Усилитель звука своими руками для сабвуфера, на транзисторах кт818 кт819

Ни один музыкальный концерт или выступление оратора, рассчитанные на большую аудиторию, не могут пройти без усилителей низкой частоты. В полупроводниковых устройствах основными узлами, обеспечивающими усиление звука стали транзисторы. Для создания большого усиления применялись мощные модели, рассчитанные на большие рабочие токи, и самые известные из них — КТ818 и КТ819. Были и более мощные полупроводники, но самой популярной осталась эта пара. Статья поможет тем, кто хочет поэкспериментировать и собрать мощный усилитель на базе транзисторов КТ818 и КТ819.

Развитие усилителей низкой частоты

Совершенствование радиоэлектронной промышленности привело к тому, что громоздкие и тяжелые, требующие хорошего охлаждения, усилители, построенные на радиолампах, стали уходить в прошлое, уступив место полупроводниковым аналогам. При равных характеристиках транзисторные УНЧ были в десятки раз легче ламповых, в разы экономичнее и компактнее их.

 

Простое усиливающее устройство на одном транзисторе занимало меньше места, чем одна деталь лампового усилителя, сопоставимого по мощности.

Простой усилитель на одном транзисторе

Устройство представляет собой простейшую радиолюбительскую схему усиления, построенную на использовании цепи «база-коллектор» любого биполярного транзистора.

В состав усилителя входят:

• любой биполярный транзистор с n-p-n переходом;
• регулируемый резистор;
• переходной конденсатор на входе;
• динамик с высоким сопротивлением (>8 Ом);
• источник питания от 4,5 до 12 В;
• входной сигнал от микрофона или проигрывателя.

«Минус» динамика или звуковой головки присоединяется к коллектору транзистора, а его «плюс» — через переменный резистор, играющий роль регулятора громкости, включается в цепь базы транзистора и подключается к «плюсовому» плечу схемы. «Минус» схемы, идущий от аналогичного полюса источника питания, присоединяется к эмиттеру транзистора и «минусу» входного сигнала. Завершает создание усилителя присоединение «плюса» входного сигнала через переходной конденсатор к цепи базы транзистора.

Усиление сигнала обеспечивается тем, что напряжение, подаваемое на динамик с коллектора транзистора, складывается с номиналом, приходящим туда же, но уже с базы полупроводника.

Улучшенные варианты однотранзисторного усилителя

Схема УНЧ, построенная на одном транзисторе, имеет один чувствительный «минус» — одновременно со звуком происходит усиление частотного «шума», возникающего при сложении сигналов от коллектора и от базы. Этот «шум» представляет собой паразитные напряжения и определяется коэффициентом нелинейных искажений. Теряется «человеческое» звучание, оно становится похожим на «голос» робота.

Для борьбы с нелинейными искажениями в цепь эмиттера вводят зависимую от частоты сигнала отрицательную обратную связь, обозначаемую в литературе аббревиатурой ООС. Конструкция представляет собой простейший частотный фильтр, созданный парой «конденсатор-резистор».

Другой вид помех, искажающих реальное звучание, называется гармониками переменного напряжения. Для защиты от возникновения гармоник и увеличения сигнала, подаваемого на базу транзистора, в цепях усиления с ООС создается дополнительный делитель напряжения, представляющий собой обычный резистор, включенный в цепь «общий минус-база транзистора».

Дополненная таким образом схема однотранзисторного усилителя низкой частоты превращает его в простой усилительный каскад.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Если к схеме простого усилительного каскада, вместо динамика подключить вторую, точно такую же, схему, то получится простой двухкаскадный УНЧ. Его усиление будет равняться не простому математическому сложению мощностей двух частей схемы, а их произведению, то есть многократному увеличению мощности исходного сигнала.

Если два транзистора, используемых в этой схеме, включить в цепь с общим эмиттером базу одного и соединить через резистор с коллектором другого, а базу второго соединить с коллектором первого, то получится мультивибратор.

Другое название этого устройства — триггер,(рус. «коромысло», или «спусковой крючок»), являющийся основным элементом любого современного гаджета — от мобильного телефона до суперкомпьютера.

Трехкаскадный УНЧ с непосредственной связью

Кажущаяся простота создания мощных, многокаскадных усилителей подталкивает к простому увеличению числа каскадов. Внедрение большого, чем два, числа каскадов ограничивается возможным возникновением эффекта самовозбуждения такого усилителя и его выходом из строя.

Созданию усилителей с тремя и более каскадами помогло упрощение схемы одного каскада, путем отказа от ООС и созданию прямой связи между каскадами.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Хороший результат при создании усилителя низкой частоты с прямой связью дает применение полевого транзистора в качестве входной части двухкаскадного усилителя. 

Исток этого прибора подключается к общему «минусу» усилителя, а стока снимается напряжение, являющееся входным для второго каскада. Гальваническая развязка, реализованная полевым транзистором, позволяет отсечь возникающие паразитарные обратные связи, и обеспечить максимальное усиление сигнала на выходе устройства. 

Для обеспечения устойчивости длительной работы кремниевый транзистор второго каскада необходимо установить на теплоотводящую пластину (радиатор).

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

Усиление звука с помощью полупроводниковых приборов можно реализовать путем применения биполярных транзисторов. Сделать это можно двумя способами — используя два транзистора с одинаковым переходом или с применением двух транзисторов с разными переходами.

Усилитель первого типа построен так, что выходной сигнал снимается с эмиттера одного из каскадов. Транзисторы каскадов соединяются последовательно с общей базой — получают на выходе коэффициент усиления 5.

Конструкция второго типа построена на применении комплементарной пары транзисторов — в одном каскаде применяется прибор с n-p-n переходом, во втором с p-n-p. Транзисторы подключаются последовательно, но из-за разности переходов соединение получается параллельным. В результате выходной сигнал, снимаемый с цепи «эмиттер-коллектор», получает коэффициент усиления 100.

Как получить потрясающий стереозвук на основе транзисторов КТ818 и КТ819

УНЧ на советских транзисторах КТ818 и КТ819 позволяют сохранить некоторые характеристики звучания, недоступные для воспроизведения на других полупроводниках. 

Работа этой комплементарной пары позволяет одному прибору хорошо сохранить «верха» музыкальной композиции, а второму — удержать «низы». Усилитель с этими элементами не «заливает» «окружающий мир» басами, бьющими по перепонкам, а красиво и чисто «разливает» практически не измененную музыку.

Качественный усилитель звука своими руками – спецификация комплектующих УНЧ

Любой усилитель состоит из нескольких узлов, выполняющих определенные функции.

Силовой трансформатор

Для питания УНЧ применяется тороид от активного сабвуфера с тремя вторичными обмотками. Трансформатор был подвергнут переделке с получением четырех взаимоизолированных обмоток:

1. Обмотки 1 и 2, с + 25 – 0 – -25, со средней точкой на половине витков.
2. Обмотки 3 и 4,  0 – 26.

Обмотки со средней точки предназначены для питания УНЧ левого и правого каналов, а 3 и 4 — для снабжения усилителя сабвуфера.

УНЧ левого и правого канала

На обоих каналах была реализована схема с двумя двухкаскадными усилителями на транзисторах КТ818 и КТ819. Питания от тороида вполне достаточно, но если придется «раскачивать» динамики 25 Вт и выше, то транзисторы необходимо устанавливать на мощные радиаторы.

УНЧ сабвуфера

Для питания «саба» был использован двухкаскадный усилитель со схемами предусиления. В качестве выходных транзисторов использована мощная комплементарная пара 2SA1943 и 2SC5200, для предусиления были выбраны BD139 – BD140, аналогичные советским КТ818Г и КТ819Г.

Блоки питания УНЧ

Источник напряжения для усилителя содержит двухполярный источник питания ± 12 В, с мощными переходными конденсаторными блоками, содержащими по 4 конденсатора емкостью по 4700 мкФ на каждое плечо БП.

Устройства защиты ас

Акустические системы и сабвуфер, работающие с такими мощными усилителями, тоже нуждаются в защите. Для этого были применены три блока защиты — один на базе реле Finder 40.52S для защиты сабвуфера, и два на BS-115C для защиты обоих каналов.

Входной фильтр питания 220 В

На входе сетевого питания был создан блок, содержащий вариатор, предохранитель и конденсатор подавления электромеханических помех, емкостью 0,1 мкФ на напряжение 305 В.

Селектор входов и регулятор громкости

Устройство разделено на три части: основная плата, блок контроля с дисплеем и малая плата с энкодером (резистор, совмещенный с фиксируемой кнопкой). Основная плата содержит диодный мост с конденсаторами питания, стабилитроны на 5В для микросхемы регулировки и реле переключения входов, сама микросхема, реле и разъемы входа-выхода. 

Блок контроля включает двухрядный шестнадцатизначный ЖК-дисплей, его контроллер и точки подключения основной платы и энкодера. Малая плата содержит энкодер и его шлейф для подключения к основной плате.

Предусилитель ФНЧ для сабвуфера

Предварительный усилитель «саба» собран на базе операционного усилителя NE5532, содержит два регулируемых резистора для грубой регулировки громкости и частоты фильтра низких частот, 2 входных канала и один моновыход.

Внутренний источник сигнала

Устройство собрано на микросхеме РСМ5122 и, фактически является MPD-сервером, дополненным 12-битным цифро-аналоговым преобразователем.

Мультимедиа

В качестве варианта была применена приставка TV Box на Android — устройство предназначено для согласования работы усилителя с сигналом, получаемым из интернета.

Блоки питания 5 В

Для запитки предусилителя внутреннего источника сигнала и мультимедиа было необходимо создать отдельные блоки питания. Дело в том, что при использовании блоков питания усилителя или сабвуфера могли возникать паразитарные обратные связи, способные не только вносить сбои в работу этих систем, но и вывести их из строя.

В качестве индивидуального блока питания для каждого устройства были выбраны БП зарядных устройств для мобильных телефонов. Схемы были вынуты из заводских корпусов и размещены в усилителе.

Корпус усилителя

При проектировании корпуса устройства необходимо определить место в автомобиле, где будет установлен усилитель, и уже по этому месту изготовить корпус.

Если устройство будет работать в помещении, то на размерах корпуса можно не экономить и создать его из расчета удобства монтажа печатных плат.

Сборка комплектующих в корпус

Составные части усилителя размещают в корпусе так, чтобы обеспечить свободный доступ к его органам управления. В то же время печатные платы необходимо располагать, учитывая необходимость обеспечения охлаждения радиаторов транзистора.

В заключение стоит отметить, что комплементарная пара мощных советских транзисторов КТ818 и КТ819 является одним из лучших достижений радиоразработчиков из СССР. Немного повозившись со сборкой и настройками усилителя, слушатель получит «живой» звук, который не смогут создать современные цифровые устройства.