Иногда бывает необходимо иметь под рукой какой-нибудь простой и надежный усилитель звуковой частоты, чтобы с помощью него иметь возможность проверить акустическую систему или или на слух оценить работоспособность того или иного устройства, не имеющего в своем составе такого усилителя.

Чтобы усилитель был действительно простой, в качестве элементной базы решено было использовать какую-либо из микросхем, содержащих внутри себя почти законченные усилители - так называемые однокристальные усилители мощности. Используя такие микросхемы можно получить предельно простые в сборке и не нуждающиеся в наладке изделия, при этом количество "навесных" элементов редко превысит десяток-полтора.

Изучив некоторое количество фирменной документации (datasheet'ов) в совокупности с содержимым прилавков ближайших магазинов радиодеталей, остановился на варианте с использованием микросхемы фирмы Philips Semiconductors - TDA1517.

Эта микросхема представляет собой однокристальный двуканальный усилитель звуковых частот с максимальной выходной мощностью каждого канала 6 Вт. Микросхема функционирует при однополярном питании с напряжением от 6 до 18 вольт, имеет встроенные защиту от короткого замыкания в нагрузке, защиту превышения напряжения питания, а также от изменения полярности, защиту от перегрева, защиту от разрядов статического электричества (хотя этот пункт, как мне кажется, больше приведен из рекламных целей, причем вовсе не потому, что микросхемы боятся статики - как раз наоборот - а потому что данное свойство является неотъемлемым для использованной схемотехники). Коэффициент нелинейных искажений нормируется на уровне 0,1% (при выходной мощности 1 Вт, при 5 Вт он достигает значения 0,5%). Усиление каждого канала фиксированное и составляет 20 дБ по напряжению. Особо надо отметить, что количество "навесных" элементов, необходимых для того, чтобы усилитель уже заработал, составляет всего... 5 конденсаторов, и это на оба канала! Плюс ко всему удобный корпус с расположением выводов в одну линию.

Принципиальная схема усилителя показана на рис.1. Она достаточно проста, даже с учетом того, что кроме обязательных элементов в нее введены несколько дополнительных, обеспечивающих "более правильное" включение микросхемы: резисторы R1 и R2 - обеспечивают отсутствие щелчков при подключении источника сигнала; дополнительные конденсаторы C6 и C7 - расположенные непосредственно около выводов микросхемы и обеспечивающие "чистоту питания".

Усилитель может питаться от практически любого источника, обеспечивающего максимальный ток I=Uпит/Rн, и напряжение в пределах 12...17 вольт. Вполне годится источник, состоящий из простейшего сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающего конденсатора емкостью от 4700 мкФ (оптимально - 10..12 тыс. мкФ). Однако надо обязательно убедиться, что выходное напряжение такого источника не будет превышать 17,5 В - дело в том, что благодаря внутренней защите от перенапряжения при достижении напряжения питания 18 В микросхема "выключается", как правило это сопровождается достаточно неприятным щелчком. Порог срабатывания, заявленный в документации, выдерживается не совсем точно, однако наблюдение показало, что ни у одного экземпляра, имеющихся у меня в наличии, этот порог не опускался ниже ~17,5 В

В случае, когда напряжение питания получается несколько выше необходимого и нет возможности изменить параметры трансформатора (невозможно перемотать), то для питания необходимо применить стабилизатор напряжения. Кстати, такой вариант даже предпочтительнее - можно достаточно точно выдержать напряжение питания усилителя, что позволяет более полно использовать его мощностные возможности, т.е. максимальная выходная мощность уже не будет зависеть от изменений напряжения сети, также исключается возможность "выключения" микросхемы от перенапряжения. Требования к стабилизатору напряжения такие же, как к обычному источнику питания - он обязан обеспечивать ток не менее, чем пиковый ток потребления усилителем (формулу см. выше), для напряжения питания 16 В это будет 4 А (не надо пугаться - средний потребляемый ток значительно ниже, а такой "запас" нужен только для того, чтобы на пиках сигнала не было искажений от "просадки" напряжения питания). Второй, достаточно немаловажный момент - чтобы стабилизатор оставался работоспособным при минимальном падении напряжения на регулирующем элементе (такие стабилизаторы еще называются Low Drop).

Наиболее простая схема, удовлетворяющая этим условиям изображена на рис.2

Такое построение стабилизатора характерно тем, что при понижении напряжения на его входе, стабилизатор переходит в режим электронного фильтра (отфильтровывает пульсации напряжения). В нашем случае для нормальной работы совместно с усилителем необходимо, чтобы VT1 имел достаточный коэффициент усиления (h21э>60 в малосигнальном режиме) - это необходимо для того, чтобы ток коллектора VT2 в пиках потребления не превышал предельно допустимого для этого типа транзисторов.

Есть у этой схемы и недостаток - из-за наличия емкости C3 (а именно эта емкость позволяет стабилизатору переходить в режим фильтра), при коротком замыкании в цепи нагрузки пробивается транзистор VT2. Конечно, в нормальном режиме работы стабилизатора совместно с усилителем это не происходит, однако иногда необходимо, чтобы была какая-то защита (например, при макетировании, когда легко делаются ошибки :) Дополнив схему несколькими элементами можно улучшить защитные свойства стабилизатора.

Здесь VT2 нагружен не на выход стабилизатора, а на собственную нагрузку R3, которая развязана от выхода диодом VD7. А диод VD6 наоборот, способствует быстрому разряду C3 в цепь нагрузки стабилизатора минуя маломощный переход база-эмиттер транзитсора VT2. Выходной ток стабилизатора ограничен величиной тока, текущего через R3, умноженного на коэффициент усиления VT1 (оценка приблизительная, однако позволяющая легко сделать ориентировочный расчет), поэтому для того, чтобы на пиках сигнала не происходило "просадок" напряжения на выходе стабилизатора, необходимо устанавливать VT2 с достаточным коэффициентом усиления (для приведенного на схеме номинана R3 равного 330 Ом необходимо, чтобы h21э был не менее 80, в противном случае нужно уменьшить номинал R3 - допустимо до 220 и даже 200 Ом, при этом нужно учесть, что на нем будет рассеиваться большая мощность, а также ток, текущий через него не должен превышать допустимый ток базы для выбранного типа VT2).

Конструкция. Усилитель смонтирован на печатной плате. Разработано три варианта печатной платы:
1) печатная плата без источника питания - akl_07-6.gif (61 кБ, 300 dpi)
2) печаная плата с простым источником питания - akl_07-7.gif (99 кБ, 300 dpi)
3) печаная плата с источником питания по схеме рис.2 - akl_07-8.gif (119 кБ, 300 dpi)
При монтаже нужно обратить внимание на не совсем удобно расположенный теплоотвод микросхемы (см. рис.4) - для крепления к плоской поверхности радиатора необходимо использовать прокладку толщиной 1,5...2,0 мм. Электрической изоляции теплоотвода микросхемы от радиатора не требуется. Сам радиатор был изготовлен из профиля от вышедшего из строя охладителя (кулера) для процессоров Pentium - он был распилен поперек ребер пополам (для усилителя достаточно охлаждающей площади одной половинки), просверлены необходимые крепежные отверстия, в которых нарезана резьба M3.

Детали, кроме покупной микросхемы, использовались по принципу "что есть под рукой". Резисторы любого типа, лишь бы они подошли по габаритам. Номиналы R1 и R2 на схеме усилителя могут быть любыми в пределах от 47 до 300 кОм. Необходимо лишь учесть, что эти резисторы, будучи включенными параллельно внутреннему входному сопротивлению микросхемы (которое составляет около 50 кОм), будут влиять на общее входное сопротивление усилителя, уменьшая его. Конденсаторы C1 и C2 могут иметь емкость от 2,2 до 22,0 мкФ и напряжение не менее 16 В (выбор более высокого напряжения конденсаторов положительно влияет на их шумовые свойства). C4 может быть емкостью от 100 до 470 мкФ, С7 - от 470 до 2200 мкФ. Конденсатор C6 - керамический, служит для уменьшения пульсаций на высоких частотах, где эффективность электролитических конденсаторов снижается. На печатной плате предусмотрено место для такого же конденсатора, подключаемого параллельно C4. Емкости конденсаторов C3 и C5 менее 2200 мкФ применять не стоит, хотя и не противопоказано - просто в этом случае низшая воспроизводимая частота усилителя соответственно станет выше (для указанной на схеме емкости 4700 мкФ частота среза для нагрузки 4 Ом составляет около 8,5 Гц).

В выпрямителе питания использованы Д237Б, что может вызвать некоторые вопросы. Конечно, не совсем правильно в выпрямитель со средним током около одного Ампера устанавливать диоды, в паспорте которых заявлен допустимый средний ток только 300 мА. Однако, практика показывает, что при 1 А при низких напряжениях диоды работают достаточно надежно, что обусловлено конструкцией их кристалла (который, если верить справочнику, выдерживает до 15 А в течение одного полупериода питающей сети), при этом лишь слегка нагреваясь (благодаря довольно большому металлическому корпусу температурный режим этих диодов значительно лучше, чем тех же КД208 или многочисленных диодов зарубежного производства). Заменить указанные диоды можно на практически любые другие выпрямительные, расчитанные на средний выпрямленный ток не менее 1 А, например КД212, КД208, КД209, КД226. Печатная плата позволит установить и КД213, КД2997, КД2999, или любые подходящие импортные. Однако, надо заметить, что Д237 не стоит заменять на диоды типа Д226, а тем более Д7 - эти диоды значительно более "слабые".

Транзисторы стабилизатора VT1 и VT2 могут быть с любым буквенным индексом. Желательно лишь подобрать VT1 с максимальным коэффициентом усиления. VT1 установлен на небольшой теплоотвод, также изготовленный из радиатора от процессорного кулера.

Стабилитрон VD5 стабилизатора может быть любого типа с напряжением стабилизации от 14 до 17 вольт. Резисторы R1 и R3 почти не несут никакой нагрузки и могут быть использованы любые с сопротивлением от 470 Ом до 4,7 кОм, при этом R3 лучше выбрирать с более высоким сопротивлением, чем R1. Резистор R2 задает ток через стабилитрон VD5 - в пределах 10..15 мА. При напряжении на выпрямителе порядка 18..19 вольт его номинал можно уменьшить до 330..360 Ом, при напряжениях выше 21..22 В - увеличить.

Конденсаторы C1 и C2 фильтра выпрямителя - любые электролитические с рабочим напряжением не менее чем максимально возможное (т.е. с учетом и того факта, что напряжение в питающей сети может "подпрыгивать" и до 240..250 В) и суммарной емкостью не менее 4700 мкФ. C3 может иметь емкость от 100 до 470 мкФ и рабочее напряжение не менее, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD5 (хотя лучше не экономить и сразу применить конденсатор с напряжением 25 В). Трансформатор использован от вышедего из строя адаптера питания какого-то компьютерного устройства и, как было заявлено на его этикетке, обеспечивал переменное напряжение 14 Вольт при токе 1 А, хотя в реальности на холостом ходу замеренное напряжение на вторичной обмотке было около 16 В, и только при нагрузке 0.5 А снижалось до 14 В - без стабилизатора использовать такой трансформатор было бы невозможно. Для варианта усилителя без стабилизатора напряжения нужно использовать трансформатор с напряжением холостого хода на вторичной обмотке 12..12,5 В и мощностью не менее 15 Вт.

Налаживание усилителя сводится к проверке его питающего напряжения, т.к. собранный из исправных деталей он не требует налаживания и начинает работать сразу. Если был использован стабилизатор, возможно, придется подобрать величину сопротивления R2 (на схеме стабилизатора). Также необходимо убедиться, что стабилизатор способен обеспечить ток 4 А - для этого, временно удалив перемычку ("+16 В" на печатной плате), подключаем на его выход нагрузку сопротивлением 4 Ом и контролируем выходное напряжение. Если оно "просаживается", то во-первых, необходимо убедиться, что просадка происходит не по вине трансформатора с выпрямителем (т.е. напряжение под нагрузкой на выходе выпрямителя не менее 18 В), в противном случае для налаживания стабилизатора необходимо временно подключить более мощный источник. Если "просаживание" происходит по вине стабилизатора, то: а) для схемы по рис.2 - необходимо несколько уменьшить сопротивление R2; б) для схемы по рис.3 - необходимо заменить VT1 на транзистор с более высоким коэффициентом усиления или несколько уменьшить сопротивление R3, в этом случае также нужно проконтролировать под нагрузкой и напряжение на базе VT2 - при его понижении также, как для схемы рис.2 уменьшить сопротивление R2. Проверку нагрузкой нужно производить достаточно быстро, чтобы не перегреть VT1, потому что в нормальном режиме при работе с усилителем средний ток через него будет в несколько раз меньше.

На этом налаживание можно считать законченным.

© AK Laboratory