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.