УСИЛИТЕЛЬ НА ЛАДОНИ

Вероятно, многие читатели уже знакомы с различными конструкциями усилителей звуковой частоты (УЗЧ) по предыдущим публикациям нашего журнала. Согласитесь, собрать и наладить многие из них не так-то просто: и деталей нужно немало, и печатную плату со сложной конфигурацией проводников необходимо сделать, да и настройка готовой конструкции требует умения и терпения, а часто еще и наличия измерительной аппаратуры.

Вот если бы иметь универсальный усилитель, который можно использовать и в приемниках, и в магнитофонах, и в телевизорах. Взял готовый усилительный блок, установил его, к примеру, в проигрыватель — и никакой регулировки или настройки: сразу же будет обеспечено высококачественное звучание.

Не правда ли, интересная идея? Тем не менее претворена она в жизнь уже более двух десятилетий назад. Широкое применение усилителей в бытовой электронной аппаратуре натолкнуло ученых на мысль создания универсальных УЗЧ, которые одинаково хорошо подходили бы для любых радиоустройств. А чтобы уменьшить габариты и вес таких усилительных блоков, их стали выпускать в виде микросхем. Представляете — мощный высококачественный усилитель звуковой частоты, свободно помещающийся на ладони руки! Вот какое чудо оказалось по силам микроэлектронике.

Любопытно, что создать интегральный усилитель порой гораздо сложнее, чем, например, цифровую микросхему. И вот почему. Большинство цифровых микросхем работают с сигналами, мощность которых незначительна, да и электроэнергии они потребляют совсем немного. Поэтому компоновка элементов в кристалле логической ИМС может быть очень плотной, в то же время ей не грозят такие «неприятности», как утечки, пробои или перегрев.

Совсем иначе обстоит дело с интегральными усилителями. Для получения высококачественного воспроизведения УЗЧ должен состоять из множества элементов, а большой выходной мощности удается достичь лишь при достаточно высоких питающих напряжениях и токах нагрузки. Вот тут-то и обнаруживается противоречие: с одной стороны, компоновка элементов в кристалле ИМС должна быть плотной, с другой — электрические и тепловые свойства такой конструкции должны исключать пробои и перегрев. Словом, задача оказалась очень непростая — изготовить крошечный полупроводниковый кристалл со сложной начинкой и высокой надежностью элементов.

Со временем эти трудности научились преодолевать, и теперь миниатюрные интегральные усилители стали широко применяться в современных приемниках, телевизорах, магнитофонах.

Для маркировки микросхем — усилителей мощности используют буквенный код УН, который ставится после цифрового обозначения их серии. На принципиальных схемах такие ИМС изображают в виде прямоугольника, с четырех сторон которого располагаются линии выводов. Обозначают их буквенным символом DA с порядковым номером прибора в схеме.

Расскажем об одной из таких микросхем — усилителе мощности звуковой частоты К174УН9. Существуют две модификации этой ИМС (на что указывают буквенные индексы в конце ее маркировки — А или Б). Она помещается в пластмассовом корпусе с двенадцатью выводами. Ключом для определения порядка их расположения служит небольшое углубление в виде точки на верхней крышке корпуса. Рядом с этой меткой помещен первый вывод. Номера остальных идут против часовой стрелки. Две металлические пластины по бокам микросхемы необходимы для установки на ней теплорассеивающего радиатора.

Подключение выводов интегрального усилителя К174УН9 на рисунке 1. Выводы 1, 9 служат для подсоединения питания, 8, 12 — вход и выход, еще шесть (4—7, 10, И) предназначены для подключения цепей внешней коррекции и тепловой защиты, а ножки 2 и 3 не задействованы.

В корпусе ИМС размещены пять интегральных узлов, связанных друг с другом: предварительный усилитель, мощный выходной каскад, устройство тепловой защиты, элементы защиты от коротких замыканий и стабилизатор тока. Вся микросхема выполнена на 27 транзисторах, трех диодах и 20 резисторах. Ясно, что ее начинка представляет собой довольно сложную конструкцию. Зато это позволило создать усилитель с высокими параметрами. Его номинальная выходная мощность 5 Вт, чувствительность по входу 50—120 мВ. Диапазон воспроизводимых частот для ИМС с буквенным индексом А лежит в интервале от 40 Гц до 20 кГц, коэффициент гармоник не превышает 1%. У микросхемы с индексом Б диапазон рабочих частот составляет 40—16 000 Гц, коэффициент гармоник 2%. Уровень собственных шумов на выходе обоих усилителей одинаков и не превышает 1,5 мВ. Входное сопротивление УЗЧ — 100 кОм.

О других характеристиках ИМС К174УН9. Напряжение питания микросхемы от 5,4 до 19,8 В, потребляемый ток в режиме покоя не более 30 мА (номинальное рабочее напряжение 18 В). Минимальное сопротивление нагрузки 4 Ом. Температура окружающей среды, при которой прибор сохраняет работоспособность, лежит в пределах — 10…+55оС. Вес микросхемы не превышает 2,5 г.

А теперь расскажем о конструкции, собранной на ИМС К174УН9. Речь идет о малогабаритном усилителе мощности. Его можно использовать совместно с магнитофоном, проигрывателем или радиоприемником, а также для усиления звучания ЭМИ, например электрогитары, о которой мы рассказывали в одном из предыдущих номеров журнала.

Устройство имеет следующие характеристики. Максимальная выходная мощность при номинальном напряжении питания и сопротивлении нагрузки 4 Ом достигает 7 Вт. Если сопротивление нагрузки увеличить до 8 Ом, выходная мощность УЗЧ снизится до 5 Вт. Чувствительность по входу не менее 100 мВ, потребляемая от источника питания мощность не более 15 Вт. Другие параметры — коэффициент гармоник и диапазон рабочих частот — зависят от того, с каким индексом вы используете микросхему в своей конструкции — А или Б.

Принципиальная схема усилителя мощности показана на рисунке 2. Он собран по так называемой типовой схеме включения ИМС К174УН9. Переменный резистор R1 служит для регулировки громкости. Разделительные конденсаторы С1 и С8 защищают вход и выход УЗЧ от попадания на них постоянного тока. Резисторы R2 — R5 и конденсаторы С2 — С7 образуют цепи внешней коррекции.

Питается усилитель от сетевого стабилизированного источника напряжением 18 В (рис. 3).

Сборку УЗЧ начинают с изготовления алюминиевого или дюралевого теплорассеивающего радиатора для микросхемы. Его конструкция показана на рисунке 4. Затем делают плату усилителя. Для нее понадобится лист фольгированного стеклотекстолита или гетинакса толщиной 1—2 мм и размером 60X48 мм (рис. 5). Сначала на ней монтируют резисторы и конденсаторы, потом впаивают микросхему и устанавливают на ней радиатор, закрепив его двумя винтами с гайками. Чтобы выводы ИМС не деформировались, между платой и ее боковыми лепестками размещают две металлические или диэлектрические шайбы высотой по 4 мм, с внутренним Ø 3,4 мм. Элементы источника питания располагают на монтажной плате размером 90X35 мм, выполненной из того же фольгированного материала (рис. 6). Транзистор необходимо снабдить П-образным теплорассеивающим радиатором с полезной площадью не менее 100 см².

Для усилителя подойдут следующие детали. Микросхема К174УН9А или К174УН9Б. Транзистор — любой из серий КТ805, КТ812, КТ815, КТ817, КТ819 или аналогичный им с близкими характеристиками. Выпрямительный блок — КЦ410 с любым буквенным индексом или четыре мощных диода, соединенных по мостовой схеме, например Д233, Д245, Д247. Стабилитрон — Д815Ж(Е). Оксидные конденсаторы — типа К50-6 или К50-16, остальные — малогабаритные керамические, например КМ5, КМ6. Переменный резистор — марки СП или СПО, постоянные — любого типа.

Сетевой трансформатор — унифицированный из серии ТН, ТАН или ТПП с напряжением на вторичной обмотке 18—26 В, мощностью 20—25 Вт. Неоновая лампа — МН-2 или МН-3. Сетевой тумблер — МТ, МТД, ТЗ-С. Предохранитель — на ток 0,25 или 0,5 А. Розетки ХS1, XS2 и вилка ХР1 — типа ШР, ОНЦ или РГН; ХР2 — стандартная сетевая вилка.

Для усилителя необходима динамическая головка мощностью 5—10 Вт с сопротивлением обмотки 4—8 Ом. Подойдет и готовая акустическая система, например, из серии МАС.

Корпус усилителя лучше всего изготовить из листа алюминия или дюраля толщиной 1,5—2 мм. В нем напротив радиаторов просверлите по 30—40 отверстий Ø 2—3 мм, способствующих более интенсивному охлаждению микросхемы и транзистора. Чтобы придать усилителю эстетичный внешний вид, покройте корпус нитрокраской или оклейте его пленкой «под дерево». На лицевой панели установите сетевой тумблер, сигнальную лампу и регулятор громкости, снабженный декоративной ручкой. На задней панели закрепите входную и выходную розетки, а также держатель предохранителя. Не забудьте сделать отверстие для сетевого шнура.

Монтаж узлов усилителя выполните многожильными проводами в хлорвиниловой изоляции. Корпус соедините с «минусовой» шиной питания. Акустическую систему снабдите шнуром с вилкой, соответствующей розетке выхода. Для соединения входа УЗЧ с источником сигнала пользуйтесь тонким экранированным кабелем. Около органов управления нанесите соответствующую маркировку: «вход», «выход», «сеть» и т. д.

Усилитель не нуждается в налаживании. Если все детали исправны, а в монтаже не допущено ошибок, он начинает работать сразу после включения. Единственное, что нужно сделать перед этим — проверить напряжение источника питания.

В. ЯНЦЕВ