Самодельный автомобильный усилитель звука на 1000 ватт. Фото печатной платы с обратной стороны

Представляем полностью цифровой усилитель НЧ класса D на мощность обеих каналов 1000 Вт. Корпус был взят от предыдущих проектов не слишком устраивавших по работе усилителей. Инвертор также используемая из предыдущих проектов, только эта версия была улучшена. Управление на SG3525 скопировано и чуть модифицировано с автомобильного усилителя Grundig PA240 + управляющий трансформатор и транзисторы. Блок питания 2×75 В, постоянная мощность выхода 1100 Вт и сердечник ETD49 прекрасно делают свое дело. Все работает с частотой 60 кГц. Полумостовая топология.

Схема УНЧ на 1 кВт класс D

Модули УМЗЧ класса D сделаны в соответствии с имеющимся проектом IRAUDAMP 9 (), плюс внесены минимальные изменения. Три пары транзисторов IRFP4332 на канал работают с тактовой частотой 300 кГц. DT 105 нс. Основа усилителя — IRS2092 + TC4420. Дроссель БП в феррите, индуктивность 22uH / 30A.

Модули будут выдавать 2500 Вт / 2 Ом при 10% и напряжении питания +/- 95 В постоянного тока, при тестах удалось выжать 1800 Вт, измеренные на динамиках.

Использовались популярные и эффективные средства защиты из серии биполярных усилителей. Те же схемы в модулях имеют защиту от короткого замыкания и постоянного тока, также сделано дополнительное отключение этих защит на реле. За стандартной защитой находится ограничитель стартового тока, плавный запуск.

Самое приятное то, что весь усилитель имеет целых 14 предохранителей, чтобы избежать возгорания печатной платы в случае форс-мажора. Охлаждение, инвертор и модули имеют принудительное охлаждение, включающееся после достижения температуры 50C, но модули УМ при работе не нагреваются, а инвертор достигает максимальной температуры всего 40С.

Если подвести итоги общего времени на проект — это, вероятно, будет целая рабочая неделя. Спасло то, что не было серьезных проблем с запуском. После тщательной проверки и старта усилитель заработал сразу. Устройство при скачках с сетевым напряжением питания, то есть выше 250 В или ниже 200 В переменного тока, отключается. Если в громкоговорителе имеется короткое замыкание или перегрузка, усилитель также отключится, после его необходимо перезапустить с помощью переключателя.

Технические параметры УМЗЧ D класса

• Непрерывное энергопотребление 1240 Вт при 228 В переменного тока.
• Общая эффективность 84% (преобразователь имеет 89%).
• Заявленная выходная мощность 2×500 Вт / 4 Ом RMS.
• Мощность подается на оба канала 1050 Вт.

Все тестировалось с использованием среднеквадратичных измерителей и осциллографа, резистор 4 Ом 150 Вт. Напряжение 2×75 в режиме ожидания. Под нагрузкой оно падает до 65 В постоянного тока.

Что касается охлаждения, то воздух поступает через соответствующие. Вентиляторы никогда не включались и не включатся. Они только на тот случай, если УНЧ работает, например, в жаркую погоду на солнце. Раньше были модули класса AB, и здесь нужен был вентилятор. Самым нагревающимся элементом является выходной дроссель, он достигает постоянной температуры около 100С независимо от того, работает ли усилитель на полную мощность или стоит без сигнала.

Звучание усилителя и итоги работы

Конечно у большинства аудиофилов свои мнения и вкусы. Скажем лишь одну вещь от себя: по сравнению с классами AB и H, класс D имеет более линейный и детальный звук. Бас быстрый и динамичный, центр ровный, но ВЧ выше 10 кГц кажется затухающими. Мощность есть, контроль очень хороший.

Проект полностью оправдал ожидания. Единственным слабым звеном в целом является блок питания, если бы он был по мощнее, на выходе снималось бы и 2 х 1500 Вт. В настоящее время ведутся работы над новой версией блока питания мощностью 2 кВт, который в настоящее время несколько не вписывается в заданный размер.

Этому проекту, вероятно, 5 лет, и он все еще работает нормально. Было продано около десятка таких самодельных УМЗЧ, и они тоже работают. Регулярно этот импульсный усилитель с оконечником ADS LX 2000 берут для специальных мероприятий и концертов. Усилитель весит чуть более 5 кг. Для сравнения, тот же ADS LX 2000 весит около 30 кг, так что налицо.

Здесь представлена схема двухканального усилителя 1000 Вт , который предназначен для озвучивания музыкальных мероприятий проводимых на больших сценических площадках, а также в современных студиях звукозаписи, различных клубах или ресторанах.

В общем эта небольшая статья предоставляется тем, кто намерен собственными силами, в домашних условиях собрать высококачественный усилитель мощности 1000 Вт. Для его нормальной и стабильной работы усилителя на нагрузке 4 Ом оптимальным питающим напряжением будет ±95v относительно средней точки, выше поднимать напряжение я бы не рекомендовал во избежании негативных последствий при скачках сетевого напряжения, например до 240 вольт. Дело в том, что такие скачки переменки отрицательно сказываются на электролитических конденсаторах в цепи выпрямителя, когда выпрямленное напряжение поднимается выше 100 v.

Поэтому ±95 вольт на плечо вполне достаточно для получения 1 кВт на выходе. Что бы снять с усилителя такую мощь нужен и соответствующий трансформатор в блоке питания, габаритная мощностью которого должна быть не менее 1400 Вт. Вот именно с этого момента, то есть выбора эффективного источника питания начинаются некоторые проблемы. Если например посчитать сколько стоит готовый броневой трансформатор сделанный на заказ, то себестоимость усилителя возрастет в два раза относительно импульсного источника питания. Если есть навыки и возможности то самым подходящим вариантом будет самостоятельно изготовить трансформатор на тороидальном сердечнике.

Принципиальная схема усилителя в первоначальном варианте

Здесь представлена модифицированная схема усилителя 1000 Вт

В этом варианте произошли небольшие изменения как в тракте входного дифференциального каскада так и в цепях выходной линии. Что касается топологии именно этого варианта схемы, то во время тестирования аппарата, многие специалисты принимавшие участия в тесте пришли к мнению, что выпрямительный диод 1N4007 в схеме не обязателен и его можно не ставить. Но все таки есть и другие мнения, поэтому лучше будет проверить это путем эксперимента. В выходном каскаде на алюминиевых радиаторах охлаждения установлены полевые транзисторы IRFP240 мощностью 150 Вт и рабочим током стока 20 А, а максимальный до 80 А. Рабочее напряжение этих транзисторов на переходе сток-исток составляет 200 v. Для создания нормальных, комфортных условий для работы оконечного каскада обязательно в корпусе аппарата нужно установить систему принудительного охлаждения, для рассеивания большого количества выделяемого MOSFET-транзисторами тепла.

Есть несколько вариантов конструктивного выполнения печатных плат схемы двухканального усилителя 1000 Вт . Одна с формой прямоугольника другая несколько удлиненная. Цепи выходного каскада проложены в центральной части печатной платы. Плату можно использовать любую, то есть ту которая наиболее приемлема по конструкции для установки в корпус.

Эскизы печатных плат с нанесенной на них маркировкой мест установки электронных компонентов можно скачать по этой ссылке

Фото печатной платы с обратной стороны:

Усилитель мощности 1кВт — здесь представлены гарантированно рабочие схемы усилителей 1000, 500, 250, 125 Вт, концевой каскад которых реализован на полевиках MOSFET. В этой статье будем рассматривать аппараты начиная с самой большей мощностью — 1000 Вт, который предназначен в основном для профессионального использования, то есть озвучивания больших мероприятий, например: свадеб, различных семейный торжеств, концертных мероприятий,студиях звукозаписи и т.д. Для дома он конечно не подойдет.

Здесь можно скачать архив с печатками в формате.lay на выходную мощность 1000, 500, 400, 250, 125 Вт.

Раньше тоже были публикации на различных сайтах, где описывался усилитель мощности 1кВт , да и возможно и сейчас такие есть, но в основном с очень простой схемой реализованный на микросхеме. Такой вариант построения УМЗЧ на мой взгляд имеет серьезные недостатки, которые сводят на нет все положительные стороны усилителя. Одним из таких недостатков является сама интегральная схема, которая не отличается высоким уровнем характеристик. Второй аспект — использованный там операционный усилитель APEX PA03 стоит очень приличных денег, к тому же находится в дефиците и большинству радиолюбителей он просто будет недоступен. Поскольку для тех кто собирается повторить схему своими руками в домашних условиях, принципиально важно дешевизна и вместе с тем качественные и доступные электронные компоненты.

Исходя из этого я предлагаю любителям высококачественного и мощного звука четыре схемы усилителей собранных с применением полевых транзисторов MOSFET. Все комплектующие в представленных мощниках доступны в свободной продаже и достаточно популярны в радиоэлектронике. Поэтому сборка таких аппаратов будет вам вполне по карману, ну может быть немного дороговато обойдется трансформатор на 1 кВт если покупать готовый или делать на заказ, но если у вас есть в наличии хотя бы старое железо (сердечник) и эмаль-провод, то и он ничего не будет стоить для вас, намотайте самостоятельно — делов-то!

Показанные здесь схемы являются усовершенствованным вариантом типичной схемы, а именно усилитель мощности 1кВт реализованный на полевиках.

Общее описание усилителя мощности

Как было написано выше, сегодня мы публикуем четыре схемы, которые являются классическими двухтактными усилителями с выходным трактом собранным на MOSFET. Использование мощных полевиков в оконечном тракте считается существенным аргументом. Обладая колоссальной мощностью на выходе, аппарат наглядно демонстрирует великолепные значения с низким уровнем коэффициента искажений. Правильно изготовленные УМЗЧ имеют КНИ не более 0,24% при мощности на выходе 1 кВт. А вот при 250 Вт на выходе будет вообще 0,007%. Это великолепно! Сама структура усилителя фактически остается одной и тоже, меняется только колличество ключей в выходном тракте. Вместе с тем для использования мощных полевых транзисторов необходимо высокое питающее их напряжение. В частности усилитель мощности 1кВт требует для себя двуполярный блок питания с выходными напряжениями 95v, 70v, 50v.

Усилитель мощности на MOSFET 1 кВт

Пора уже приступать к непосредственному изучению схемы усилителя в порядке от большой мощности к меньшей. Вариант усилителя с выходной мощностью 1000 Вт, как я писал выше не для домашнего использования, а например: для туровых поездок или сценической инсталляции в концертных залах. Данный аппарат рассчитан на работу с акустикой 4 Ом при питающем напряжении +/- 100v, больше подавать нельзя. Наверное как и у каждой технике, так и в этом аппарате есть свой «минус» связанный как раз с питанием. Для того, чтобы получить выходную мощность 1 кВт необходим трансформатор по крайней мере в пределах 1300 Вт. Вот именно он является самым дорогостоящим элементом во всей конструкции. Есть конечно вариант применения импульсного источника питания, но и с таким трансформатором есть свои специфические заморочки, ну это уже совсем другая история. Так, что смотрите сами, что вам удобнее применить трансформаторный блок питания или импульсного построения.

Здесь показана схема усилителя на 1000 Вт в первоначальном варианте:

Здесь усовершенствованная схема усилителя:

Даже при беглом взгляде на данную принципиальную схему можно увидеть различия входного и выходного тракта. К тому же, как показывает тестирование, из модернизированного варианта можно изъять выпрямительный диод 1N4007. Но эту необходимость следует как следует еще раз проверить в опытном порядке.

В оконечных каскадах усилитель мощности 1кВт имеет мощные ключи MOSFET IRFP240.

Параметры этих силовых ключей впечатляют. Вот посмотрите на их характеристики, хотя эти значения могут существенно изменятся в зависимости от температуры, в связи с этим полевики необходимо устанавливать на радиаторы охлаждения с достаточной площадью рассеивания тепла и дополнительно поставить систему принудительного охлаждения в виде вентилятора.

Присутствует несколько вариантов исполнения печатных плат усилителя, например: одна из них имеет форму прямоугольника в общем стандартная форма, а другая с формой квадрата, у которой входной каскад находится по центру платы. Так что используйте печатку, которая наиболее соответствует вашей конструкции корпуса.

Рисунок печатной платы и места установки электронных компонентов на ней можно скачать по этой ссылке — размер 300х75 мм.

На этом фото показана печатная плата почти законченного усилителя мощности:

Собранный усилитель мощности на 1кВт с радиатором:

На этой фотографии собранный усилитель с использованием выше показанного рисунка печатной платы:

Здесь уже готовый образец на этапе тестирования:

На этом рисунке изображен еще один альтернативный вариант:

Усилитель рассчитанный на 500 Вт

Здесь просто нужно сократить количество полевиков в оконечном тракте, то есть установить всего двенадцать штук по шесть в каждое плечо, ну и естественно нужно снизить мощностные характеристики. Напряжение питания оставляем тоже, что и усилителе 1000 Вт, то есть 95v по плюсу и 95v по минусу, так как выходная мощность аппарата все еще остается достаточно большой, а коэффициент нелинейных искажений снизится до 0,17%. Данная схема тоже является не такой однозначной. Если как и в предыдущей схеме использовать полевики IRFP240, то на выходе получите 500 Вт.

Также необходимо предусмотреть конденсатор 220pF выполняющего роль шунта в цепи коллектор-база транзистора MJE15035 и попробовать исключить из схемы диод 1N4007. В первоначальном варианте схемы усилитель расcчитан на работу с нагрузкой 8 Ом, но как показали испытания многими радиолюбителями собравшими этот аппарат, он прекрасно работает и на нагрузке 4 Ом.

Здесь показана печатная плата для этого УМЗЧ:

В результате должно быть примерно такое:

Усилитель на 250 Вт

250 Вт выходной мощности уже не очень бьет по ушам и возможно для домашнего пользования многие отдадут предпочтения именно этому образцу.

В этом экземпляре использованы восемь ключей IRFP240. Напряжение питания установлено 70v. Рекомендуемая нагрузка 8 Ом. Отличный показывает уровень коэффициента нелинейных искажений в пределах 0,11% при рабочей мощности на выходе 250 Вт. Очень широкий диапазон частот. На этой схеме также нужно попробовать экспериментировать с диодом. Печатная плата для усилителя 250 Вт имеет вот такой вид:

По завершению монтажа получается вот такая конструкция:

На этом фото показана печатная плата с теплоотводами предназначенными для транзисторов пред-выходного тракта:

Это усилитель мощности отличается высокой надежностью в работе и простотой в обслуживании, способен работать даже в экстремальных условиях эксплуатации без снижения качества звучания.

И наконец подведем итоги:

Следовательно у нас имеется четыре классные схемы одной и той же модели усилителя выполненного на мощных полевых транзисторах. В их конструктивных решениях принципиальных различий нет, а вот по выходной мощности и, что особенно немаловажно — себестоимости, они имеют разницу приличную. Кстати хотелось бы специально подчеркнуть такой момент: если один раз собрать оконечный каскад и установить на первый случай пару или две MOSFET-транзисторов, то при необходимости изменения мощности на выходе вы без проблем сможете это делать путем увеличения количества транзисторов в оконечном тракте.

Изначальная схема в авторском варианте реализована на MOSFET-ключах IRFP240. Но несмотря на это множество радиолюбителей вносят свои изменения в конструкцию, заменяя некоторые детали более современными и качественными, например используют мощные полевые ключи IRFP250, IRFP260.

Рассмотрим схемы усилителя в порядке уменьшения их мощности. На повестке мощность в 1 кВт. Данный вариант больше подходит в качестве сценического, но точно не домашнего. Усилитель мощности рассчитан на нагрузку 4 Ом при напряжении питании до 100 вольт в плечо, но не более. Напряжение сети в 220 вольт не позволяет поднять его выше. Пожалуй, единственный минус усилителя и кроется в питании. Для разгона УМЗЧ на полную мощность нужен трансформатор минимум в 1250…1300 ватт! Такой источник питания получится в разы дороже всех радиодеталей и монтажа самого усилителя. Хотя, конечно, разумнее использовать импульсный блок питания .

Оригинальная схема усилителя мощности на 1000 ватт выглядит так:

Модернизированный вариант:

Нетрудно заметить изменения как во входном каскаде, так и в оконечном. Также из последней схемы усилителя мощности, по опыту радиолюбителей, можно убрать диод 1N4007. Но этот совет необходимо проверять эмпирически.

В выходных каскадах стоят мощные MOSFET IRFP240. Максимальные силовые характеристики их впечатляют. Максимально допустимое напряжение сток-исток и сток-затвор до 200 вольт. Сила тока на стоке 20 ампер, пиковая до 80 ампер. Но сильно зависит от нагрева. Поэтому IRFP240 требует хорошего, лучше принудительного, отвода тепла. Напряжение затвор-исток до +/-20 В. Максимальная рассеиваемая мощность до 150 ватт.

Также есть несколько топологий печатных плат усилителя мощности. Одна вытянутая, спроектированная по типу чертежа схемы. Другая более квадратная. Входной каскад расположен в центре платы. Используйте, которая больше подходит вам.

Топологию печатной платы, и расположение радиодеталей на ней можно . Ее размеры 300×75 мм.

Вот фото практически готового усилителя мощности. Вид платы со стороны монтажа:

Вот ещё фото практически готового усилителя мощности по представленной выше топологии печатной платы.

Готовый экземпляр на тестовом стенде:

А вот другой вариант печатной платы:

Его можно скачать в формате.PDF.

Усилитель мощности 500 ватт

Уменьшаем количество полевиков в каскаде до 12 (по 6 штук на плечо) и, соответственно, понижаем мощностные характеристики. Но напряжение питания по-прежнему +/-95 В. Мощность усилителя остается немалой, а КНИ уменьшается до 0,18%. Схема тоже не совсем однозначная. Если по накатанной применять MOSFET IRFP240, то получите 500 ватт.

Однако, опять же по советам радиолюбителей, при использовании вместо IRFP240 IRFP260 можно и из этой схемы усилителя выжать 1000 Вт. Так что вопрос остается дискуссионным. Хотя, судя по характеристикам полевика, при идентичном напряжении сток-исток и сток-затвор до 200 вольт, сила тока на стоке уже 46 ампер, пиковая до 184 ампер! А рассеиваемая мощность транзистора 280 Вт.

На схеме указаны именно IRFP260.

Также стоит позаботиться о шунтирующем конденсаторе 220 пФ на MJE15035 и попробовать убрать диод 1N4007. В авторском варианте нагружается усилитель 8 Ом динамиком. Но, судя по отзывам, УМЗЧ хорошо ведет себя и при 4 Ом динамике.

Печатная плата для него:

Ее тоже можете скачать в формате.PDF.

Усилитель мощности 250 ватт

Спустимся ближе к земле. Выходная мощность в 250 ватт уже не так режет ухо. Думаем, что многие радиолюбители предпочтут именно этот вариант транзисторного усилителя.

В нем применены 8 MOSFET IRFP240. Напряжение питания понижено до +/-70 В. Номинальная нагрузка 8 Ом. Радует уровень КНИ и шумов в 0,12% при номинальной выходной мощности в 250 Вт. Частотный диапазон предостаточно широк. Также не забываем про диод. Эксперимент вам в помощь. Печатная плата для рассматриваемого усилителя мощности имеет топологию:

в формате.PDF.

После монтажа получается такая конструкция:

Друзья, со мной на днях поделились такой схемкой усилителя низкой частоты. Его выходная мощность, как ни странно, составляет порядка 1000 ватт (всем нравятся такие мощные штуки)!

Схема усилителя звука представлена в виде моноблока и предназначена, по большей мере, для создания эдакой Sound System (или по-нашему, «мощной звуковой системы»).

Кстати, по этому поводу у меня назрел вопрос ко всем уважаемым радиолюбителям – кто-нибудь включает такие усилители дома (в квартире, своём доме на одну семью, на несколько семей и т.п.)? – руку вверх в комментариях, пожалуйста .

Ну так вот, повествую далее. Недавно радиолюбитель в этой теме завёл разговор о, так скажем, стандартах мощности . Что я понимаю под стандартами? Это различные PMPO, RMS, PHC, DIN и т.п. (Как ни крути, а на этот счет в советское время было славно – был один стандарт мощности – Советские Ватты ! – прим. автора ).

Может быть, вы видели или даже щупали активные динамики, на которых написано 1500 Вт PMPO (по-русски, пиковая музыкальная мощность). Можете не сомневаться, они совершенно не подходят для данного усилителя мощности! (Хотя есть один способ - о нём ниже…) Такие динамики, на самом деле, выдерживают не более 150 ватт, что можно легко проверить, подключив к головке трансформатор и добившись тока в 2…3 ампера.

Как следует, PMPO - это не реальная мощность, которую выдаёт усилитель низкой частоты. А зачем она вообще нужна, между прочим? Я бы сказал, что это "запудривание мозгов" и коммерческий ход. Однако люди сведущие подсказывают, что, оказывается, мощность PMPO можно вычислить, посчитав все динамики, которые подключены к тому или иному усилителю низкой частоты. Например, если у нас 5 штук динамиков на каждом канале (усилитель стерео), и каждый динамик имеет мощность 10 Вт, то получится 100 Вт PMPO.

К слову, о "запудривании". Вы когда-нибудь видели такое (см. фото). Вот так вот нынче штампуют конденсаторы... No Comments!

К сожалению, печатной платы представленного усилителя не сохранилось. Однако это не повод его не собрать. Схема несложная и поддается разводке в любой CAD системе.

Вот такая схема УНЧ:

Как можно видеть, это транзисторный усилитель мощности .

Усилитель, собранный по схеме, вполне способен выдать 1000 ватт, но позаботьтесь о правильном питании. Для него необходим блок питания, способный отдавать 20 ампер при напряжении 63 вольта в плечо . Кроме того, усилитель мощности такого уровня может запросто во время старта спалить ваши динамики, поэтому нужна защита на выходе .

Да, и ещё, открою вам маленький секрет (для кого-то, может быть, и не секрет), как говорится, «палю тему» . Если вы гонитесь за выходной мощностью вопреки качеству воспроизведения, то вполне реально получить на выходе хоть 10000 ватт . А теперь внимание! Думаете нужно собирать УНЧ на 10 000 ватт? На самом деле всё гораздо проще. Соберите 10 штук таких на 1000 ватт. Т.е., если вам нужен УНЧ с огромной выходной мощностью, то не нужно собирать УНЧ с огромной выходной мощностью – это нецелесообразно! Нужно собрать несколько штук меньшей мощности. Надеюсь, кому-то поможет этот совет, наведёт на нужные мысли.

Теперь о радиодеталях.

Их перечень приведён листингом:

В схеме на выходе стоят комплементарные пары биполярных транзисторов 5 x 5 x 2SA1216 и 2SC2922. Вполне распространенный тип транзисторов стоимостью от 150 до 250 рублей. Можно купить , например.

Транзистор 2SC1583 применён в дифференциальном усилителе и фактически состоит из двух транзисторов в одном корпусе. Можно, конечно, подобрать аналоги. Однако имейте ввиду одну вещь. Желательно использовать в диф. каскаде именно двойной транзистор, чтобы параметры их были идентичны и нагрев тоже одинаков , иначе возможны артефакты, вызванные несимметричностью усиления.