лучший умзч своими руками
Собираем собственный аудио усилитель профессионального уровня не (очень) дорого
Получаем потрясающий стереозвук на основе платы 3e Audio Д-класса
Перевод статьи с сайта IEEE Spectrum, автор – Гленн Зорпет
Вкратце, усилитель Д-класса работает, преобразуя аналоговый сигнал в переменную последовательность квадратных импульсов фиксированной амплитуды. Эти импульсы включают и выключают транзисторы, а выход транзисторов преобразуется обратно в аналоговый сигнал, более громкий. Когда я писал свою первую статью, аудиоустройства Д-класса были сравнительно новыми, и аудиофилы спорили по поводу того, могут ли они звучать так же хорошо, как устройства класса АБ или А.
Сейчас уже никто не спорит по этому поводу. На рынке представлено множество усилителей класса Д, и лучшие из них доминируют в верхних позициях списков.
Разработка и создание усилителя Д-класса – предприятие, достойное похвалы. Если вы решите пойти таким путём, я отдаю вам честь и предлагаю начать с прекрасной статьи Цезаря Чирилы на сайте All About Circuits. Но если всё, что вы хотите – это максимальное соотношение качества к цене, лучшей стратегией будет тщательно выбрать модуль усилителя и другие компоненты из огромного количества готовых вариантов. Именно это я и сделал. Не стоит благодарности.
Усилитель состоит из двух базовых компонент: источник питания и схема. После пары недель исследований и оценок я остановился на схеме EAUMT-0050-2-A усилителя Д-класса от 3e Audio, компании из Шэньчжэня. Она основана на прекрасном чипе усилителя от Texas Instruments, TPA3250, хорошо показавшем себя в сравнении с усилителями Д-класса, собранными из отдельных компонентов.
TPA3250 может работать с динамиками на 8 Ом или 4 Ом, а его эффективность составляет 92%, согласно данным от TI. Он может принимать симметричные входные сигналы (часто используемые в музыкальных студиях и других профессиональных вариантах применения) или односторонние (обычно используемые в потребительских аппаратах).
Музыкальная композиция: усилитель (вверху) использует коннекторы XLR (слева на фото) для ввода сигнала, типичные для профессиональной аппаратуры. Внутри его главные части – это трансформатор от AnTek Products Corp. (второй сверху), плата выпрямителя от Xkitz Electronics (третья сверху) и модуль усилителя от 3e Audio (внизу) на основе Texas Instruments TPA3250.
Лучший умзч своими руками
Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.
Первая версия такого усилителя была представлена на нашем сайте. Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.
Особенности схемы
Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..
Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.
Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.
Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.
Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.
Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.
Все электролитические конденсаторы подбираются на 25 Вольт, хотя можно и на 16.
В дальнейшем планируется собрать стильный корпус для этого усилителя, но об этом в другой раз.
Легендарные усилители: «холод» ламп без трансформатора, DIY-компиляции, десятилетия мучений с классом «Д»
Как я и обещал, мы продолжим цикл о легендарных усилителях прошлого и настоящего. На этот раз мы опишем непростую судьбу УМЗЧ класса D, оригинальные разработки в области ламповой схемотехники, не обойдём стороной и DIY-наборы для тех чьи руки выросли из туловища.
Futterman H3 OTL – нужно просто выбросить выходной трансформатор
Начнём по традиции с самой «тёплой» в ламповом отношении эпохи, с 50-х в США, где в губернском городе Нью-Йорке, изобретатель Юлиус Футтерман (Julius Futterman) разработал один из наиболее оригинальных ламповых усилителей своего времени. В 1954-м на свет появился ламповый УМЗЧ Futterman H3 OTL, особенностью которого стало отсутствие выходного трансформатора.
В оригинальной схемотехнике усилителя Футтермана катодный резистор фазоинвертора соединялся не с землей, а с выходом усилителя. 100%-ная ООС катодного повторителя Futterman H3 OTL компенсировалась 100%-ной ПОС через катодный резистор фазоинвертора. Интересно, что уникальную для того времени (и высоко оцененную потомками) схему разработал не профессиональный инженер, а радиолюбитель-самоучка.
Причиной необходимости в оригинальном решении было то, что около 30-35 % себестоимости ламповых усилителей тех лет приходилась на выходной трансформатор. Что было крайне существенным фактором, учитывая, что первые усилители производились вручную.
Следует отметить, что сравнительно небольшая стоимость усилителя соседствовала с почти уникальными для того времени характеристиками.
Футтерман запатентовал устройство, а лицензии продал нескольким американским компаниям в 1961-м году. Лицензионные усилители по схеме Футермана производились до начала 70-х годов и стоили значительно дороже оригинала. На протяжении 60-х и 70-х изобретатель совершенствовал схемотехнику ламповых усилителей.
Heathkit amps — DIY для меломана и музыканта
Heathkit — одни из передовиков ламповых конструкторов для любителей канифольной дымки. Компания, основанная в 40-е, приобрела популярность в 60-е, на волне интереса к самостоятельной сборке устройств. Фактически все продукты компании стали культовыми в среде людей увлеченных DIY. В отличие от Dynaco, Heathkit создавали многоцелевые конструкторы, с различными наборами шасси и радиодеталей.
Комплекты и модели менялись достаточно часто, что также существенно рознит эти устройства с «макинтошем для бедных». Пик популярности наборов Heathkit приходится на середину 60-х, когда приобретение качественного усилителя предполагало затраты сравнимые со стоимостью среднего автомобиля.
Все деревянные детали (набор ручек, шасси и т.п.) входили в базовую комплектацию. Гитарные варианты heathkit иногда предполагали включение дополнительных бонусов: излучателей и деталей корпуса для создания комбо. Интересно, что для создания гитарных наборов компания активно применяла транзисторные схемы. Такой подход был не слишком популярен в 60-х (теплый ламповый тренд в гитарном усилении был силён), но позволял приобрести дешевое гитарное оборудование небогатым начинающим музыкантам.
В зависимости от назначения устройства, пользователь волен был выбрать тот или иной комплект. Например, были наборы для гитарного усиления, воспроизведения музыки, в том или ином наборе разнилась мощность УМЗЧ. Характеристики устройства приводить смысла не имеет, так как они разнятся в зависимости от конкретной модели, при этом подавляющее большинство авторов сходятся на том, что эти усилители вполне соответствовали HI-fi классу, а гитарные комбо Heathkit составляли конкуренцию аналогичным моделям Fender и VOX того периода.
Класс D: КПД vs искажения
Легендарными в среде инженеров считаются усилители класса D, попытки создать которые начались ещё в 50-х. Сама идея УМЗЧ с импульсным управлением, выходными лампами приписывается 2-м авторам, нашему соотечественнику Дмитрию Васильевичу Агееву (1951 год) и Алеку Ривзу из Соединенного Королевства (1951 год). Однако, говорить о том, что инновационные концепции смелых инженеров мгновенно стали широко востребованными на рынке не приходится.
Внезапно начавшаяся эра транзисторов для попыток создания годного УМЗЧ class D не привела к ожидаемым результатам. «Принцип неисчерпаемых возможностей КПД», заложенный советским инженером Агеевым и его британским коллегой, долгое время оказывался неприступным даже для специалистов таких компаний как SONY, PHILIPS, Marantz, Matsusita Electric. Вплоть до 80-х ничего прилично звучащего и коммерчески успешного в классе D создать не удавалось. Ситуация поменялась к середине 80-х, когда на рынке радиодеталей появились МДП-транзисторы.
Известно, что в режиме D импульс приобретает почти прямоугольную форму, так как транзистор либо заперт, либо открыт. А сопротивление открытого канала современных силовых МПД-транзисторов совсем небольшое (от единиц до десятков миллиОм). Благодаря этому, построенный на основании этих элементов усилитель класса D способен работать практически без потерь мощности. КПД таких усилителей класса D составляет около 90 — 95 %.
Не смотря на ограниченную популярность, усилители D-класса того времени тоже нельзя назвать сверхмассовым продуктом. Для потребителя концепция класса D успела утратить привлекательность к концу 80-х, главным образом в связи с неудачами их несовершенных предшественников.
Как повествует Википедия, основными проблемами усилителей класса D были и, в какой-то степени, остаются:
…но не позволяет добиться высокого качества воспроизведения звука, даже если охватить её обратной связью. Нелинейные искажения класса D имеют несколько причин: нелинейность генератора сигнала треугольной формы, нелинейность катушек индуктивности выходного фильтра, нелинейность из-за мёртвого времени между включениями верхнего и нижнего плеча усилителя…
Пожалуй, самым заметным представителем класса D стал один из первых цифровых усилителей, дотягивающих до показателей HI-FI — Tripath TA2020, серийное производство которого было запущено в 1999 году. Дело в том, что, в связи с неизбежной необходимостью в устранении искажений, принцип аналоговой модуляции оказался малопривлекательным.
В ранних проектах усилителей класса D низкочастотные помехи свободно проходили с питающих шин на выход, что вынуждало использовать нелинейную модуляцию и дельта-сигма модуляцию для их устранения. Последнее приводило к неизбежному росту частоты переключения и снижению КПД. Логичным выходом стало применение цифровых схем, уменьшавших частоту переключения.
Некоторые инженеры ставят под сомнение заявленные характеристики Tripath TA2020 и их соответствие стандартам HI-FI. Предлагаю читателям самим оценить показатели качества на примере 20-ти ваттного усилителя для авто, созданного на базе TA2020:
Микросхема, на основе которой создан усилитель, была внесена в список «25 микросхем, которые потрясли мир» по версии журнала IEEE Spectrum.
Компания Tripath, выпустившая инновационный усилитель, с целью привлечения внимания к продукту придумала даже новый класс, объявив свое устройство усилителем класса T (хотя принцип работы девайса соответствовал классу D).
Несмотря на маркетинговые усилия,«креативы» с классификацией, Tripath не выдержали конкуренции с более мощными игроками и исчезли с рынка в 2007-м году. Бесславный и тихий конец этой компании никак не умаляет заслуг разработчиков, которые создали, вероятно, единственный действительно легендарный усилитель класса D.
Всем привет.
Современный рынок caraudio все больше и больше наполняется разнообразными усилителями D-класса. Их преимущества конечно огромны, но многие относятся к таким усилителями с опаской, особенно, когда дело касается озвучивания самого важного диапазона частот — СЧ и ВЧ. В этот раз я хочу рассказать о самостоятельной постройке усилителя класса B, от проектирования до сборки корпуса.
В одной из групп ВК, однажды проводился тест по отслушке самодельных усилителей. Один и тот же трек был пропущен через разные экземпляры и записан в файлы, прослушав которые, можно было сравнить из между собой. Первое место (вы не поверите) заняла микросхема TDA2050, она действительно звучит хорошо, это отмечали многие. Второе почетное место досталось усилителю Дорофеева (журнал Радио, 1992г), именно по-этому за основу я взял эту схему, но чуть доработав её.
Сначала с помощью симулятора электронных схем, всячески крутил схему, пробовал различные варианты, пытаясь добиться стабильности работы и уменьшения искажений сигнала, также добавил предусилитель, защиту от короткого замыкания и перегрузки. Далее развел компактную печатную плату, и собрал первый тестовый образец усилителя.
В железе схема заработала безупречно, небольшая наладка с помощью осциллографа помогла улучшить характеристики, тест на короткое замыкание выхода усилитель также прошёл на ура. Особенностью класса B является то, что в усилителе нет тока покоя, а это значит что в режиме ожидания и на малых громкостях его можно слушать вообще без применения радиаторов.
Применено токовое управление выходными транзисторами и в совокупности с быстродействующим операционным усилителем позволило добиться хороших характеристик, не смотря на свою простоту.
Ну хватит уже теории, переходим к практике:
Приклеиваем на лист бумаги А4 отрезок подложки от самоклеящейся плёнки и вставляем в принтер. В программе Sprint Layot распечатываем рисунок печатной платы, зеркалить не нужно!
Далее накладываем рисунок на текстолит, разглаживаем горячим утюгом,
Поврежденные участки легко восстановить обычным перманентным маркером.
Далее нам нужно вытравить незащищённые участки меди, для этого подходит раствор хлорного железа, но его сложно найти и при попадании на какую-либо поверхность оставляет коричневые следы. Можно применить более дешёвый и доступный раствор: 100мл 3% раствор перекиси водорода, 30г лимонной кислоты, 10г соли, для ускорения процесса раствор нужно подогреть.
Достаем плату и отмываем от остатков тонера ацетоном,
Первым делом припаиваем мелкие детали — резисторы и конденсаторы, затем остальные элементы.
Трансформатор рассчитываем в программе Exellent IT. Для моего кольца понадобилось 5+5 витков первички и 15+15 15+15 витков вторичной обмотки. При таких данных напряжение на выходе при 12в питании будет 12/5*15=36в, при 14.4в будет 14.4/5*15= 43в соответственно. Толщину и количество жил обмоточого провода берём из расчёта 5-8 А/мм². Первичку я мотал 4 жилами, вторички 1 жилой.
Трансформатор мотается очень просто, главное соблюдать симметрию и фазировку обмоток.
Сначала я мотал 5 витков первички, затем рядом в том же направлении ещё 5 витков. Далее слой изоляции, потом брал 4 жилы и мотал 15 витков располагая витки равномерно по всей длине кольца, вызвонил концы вторички и сфазировал их так, чтобы получить двухполярное напряжение.
Преобразователь напряжения построен на микросхеме SG3525, ключи IRF3205, на этой простой связке можно получить до 300-400 ватт мощности с одной парой ключей и до 800 ватт с 2 парами полевиков.
Из Китая заказал силовые транзисторы, потому что сейчас в России огромный шанс нарваться на подделку.
По 3 уголка с каждой стороны и нижняя крышка образуют толстую 8-ми миллиметровую площадку для хорошего отвода тепла от силовых транзисторов.
Никаких фильтров и прочих бассбустов, звуковой тракт настолько короткий, что усилитель не вносит отсебятины в поступающий сигнал. Настаёт эра процессоров и цифровой обработки звука, тем более цены на процессорные ГУ начинаются от 4500р.
Далее подключил толстыми проводами к аккумулятору, замерил искажения на 4 ваттном резисторе
Защита от постоянки реализована на оптопаре, которая отключает преобразователь напряжения.
Теперь самое интересное — звук. Хоть и говорят, что каждый кулик хвалит свое болото, но постараюсь описать как есть. В машине у меня к сожалению не к чему подключать усилитель, поэтому прослушивание проводил в теплом помещении на трехполосных АС с пассивными фильтрами. Сразу хочется отметить басовый потенциал усилителя, низкие частоты для него совершенно не проблема. По моим замерам коэффициент демпфирования усилителя вышел более 500, это очень много. Что еще сказать, звук показался кристально чистым, и не навязчивым (я не аудиофил).
Вы, наверное, подумаете, что у меня нет денег на хорошие компоненты, деньги есть, но мне нравиться заниматься этим, нужно постоянно занимать чем то руки и мозг, иначе депрессия начинается, аххах.
Добавил небольшой фрагмент работы тестовой платы:
Устал отправлять каждому схемы, вот тут можно скачать все:
Печатка+схемы.
Метки: самодельный усилитель, простой усилитель, усилитель дорофеева.
Комментарии 117
Круто! Подскажи, что за катушки индуктивности стоят слева и справа от трансформатора?
Спасибо. да обычные дроссели. их можно и не ставить. они не дают помехам от преобразователи проникать в борт сеть и наоборот.
Ну есть же еще люди, умеющие сами и травить и паять и настраивать и железки сверлить!
четкий, у меня б терпения не хватило на такую адскую работу, у меня даж не хватает дописать этот комен…
…а ладно…
отличная работа. А что за процессорное ГУ за 4500?
Сасибо. Kenwood kmm-bt203, вот тут обзорчик делал:
www.drive2.ru/l/480826881260651105/
Отличная работа! Да и простота в повторении. Но вот немного критики: Такую конструкцию не нагрузишь в 2 ом, транзисторы TIP35 36 мощные, но довольно низкочастотные, верха нормально не отыграют (но это уже с чем сравнивать, да и слух у каждого разный). Если делать ради того, что бы делать, то вариант вполне приличный и дешевый, хотя на те же 2т.р. можно купить уже готовый 2х канальник на вторичке и не заморачиваться с корпусом (а это не мало затрат труда и времени). Лично сам считаю, что если и делать что то в авто, то нужно сразу делать хорошее по качеству (что бы повыше, чем обычно) и по мощности с запасом. Кстати по поводу нагрева — с хорошим питанием усилитель АБ меньше греется, на низкой громкости так вообще холодный. Вроде у тебя как то была публикация моноблока D класса, это было очень классно и здорово, а к широкополосному усилителю требования все же немного другие, на килогерце что ТДА, что на рассыпухе будут выдавать похожие циферки, а в итоге детальность и напор в нижнем регистре будут иметь разную… и по аудиофайлам сравнивать звук усилителя — полный бред (это мое мнение) т.к. этот звук из аудиофайла обрабатывается сначала твоей аудиокартой, потом еще и твоим усилителем, не говоря уже об акустике… Слушал разные усилители непосредственно в авто и детальность с яркостью была далеко не у всех, хотя бренды известные и не дешевые.