя очень немногие люди, кроме детей, могут действительно линейно слышать этот диапазон). Таким образом, частотная характеристика обычно означает, что усилитель должен обеспечивать номинальную выходную мощность в этом диапазоне с падением уровня не более чем на 3 дБ.

С другой стороны, ширина полосы мощности говорит нам, какой частотный отклик может достичь усилитель звука при желаемом усилении. Микросхема LM386, например, с произведением коэффициента усиления на полосу пропускания 300 кГц может дать коэффициент усиления только 30 при 10 кГц или 10 при 30 кГц. Два других усилителя значительно превосходят его, и LM3886 со значением 8 МГц должен дать усиление 8000/20 при 20 кГц или в 400 раз.

Но зачем вам это делать? Если вы примените большое значение отрицательной обратной связи, вы снизите THD до смехотворно низкого уровня — 0,03%, как указано в данных. Дело в том, что никто этого не слышит, даже 1%, и вы получите ужасный TID (переходное интермодуляционное искажение) и искажение фазового сдвига, которые разработчики усилителей и рекламные проспекты Hi-Fi очень старательно игнорируют.

Искажение

THD или полное гармоническое искажение — не такая уж и плохая вещь, и все, что меньше 0,5%, нормально. Фактически, ваше собственное ухо в любом случае производит более 0,5% THD внутри вашей головы. Ограничение искажений — это плохо, когда усилитель фиксируется (сигнал достигает уровней шины питания), сигнал становится прямоугольным и, таким образом, полон гармоник.

Большинство акустических систем рассчитаны на свой уровень мощности и ожидают, что 75% энергии будет ниже 250 Гц. Это не относится к отсечению; теперь может быть 75% в частотном диапазоне дорогого твитера, в этот момент они сильно перегружены и наверняка скоро исчезнут. В усилителях такого типа нельзя ожидать кроссоверных искажений.

Усилители звука своими руками — шумовая производительность

Любой шум в источнике питания будет появляться на выходе усилителя, поэтому само собой разумеется, что блок питания должен быть либо хорошо отрегулирован, либо иметь очень существенные разделительные конденсаторы для устранения пульсаций. Большие развязывающие емкости, также предотвратят низкочастотные колебания в усилителе.

Усилители звука, также уязвимы для сильных радиочастотных сигналов, поступающих на любые входные провода, поэтому важно адаптировать частотную характеристику усилителя только к тому, что вы слышите. Остающийся шум зависит от того, что происходит на входном сопротивлении.

Шум возникает во всех электронных схемах, основными видами являются:

• Тепловой шум
• Дробовой шум
• Мерцание (1/f) шум
• Взрывной шум
• Лавинный шум

Единственное, что нас беспокоит, поскольку это единственный фактор, который мы можем контролировать и который является самым серьезным нарушителем, — это тепловой шум. Тепловой шум — это линейная функция эквивалентного резистора, представляющего входное сопротивление усилителя звука. Он увеличивается в десять раз на каждые 100 раз увеличения сопротивления, поэтому входное сопротивление следует поддерживать как можно более низким.

Некоторые усилители звука своими руками

Образец проекта

Разработка усилителя на базе микросхемы LM1875.

Конструкция LM1875

На самом деле это довольно просто, чтобы легче было разобраться, вы можете просто скачать даташит на эту микросхему:

Скачать: Техническое описание усилителя мощности звука LM1875 20 Вт

LM1875 из таблицы данных TI, версия с раздельным блоком питания

Я изменил несколько вещей и использовал следующую конструкцию, которая работает очень хорошо и стабильно.

Был добавлен конденсатор C1, чтобы обрезать верхнюю частоту около 30 кГц. C2 и R6 предназначены для обеспечения постоянного выходного импеданса на частотах выше диапазона, чтобы предотвратить колебания (R6 становится видимым для выхода только на частоте около 150 кГц). C4 и R4 управляют отсечкой нижней частоты.

Если используется двойной источник питания, C7 можно не устанавливать, а выход подключать напрямую к динамику. Усиление задается соотношением R3/R1, т.е. 22. Цепочка R1 и C8 устанавливают отсечку низких частот, когда R1 = C8, то есть примерно на 4 Гц, если вы хотите сделать это немного выше 1/C = 1k*2*π*F, точнее сказать, для 20 Гц около 8 мкФ. D1 и D2 — это просто диоды защиты от обратного подключения. Напряжение питания должно быть 25 В и никогда не должно превышать 30 В.

Распиновка LM1875

Обратная связь и вопросы заземления

Но прежде чем мы попытаемся сделать усилители звука своими руками с макетной платой, Vero-платой или печатной платой, мы сделаем несколько важных напоминаний.

Диаграмма 1

На диаграмме 1 показана довольно плохо нарисованная простая схема усилителя звука. Как и во всех схемах, не было предпринято никаких попыток показать схему проводки, и нет ключа к разгадке ужасного секрета, скрывающегося за простым фасадом.

Диаграмма 2: Скрытые сопротивления

Диаграмма 2 показывает опасность. Красные блоки — это постоянно присутствующие комплексные импедансы в дорожках проводки печатной платы. Они бывают как резистивными, так и индуктивными. Резистивная часть остается постоянной при повышении частоты, а индуктивная часть — нет, и вскоре принимает значение по мере увеличения частоты. Любой ток, протекающий через эти импедансы, вызовет появление на них напряжения.

Представьте себе, каждый раз, когда громкоговорителю нужно провести немного тока; это вызовет падение напряжения на Z1, последовательно с остальной частью усилителя. Точно так же, когда усилителю требуется ток, он вызовет падение напряжения на Z2 и Z3. Наконец, любая попытка емкости C зарядиться, будет делать то же самое через Z4 и Z5 и подавать эту разность напряжений на вход усилителя, который теперь будет колебаться.

Схема 3: Правильное заземление

На диаграмме 3 показан способ преодоления всех этих проблем. Заземление всего подключено к одной точке, и это обычно точка, где основной сглаживающий/накопительный конденсатор идет на землю. Обратите внимание, что мы не говорим здесь о шумах или заземлении сети; просто колебания и обратная связь.

Во многих случаях резервуарный конденсатор будет довольно большим — не менее 1000 мкФ. Таким же образом, чтобы предотвратить попадание падения напряжения в линию питания +ve, положительный вывод конденсатора должен быть как можно ближе к положительному выводу усилителя.

Это очень полезные усилители для сборки! Если вы соблюдаете правила заземления, они гарантированно сработают с первого раза и обеспечат очень чистое прослушивание. LM36 — отличный усилитель для наушников, внутренней связи или радио, а из LM1875 и LM3886 — отличные Hi-Fi или гитарные усилители. Другие варианты использования — двухканальное усиление, объемный звук и PA.