Усилитель звука на 1000 ватт

Профессиональный самодельный усилитель на 1000 Ватт

Этот очень мощный усилитель имеет почти 1000 ватт чистого звука. Потребовалось много времени чтобы выбрать оптимальную схему, проработать все детали, чтобы он выглядел как фирменный и был надежным, но конечный результат приятно удивил всех.Это усилитель мощности звука выдаёт 2x 500 Вт RMS / 4 Ом. Сама идея создать такой мощный УМЗЧ возникла ещё несколько лет назад. И теперь очень приятно, что успешно закончен проект и наконец можно им насладиться.

К счастью, совсем не было серьезных проблем с запуском. Блоки заработали с первого раза, но пришлось купить новый трансформатор, потому что первый оказался бракованный, об этом стало известно только во время финальных испытаний.

Правда была большая проблема с передней панелью. Оригинальная, которая шла с корпусом, не подходила, потому что была слишком толстой. Только во время установки стало заметно, что никакие переключатели, кнопки и потенциометры не будут проходить через эту панель. В этом случае пришлось бы фрезеровать каждое отверстие до приемлимой толщины. Стоимость фрезерования всей панели для всех элементов составит столько, что дешевле заказать новую алюминиевую панель толщиной 4 мм со всеми отверстиями, а затем заклеить ее алюминиевой фольгой.

Во время примерки большинство деталей прошло без проблем, но было немного трудно прикрутить их к панели. В некоторых местах всё-же приходилось немного фрезеровать отверстия, потому что гайки не хотели надежно зацепляться за резьбу.

Все ручки были сделаны на заказ и покрашены кольца черным лаком, чтобы они красиво сочетались с панелью.

Усилитель оснащен следующими элементами

• Двумя силовыми блоками ЗЧ по 500 Вт RMS
• Два радиатора для охлаждения транзисторов, весом 5 кг
• Контроллер аудиоусилителя, управляемый 2-канальным микрофонным предусилителем IRDA
• 5-полосный графический эквалайзер
• Фильтром подавления помех 220 В
• Системой плавного пуска трансформатора
• Выпрямителем и конденсаторами общей емкостью 2x 60000 мкФ
• Стереоусилитель входной с регулируемыми низкими, высокими и балансом
• Индикатор управления стереосистемой
• Система управления переключением сигналов
• Модуль Bluetooth для передачи аудиосигнала
• 4-канальный переключатель аудиосигнала
• 2-канальный разветвитель аудиосигнала
• Система защиты усилителя и АС от перегрева, короткого замыкания
• Задержка включения громкоговорителя
• ЖК-дисплей с текущей температурой усилителя
• Охлаждение с помощью вентиляторов 12 В с датчиком температуры
• 12 В вспомогательный источник питания для управления
• Красная светодиодная подсветка

Удалось собрать все воедино, хотя это было очень сложно, потому что как обычно оказалось мало места в корпусе для всей этой электроники. Оказалось что почти каждая вторая плата мешает работе соседней из-за очень близкого расстояния. Затем возникли дополнительные проблемы с падением напряжения на модулях с проводами от потенциометров, магнитным полем, которое испускает трансформатор и искажениями в цепи массы сигнала.

После нескольких трудных дней все же расставил детали так, чтобы все было хорошо. А под платами усилителя мощности разместились два конденсатора по 10000 мкФ. Весь УМЗЧ в итоге весит 20 кг.

Что касается мощности, удалось выжать из схемы немного больше, около 520 Вт среднеквадратичного значения на канал при 4 Ом, но лучше ограничить 400 Вт, потому что главное это чистая и безопасная работа. Усилитель при средней нагрузке нагревается примерно до 50 градусов и эта температура остается постоянной. Когда включить его на полную, температура постепенно увеличивается и достигает значения около 90 градусов. Тут использовалась тепловая защита на 95 градусов.

Усилитель может быть запрограммирован с любого ИК пульта дистанционного управления. Он имеет функцию включения / выключения и конечно регулируется громкость. Кроме того, он оборудован четырьмя аудиовходами которые можно переключать одной кнопкой, и дополнительным выходом аудиосигнала для дополнительного усилителя. Также добавлен модуль Bluetooth, через который можно отправлять аудиосигнал, например со смартфона.

Есть и микрофонный предусилитель, потому что он определенно пригодится для вечеринок с караоке.

Все элементы управления выведены на переднюю панель. И последняя идея, которая вскоре будет реализована, чтобы красные светодиоды освещали УНЧ снизу. Усилитель полностью укомплектован и все испытания пройдены. Оборудование работает так, как и хотелось изначально. Нагружен на хорошие колонки Tonsil.

Теперь этот девайс прослужит в течение многих лет как основа домашней аудиосистемы (если конечно в голову не придёт ещё более грандиозная идея).

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Усилитель мощности звука на 1000 ватт

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 (скачать полную документацию), 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 класса D 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.
• Минимальная нагрузка 2х2 Ом.

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 преимущества D класса налицо.

Усилитель звука на 1000 ватт

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:

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, список деталей и расположение радиодеталей на ней можно скачать . 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. Скачать

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. Скачать

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:

Скачать в формате .PDF.

После монтажа получается такая конструкция:

Усилитель мощности 125 ватт

Вот мы подошли к более приемлемой для большинства радиолюбителей и ценителей качественных акустических систем схеме усилителя мощности. Здесь применяются всего 4 MOSFET IRFP260. Конечно же, можно установить и IRFP240. Более того в базовом варианте усилителя именно эти МОПы и применяются. Так что, если будут проблемы с запуском УМЗЧ на IRFP260, то смело ставьте IRFP240. Стандартная нагрузка без каких-либо последствий 8 Ом. Напряжение понижаем до +/-50 вольт, что, естественно, не может не радовать. Т.е. 125 ваттный усилитель мощности более приземленный и реальный. А вот качественные показатели ещё выше. Даже при полной мощности КНИ равен 0,1%, а при 100 ваттах – 0,018%. Схема усилителя мощности на 125 Вт:

А вот монтаж печатной платы является частным случаем предыдущей. Просто из неё выкинуты четыре транзистора конечного каскада. Получилось в итоге:

А вот, как сказано выше, базовая схема усилителя мощности на MOSFET IRFP240:

Обратите внимание на замену биполярного BD139 на полевой IRF510 и некоторые изменения в номиналах радиодеталей.
Печатная плата для нее:

Это очень надёжный и простой усилитель мощности. Показывает отличные результаты даже при сложных условиях эксплуатации.

Усилитель звука на 1000 ватт

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:

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, список деталей и расположение радиодеталей на ней можно скачать . 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. Скачать

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. Скачать

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:

Скачать в формате .PDF.

После монтажа получается такая конструкция:

Усилитель мощности 125 ватт

Вот мы подошли к более приемлемой для большинства радиолюбителей и ценителей качественных акустических систем схеме усилителя мощности. Здесь применяются всего 4 MOSFET IRFP260. Конечно же, можно установить и IRFP240. Более того в базовом варианте усилителя именно эти МОПы и применяются. Так что, если будут проблемы с запуском УМЗЧ на IRFP260, то смело ставьте IRFP240. Стандартная нагрузка без каких-либо последствий 8 Ом. Напряжение понижаем до +/-50 вольт, что, естественно, не может не радовать. Т.е. 125 ваттный усилитель мощности более приземленный и реальный. А вот качественные показатели ещё выше. Даже при полной мощности КНИ равен 0,1%, а при 100 ваттах – 0,018%. Схема усилителя мощности на 125 Вт:

А вот монтаж печатной платы является частным случаем предыдущей. Просто из неё выкинуты четыре транзистора конечного каскада. Получилось в итоге:

А вот, как сказано выше, базовая схема усилителя мощности на MOSFET IRFP240:

Обратите внимание на замену биполярного BD139 на полевой IRF510 и некоторые изменения в номиналах радиодеталей.
Печатная плата для нее:

Это очень надёжный и простой усилитель мощности. Показывает отличные результаты даже при сложных условиях эксплуатации.