Амплитуда входного сигнала усилителя низкой частоты (УНЧ) не должна превышать диапазон от 0,5 до 0,7 В. При этом выходная мощность усилителя может варьироваться от десятков милливатт до нескольких ватт, в зависимости от таких факторов, как сопротивление нагрузки и величина питающего напряжения.
Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах
Усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для преобразования слабых сигналов, как правило, в звуковом диапазоне, в более мощные сигналы, которые могут быть использованы для непосредственного восприятия через электродинамические или иные устройства, излучающие звук.
Стоит отметить, что высокочастотные усилители, работающие на частотах от 10 до 100 МГц, строятся по тем же принципам, однако, основное отличие состоит в том, что значения емкостей конденсаторов в таких усилителях уменьшаются пропорционально увеличению частоты высокочастотного сигнала по сравнению с частотой низкочастотного.
Простой усилитель на одном транзисторе
На рисунке 1 показан простой УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером. В качестве нагрузки в данной схеме используется телефонный капсюль. При этом допустимое напряжение питания для данного усилителя находится в диапазоне от 3 до 12 В.
Оптимальное значение резистора смещения R1, который может составлять десятки кОм, рекомендуется определять экспериментальным путем, так как его величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля и величины коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.
Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе в комбинации с конденсатором и резистором.
При выборе начального значения резистора R1 следует помнить, что его значение должно быть примерно в сто раз больше сопротивления цепи нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется использовать постоянный резистор сопротивлением от 20 до 30 кОм, последовательно включенный с переменным сопротивлением от 100 до 1000 кОм. После этого следует подать на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, и вращением ручки переменного резистора достичь наилучшего качества сигнала при максимальной громкости.
Емкость переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в диапазоне от 1 до 100 мкФ: чем больше эта емкость, тем более низкие частоты способен усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 — 4).
Понадобится
- Мощные выходные транзисторы 2SC5200 и 2SA1943 — http://ali.pub/5h6nmc
- Транзисторы BD140 и BD139 — http://ali.pub/5h6nui
- Транзисторы BC557 и BC548 — http://ali.pub/5h6nwu
- Резисторы 0,22 Ом 5 Вт — http://ali.pub/5h6olj
- Конденсаторы 4700 мкФ / 50 В — http://ali.pub/5h6oon
- Все резисторы — http://ali.pub/5h6ouv
- Все конденсаторы — http://ali.pub/5h6ov9
Двухтактный усилитель с отрицательной обратной связью реализован на основании 6 транзисторов. Позднее планируется добавить еще два выходных транзистора для повышения эффективности работы и снижения теплоотдачи.
Источник питания используется двуполярный, который построен по классической мостовой схеме с отводом от средней точки трансформатора.
Трансформатор обеспечивает 32 В на плече, что после выпрямления позволяет получить двуполярное напряжение на уровне 40 В.
Как сделать мощный аудио усилитель на 500 Вт
На первом этапе мы соберем усилитель с использованием навесного монтажа и проверим его работоспособность. Начнем с того, что припаиваем резисторы к выходным транзисторам.
Радиаторы небольшого размера, для достижения максимальной теплоотдачи мы погружаем их в воду. Этот метод обеспечивает защиту выходных каскадов от перегрева в критических ситуациях.
На смартфон устанавливаем приложение звукового генератора и подаем с него звук на усилитель.
После этого подаем питание на схему усилителя и проверяем, как он работает.
Динамическая головка двигалась так интенсивно, что не выдержала нагрузки и задымилась, в результате чего вышла из строя. После этого было решено перенести усилитель на плату и добавить два выходных каскада параллельно имеющимся, используя те же компоненты.
Припаиваем транзисторы к универсальной плате.
Следующим этапом будет установка выходных транзисторов на радиаторы.
Следует понимать, что данный усилитель не имеет никакой защиты, поэтому необходимо быть крайне осторожным при подключении, чтобы избежать замыканий или перегрузок акустических систем.
Шаг 1: LM386 101
Очень полезно ознакомиться с официальным техническим описанием (PDF), где представлена вся необходимая техническая информация. Однако я постараюсь выделить основные моменты.
LM386 представляет собой операционный усилитель, созданный специально для использования в аудиосистемах. Это означает, что его эксплуатационные характеристики разрабатывались с учетом управления динамиком. Как большинство других чиповых усилителей звука, его можно использовать в качестве обычного операционного усилителя. Он имеет стандартное усиление в пределах двадцати раз — это означает, что входное напряжение увеличивается в двадцать раз. При этом коэффициент усиления можно устанавливать вручную.
Распиновка
- 1,8 – задают усиление. Выводы 1 и 8 могут быть использованы для регулировки уровня усиления, начиная с двадцати крат, используя сопряженные конденсаторы.
- 2 – отрицательный вывод.
- 3 – положительный вывод.
- Эти выводы являются стандартными для операционных усилителей. В схемах, использующих простейшие варианты LM386, отрицательный вывод обычно соединяется с землей, а положительный получает аудиосигнал из источника.
- 4 – земля, GND.
- 5 – выход напряжения.
- Выходящий сигнал поступает на динамик с пятого вывода.
- 6 – источник напряжения.
- На этот вывод следует подавать питание для усилителя.
- 7 – обходная перемычка, байпас.
Данный вывод обеспечивает прямой доступ к входному сигналу, и в основном он используется для устранения помех от источника питания.
Описание
Модель LM386N (буква «N» обозначает двухрядное расположение выводов) выпускается в четырех модификациях: LM386N-1, -2, -3 и -4. Версии 3 и 4 имеют возможность работы на более высоком выходном напряжении, тогда как версия 4 поддерживает более высокие значения входного напряжения благодаря увеличенному минимальному значению требуемого напряжения. В этой статье я рассказываю исключительно о LM386N-1, так как использую именно его; он служит основой для других версий.
Напряжение питания
Напряжение питания для данной модели должно находиться в диапазоне от 4 до 12 В.
Номинальное сопротивление звуковой катушки
Усилители LM386 изначально проектировались для работы с резистивной нагрузкой 4 Ом, однако они могут работать и с показателями от 8 до 32 Ом.
Искажения
В идеальных условиях уровень гармонических искажений составляет 0,2%, когда напряжение на динамик 6 В при 8 Ом, и может достигать до 10% при максимальных значениях напряжения.
Выходная мощность
В идеальных условиях выходная мощность составляет приблизительно 700 мВт или же 0,7 Вт.
Шаг 2: Неужели и правда меньше Ватта?
Вы будете удивлены, насколько громким может показаться сигнал всего в 1 Вт. Если не акцентировать внимание на глубоких басах, то 1 Вт абсолютно достаточен для звуковых систем ноутбуков или мобильных аудиоустройств. Также важно отметить, что для наушников, находящихся близко к барабанным перепонкам, достаточно всего лишь нескольких милливатт, чтобы произвести оглушающий эффект.
Необходимо запомнить несколько ключевых правил:
- Удвоение мощности соответствует увеличению громкости на 3 дБ.
- Таким образом, разница между 50 Вт и 100 Вт составляет 3 дБ.
- Разница между 100 Вт и 200 Вт также равна 3 дБ.
- Но если говорить о разнице между 500 Вт и 1000 Вт? Тоже 3 дБ!
Таким образом, можно заметить, что с ростом мощности увеличение звукового давления не пропорционально увеличивает эффект громкости.
Вкратце, соотношение между децибелами, мощностью и звуковым давлением показывает следующий эффект: для того чтобы удвоить звуковое давление, нужно учетверить мощность усилителя, что открывает возможность регулирования уровня громкости по желаниям слушателя. Чтобы лучше понять эту тему, рекомендую изучить статьи о зависимости громкости (дБ) от мощности (Вт) и о взаимосвязи уровня звука с мощностью усилителя.
Наиболее известные и мощные усилители, такие как NAD 3020, могли выдавать лишь 20 Вт при использовании 8 Ом — динамиков, что в современных условиях не представляется чем-то выдающимся. Важно помнить, что такие параметры, как диапазон воспроизводимых частот, общие гармонические искажения и прозрачность звучания куда более критичны для достижения идеального звукового качества, чем просто показатели мощности.
Усилитель звука на TEA2025B
Микросхема TEA2025B работает в широком диапазоне однополярного напряжения от 3 до 15 В. При этом выходная мощность в режиме стерео составляет 2 по 2,3 Вт. Нагрузкой в этом случае выступают два динамика с сопротивлением звуковой катушки 4 Ом. Микросхему также можно использовать для подачи моно сигнала, что позволит подключить лишь один динамик.
Важно. Привыкайте проверять схемы, которые находите в интернете, с типовыми графиками подключения, представленными в документации к соответствующим микросхемам. Как показывает практика, вы часто столкнетесь с различными ошибками. Поэтому всегда полезно заглядывать в первоисточник. Производители микросхем в своих технических описаниях не допускают ошибок, в отличие от сайтов радиолюбителей.
В данной работе мы будем создавать стерео усилитель.
Прежде всего, для подключения к звуковой карте компьютера, смартфона или другим аудиовыходам, например, от приемника или тюнера, вам понадобится аудиоразъем.
Существует несколько типов аудиоразъемов: для моно сигнала (однопиновый), для стереосигнала (двухпиновый) и стерео с микрофоном (четырехпиновый). В нашем случае нам нужен аудиоразъем на два пина и без микрофонного контакта.
Один контакт будет отвечать за левый канал, другой — за правый, а третий, если он есть, служит общим проводом для двух каналов.
Чтобы избежать ошибок, крайне важно прозвонить место пайки проводов с соответствующими выводами.
Вот мы и подготовили штекер, но пока не спешим его припаивать.
Также вам понадобятся два идентичных по характеристикам динамика. Идеально подходят динамики мощностью 3 Вт с сопротивлением звуковой катушки 4 Ом.
Имейте в виду, что динамики также имеют определённую полярность, которая обозначает начало и конец звуковой катушки. В дальнейшем важно соблюдать эту полярность.
Следующий ключевой компонент любого звукового усилителя — это блок питания. Вам подойдет блок на 9 В или 12 В с мощностью от 9 Вт. Чтобы узнать, как сделать такой блок питания, вы можете перейти по соответствующей ссылке.
Для своего проекта я буду использовать блок питания с регулируемым выходным напряжением, о котором я показывал, как делать в своем курсе для начинающих электронщиков.
Собираем усилитель звука на TEA2025B
Теперь, когда мы собрали все необходимые дополнительные компоненты, можем сосредоточиться на микросхеме TEA2025B.
При более внимательном рассмотрении схемы мы можем заметить положительное отличие: шесть электролитических конденсаторов имеют равный номинал — 100 мкФ. Это отличная новость, поскольку во многих микросхемах могут использовать конденсаторы разного номинала, что создает некоторые неудобства при сборке.
Важно отметить, что хотя микросхема предназначена для питания с напряжением до 12 В, электролитические конденсаторы следует использовать с напряжением не менее 25 В.
Для регулировки громкости обоих каналов одновременно рекомендуется использовать сдвоенный переменный резистор с логарифмической зависимостью. Таким образом, в последствии постоянные резисторы, показанные на одном из предыдущих фото, не будут нужны.
Я не стал усложнять задачу и создал разводку печатной платы достаточно быстро с помощью программы Sprint Layout. Если у вас есть желание сделать более качественную разводку с нуля, то вам было бы замечательно поделиться ей с другими начинающими радиолюбителями. Вы можете отправить её на мою электронную почту, и я добавлю её в данную статью. Уверен, все будут вам благодарны.
Теперь осталось выполнить самое приятное — впаять все радиодетали на печатную плату и подключить выводы штекера и динамиков.
Надеюсь, теперь у вас нет никаких сомнений в том, что вы сможете сделать любой усилитель своими руками.
Трагедия Аресибо: что погубило гигантский телескоп, и можно ли было предотвратить катастрофу?
- Рассуждения
- 7 часов назад
- Наука и космос
Обрушение радиотелескопа Аресибо в декабре 2020 года стало не только утратой значимого научного объекта, но и ярким примером того, как совокупность, казалось бы, незначительных факторов может привести к катастрофе.
Утконос — смесь птицы и рептилии, но является млекопитающим: интересные факты и способности
- Рассуждения
- 7 часов назад
- Флора и фауна
Многие люди знают о существовании такого животного, как утконос. Некоторые смело распознают его на фотографиях, но далеко не все понимают его невероятные и уникальные особенности, которые присущи исключительно этому виду.
