Если решите быстро построить для новогоднего вечера мощный и надежный усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ), можно подобрать подходящую микросхему, где большинство проблем, связанных со стабильностью, качеством и защитой от перегрузок, уже решены разработчиками. Микросхем УМЗЧ сейчас выпускается превеликое множество, как отечественных, так и зарубежных. Но сначала представим себе звуковую установку (рис. 1).

Входные сигналы могут поступать от микрофонов, звукоснимателей электрогитар, электронных синтезаторов и других подобных устройств. В единый звуковой поток их объединяет предусилитель-микшер.

В нем отдельные сигналы усиливаются до определенного, примерно одинакового или несколько различного, уровня (в зависимости от замысла звукорежиссера) и складываются все вместе.

Следующий узел — блок, в котором установлены регуляторы громкости и тембра звучания. Громкость зависит от общего уровня сигнала, а тембр — от относительного «подъема» или «завала» отдельных частот звукового спектра, например, верхних или нижних (басов).

Далее следует собственно УМЗЧ, в котором и происходит основное усиление мощности звукового сигнала. Как правило, в УМЗЧ уже не предусматривают регулировок (все они вынесены в предыдущие блоки) и рассчитывают его на определенное входное напряжение 34 (обычно сотни милливольт) и на требуемую выходную мощность (единицы — десятки ватт).

УМЗЧ нагружен на акустическую систему (АС), суммарная паспортная мощность ее динамических громкоговорителей должна быть не меньше, чем максимальная выходная мощность УМЗЧ, иначе громкоговорители будут перегружаться и неизбежны большие искажения или даже выход их из строя. Стандартизованное сопротивление АС — 4 или 8 Ом, реже встречаются значения 2 Ом (в основном, для автомобильных АС) и 16 Ом.

Как видите, звуковая установка напоминает конструктор, в котором отдельные узлы можно заменять и дорабатывать независимо друг от друга. Это дает огромный простор для творческой конструкторской мысли и экспериментов.

Совершенствование установки может происходить без потери ее работоспособности, что также немаловажное ее достоинство.

Разумеется, все элементы структурной схемы (рис. 1) можно купить и в магазине, но это и неинтересно, и, главное, стоит очень дорого!

Вот поэтому-то мы и предлагаем всем, кто интересуется эстрадно-концертной деятельностью, приобщиться еще и к радиолюбительству. Уже есть примеры выдающихся музыкантов и в то же время известных радиолюбителей, авторов множества конструкций, например Валдемарс Кетнерс из г. Огре, что под Ригой (ищите его статьи). Сегодня мы рассмотрим главную часть комплекса — УМЗЧ.

Одна из распространенных (и дешевых) микросхем для УМЗЧ — это К174УН19. Микросхема выполнена по схеме операционного усилителя и имеет всего 5 выводов: входы (1, 2), выход (4) и питание (3, 5). Она может работать при напряжении питания от 12 до 36 В, отдает выходную мощность 15… 18 Вт при весьма малых искажениях (менее 0,5 %), а в форсированном режиме до 25 Вт при несколько больших искажениях, имеет встроенную тепловую защиту и не выходит из строя при коротких замыканиях в нагрузке. Иностранный аналог этой микросхемы — TDA2030. Принципиальная схема УМЗЧ на этих микросхемах показана на рисунке 2.

Входное напряжение ЗЧ (0,2…0,3 В) поступает на неинвертирующий вход микросхемы (вывод 1) через разделительный конденсатор С1. Входное сопротивление высокое (100 кОм), поэтому большой емкости не требуется.

Одновременно через резистор R2 на этот же вход подано напряжение смещения с делителя R1, R3. Оно в точности равно половине напряжения питания, таким же будет и постоянное напряжение на выходе микросхемы (вывод 4). Конденсатор С2 сглаживает возможные пульсации напряжения смещения и тем самым устраняет фон переменного тока при питании УМЗЧ от сетевого выпрямителя.

На инвертирующий вход (вывод 2) через цепочку R6R4C3 подан сигнал отрицательной обратной связи (ООО) с выхода усилителя.

Для постоянного тока сопротивление конденсатора СЗ бесконечно, поэтому коэффициент ООС равен единице, и ОУ превращается в повторитель, точно воспроизводящий на выходе то напряжение, которое приложено к его неинвертирующему входу (от делителя R1,R3). Таким образом, режим усилителя устанавливается автоматически и поддерживается в процессе работы.

Для переменного тока звуковых частот емкостное сопротивление конденсатора С3 невелико, и напряжение ЗЧ в цепи ООС ослабляется в отношении R6/R4.

Примерно таким же будет и усиление по напряжению всего УМЗЧ. В нашем случае оно равно примерно 30.

Иногда, особенно при неаккуратном монтаже, возникает самовозбуждение усилителя на ультразвуковых (выше 20 кГц) частотах. Они не слышны человеческим ухом, и обнаружить его можно только с помощью осциллографа. Но такое самовозбуждение приводит к искажению звука, снижению выходной мощности, возрастанию потребляемого тока и перегреву УМЗЧ. Для его устранения служит цепочка R5,C5. Она не работает на звуковых частотах ввиду малой емкости конденсатора С5 (всего 10 пФ), но снижает усиление на ультразвуковых.

Той же цели способствует и керамический конденсатор С4 — его следует монтировать как можно ближе к выводам питания самой микросхемы.

Диоды VD1, VD2 в работе усилителя не участвуют, поскольку включены в обратной, запирающей полярности. Их назначение — защита микросхемы от случайных выбросов выходного напряжения, могущих возникнуть при резких музыкальных пассажах на нагрузке со значительной индуктивной составляющей полного сопротивления (длинные провода к АС, индуктивность звуковых катушек ее динамиков). На выбросах напряжения, превосходящих половину напряжения питания, один из диодов (в зависимости от полярности пика) открывается и шунтирует выброс. Подойдут диоды КД208, иностранные 1N4001 или аналогичные по параметрам.

Для снижения полного сопротивления нагрузки на высоких частотах (ведь индуктивное сопротивление растет с частотой) служит цепочка R7,C7, подключенная параллельно выходу.

Конденсатор С8 — разделительный, препятствующий прохождению постоянного тока с выхода УМЗЧ в АС, а конденсатор С6 сглаживает пульсации ЗЧ, а также выпрямленного источником напряжения на проводе питания. Если не предполагается питание усилителя напряжением более 25 В, на такое же рабочее напряжение можно взять и этот конденсатор.

Микросхему УМЗЧ надо обязательно разместить на радиаторе достаточной площади — он не должен быть горячим при работе!

Радиатором с успехом послужит и металлический корпус усилителя. Остальной монтаж несложен и может быть выполнен на любой изоляционной пластинке, закрепленной около выводов микросхемы. На условных изображениях резисторов (рис. 2) указана и их предельно допустимая мощность рассеяния. Две косых черточки означают 0,125 Вт, одна косая — 0,25 Вт, продольная — 0,5 Вт, поперечная — 1 Вт. Всегда допустимо использовать резисторы большей мощности.

Особое внимание следует обратить на разъемы — входной должен быть экранированным (стандартный пятиштырьковый или коаксиальный), выходные клеммы должны выдерживать ток не менее нескольких ампер, а провода питания и АС не должны быть слишком тонкими — ток в них также достигает 3 А. Об источниках питания достаточно подробно рассказано в предыдущих номерах «Юного техника». В «портативном» варианте с успехом можно использовать один-два старых автомобильных аккумулятора с подходящим зарядным устройством.

Акустическая система вполне заслуживает отдельной статьи, дадим лишь общие рекомендации. Скорее всего у читателей нет средств на покупку дорогой мощной АС, но «умельцы» могут найти выход из любой ситуации! Наберите побольше 4…6-ваттных динамиков от старой радиоаппаратуры и установите их почти вплотную друг к другу на большой панели из ДСП; все это можно найти практически задаром. Суммарная мощность динамиков, повторяем, должна быть больше выходной мощности усилителя! Даже большой старый чемодан с установленной в нем панелью динамиков может обеспечить вполне приемлемое качество звука, только не увлекайтесь «миниатюризацией», поскольку это приводит к пропаданию басов и снижению отдачи.

В. ПОЛЯКОВ , профессор