Лаборатория Ирбиcов - Мягкой поступью к вершинам знаний и мастерства - Lab. Торопкин М.В. Ламповый Hi-Fi усилитель своими руками (2-е изд.) Качественный ламповый усилитель класса Hi-Fi
Микросхемы TDA2050, TDA2030 и LM1875 являются монофоническими микросхемами УНЧ. Указанные микросхемы обладают неплохими выходными показателями, за что и нашли широкое применение в промышленных аудио системах. Единственное их отличие — выходная мощность и номинал питающего напряжения. Все микросхемы питаются от двухполярного источника, поэтому указанная мощность является чисто звуковой мощностью.
Сегодня рассмотрим схему HI-FI усилителя низкой частоты на основе микросхемы LM1875. Опыт показывает, что эта микросхема звучит лучше остальных, хотя возможно я ошибаюсь. Она стоит на порядок дороже микросхемы TDA2050, думаю, что это неспроста.
LM1875 широко применяется в аудио системах 2:1, 3:1 и 5:1. Не стоит поднимать номинал входного напряжения более ±25V, хотя схема работает нормально и с питанием ±25V. На этой микросхеме можно построить высококачественный усилитель класса AB. Такой усилитель относится к категории HI-FI и развивает выходную мощность порядка 20 ватт. Выходная мощность может доходить до 30 ватт (если повысить напряжение питания), но после 20 ватт коэффициент гармоник резко возрастает.
Схема hi fi усилителя
Итак, чтобы собрать HI-FI усилитель своими руками, потребуется отыскать необходимые компоненты. В качестве питающего трансформатора годится любой сетевой трансформатор с мощностью более 40 ватт. Для фильтров нужно использовать электролитические конденсаторы с напряжением не менее 35 Вольт, емкость нужно брать побольше (2200мкФ и более). В моем случае усилитель питается от тороидального трансформатора с мощностью в 100 ватт, на плече 20 Вольт — это номинальное напряжение питания для этой микросхемы.
Важную роль играет теплоотвод, желательно укрепить микросхему на теплоотвод заранее намазав термопасту. Существует два основных варианта умощнения схемы — мостовая схема с применением двух микросхем и усиление с использованием дополнительного выходного каскада, но об этом мы поговорим в другой раз.
Рассмотрим пример построения и расчёта одной из схем усилителей мощности звуковых частот (сокращённо - УМЗЧ)Хорошая штука операционные усилители (ОУ)! Номенклатура обширная, характеристики отличные, цена сравнима с транзисторами, да вот беда - напряжение питания в большинстве случаев ±15 В, что ограничивает выходное напряжение примерно на уровне ±10 В, выходное сопротивление тоже довольно большое - порядка нескольких кОм. Это не позволяет использовать ОУ непосредственно для работы на громкоговорители. Но у нас же ещё есть "Резерв главного командования" - мощные транзисторы! Только вот для получения большой мощности на выходе УМЗЧ им требуется довольно высокое напряжение питания. Ну и что? Делаем предварительный каскад на ОУ со стабилизированным питанием ±15 В, а транзисторный выход - с питанием нестабилизированным напряжением величиной, какое только нам выходные транзисторы позволят. Почему с нестабилизированным? Тут несколько причин: трудность реализации с приемлимыми характеристиками экономичности и качества высоковольтного стабилизатора достаточной мощности; также и тем, что вносимые питанием помехи и искажения в мощных каскадах практически гораздо менее существенны, чем в предварительных каскадах за счет разницы в отношении сигнал/помеха.
Переходим непосредственно к схеме. Схема УМЗЧ выбрана двухполосной, что позволяет применить ОУ довольно с низкими частотными характеристиками. Вся схема фактически представляет собой инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью (ООС) и коэффициентом усиления, равным R2/R1 . Коэффициент усиления не следует выбирать больше 10, что фактически при входном сигнале ±10 В даёт на выходе сигнал ±100 В. Полоса частот данного УМЗЧ практически ограничена только частотными характеристиками выходного каскада. Также надо отметить хорошую стабильность "нуля", обусловленную применением ОУ и оптимальными частотными характеристиками.
Принципиальная схема УМЗЧ
Описание и расчёт схемы
Для того, чтобы полоса частот в усилителе не ограничивалась характеристиками ОУ, входной сигнал подаётся на низкочастотный и высокочастотный тракты. Сигнал раскачки подаётся на эмиттеры транзисторов VT1
и VT2
, которые образуют каскодные пары VT1-VT3
и VT2-VT4
на транзисторах противоположной структуры.
Для начала зададим коллекторные токи транзисторов VT1—VT4
по 10 мА. В результате ток через резисторы R12
, R13
должен быть 20 мА. В качестве VD1
и VD2
используем светодиоды с падением напряжения на них 1,6 В (большинство красных светодиодов). Данные светодиоды можно использовать одновременно в качестве индикаторов включения питания. Возможна также замена данных светодиодов на стабилитроны или стабисторы с соответствующим напряжением стабилизации, но тогда мы теряем функцию индикации включения питания усилителя.
Учитывая падение напряжения на VD1
и VD2
, равное 1,6 В на каждом и вычитая напряжения база-эмиттер на транзисторах VT3
и VT4
получаем напряжения на резисторах R12
и R13
по 1 В. Отсюда: делим падение напряжения на резисторах R12
и R13
(по 1 В) на заданный через них ток в 20 мА получаем R12=R13=1 В / 20 мА = 50 Ом
. Ближайшее стандартное значение номинала сопротивления - 51 Ом.
При отсутствии сигнала ток через резисторы R5=R6
составляет примерно 0,6 В / R6
. Именно на эту величину ток через резисторы R9
, R10
должен превышать заданный коллекторный ток транзисторов VT1
, VT2
(по 10 мА).
Для наиболее эффективного использования источников тока на транзисторах VT3
, VT4
нужно, чтобы их коллекторные токи изменялись от среднего значения в 10 мА на ±10 мА, т.е. чтобы диапазон их изменения составлял от 0 до 20 мА. Исходя из этого определим сопротивление резисторов R5=R6= 10 В / 10 мА = 1 кОм
(совпадает со стандартным номиналом). Отсюда получаем ток через резисторы R5
, R6
в состоянии покоя 0,6 В / 1 кОм = 0,6 мА, а через резисторы R9
, R10
— (10+0,6)=10,6 мА. Следовательно, R9=R10=15 В / 10,6 мА = 1,4 кОм. Выбираем стандартное значение номинала 1,3 кОм.
Расчёт сопряжения ОУ с оконечным каскадом на этом закончен. Теперь переходим к выходным транзисторам.
Защита выходных транзисторов по току обеспечивается транзисторами VT5
, VT6
, базовые цепи которых подключены к датчикам тока R18
, R19
. В случае, если напряжение на базе транзистора VT5
или VT6
превысит 0,6 В (UБЭ
≈ 0,6 В), соответствующий транзистор откроется и зашунтирует переход база-эмиттер соответствующего выходного транзистора VT7
или VT8
. Ток ограничения на выходе составит:
Iогр = UБЭ / R18 - ((Uп - Uвых).R16) / (R14.R18)
При работе этот ток возрастает вместе с током нагрузки, когда выходное напряжение приближается к величине питающего напряжения Uп
. При условии R14.R18/R16 = Rн
, ток ограничения при любых положительных значениях Uвых
для транзистора VT7
или отрицательных для VT8
будет больше тока нагрузки на величину ΔI=UБЭ/R18-Uп/Rн
. Задавшись величиной ΔI=(0,1...0,2)Imax
и зная величины Uп
и Rн
можно рассчитать сопротивление резистора R18
исходя из предыдущей формулы. Величину Rн
следует задавать минимально возможной. Далее, выбираем сопротивление резистора R16
в диапазоне от 200 до 800 Ом и определяем сопротивление R14=Rн.R16/R18
. Т.к. схема симметричная, то: R14=R15
, R16=R17
, R18=R19
.
Максимальная мощность, рассеиваемая на каждом из транзисторов VT7
, VT8
в рабочем режиме на НЧ при выбранном способе защиты составляет: Pmax=(U2БЭ.R14)/(4.R18.R16)=0,25Rн(UБЭ/R18)2
.
Заметим, что в аварийном режиме, т.е. при КЗ выхода усилителя на землю, рассеиваемая на выходных транзисторах мощность не превысит (0,1...0,2)Imax.Uп
, а при замыкании выхода усилителя на источник питания выходные транзисторы вообще закроются. Причем, это наступает в момент, когда Iогр=0
, т.е. когда Uвых=Uп-UБЭ.Rн/R18
. В реальных условиях VT7
запирается при Uвых
менее минус(2...4) В, VT8
— при Uвых
более +(2...4) В. По сравнению со схемой защиты без использования делителей R14-R17
применённая схема имеет очевидные преимущества: максимальная рассеиваемая мощность при замыкании выхода на землю составляет в 6-11 раз меньшую величину, а при замыкании на источник питания ещё вдвое меньшую.
Из-за падения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ОУ при повышении частоты увеличиваются искажения сигнала. Поэтому надо принять меры к тому, чтобы ВЧ тракт начинал работать раньше, чем станут заметными искажения сигнала в НЧ тракте, выполненном на ОУ. Для этого частоту среза фильтра нижних частот (ФНЧ) на входе ОУ, образованного R3
и С2
следует выбирать около 10 кГц, т.е. R3
=16 кОм, С2
=1000 пФ. Частоту среза фильтра верхних частот (ФВЧ) R4C1
следует выбирать не выше 1 кГц, т.е. R4
=20 кОм, С1
=0,01 мкФ. Коэффициент усиления разомкнутого тракта ВЧ устанавливается резисторами R7
, R8
. Коэффициент усиления необходимо устанавливать совместно с выбором ёмкости С3=С4, так, чтобы при замкнутой цепи ОС всего усилителя достигался желаемый вид переходных процессов. В принципе в данной схеме можно достигнуть значения КНИ 0,005 %.
Для ОУ достаточно стандартной частотной коррекции. При возбуждении усилителя на высоких частотах её можно подавить введением базовые цепи транзисторов резисторов. Возможно, потребуется в случае индуктивного характера нагрузки подключить корректирующую RC-цепочку, а такжезашунтировать R2
конденсатором небольшой ёмкости, включенным последовательно с резистором сопротивлением 0,1R2
. Выходные транзисторы могут быть составными, что позволяет достичь хороших энергетических и качественных показателей. И напомню - про мощность резисторов забывать не стоит. Во-первых, она определяется током через резистор - P=I2.R
, во-вторых - максимально допустимым напряжением на резисторе.
Литература:
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир 1982
2. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 89. — М.:ДОСААФ, 1985
3. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. — М.: Советское радио, 1979
Сегодня у нас полезная самоделка для ценителей хорошего звука: высококачественный ламповый усилитель сделанный своими руками
Здравствуйте!
Решил я собрать двухтактный ламповый усилитель (уж очень руки чешутся) из, накопившихся у меня за долгое долгое время деталей: корпус, лампы,панельки к ним, трансформаторы и прочее.
Надо сказать, что всё это добро мне досталось даром (безвозмездно тобишь) и стоимость моего нового проекта будет 0.00 гривен,а если что-то надо будет докупить по мелочи, куплю уже за рубли (так как начал я свой проект в Украине, а закончу уже в России).
Начну описание с корпуса.
Когда-то это был,судя по всему, неплохой усилитель фирмы SANYO модель DCA 411.
Но послушать мне его не довелось так как достался он мне в жутком грязном и нерабочем виде, перекопан до нельзя и горелый сетевик на 110 В (японец, наверное) закоптил все внутренности. Вместо родных микросхем оконечного каскада какие-то сопли из советских транзисторов (это фото из интернета хорошего экземпляра). Короче, я всё это выпотрошил, и стал думать. Так вот, ничего лучшего чем запихать туда ламповик я не придумал (уж довольно много места там).
Решение принято. Теперь надо определяться со схемой и деталями. У меня есть достаточное количество ламп 6п3с и 6н9с.
Ввиду того, что однотактник я уже собирал на 6п3с,мне захотелось больше мощности и,порывшись в просторах интернета, я выбрал эту схему двухтактного усилителя на 6п3с.
Схема самодельного лампового усилителя (УНЧ)
Схема взята с сайта heavil.ru
Надо сказать, что схема, наверное, не самая хорошая, но ввиду её относительной простоты и доступности деталей решил остановиться на ней. Выходной трансформатор (фигура важная в сюжете).
В качестве выходных трансформаторов решено использовать «легендарный» ТС-180. Сразу камнями не кидайтесь (приберегите их до конца статьи:)) я и сам в глубоких сомнениях о таком решении, но учитывая моё стремление не тратить ни копейки на этот проект продолжу.
Выводы транса для моего случая я соединил вот так.
(8)—(7)(6)—(5)(2)—(1)(1′)—(2′)(5′)—(6′)(7′)—(8′) первичка
(10)—(9)(9′)—(10′) вторичка
на соединение выводов 1 и 1′ подается анодное напряжение, 8 и 8′ на аноды ламп.
10 и 10′ на динамик. (это я не сам придумал, нашел в интернете). Чтобы развеять туман пессимизма я решил проверить частотную характеристику трансформатора на глаз. Для этого собрал такой стенд на скорую руку.
На фото генератор ГЗ-102 , усилитель BEAG APT-100 (100V-100W), Осциллограф С1-65, эквивалент нагрузки 4 Ом (100W), ну и сам трансформатор. Кстати, на сайте есть .
Ставлю 1000 гц размахом 80 (примерно) вольт и фиксирую напряжение на экране осциллографа (около 2 в). Далее увеличиваю частоту и жду когда напряжение на вторичке транса начнет падать. Тоже самое делаю в сторону уменьшения частоты.
Результат меня, надо сказать, порадовал АЧХ практически линейна в диапазоне от 30 гц до 16 кГц, ну я думал, что будет намного хуже. Кстати, усилитель BEAG APT-100 имеет повышающий трансформатор на выходе и его АЧХ, возможно, тоже не идеальна.
Теперь можно собирать все до кучи в корпус со спокойной совестью. Есть задумка сделать монтаж и компоновку внутри в лучших традициях, так называемого, моддинга (минимум проводов на виду) и еще не плохо было бы сделать подсветку светодиодами как в промышленных экземплярах.
Блок питания самодельного лампового усилителя.
Сборку начну с заодно опишу его. Сердцем блока питания (да и всего усилителя, наверное) будет тороидальный трансформатор ТСТ-143, который я в своё время (года 4 назад) выдрал с мясом из какого-то лампового генератора прямо в то время, как его уносили на свалку. Больше к сожалению ничего не успел L жалко такой генератор, а может он еще и рабочий был или починить можно было … Ладно что-то я отвлекся. Вот он силовик мой.
Конечно в интернете нашел схему на него.
Выпрямитель будет на диодном мосте с фильтром на дросселе для анодного питания. И 12 вольт для питания подсветки и анодного напряжения. Дроссель вот такой у меня.
Его индуктивность составила 5 генри (если верить прибору) , что вполне достаточно для хорошей фильтрации. А диодный мост нашелся вот такой.
Его название BR1010. (10 ампер 1000 вольт). Все начинаю выпиливать усилитель. Думаю — будет как-то так.
Размечаю и вырезаю отверстия в текстолите под панельки для лампочек.
Получается неплохо:) пока мне всё нравится.
И так, и эдак. сверлим пилим:)
Началось что-то вырисовываться.
Нашел в старых запасах фторопластовый провод и сразу же все альтернативы и компромиссы по поводу провода для монтажа исчезли без следа:) .
Такой вот получился монтаж. Всё как бы «кошерно» накалы перевиты, земля в одной,практически, точке. Должно работать.
Пришло время городить питание. После проверки и прозвонки всех выходных обмоток транса припаял все необходимые провода к нему, и начал устанавливать согласно принятому плану.
Как известно, в нашем не легком никуда без подручных материалов: так пригодился контейнер от киндер-сюрприза.
И крышка от нескафе и старый компакт диск
Я повыдирал из плат телевизоров и мониторов. Все емкости не менее 400 вольт (знаю, что надо бы побольше, но не хочу покупать).
Мост шунтирую емкостями (какие были под рукой, наверное, поменяю потом)
Многовато получается, ну да ладно, под нагрузкой просядет:)
Выключатель питания использую штатный от усилителя (четкий и мягкий).
С этим готово. Хорошо получилось:)
Подсветка для корпуса лампового усилителя.
Для реализации подсветки была куплена светодиодная лента.
И установлена следующим образом в корпус.
Теперь свечение усилителя будет видно и в дневное время. Для питания подсветки я сделаю отдельный выпрямитель со стабилизатором на какой-нибудь КРКЕН подобной микросхеме (что найду в хламе) , от которого планирую запитать схему задержки подачи анодного напряжения.
Реле задержки.
Порывшись в закромах родины, я нашел вот такую совершенно нетронутую штуку.
Это радио-конструктор реле времени для фотоувеличителя.
Собираем, проверяем, примеряем.
Время срабатывания выставил около 40 секунд, а переменный резистор заменил постоянным. Дело идет к завершению. Осталось все собрать вместе, поставить морду, индикаторы и регуляторы.
Регуляторы (переменники на входе)
Говорят, от них может сильно зависеть качество звука. Короче я поставил вот такие
Сдвоенные по 100 кОм. так как у меня их два,то я решил запараллелить выводы получив тем самым 50 кОм и повышенную стойкость к хрипам:)
Индикаторы.
Индикаторы я задействовал штатные, со штатной подсветкой
Схема подключения была мною беспощадно выкушена с родной платы и также задействована.
Вот что в итоге у меня получилось.
При проверке мощности усилитель продемонстрировал напряжение на выходе 10 вольт неискаженной синусоиды частотой 1000гц на нагрузку 4 ома (25 ватт) одинаково по каналам, что порадовало:)
При прослушивании звук был кристально чистым без фона и пыли, что называется, но чересчур мониторным, что ли? красивым, но плоским.
Я наивно полагал, что он без тембров заиграет, но …
При использовании программного эквалайзера удалось получить очень красивое звучание, которое всем понравилось. Спасибо всем большое!!!
Не секрет, что ламповая аппаратура звукоусиления в последние 10 лет переживает второе рождение, а фотографии ламповых конструкций «прописались» на обложках популярных аудиожурналов; выпуск радиоламп освоен (или возобновлен?) ведущими компаниями США, Европы и Японии.
К сожалению, информация о радиолампах разбросана по устаревшим справочникам, выпущенным до 80-х годов прошлого столетия, представляющим библиографическую редкость, а также по сайтам Интернета, зачастую не оптимизированным для поисковых машин. Не хватает информации и по звуковому применению ламп, изначально не предназначенных для этих целей (модуляторных, генераторных, телевизионных).
Задача книги- собрать воедино информацию о наиболее популярных радиолампах, разработанных (или применимых) для использования в звукоусилении, познакомить читателя с современной ламповой схемотехникой.
Приводятся не только данные о цоколевках, электрические параметры, вольт-амперные характеристики (ВАХ) радиоламп, но и рекомендации по их применению, включая различные схемы построения ламповых каскадов и аппаратуры звукоусиления.
Автор умышленно избегает субъективных оценок качества звучания, псевдонаучных, откровенно коммерческих и даже мистических терминов («виртуальная глубина», «тональный баланс», «воздушность» ит. п.). Причины, по которым один усилитель обеспечивает лучшее звучание, чем другой (обладающий аналогичными объективными параметрами), следует искать с помощью спектроанализатора, а не магических пассов и заклинаний.
Книга адресована любителям высококачественного звуковоспроизведения. Приведенный материал объяснит, как собрать свой первый Hi-Fi ламповый усилитель. Но это не все, чем интересна данная книга.
Для начинающих радиолюбителей представлена глава «Основы схемотехники ламповых усилительных каскадов». Тем, кто решил приобрести готовый усилитель или сравнить характеристики моделей заводского изготовления, будет интересна глава «Обзор рынка ламповых Hi-Fi усилителей. Как сделать правильный выбор при покупке».
Книга является также справочным пособием по ламповой схемотехнике, электронным лампам, применяемым в современной аппаратуре высококачественного звукоусиления, руководством по конструированию усилительных каскадов с обзором наиболее интересных схемотехнических решений. В приложениях приведены методики расчета и готовые примеры конструкций выходных трансформаторов. Глава «Обзор ресурсов Интернет по ламповой Hi-Fi усилительной технике» позволит существенно расширить кругозор читателей в области ламповой схемотехники и сэкономить время (и деньги) при поиске информации в сети Интернет.
Книга предназначена для широкого круга радиолюбителей и любителей качественного звука.
Внимание!
В ламповых конструкциях используются опасные для жизни напряжения. При работе со схемами, приведенными в настоящей книге, будьте предельно внимательны и осторожны. Начинающим радиолюбителям следует произвести проверку и первое включение собранной конструкции под руководством опытных специалистов. Помните, что опасность представляет даже устройство, отключенное от электрической сети, - конденсаторы блока питания могут сохранять заряд в течение нескольких суток. Берегите себя и своих близких.
Издательство: Наука и Техника
Серия: Домашний мастер
Год: 2006
Страниц: 272
ISBN: 5-94387-177-2
Формат: PDF
Качество: отличное
Размер файла: 67,28 мб
Скачать: Торопкин М.В. Ламповый Hi-Fi усилитель своими руками (2-е изд.)