Одним из широко распространенных источников аудиосигнала является звуковая карта компьютера. Ее мощность невелика, и достичь достаточной громкости при прослушивании фонограмм не получится. Но выход есть — можно купить или сделать усилитель звука, причем второй вариант в большинстве случаев обходится дешевле.
Принцип работы и компоненты усилителя звука
Основа любого усилителя – один или несколько элементов, способных увеличивать электрическую мощность. Подавая на вход такого устройства малый сигнал (ток или напряжение), на выходе можно получить сигнал той же формы, но больший по амплитуде (напряжения или тока). К этой категории относят лампы и транзисторы (биполярные или полевые). Без них усилитель не создать в принципе. Чтобы получить достаточное усиление при заданном качестве звука, УНЧ часто строятся по схеме с несколькими каскадами – сначала сигнал предварительно усиливается на первом каскаде, потом происходит дальнейшее усиление на следующем каскаде и так далее до последнего каскада, называемого оконечным (в нем применяются наиболее мощные для конкретной схемы усилительные элементы).
Иногда в отдельную категорию относят усилители на микросхемах. Это в корне неверно. Любая микросхема, предназначенная в качестве усилительного элемента, базируется на тех же транзисторах, выполненных на одной пластине полупроводника и имеющих одинаковые параметры (не требуют подбора в пару). Поэтому, пожалуй, корректнее делить УНЧ на ламповые и полупроводниковые, и вторую категорию делить по элементной базе – транзисторы или микросхемы.
Бывают и комбинированные (гибридные) схемы – часть каскадов выполняются на лампах, другая часть – на полупроводниковых приборах.
Кроме усилительных элементов (их называют активными компонентами) в состав усилителей входят пассивные детали (резисторы, конденсаторы, трансформаторы и т.п.). Их основные функции:
- коррекция амплитудно-частотных характеристик;
- задание режимов активных компонентов по постоянному и переменному току (напряжению);
- разделение каскадов по постоянному току;
- согласование между каскадами УНЧ, между выходом и звукоизлучающим устройством (колонкой), между источником сигнала и входными цепями усилителя.
Кроме того, для каждого усилителя необходим блок питания. Он может быть как встроенный, так и выносной (внешний). Блок питания должен обеспечивать мощность, достаточную для работы усилителя.
Многие усилители содержат схему защиты оконечного каскада от перегрузки. Этот узел выполняется на активных и пассивных компонентах.
Примеры схем усилителей звука
В первую очередь надо определить, на какой элементной базе будет выполняться усилитель. В настоящее время большая часть УНЧ собирается на полупроводниковых приборах. Конструкции на их основе получаются более компактными, не требующими громоздких источников анодного напряжения (от нескольких десятков вольт для ламп в предварительных каскадах до нескольких сотен вольт в оконечных).
Существуют адепты «теплого лампового звука», считающие, что вакуумные приборы дают более чистое звучание, приближенное к естественному. На самом деле лампы искажают исходную фонограмму больше, чем транзисторы, но эти искажения звучат приятнее для человеческого уха. Здесь каждый делает свой выбор самостоятельно.
Усилитель на дискретных элементах
УНЧ на 6 транзисторах питается от источника постоянного напряжение 12 вольт и развивает на нагрузке 4..6 Ом мощность до 3 ватт, что вполне достаточно для озвучивания небольшого помещения. Транзисторы выходного каскада T5 и T6 надо установить на небольшом радиаторе. Эту пару можно заменить отечественными элементами КТ814 и КТ815.
Здесь и далее, если не оговорено, приводятся одноканальные схемы усилителей низкой частоты. Чтобы получить стереоусилитель, надо собрать два идентичных канала.
УНЧ на LM386
Простой УНЧ можно собрать на микросхеме LM386. Обычно, из нее делают усилители низкой частоты для приемной аппаратуры или небольших плейеров, но она подойдет и для других целей.
Схема работает от однополярного источника питания напряжением от 6 до 16 вольт. Налаживания схема не требует. Потенциометром на входе устанавливают нужный уровень громкости. Цепочка между выводами 1 и 8 определяет коэффициент усиления схемы. В данном случае он равен 50. Максимально можно установить и 200, убрав резистор R1 (C1 подключить между выводами 1 и 8), но особого смысла в этом нет. Наибольшая мощность, выдаваемая LM386 – 1 Вт при напряжении питания 16 вольт, и повысить мощность возможности нет. Корпус микросхемы не предполагает установки на теплоотвод.
Схема мощного усилителя
Этот стереофонический усилитель при однополярном питании 12 вольт и минимальной обвязке может выдать мощность до 40 ватт (на нагрузке 2 Ома)! Такой уровень питающего напряжения делает удобным применение схемы в составе автомобильной акустической системы.
Установка микросхемы на радиатор обязательна!
Простой усилитель на микросхеме
Заслуженной популярностью у любителей звукотехники пользуется микросхема TDA2003 (К174УН14). На ней можно собрать несложный УНЧ с неплохими характеристиками. На нагрузке 4 Ома такой аппарат может выдать до 5 ватт нагрузки. Схема требует однополярного питания, напряжение которого можно варьировать в пределах 8..18 вольт. С увеличением напряжения растет и мощность, но надо следить, чтобы оксидные конденсаторы выдерживали такое напряжение. Они должны быть рассчитаны на уровень БП с хотя бы небольшим запасом.
Алгоритм сборки
Лучше собирать усилитель на печатной плате. Ее чертеж может приводиться в публикации схемы, а можно разработать его самостоятельно. Это возможно, как традиционным способом на бумаге, так и в компьютерной программе (хорошо подойдет бесплатная несложная Spint Layuot).
При разработке рисунка платы надо учитывать необходимость установки теплоотводов. Если радиаторы необходимы, силовые элементы лучше установить на краю. Это позволит легко варьировать форму и размер теплоотводов.
После этого делается заготовка нужных размеров из фольгированного материала (текстолита). На нее наносится рисунок – вручную лаком или лазерно-утюжным способом.
Далее плата травится в растворе хлорного железа. Его можно заменить следующим составом:
- 100 мл аптечной перекиси водорода;
- 2-3 чайных ложки поваренной соли;
- 30 грамм лимонной кислоты.
- Все компоненты легко приобрести.
Этого количества травящего вещества хватит на снятие примерно 100 кв.см. фольги. Если плата больше, надо приготовить раствор в большем объеме.
После травления защитное покрытие смывается с платы с помощью растворителя (ацетона), сверлятся отверстия, фольга лудится, припаиваются элементы.
Вместо изготовления печатной платы можно использовать кусочек готовой макетной платы. В этом случае ничего не надо сверлить или травить. Элементы устанавливаются в готовые отверстия, все соединения выполняются кусочками монтажного провода.
Если усилитель выполняется на микросхеме, а количество элементов невелико, можно собрать усилитель навесным монтажом. Основой служит радиатор. На нем устанавливается микросхема, а элементы обвязки распаиваются прямо на ее выводах.
Как проверить работоспособность
Первый этап проверки любой собранной электронной схемы – тщательная выверка монтажа на соответствие схеме, отсутствие ошибок в номиналах деталей, осмотр на наличие некачественных паек и замыканий. Если визуальная диагностика пройдена, можно попробовать подать на усилитель питание. Желательно, чтобы источник питания имел защиту от сверхтока.
В зарубежной технической литературе первое включение в шутку называется “smoke test” – при проверке конструкции, в которой имеются серьезные ошибки, от нее пойдет дым, если БП не имеет защиты.
Если тест на дым оказался успешным, желательно измерить режимы усилительных элементов по постоянному напряжению в характерных точках (как минимум, понять, приходит ли напряжение питания туда, куда оно должно приходить). Эти режимы могут быть указаны на схеме, а если не указаны – их подскажут знания и опыт. Если результаты замеров вызывают подозрение, надо найти и устранить причины.
Как вариант, можно сравнить режимы, замерив их на заведомо работоспособном усилителе, выполненном по аналогичной схеме.
Если все в порядке, можно настроить схему (если требуется), подобрав номиналы пассивных компонентов в соответствии с описанием, или вращением подстроечных элементов добиться рекомендованного результата.
После этого можно подключать колонку и пробовать слушать фонограмму. А если есть осциллограф, можно провести еще одну проверку. На вход подать сигнал от источника фонограммы (если имеется генератор звуковой частоты – от него) минимальной амплитуды. Постепенно увеличивая выходной уровень, осциллографом надо смотреть сигнал на выходе (или в промежуточных точках). Так можно смотреть, какую максимальную мощность при неискаженном сигнале может выдать готовый усилитель.
Тем же методом можно найти неисправный каскад при ремонте УНЧ или если он после сборки не заработал сразу.
Самостоятельно собрать и настроить высококачественный усилитель сложно. Требуются специальные знания, навыки и специальные измерительные приборы, которые стоят недешево. Схемы таких УНЧ сложны, в них присутствуют многочисленные цепи коррекции, обратные связи и т.п. В них могут использоваться дорогостоящие комплектующие. Но изготовить усилитель, удовлетворяющий среднего пользователя, на современной элементной базе вполне возможно самостоятельно.
