Журнал радиотехники RadioInfo
| Информационный Канал Subscribe.Ru |
|
от редакции журнала: |
|
ПЛАВНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ НАГРУЗКИ ИНТЕГРАЛЬНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ.
Интегральные регулируемые стабилизаторы напряжения серий КР142, КР1157, КР1168 и аналогичные зарубежные широко применяются в радиолюбительской практике. Используя возможность изменения значения стабилизируемого напряжения с помощью навесных элементов, можно обеспечить плавный выход таких стабилизаторов на рабочий режим. Это оказывается очень полезным для снижения перегрузок выпрямителя и самого стабилизатора или уменьшения разного рода помех (например, щелчков в АС) в момент включения аппаратуры.
к содержанию
ПРОСТОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.
В статье описан несложный и недорогой
к содержанию
ПРОСТОЙ САБВУФЕР В АВТОМОБИЛЬНОЙ АС.
В статье описана простая конструкция мощного низкочастотного громкоговорителя, который можно использовать в АС автомобиля. Специфическая особенность такой конструкции - применение "в спарке" двух одинаковых головок. к содержанию
РУЧНАЯ НАСТРОЙКА В СКАНИРУЮЩЕМ ПРИЕМНИКЕ.
к содержанию
3-Х КАНАЛЬНЫЙ МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ УМЗЧ. к содержанию
УСИЛИТЕЛЬ КЛАССА D ДЛЯ САБВУФЕРА. к содержанию
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ. к содержанию |
Типовая схема стабилизатора показана на рисунке. Емкость конденсаторов С1 и С2 соответствует стандартному включению микросхемы. Выходное напряжение определяет резистивный делитель R1R2. Элементы дополнительного узла, обеспечивающего плавное включение, нарисованы штриховыми линиями.
При включении стабилизатора на выходе микросхемы появляется напряжение. Поскольку конденсатор СЗ
начинает заряжаться, транзистор VT1 будет открыт и в начальный момент выходное напряжение не превысит 2,4 В. По мере зарядки конденсатора транзистор закрывается и напряжение на его коллекторе увеличивается. Следовательно, возрастает и выходное на-
пряжение. Когда конденсатор зарядится, выходное напряжение достигнет установленного значения. Транзистор полностью закроется и не будет оказывать влияния на работу стабилизатора.
После отключения устройства конденсатор СЗ быстро разряжается через диоды VD1 и VD2, резистивный делитель R1R2 и нагрузку.
Время нарастания выходного напряжения зависит в первую очередь от емкости конденсатора СЗ и сопротивления резистора R4 и в меньшей степени - от коэффициента передачи тока транзистора.
Для сравнения было измерено время нарастания выходного напряжения стабилизатора. При выходном напряжении 15 В, сопротивлении нагрузки 15 Ом и емкости конденсаторов фильтров выпрямителя и нагрузки по 4700 мкФ без указанной доработки это время составило примерно 30 мс. А после введения дополнительного узла - примерно 1,5...2 с.
Допустимые напряжения всех конденсаторов и транзистора должны соответствовать рабочим напряжениям в конкретном стабилизаторе напряжения.
Подобным образом можно доработать стабилизаторы и на основе других микросхем, только для стабилизаторов, включенных в минусовую цепь, необходимо применить транзистор другой структуры и изменить полярность включения конденсаторов. Кроме того, такие дополнительные узлы можно ввести в блок питания с несколькими выходными напряжениями для того, чтобы обеспечить определенную последовательность подачи питающих напряжений.
(И. НЕЧАЕВ, г. Курск)
Задача получения высококачественного звучания в салоне автомобиля при скромном бюджете считается трудновыполнимой, но попытки ее решения предпринимаются любителями с завидным постоянством. Очередная попытка, с точки зрения автора, представляется достаточно удачной: получены хорошие отзывы о работе этой АС. Немаловажным фактором следует признать легкость повторения конструкции.
В статьях [1,2] достаточно полно сформулированы и аргументированы принципы расположения источников звука в салоне автомобиля и даны практические рекомендации по их установке. Исходя из этих рекомендаций, представим схему нашей звуковоспроизводящей установки.
Показанный на схеме рис. 1 усилитель А1 - четырехканальный УМ обычной автомагнитолы либо CD-ресивера, выполненный по мостовой схеме. Именно такие усилители и составляют большинство в ныне производимых моделях. Динамические головки ВА1, ВА2 и ВА7, ВА8 - это части широко распространенных двухполосных 10-12-сантиметровых автомобильных громкоговорителей номинальным сопротивлением 4 Ом. Динамические головки ВА1, ВА7 выполняют роль НЧ-СЧ звена и монтируются в передние двери, непосредственно в обшивку или на подиумы. Отделенные от них высокочастотные головки ВА2,
ВА8 монтируют на стойках лобового стекла или на панели. Как правило, озвучивание этой части автомобильного салона достигается легко.
Для создания наиболее полной звуковой картины широкое распространение получила так называемая "схема Хеффлера", когда из стереосигнала выделяется разностная составляющая
и воспроизводится отдельными тыловыми громкоговорителями. Роль пространственной "подзвучки" в акустической системе выполняют две головки 25ГДН-1-4 (10ГД-34). Многие авторы рекомендуют выполнить схему тылового канала с применением ФНЧ, но я решил обойтись только фильтром высоких
частот, поскольку примененные головки не способны воспроизводить сигналы частотой выше 5 кГц. Расположение этих головок возможно на задней полке или в обшивке боковин салона автомобиля. Таким образом озвучивается салон автомобиля в диапазоне частот примерно от 100 до 20000 Гц.
Конденсаторы С1, СЗ, С4 - неполярные оксидные. Конденсаторы С2, С5 - любые пленочные или металлобу-мажные. При отсутствии неполярного конденсатора емкостью 220 мкФ его можно изготовить, например, из двух соединенных встречно-последовательно полярных емкостью 470 мкФ на напряжение 16-25 В.
Для воспроизведения низкочастотных звуков (ниже 100 Гц) используется специальный громкоговоритель - сабвуфер, на рис. 1 - это головки ВА5, ВА6. Поскольку звуковой сигнал на частотах ниже 300 Гц в салоне автомобиля не локализуется, то источник низкочастотного звука можно расположить в багажнике. Естественно, если автомобиль используется как повседневное средство передвижения, сабвуфер должен быть малогабаритным, не боящимся соприкосновения с размещенным в багажнике грузом и создающим достаточное звуковое давление.
Известно, что эквивалентный объем большинства отечественных широкодоступных низкочастотных головок, обладающих собственной резонансной частотой ниже 60 Гц, находится в пределах 40...80 л. Явно много для багажника. Есть прием, позволяющий вдвое уменьшить объем ящика НЧ звена, - использование головок в "тандемном" включении. Так для динамических головок 35ГДН-1-8 (25ГД-26-8) эквивалентный объем составляет 40...45 л. Расположив их на одной оси рядом ("встречно" диффузорами), можно построить громкоговоритель объемом 20...22 л. Платой за это будет некоторое снижение чувствительности АС - примерно на 3 дБ.
Чтобы компенсировать эту потерю, воспользуемся опытом иностранных производителей сабвуферов. Широко изве-
стная фирма Bose Corporation запатентовала тип акустического оформления НЧ звена, называемый полосовым ("bandpass"). Известно, что АС такого типа имеют высокий, по сравнению с прочими типами акустического оформления, КПД. Прикинем различные схемы акустического оформления нашего сабвуфера. С помощью программы JBL SpeakerShop вводим известные параметры Тиля-Смолла динамических головок 35ГДН-1-8 (25ГД-26-8) и испытываем различные типы АС.
На сформированных программой графиках (рис. 2) видны формы АЧХ различных типов громкоговорителя при подведенном к нему синусоидальном сигнале напряжением 2,83 В (для сопоставления характеристической чувствительности); проанализируем эти графики. Показанная красной линией АЧХ громкоговорителя с фазоинвертором вполне удовлетворительна, но рекомендуемый программой объем 39 л явно великоват. Голубая линия соответствует АЧХ фазоинвертора объемом 20 л - тоже неплохо. Синей линией показана АЧХ громкоговорителя в полосовом исполнении (шестого порядка). Его недостаток - нижняя граница воспроизводимого диапазона выше, чем у фазоинвертора. Фиолетовая линия - АЧХ громкоговорителя, оформленного как закрытый ящик объемом 20 л. Его характеристическая чувствительность в рабочем диапазоне частот явно мала, поэтому такой вариант отбрасываем.
Итак, у нас есть два интересных варианта - фазоинвертор на 20 л либо полосовой того же объема. Замечу также, что салон автомобиля сам имеет меняющиеся акустические характеристики (открытые или закрытые окна, число пассажиров в салоне, наличие багажа и т. п.). Все это изменяет передаточную функцию салона, поэтому реальная АЧХ системы звуковоспроизведения будет несколько иной. Как правило, это выражается в подъеме АЧХ в области 40... 130 Гц на 2.. .3 дБ (для разных типов и размеров салона автомобилей). Впрочем, большинство слушателей это вполне устраивает.
В чем состоит преимущество полосового громкоговорителя перед фазоинвертором? Как видно из графиков, он создает звуковое давление в диапазоне частот 50... 100 Гц на 3 дБ большее, чем
фазоинвертор. Фактически он действует как узкополосный источник звука с эффективным подавлением излучения звуковых колебаний вне рабочей полосы частот, даже без внешнего фильтра. Такой громкоговоритель не содержит выступающих наружу частей динамических головок или иных элементов конструкции. Основные его недостатки - неважные фазовые характеристики и большая групповая задержка. Но поскольку большинство именитых производителей АС мирятся с этим, выбираем такой вариант и мы.
Для изготовления такого сабвуфера должны быть подготовлены следующие детали и материалы: динамические головки 35ГДН-1-8, фанера толщиной 15...20 мм, сантехническая полиэтиленовая труба внутренним диаметром 44 мм, винты-саморезы 03,5x35 мм, оконная замазка или силиконовый герметик, вата.
Из фанеры выпиливаем и собираем корпус сабвуфера, используя для крепежа самонарезающие винты. На эскизах рис. 3 для наглядности конструкции не показаны передние стенки, а в собранном виде сабвуфер представляет из себя глухой фанерный корпус с двумя отверстиями, в которых запрессованы трубы фазоинверторов. Шурупы следует завинчивать в панели с торцов, на расстоянии около 5 см друг от друга. Перед тем как закрепить последнюю стенку, не забудьте тщательно промазать стыки и щели замазкой, припаять к головкам и вывести из ящика провода и заполнить камеры распушенной ватой. Вспомните также, не забыли ли вы сделать отверстие в средней стенке между головками (рис. 3). Вату следует расположить так, чтобы она не загораживала порты фазоинверторов и не касалась диффузоров головок. Для этого можно использовать проволочные каркасы и марлю.
Внешнюю отделку собранного громкоговорителя выполняют по своему вкусу и возможностям. Вариантов здесь великое множество: от покраски масляной краской до обтягивания натуральной кожей с вставками из ценных пород дерева и слоновой кости.
Такой громкоговоритель несложно расположить в багажнике. В случае, если его монтируют в кузове типа "седан" ("классика" ВАЗ), корпус сабвуфера можно прикрепить к задней полке изнутри багажника вверх трубами, не забыв сделать отверстия в полке для того, чтобы фазоинверторы свободно "дышали" в салон. В кузовах типа "универсал" или "хэтчбэк" достаточно просто положить громкоговоритель в багажник - хлипкая полка багажника не создает заметного сопротивления проникновению звука в салон.
В заключение можно заметить, что сабвуфер способен создавать звуковое давление до 120... 125 дБ при подводимой мощности до 250 Вт, поэтому впоследствии возможно наращивать мощность усилителя.
(Д.ГОРБУНОВ, г. Уфа)
Уже несколько лет на российском рынке продаются с различным торговым наименованием малогабаритные радиоприемники (производство Китайской Народной Республики) с автоматической (сканирующей) настройкой на принимаемые станции. У приемника имеются три органа управления: кнопка включения сканирования, кнопка сброса настройки на нижнюю частоту диапазона и регулятор громкости. Несмотря на их простоту и надежность, у приемников имеется ряд недостатков, основным из которых следует назвать низкую чувствительность. Однако этот недостаток с серьезными последствиями - при слабом сигнале приемник самопроизвольно перестраивается на другую радиостанцию.
Для увеличения чувствительности подобных приемников на страницах журнала уже предлагалось несколько решений по введению усилителя радиочастоты. Но есть иной способ снизить последствия отмеченного недостатка: исключить автоматическую настройку и применить традиционную для большинства приемников - ручную. Такой способ доработки позволяет одновременно решить и еще одну задачу - становится возможной перестройка не только "вверх" по частоте диапазона (как заложено в основе приемника), но и "вниз", что является несомненным удобством. Естественно, при доработке потребуется отключить цепи автоматической настройки (впрочем, при желании их можно восстановить, полностью они не демонтируются). Вариант схемотехнического решения на базе приемника типа "Posson" показан на рисунке. Исключение режима сканирования достигается отключением вывода 16 микросхемы DA1 (достаточно недалеко от пайки этого вывода перерезать
печатную дорожку) - на схеме показано штриховой линией. От верхнего по схеме движка переменного резистора R3 (регулятор громкости) отключить все цепи, кроме земли, отключенные от него цепи соединить между собой. При этом приемник будет настроен только на максимальную громкость. Верхний вывод переменного резистора подключить к плюсу источника питания (можно около вывода 4 микросхемы DA1), а средний - к перерезанной точке печатного проводника со стороны резистора R2.
После указанной доработки резистор R3 изменяет напряжение на варикапе настройки приемника, и тем самым будет достигнуто изменение частоты приема. И теперь, даже при самом слабом сигнале принимаемой радиостанции, приемник "удерживает" частоту настройки. А отсутствие регулятора громкости при сильном уровне сигнала можно компенсировать пространственным расположением самого приемника (изменением направленности антенны приемника) или смещением головных телефонов относительно ушной раковины слушателя.
(В. КВАШЕНКО, г. Москва)
Громкость и тембр регулируются сдвоенными переменными резисторами VR1 и VR2 соответственно. Во избежание перегрузки усилителя глубина регулировки тембра зависит от положения движка регулятора громкости. При максимальной громкости подъем ВЧ не превышает 2...3 дБ (и то - за счет завала НЧ и СЧ), но возрастает до 5...6 дБ при малой громкости [2]. Регулировка тембра ВЧ на "завал" не предусмотрена, поскольку, как показывает практика, в ней нет необходимости. Кроме того, большинство звуковых плат ПК имеют программно управляемые регуляторы тембра и баланса. В случае необходимости диапазон регулировки тембра в усилителе можно довести до 12...14 дБ, установив переменный резистор VR2 сопротивлением 10 кОм. Предусмотрена также возможность установки регулятора стереобаланса (VR4), хотя его необходимость еще более сомнительна.
По соображениям монтажа для сателлитов использованы инвертирующие каналы усиления, поэтому для сохранения исходной фазы сигнала динамические головки ВА1, ВА2 подключены в обратной полярности. Суммарный сигнал для сабвуфера формируется на общем для двух каналов разделительном конденсаторе С13, как и в [1]. Частота среза этого фильтра составляет 170... 180 Гц. Емкость конденсатора С13 указана для динамических головок с полным сопротивлением 4 Ом. Для головок с полным сопротивлением 8 Ом его емкость нужно уменьшить до 220 мкФ.
По отношению к сигналам сателлитов сигнал сабвуфера образуется как дополнительная функция, поэтому при выполнении некоторых условий (об этом позже) на результирующей АЧХ возможно появление "горба" на частоте раздела величиной до 3 дБ. Для устранения этого недостатка в сабвуферный канал введен перестраиваемый пропорционально-интегрирующий фильтр VR3R1R2C3, частота среза которого изменяется в диапазоне 50... 150 Гц. При перестройке частоты одновременно изменяется и уровень сигнала, что позволяет отказаться от обычного регулятора уровня в канале сабвуфера. На рис. 3 приведены теоретические АЧХ фильтров по электрическому напряжению; семейство кривых канала НЧ для удобства смещено вниз на 6 дБ.
Для обеспечения работы двух одинаковых усилителей в мостовом включении необходимо подать на их входы противофазные сигналы. В этой конструкции использован каскад с разделенной нагрузкой. С коллектора транзистора VT1 снимается инвертированный сигнал, а с части эмиттерной нагрузки - неинвертированный. Коэффициент передачи каскада по обоим выходам составляет около -16 дБ, поэтому напряжение на входе канала НЧ в режиме максимально широкой полосы приблизительно на 4 дБ выше, чем в каналах сателлитов. Это компенсирует разницу в чувствительности широкополосных и низкочастотных головок и обеспечивает запас регулировки уровня в канапе сабвуфера.
Кроме того, эта мера автоматически исключает перегрузку каскада на транзисторе VT1 по входу: за счет разницы в усилении ограничение сигнала на выходе мостового усилителя начнется раньше, чем на обычных выходах (откуда и берется сигнал для VT1). Благодаря глубокой ООС через резисторы R4, R5 линейность каскада удовлетворительна и при больших сигналах. Режим каскада по постоянному току обеспечивается за счет подключения цепи VR3R1 к конденсатору С13. На этом конденсаторе присутствует постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения питания.
Еще один, пока непривычный для подобных усилителей узел - переключатель фазы сигнала сабвуфера SA2. Однако в системах домашнего театра и автомобильных сабвуферах такой каскад обязательно есть. Необходимость его применения вызвана следующим: при пространственно разнесенной акустической системе результирующая АЧХ в точке прослушивания будет определяться соотношением фаз приходящих сигналов. Сдвиг фаз, в свою очередь, определяется расстоянием до динамических головок.
На рис. 4 показаны теоретические АЧХ в ближнем поле излучения для случаев синфазного и противофазного включения головок при их компактной установке. Реальные АЧХ по звуковому давлению в зависимости от расстояний и характеристик головок могут принимать еще более причудливые формы. Очевидно, что введение переключателя фазы позволяет более гибко управлять результирующей АЧХ.
Выключатель питания SA1 управляет состоянием микросхемы, через него же подается напряжение питания на каскад фа-зорасщепителя. В выключенном состоянии выходы переведены в высокоимпеданс-ное состояние, а ток потребления не превышает 100 мкА. Назначение остальных деталей очевидно. Емкость фильтра разделена на две части, поскольку установить конденсатор большой емкости непосредственно возле выводов питания микросхемы затруднительно.
О деталях и конструкции. Оксидные конденсаторы - К50-35 или аналогичные импортные, конденсаторы С1, С2, СЮ - керамические любого типа, остальные - К73-17. Все постоянные резисторы - МЛТ 0,125. Переменный резистор регулировки громкости должен быть с показательной зависимостью сопротивле-
ния от угла поворота (типа В), остальные - с линейной (типа А). Транзистор КТ315В можно заменить любым транзистором структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока базы не менее 50. Выбор остальных деталей не критичен.
Выпрямитель выполнен на импульсных диодах КД213А, это позволит при необходимости значительно увеличить емкость фильтра без риска возникновения мультипликативных помех. Сетевой трансформатор можно использовать любой с габаритной мощностью не менее 80 Вт (лучше больше), допустимым током вторичной обмотки не менее 5 А и выходным напряжением 9... 11 В.
Ввиду относительной простоты усилитель вполне можно собрать на макетной плате (в таком варианте он работал у автора). Для журнальной публикации была разработана печатная плата (рис. 5), на которой размещается большинство деталей. Плата рассчитана на установку переключателей П2К на два направления и упомянутых выше деталей. Конденсатор СЗ емкостью 0,15 мкФ в случае необходимости можно составить из конденсаторов емкостью 0,1 мкФ и 0,047 мкФ, для чего на плате предусмотрены дополнительные контактные площадки.
Переменные резисторы, разъемы и сетевой трансформатор размещают вне платы. Перемычки в цепи сигнала выполнены тонким монтажным проводом, для монтажа цепей питания и акустических систем необходимо использовать провод сечением не менее 0,75 мм2. Теплоотвод можно изготовить из дюралевого уголка 30x50 мм или использовать готовый от автомагнитолы (именно такой применен в авторском варианте).
Правильно собранный усилитель налаживания не требует. При включении достаточно убедиться в наличии указан-
ных на схеме напряжений (допустимое отклонение ±10 %). В случае наводок от блока питания компьютера следует включить два керамических конденсатора емкостью 220...470 пФ на входе микросхемы (между точками 6, 7 платы и общим проводом). Их можно разместить со стороны печатных проводников. Для воспроизведения низких частот нужно использовать специализированную низкочастотную динамическую головку в акустическом оформлении. Самый простой способ - использовать АС от отечественной бытовой аппаратуры, удалив лишние детали. Автор для испытаний применял AC S-30B ("Радиотехника"). Акустическое оформление сателлитов может быть простейшим, в том числе и открытым.
(А. ШИХАТОВ, г. Москва)
В статье описаны особенности работы УМЗЧ класса D и представлены два варианта усилителей различной мощности, пригодных для использования в основном в низкочастотном канале для сабвуфера. Как отмечено в статье, такой усилитель целесообразно использовать с импульсным преобразователем напряжения питания как от батареи аккумуляторов, так и от сети переменного тока. При разработке конструкции усилителя следует уделить внимание экранировке этих блоков.
Ныне некоторые фирмы уже выпускают микросхемы, которые исключают какую-либо аналоговую обработку звукового сигнала, причем преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму происходит непосредственно в выходном каскаде усилителя мощности. Такие микросхемы в основном применяют в портативной и носимой аппаратуре с автономным питанием.
В периодических изданиях [1] и Интернете [2,3] можно найти описания усилителей (в основном, автомобильных), работающих в "классе Т". При внимательном рассмотрении оказывается, что транзисторы в таких устройствах также работают в переключательном режиме, введение же "нового" класса работы усилителя продиктовано, видимо, требованиями маркетинга. Хотя в некоторых источниках "класс Т" фигурирует как "modified Class-D", т. е. модифицированный класс D и никаких принципиальных отличий от класса D нет. Просто в усилителях "класса Т" применен ШИ-модуля-тор, у которого от входного напряжения зависят и частота, и скважность выходных импульсов. Имеются и сведения об усилителях некоего "класса N" [4]. На самом деле, это тоже усилитель, работающий в переключательном режиме,
только он совмещен с сетевым блоком питания. Все эти патентные и маркетинговые ходы не должны вводить читателей в заблуждение. В этой статье изложены некоторые преимущества и недостатки усилителя класса D с двумя примерами схемотехнических решений.
Основой усилителя, работающего в режиме класса D, являются мощные ключи, как правило, на МОП-транзисторах, отличающихся быстродействием и низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Благодаря ис
пользованию транзисторов в ключевом режиме (либо включен, либо выключен) и достигается высокий КПД подобных усилителей.
Транзисторы мощных ключей такого УМЗЧ управляются широтно-импульс-ным (ШИ) модулятором, который преобразует мгновенные значения входного сигнала в соответствующую скважность импульсов, причем нулевому значению сигнала соответствует скважность, равная 2 (меандр). Обычно импульсы имеют амплитуду, близкую к напряжению источника питания. Уровень выходного сигнала можно регулировать, изменяя параметры ШИ-модулятора и напряжение питания ключевого каскада.
С выходного каскада сигнал поступает на нагрузку (громкоговоритель) через LC-фильтр нижних частот (ФНЧ), выделяющий из ШИМ сигнала компоненты звукового диапазона частот.
Следует отметить, что качество выходного сигнала, определяемое уровнем искажений и полосой усиливаемых частот, сильно зависит от частоты переключения, причем сигналы высоких частот всегда усиливаются с большими искажениями, нежели низкочастотные. Повышение частоты переключения приводит к уменьшению искажений, ко
торые носят в основном интермодуляционный характер. На рис. 1 показаны осциллограммы сигналов, характерные для усилителя класса Т.
В настоящее время промышленностью выпускается широкая номенклатура полупроводниковых приборов, позволяющих достичь рабочих частот коммутации до нескольких сотен килогерц и даже единиц мегагерц. Усилители с такими частотами переключения способны с приемлемым уровнем искажений усиливать сигналы полного звукового диапазона.
Описываемые здесь усилители имеют сравнительно низкую частоту коммутации, поэтому они пригодны для усиления сигналов низкочастотной части звукового диапазона (обычно ниже 200 Гц). Такой усилитель может быть составной частью активного сабвуфера "домашнего кинотеатра". При снижении требований к качеству сигнала он может использоваться в составе аппаратуры и для полного звукового диапазона частот.
Схема наиболее простого усилителя, работающего в режиме класса D, представлена на рис. 2. В этом устройстве мощный каскад усилителя фактически объединен с ШИ-модуля-тором. Рассмотрим схему подробнее.
Операционный усилитель DA1 используется в качестве компаратора, который сравнивает сигналы на входе и выходе усилителя. Модулированные сигналом импульсы с выхода ОУ подаются на двухтактный каскад с полевыми транзисторами VT1, VT2. Стабилитроны VD1, VD2 необходимы для исключения сквозного тока через мощные транзисто-
ры выходного каскада. Этот ток возникает во время переключения ключа и является основным источником снижения КПД в неправильно рассчитанных двухтактных каскадах. Резисторы R3, R4 необходимы для разрядки емкости затвора полевых транзисторов. Дроссель L1 и конденсатор С4 образуют ФНЧ, с которого выходной сигнал поступает к громкоговорителю. Кроме того, выходной сигнал поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1 через делитель R5R1, который определяет коэффициент усиления усилителя. Резистор R2 задает входное сопротивление усилителя; при необходимости его можно увеличить. Микросхемы DA2 и DA3 стабилизируют напряжение питания устройства.
Принцип действия усилителя достаточно прост. Фактически усилитель представляет собой генератор, частота которого определяется резонансной частотой контура L1C4. Из-за того, что амплитуда импульсного сигнала на выходе усилителя постоянна (и почти равна напряжению питания), изменение напряжения на инвертирующем входе ОУ приводит к изменению скважности и частоты импульсов, поступающих в контур.
Следует отметить, что при подключении нагрузки характер колебаний в контуре приобретает апериодический характер. В этом случае частота переключения определяется не только параметрами контура L1C4, но и коэффициентом усиления всего устройства с разомкнутой петлей обратной связи, а также задержкой переключения каскадов.
Особенностью усилителя является наличие высокочастотных колебаний напряжения на нагрузке. Для сабвуфера это не является недостатком, так как сопротивление головки на ультразвуковых частотах достаточно высоко. Однако при подключении к усилителю многополосных АС может возникнуть заметный ток через головку ВЧ. Для исключения этого тока на выходе усилителя необходимо включить дополнительный ФНЧ, не входящий в петлю обратной связи.
Питание усилителя обеспечивает трансформаторный блок питания с номинальным выходным напряжением ±20 В и размахом пульсаций до 4 В при полной нагрузке. Если в трансформаторе нет вторичной обмотки со средней точкой, двухполярный источник питания можно собрать по схеме однополупери-одного выпрямителя (рис. 3), увеличив емкость фильтрующих конденсаторов в два раза. Максимально допустимое обратное напряжение выпрямительных диодов должно превышать удвоенное значение напряжения холостого хода источника.
Усилитель собран на макетной плате. Конденсаторы С1, С4 - К73-17, С2, СЗ - любые оксидные на рабочее напряжение не менее 16 В. Их полезно зашунтировать керамическими или пленочными конденсаторами емкостью 0,1...0,47 мкФ. В конструкции использованы импортные аналоги стабилитронов VD1, VD2 на напряжение 15В. Дроссель L1 имеет 100 витков провода ПЭТВ 0,6 мм в броневом магнитопроводе БЗО из феррита М2000НМ-1. Чашки магнитопровода собраны с немагнитным зазором около 0,5 мм. Резисторы - любые металлоди-электрические, например, МЛТ, С2-33.
Хотя работа усилителя на нагрузку сопротивлением 4 Ом с полной мощностью не приводит к заметному нагреву каких-либо элементов, при повышенном напряжении выпрямителя микросхемы интегральных стабилизаторов DA1, DA2 нужно установить на теплоотводы.
Вместо ОУ К544УД2 возможно применение микросхем КР574УД1, КР140УД11 (LM318), AD817 или других, имеющих частоту единичного усиления не менее 10 МГц. Используемые выходные транзисторы обеспечивают ток нагрузки до 2 А, но при желании мощность усилителя может быть увеличена до максимально возможной заменой транзисторов на IRFZ34 (VT1) и IRFZ24 (VT2). При такой замене выходная мощность усилителя ограничивается лишь
максимально допустимым напряжением питания операционного усилителя.
Правильно собранный из исправных деталей усилитель в налаживании не нуждается. Однако во избежание повреждения выходных транзисторов при неправильном монтаже рекомендуется первоначально подключить их исток к блоку питания через резисторы сопротивлением 33...51 Ом и мощностью 1 Вт.
При налаживании к выходу усилителя нужно подключить эквивалент, нагрузки - резистор сопротивлением 4...8 Ом и мощностью 10 Вт и замкнуть вход усилителя. При включении питания на входе ФНЧ можно наблюдать с помощью осциллографа почти прямоугольные импульсы скважностью около 2 и частотой около 80 кГц. Отклонение значения скважности от указанной говорит о несимметричности каскада- Импульсы тока через дополнительные резисторы должны иметь близкую к треугольной форму. Присутствие в импульсах значительных выбросов говорит о протекании сквозного тока через выходные транзисторы. В этом случае нужно заменить стабилитроны VD1, VD2 на другие с большим напряжением стабилизации.
К достоинствам этого усилителя следует отнести практически полное отсутствие переходного процесса при включении. КПД усилителя определяется, в основном, КПД стабилизаторов напряжения питания. Увеличение КПД может быть достигнуто применением импульсных стабилизаторов напряжения.
Усилитель по схеме на рис. 4 отличается от описанного выше более сложной схемой выходного каскада. Его можно питать от источника с напряжением, большим, чем максимально допустимое напряжение питания операционного усилителя.
Особенностью этого УМЗЧ является использование выходного каскада ОУ в режиме ограничения выходного тока. Это позволяет избежать насыщения транзисторов его выходного каскада и, как следствие, увеличить тактовую частоту работы устройства.
С выходными транзисторами, указанными на схеме, и транзисторами VT1, VT2 с большим допустимым напряжением Uкэ max (не менее 60 В) напряжение питания может достигать ±50 В, что способствует работе на вы-сокоомную нагрузку.
Коэффициент гармонических искажений не превышает 0,3 % на частоте 1 кГц при выходной синусоидальной мощности 60 Вт на нагрузке 4 Ом. Усилитель способен работать и в полном диапазоне
звуковых частот, при этом звук имеет некоторый "кассетный" оттенок на верхних частотах. Интермодуляционные искажения, измеренные методом двойного тона на частотах 19 и 20 кГц, достигают 14 %, но, как ни странно, это не оказывает на звук "разрушающего" действия.
Печатная плата для этого усилителя показана на рис. 5. Катушка индуктивности использована такая же, как и в усилителе по схеме рис. 2. Длительная работа усилителя при мощности 80 Вт на нагрузке 4 Ом не приводит к существенному разогреву активных компонентов. Однако для работы усилителя в условиях жаркого климата мощные транзисторы и интегральные стабилизаторы целесообразно установить на небольшие пластинчатые теплоотводы.
Если предполагается использование ОУ высокого быстродействия, например AD817, целесообразно уменьшить число витков катушки L1 в полтора-два раза. При этом рабочая частота коммутации возрастает; соответственно уменьшаются искажения на высоких частотах звукового диапазона. Форма сигнала на выходе ОУ может быть почти синусоидальной, тогда как выходные транзисторы продолжают работать в переключательном режиме вследствие высокого коэффициента усиления предвыходного каскада. Главным критерием работы УМ в переключательном режиме в данном случае служит отсутствие сквозного тока через выходные транзисторы.
Рекомендации по замене компонентов в этом УМЗЧ аналогичны изложенным для первого варианта схемы. Но при применении ОУ с большой нагрузочной способностью, например AD817, следует уменьшить напряжение питания ОУ во избежание перегрева. Для этого вместо интегральных стабилизаторов 7815 и 7915 нужно применить аналогичные на напряжение 9... 12 В. Выходные транзисторы должны быть комплементарными с близкими параметрами. Предпочтение следует отдавать транзисторам с возможно меньшей входной емкостью и низким (и одинаковым для транзисторов разного типа проводимости) сопротивлением канала во включенном состоянии. В принципе, возможно примене-
ние и биполярных выходных транзисторов; для этого нужно уменьшить сопротивление резисторов R4, R6 до 33 Ом. Тем не менее, ввиду значительного превышения времени выключения над временем включения биполярных транзисторов, возникает сквозной ток через транзисторы двухтактного каскада и теряется основное преимущество усилителя - высокий КПД; кроме того, увеличиваются и нелинейные искажения. Для устранения сквозного тока необходимо применить специальный формирователь паузы между моментами выключения одного и включения другого мощных транзисторов.
Усилитель не нуждается в настройке и при использовании исправных деталей начинает работать сразу.
Как было отмечено ранее, описанные усилители предназначены для использования в составе активного сабвуфера. Наличие во входном сигнале высокочастотных составляющих может привести к возникновению неприятных на слух интермодуляционных искажений, поэтому для ограничения полосы частот усиливаемого сигнала выше 150 Гц рекомендуется ФНЧ по схеме на рис. 6.
Если сабвуфер подключен к выходу низкочастотного канала звуковой карты SB Live 5.1 или подобной, то надобность в таком фильтре отпадает. В других случаях (например, при подключении к стереосистеме) такой фильтр может оказаться необходимым.
ФНЧ состоит из двух частей: входного усилителя-сумматора и собственно ФНЧ второго порядка с перестраиваемой частотой среза. Единственная особенность устройства - регулировка уровня выходного сигнала изменением коэффициента обратной связи сумматора с помощью резистора R3. ФНЧ с характеристикой Бесселя второго порядка особенностей не имеет.
ФНЧ собран на макетной плате. Операционные усилители можно применять и другие, рекомендуемые для работы
в усилителях и скорректированные для единичного усиления, если необходима внешняя цепь коррекции. Переменный резистор R3 регулировки чувствительности должен иметь характеристику регулирования Б, а резистор R5 регулировки частоты среза - А (линейную). Резисторы R1 и R2 можно расположить непосредственно в разъемах, подключаемых к источнику сигнала. В таком случае к фильтру потребуется протянуть только один экранированный провод.
ФНЧ в настройке не нуждается.
Усилители могут быть применены в составе как автомобильного, так и компьютерного (мультимедийного) аудио-комплексов. Усилитель по схеме на рис. 4 удобно питать от импульсного блока питания, описанного в [5]. Выходное напряжение источника 30 В достаточно для получения пиковой выходной мощности 100 Вт на нагрузке 8 Ом. Целесообразно использовать такой источник и для стабилизации напряжения питания первого варианта усилителя; при этом КПД системы будет наибольшим.
Необходимо отметить, что включение описанных усилителей на продолжительное время без нагрузки может привести к перегреву и выходу из строя выходных транзисторов. Если предполагается, что нагрузка может быть по каким-либо причинам отключена во время работы усилителя, к выходу ФНЧ следует подключить резистор сопротивлением 100 Ом и мощностью не менее 2 Вт.
(Е.САВЕЛЬЕВ, г.Тверь)
| http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru |
Отписаться
Убрать рекламу |
| В избранное | ||
