Балансный мостовой усилитель мощности (250 Вт). Мостовой усилитель мощности звуковой частоты Выбор проектных процедур анализа

Одной из главных проблем, с которой сталкивается разработчик ламповых усилителей, является изготовление выходных трансформаторов. В то время как силовой трансформатор должен лишь обеспечивать необходимые напряжения и токи и может быть намотан, в крайнем случае даже вручную, выходной трансформатор оказывает огромное влияние на характеристики усилителя. Способ намотки обмоток, размеры сердечника, даже толщина пластин сердечника и толщина прокладок между обмотками - все влияет на такие важные параметры усилителя, как выходная мощность, полоса пропускания частот и нелинейные искажения.

Желание сделать выходной трансформатор менее критичным к качеству его изготовления или вообще отказаться от его применения привело к появлению схем мостовых усилителей, в которых выходные лампы по постоянному току включены последовательно, а по переменному-параллельно. Поскольку выходные лампы в такой схеме работают в режиме катодного повторителя, а постоянная составляющая на нагрузке исключена, появляется возможность согласовать сопротивление нагрузки с помощью простого автотрансформатора, имеющего всего одну обмотку.

Схема такого мостового усилителя мощности приведена на рис.1.

Рис.1. Схема мостового усилителя мощности

Входной каскад на лампе Л1.1 типа 6Н8С построен по схеме с общим катодом и особенностей не имеет. Его назначение - обеспечить необходимый уровень чувствительности. Если источник сигнала имеет выходное напряжение не менее 4 В, то входной каскад можно исключить и подавать входной сигнал прямо на вход фазоинвертора.

Фазоинвертор (лампа Л2 тина 6Н9С) построен на основе балансного. Такой фазоинвертор отличается большим усилением и симметричностью разделенного сигнала. При желании иметь в усилителе балансный вход типа XLR, обладающий большей помехозащищенностью по сравнению с однотактным входом RCA, можно убрать конденсатор, заземляющий второй вход фазоинвертора, и подать на него сигнал.

Выходной каскад выполнен на двух лучевых тетродах Л3 и Л4. В качестве выходных ламп можно применять лампы 6П6С или 6П3С. С первыми выходная мощность составит около 12-13 Вт, со вторыми - до 25 Вт на канал. Еще более увеличить выходную мощность можно, применив лампы 6П27С, которые имеют максимальное анодное напряжение до 800 В и гораздо больший ток анода. Но для этого придется увеличить мощность силового трансформатора и изменить конструкцию усилителя.

Из-за параллельного включения ламп по переменному току оптимальное сопротивление нагрузки уменьшается в 4 раза и составляет для данной схемы около 900 Ом.

Выходной автотрансформатор намотан на сердечнике от стандартного трансформатора ТП-208-6 сечением 7,0 см2. Первичная обмотка имеет 650 витков провода диаметром 0,33 мм, вторичная - 84, третья - 35 витков провода диаметром 1,0 мм, четвертая - 531 виток провода диаметром 0,33 мм. Все обмотки должны быть намотаны в одну сторону. Их расположение на катушке показано на рис.2.

Рис.2. Расположение обмоток выходного трансформатора

Плечи выходного каскада питаются от отдельных выпрямителей. При изготовлении двухканального усилителя потребуются четыре обмотки анодного питания, что необходимо учитывать при подборе трансформатора.

Схема блока питания двухканального усилителя приведена на рис.3.

Рис.3. Схема блока питания

Силовой трансформатор намотан на сердечнике сечением не менее 16 см2 и имеет восемь обмоток. Первичная обмотка имеет 650 витков провода диаметром 0,5 мм; вторая, третья, четвертая и пятая обмотки имеют по 700 витков провода диаметром 0,2 мм; накальные обмотки – шестая и седьмая - имеют по 19 витков провода диаметром 1,0 мм; восьмая обмотка имеет 36 витков провода диаметром 0,2 мм и используется для питания устройства задержки включения анодного питания.

Устройство задержки включения питания выполнено по схеме на рис.4. Для двухканального усилителя это устройство должно иметь два реле типа РЭС22. В зависимости от рабочего напряжения реле их обмотки включаются параллельно или последовательно.

Рис.4. Схема задержки подачи анодного напряжения

Выпрямители и устройство задержки включения питания собраны на общей плате, рисунок которой приведен на рис.5.

Рис.5. Печатная плата блока питания

Как известно, главным недостатком ламп по сравнению с транзисторами является довольно низкая стабильность параметров. Так, ресурс большинства ламп составляет 500-1000 часов непрерывной работы. За этот период значительно изменяются основные параметры лампы - уменьшается крутизна характеристики, падает выходная мощность, изменяется внутреннее сопротивление. Особенно неприятно этот эффект проявляется в двухтактных выходных каскадах, так как изменение параметров ламп приводит к разбалансировке плеч двухтактного каскада, появлению постоянного тока через выходной трансформатор и увеличению нелинейных искажений. Стабилизация анодного питания в данном случае не помогает, поскольку лампа по постоянному току представляет собой сопротивление и изменение внутреннего сопротивления лампы вызывает нестабильность тока покоя. Большинство усилителей либо регулируется только один раз при изготовлении, либо имеет подстроечные элементы для установки тока покоя в течение срока службы усилителя, что требует периодического проведения профилактических работ с применением специального оборудования и некоторой квалификации от пользователя ламповой аппаратуры.

Для описанного усилителя мною было разработано простое устройство, автоматически поддерживающее заданный ток покоя выходных ламп. Схема этого устройства приведена на рис.6.

Рис.6. Схема стабилизатора тока покоя выходных ламп

Устройство представляет собой стабилизатор тока и состоит из нескольких функциональных узлов. Резистор Rдт представляет собой датчик тока, на котором создается напряжение падения, пропорциональное току покоя лампы. На транзисторах VT1 и VT2 собран маломощный источник опорного напряжения, с помощью которого задается ток покоя лампы. Данная схема источника опорного напряжения отличается малым потреблением тока (0,5-0,7 мА), что немаловажно, так как ток источника опорного напряжения не проходит через датчик тока и, следовательно, приводит к небольшой погрешности установки тока покоя. При желании источник опорного напряжения можно заменить светодиодом, который будет индицировать нормальный режим лампы. В этом случае нужно применить светодиод с рабочим током не более 1 мА. На составном транзисторе VT3VT4 собрано устройство сравнения и управления током. При уменьшении тока покоя лампы уменьшается падение напряжения на резисторе датчика тока Rдт. Поскольку напряжение на базе транзистора VT3 стабилизировано источником опорного напряжения, уменьшение напряжения на эмиттере VT3 вызывает открывание транзисторов VT3 и VT4, которые шунтируют резистор Rк и уменьшают общее сопротивление в цепи катода лампы, тем самым увеличивая ее анодный ток. При повышении анодного тока транзисторы VT3 и VT4 закрываются и увеличивают сопротивление в цепи катода. Для исключения влияния переменной составляющей катодного тока на постоянный ток покоя резистор R5 зашунтирован конденсатором большой емкости С1.

Это устройство включается в катодную цепь лампы вместо резистора автоматического смещения и питается за счет напряжения смещения. При испытании с несколькими лампами типа 6П6С и 6П3С такой стабилизатор тока обеспечивал постоянство тока покоя с точностью до 2%. По переменному току это устройство зашунтировано конденсатором большой емкости и не оказывает никакого влияния на усиление звуковых частот. Для каждой выходной лампы изготавливается такой стабилизатор тока на небольшой печатной плате и устанавливается вместо катодного резистора. Установив ток покоя выходного каскада равным 25-30 мА, можно использовать усилитель в классе А или АВ, устанавливая в выходном каскаде соответственно лампы 6П6С или 6П3С. Никаких регулировок при замене ламп при этом не нужно.

Все трансформаторы и лампы установлены непосредственно на корпусе усилителя. Трансформаторы закрыты кожухами, которые также крепятся к корпусу. Установочные размеры силового трансформатора зависят от конструкции самого трансформатора и поэтому не указаны на чертеже корпуса усилителя. Около всех трансформаторов должны быть просверлены отверстия для прокладки проводов. Их размеры и положение также достаточно произвольны. Плата блока питания крепится в подвале корпуса под силовые трансформатором на винтах крепления кожуха трансформатора. Монтаж каскадов усилителя выполнен навесным способом на выводах ламповых панелей. На винтах крепления ламповых панелей закреплены дополнительные контактные пластины из текстолита, на которых резаком прорезаны контактные площадки.

Порядок монтажа и регулировки усилителя такой же, что и у .

Дмитрий Климов

Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования

Довольно простая, Повторить ее сможет даже человек, не очень сильный в электротехнике. УНЧ на этой микросхеме будет идеальным для использования в составе акустической системы для домашнего компьютера, телевизора, кинотеатра. Преимущество его в том, что не требуется тонкая наладка и настройка, как в случае с транзисторными усилителями. А уж что говорить про отличие от ламповых конструкций - габариты намного меньше.

Не требуется высокого напряжения для питания анодных цепей. Конечно, присутствует нагрев, как и в ламповых конструкциях. Поэтому в том случае, если планируется использование усилителя на протяжении долгого времени, лучше всего установить кроме алюминиевого радиатора еще и хотя бы небольшой вентилятор для осуществления принудительного обдува. Без него на микросборке TDA7294 схема усилителя будет работать, но велика вероятность перехода в защиту по температуре.

Почему TDA7294?

Эта микросхема пользуется большой популярностью уже более 20 лет. Она завоевала доверие у радиолюбителей, так как у нее очень высокие характеристики, усилители на ее основе простые, повторить конструкцию сможет любой, даже начинающий радиолюбитель. Усилитель на микросхеме TDA7294 (схема приведена в статье) может быть как монофоническим, так и стереофоническим. Внутреннее устройство микросхемы состоит из Усилитель звуковой частоты, построенный на этой микросхеме, относится к классу АВ.

Достоинства микросхемы

Преимущества использования микросхемы для :

1. Очень большая мощность на выходе. Порядка 70 Вт, если нагрузка имеет сопротивление 4 Ом. В данном случае применяется обычная схема включения микросхемы.

2. Около 120 Вт при нагрузке 8 Ом (в мостовой схеме).

3. Очень низкий уровень посторонних шумов, искажения несущественные, воспроизводимые частоты лежат в диапазоне, полностью воспринимаемом человеческим ухом — от 20 Гц до 20 кГц.

4. Питание микросхемы может производиться от источника постоянного напряжения 10-40 В. Но есть небольшой недостаток — необходимо использовать двухполярный источник питания.

Стоит обратить внимание на одну особенность — коэффициент искажений при этом не превышает 1 %. На микросборке TDA7294 схема усилителя мощности настолько простая, что даже удивительно, как она позволяет получить такое качественное звучание.

Назначение выводов микросхемы

А теперь более подробно о том, какие выводы имеются у TDA7294. Первая ножка — это «сигнальная земля», соединяется с общим проводом всей конструкции. Выводы «2» и «3» — инвертирующий и неинвертирующий входы соответственно. «4» вывод также является «сигнальной землей», соединенной с общим проводом. Пятая ножка в усилителях звуковой частоты не используется. «6» ножка - это вольт-добавка, к ней подключается электролитический конденсатор. «7» и «8» выводы — плюс и минус питания входных каскадов соответственно. Ножка «9» — режим ожидания, используется в блоке управления.

Аналогично: «10» ножка - режим приглушения, также применяется при конструировании усилителя. «11» и «12» выводы не используются в конструкции усилителей звуковой частоты. С «14» вывода снимается выходной сигнал и подается на акустическую систему. «13» и «15» выводы микросхемы — это «+» и «-» для подключения питания выходного каскада. На микросхеме TDA7294 схема ничем не отличается от предложенных в статье, дополняется она только который соединяется со входом.

Особенности микросборки

При конструировании усилителя звуковой частоты нужно обращать внимание на одну особенность — минус питания, а это ножки «15» и «8», электрически связаны с корпусом микросхемы. Поэтому необходимо изолировать его от радиатора, который в любом случае будет использоваться в усилителе. Для этой цели необходимо использовать специальную термопрокладку. Если используется мостовая схема усилителя на TDA7294, обращайте внимание на вариант исполнения корпуса. Он может быть вертикального или горизонтального типа. Наиболее распространенным является вариант исполнения, обозначаемый как TDA7294V.

Защитные функции микросхемы TDA7294

В микросхеме предусмотрено несколько видов защиты, в частности, от перепада питающего напряжения. Если вдруг изменится напряжение питания, то микросхема уйдет в режим защиты, следовательно, не будет электрического повреждения. Выходной каскад также имеет защиту от перегрузок и короткого замыкания. Если корпус прибора нагревается до температуры 145 градусов, отключается звук. При достижении 150 градусов происходит переход в режим ожидания. Все выводы микросхемы TDA7294 защищены от электростатики.

Усилитель мощности

Просто, доступно каждому, а самое главное — дешево. Буквально за несколько часов вы можете собрать очень хороший усилитель звуковой частоты. Причем большую часть времени вы потратите на то, чтобы осуществить травление платы. Структура всего усилителя состоит из блоков питания и управления, а также 2-х каналов УНЧ. Старайтесь как можно меньше проводов использовать в конструкции усилителя. Придерживайтесь простых рекомендаций:

1. Обязательное условие — это подключение источника питания проводами к каждой плате УЗЧ.

2. Свяжите питающие провода в жгут. С помощью этого получится немного компенсировать магнитное поле, которое создается электрическим током. Для этого необходимо взять все три питающих провода — «общий», «минус» и «плюс», с небольшим натяжением сплести их в одну косичку.

3. Ни в коем случае не используйте в конструкции так называемые «земляные петли». Это случай, когда общий провод, соединяющий все блоки конструкции, замыкается в петлю. Провод массы необходимо подводить последовательно, начиная от входных далее к плате УЗЧ, и заканчиваться должен на выходных разъемах. Крайне важно входные цепи подключать при помощи экранированных проводов в изоляции.

Блок управления режимами ожидания и приглушения

В этой микросхеме имеется и приглушения. Осуществлять управление функциями нужно при помощи выводов «9» и «10». Включение режима происходит в том случае, если на этих ножках микросхемы нет напряжения, либо оно менее полутора вольт. Чтобы включить режим, необходимо подать на ножки микросхемы напряжение, значение которого превосходит 3,5 В. Чтобы управление платами усилителя происходило одновременно, что актуально для схем, построенных по типу моста, собирается один блок управления для всех каскадов.

Когда усилитель включается, в блоке питания заряжаются все конденсаторы. В блоке управления также один конденсатор накапливает заряд. При накапливании максимально возможного заряда происходит отключение режима ожидания. Второй конденсатор, применяемый в блоке управления, отвечает за функционирование режима приглушения. Он заряжается немного позже, поэтому режим приглушения отключается вторым.

Транзисторы широкого применения большой мощности, например, типа КТ903 и КТ812 с различными буквенными индексами могут обеспечить выходную мощность бестрансформаторного каскада до 100-120 Вт. Дальнейшее увеличение выходной мощности требует параллельного включения двух или трех однотипных транзисторов или применения принудительного воздушного охлаждения теплоотводов. Все это усложняет конструкцию и эксплуатацию усилителей.

Давно известен способ увеличения выходной мощности усилителей, заключающийся в использовании двух идентичных усилителей мощности, включенных таким образом, что входной сигнал подается на их входы в виде двух колебаний, равных по амплитуде, но противоположных по знаку, а нагрузка включается непосредственно между выходами усилителей. Такие усилители называются балансными мостовыми. В разные годы на страницах радиолюбительских журналов СССР, ГДР, Польши и других стран появлялись описания подобных усилителей, правда, на мощность не более 10 Вт.

На рисунке приведена принципиальная схема балансного мостового усилителя мощности низкой частоты на 250 Вт при коэффициенте гармонических искажений около 2% в полосе частот от 30 Гц до 16 кГц. Основой конструкции являются два идентичных усилителя низкой частоты (А и Б), собранные на биполярных кремниевых транзисторах. Устройство защиты оконечных транзисторов и дифференциальный входной каскад отсутствуют. Изменение фазы входного сигнала, поступающего к гнезду Гн1, производится с помощью фазоинвертора на транзисторе Т8, собранного по схеме с разделенной нагрузкой. Коэффициент передачи такого каскада для коллекторной нагрузки равен -1, для эмиттерной +1. Это значит, что напряжения сигнала, подаваемые с выходов каскада на транзисторе Т8, равны по амплитуде, но противоположны по знаку, что и требуется для нормальной работы усилителя по мостовой схеме. Источник питания (общий для усилителей А и Б) выполнен по двухполупериодной схеме на понижающем трансформаторе Тр1 и двух диодах Д1, Д2. Фильтрующая цепь состоит из трех электролитических конденсаторов 2500 мкФх100 В, включенных параллельно. Сопротивление нагрузки 12-15 Ом. Нагрузка включается непосредственно между выходами обоих усилителей. Повторение конструкции возможно при использовании отечественных кремниевых высоковольтных транзисторов типа КТ626В (Т1), КТ801А (Т3), КТ312А (Т2), КТ802А (Т4), КТ903А (Т6, Т7), КТ626В (Т5). Диоды Д1 и Д2 должны быть рассчитаны на ток до 10 А, например, типа Д242Б. Все электролитические конденсаторы, кроме С1, могут быть на рабочее напряжение 60 В. ТрансформаторТр1 имеет сердечник Ш50х70. Первичная обмотка содержит 218 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,1 мм, вторичная – 120 витковс отводом от середины, проводом ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм.

Для обеспечения нормальной работы усилителя транзисторы Т3-Т7 должны иметь эффективные теплоотводы. Можно применить простейшие пластинчатые теплоотводы из листового черненого дюралюминия. Размеры теплоотводов, как указано в первоисточниках, должны быть следующими: для транзисторов Т6 и Т7 – 3х160х160 мм; для транзисторов Т4 и Т5 – 2х60х60 мм; для транзистора Т2 – 2х15х15 мм. Если в качестве Т2 применить транзистор КТ602А, то дополнительного теплоотвода не потребуется.

Налаживание собранного усилителя начинают с проверки монтажа и соединений. Затем включают питание и устанавливают режимы работы каждого из каналов усилителя в отдельности при отключенном сигнале и нагрузке. Сначала переменным резистором R 9 устанавливают ток, потребляемый каналом Б, равный 60 мА. Далее переменным резистором R 5 добиваются того, чтобы постоянное напряжение на выходе канала Б было 30 В. Потом аналогичные операции производят с каналом А.

Затем включают нагрузку и замеряют постоянное напряжение на ней. Допускается, чтобы это напряжение было не более ±0,3 В. В противном случае переменным резистором R5 каналов А и Б вновь производят коррекцию так, чтобы постоянное напряжение на нагрузке вошло в норму. И только после этого можно испытывать усилитель с источником сигнала.

Конечно, в большинстве случаев любительской практики выходная мощность 250 Вт не требуется. Но описанный выше принцип построения балансных мостовых усилителей мощности низкой частоты может оказаться полезным при создании усилителей меньшей мощности (на 40-50 Вт) на базе двух усилителей малой мощности. Необходимо только, чтобы оба исходных усилителя были одного типа, имели одинаковые характеристики, а источник питания позволял получать требуемую мощность. В среднем можно считать, что мощность выпрямителя и трансформатора должна быть по крайней мере вдвое больше максимальной выходной мощности усилителя в целом.

В заключение необходимо указать, что качество работы любого усилителя мощности низкой частоты во много зависит от источника усиливаемого сигнала, предшествующих регулирующих и корректирующих каскадов, от самой электроакустической установки, в которой используется данный усилитель, а также от мощности, входного сопротивления и качества работы громкоговорителя (или громкоговорителей, если их несколько).

Мостовой УНЧ на TDA2030 - 150 Вт.

Принципиальная схема мостового усилителя на микросхемах TDA2030A:

Как видите на схеме, усилитель состоит из двух одинаковых каскадов, в которых каждая микросхема TDA2030 на выходе имеет пару транзисторов, за счет которых и происходит умощнение, и эти каскады соединены в мостовую схему, за счет чего мощность еще удваивается. Не плохие результаты данный усилитель показал при использовании его в качестве усилителя для сабвуфера.

Печатная плата мостового усилителя на микросхемах TDA2030 с транзисторами умощнения показана ниже:

Крепление микросхем и транзисторов к радиатору выполнено через изолирующие прокладки с применением пасты типа КПТ. Болты крепления элементов так же имеют изолирующие шайбы.

Внешний вид платы усилителя в сборе для сабвуфера показан на следующих изображениях:

●●● Прямая ссылка на скачивание файла архива в формате RAR, содержащего в себе принципиальную схему усилителя, а так же печатную плату в формате LAY , появится после клика по любой строке рекламного блока ниже, кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла архива – 0,2 Mb.