Изготовление блока питания для автомобильного усилителя. Схемотехника блоков питания автомобильных усилителей Какой блок питания использовать для проверки автоусилителя
В настоящее время на рынке автомобильной аппаратуры представлен огромный ряд магнитол разной ценовой категории.Современные автомагнитолы обычно имеют 4 линейных выхода (в некоторых ещё есть отдельный выход на сабвуфер). Они предназначены для использования «головы» с внешними усилителями мощности.
Многие радиолюбители изготавливают усилители мощности своими руками. Самая сложная часть в автомобильном усилителе - это преобразователь напряжения (ПН). В данной статье мы рассмотрим принцип построения стабилизированных ПНов на основе ставшей уже «народной» микросхемы TL494 (наш аналог КР1114ЕУ4).
Узел управления
Здесь мы очень подробно рассмотрим работу TL494 в режиме стабилизации.
Генератор пилообразного напряжения G1 служит задающим. Его частота зависит от внешних элементов C3R8 и определяется по формуле: F=1/(C3R8), где F-частота в Гц; C3- в Фарадах; R8- в Омах. При работе в двухтактном режиме (наш ПН как раз и будет работать в таком режиме) частота автогенератора микросхемы должна быть в двое выше частоты на выходе ПНа. Для указанных на схеме номиналах времязадающей цепи частота генератора F=1/(0,000000001*15000)=66,6кГц. Частота импульсов на выходе, грубо говоря, 33 кГц. Генерируемое напряжение поступает на 2 компаратора (А3 и А4), выходные импульсы которых суммирует элемент ИЛИ D1. Далее импульсы через элементы ИЛИ – НЕ D5 и D6 подают на выходные транзисторы микросхемы (VT1и VT2). Импульсы с выхода элемента D1 поступают также на счетный вход триггера D2, и каждый из них изменяет состояние триггера. Таким образом, если на вывод 13 микросхемы подана логическая «1» (как в нашем случае – на вывод 13 подан + с вывода 14), то импульсы на выходах элементов D5 и D6 чередуются, что и необходимо для управления двухтактным инвертором. Если микросхему применяют в однотактном Пне, вывод 13 соединяют с общим проводом, в результате триггер D2 больше не участвует в работе, а импульсы на всех выходах появляются одновременно.
Элемент А1- это усилитель сигнала ошибки в контуре стабилизации выходного напряжения ПНа. Это напряжение поступает на вывод 1 узла А1. На втором выводе- образцовое напряжение, полученное от встроенного в микросхему стабилизатора А5 с помощью резистивного делителя R2R3. Напряжение на выходе А1, пропорциональное разности входных, задает порог срабатывания компаратора А4 и, следовательно, скважность импульсов на его выходе. Цепь R4C1 необходима для устойчивости стабилизатора.
Транзисторный оптрон U1 обеспечивает гальваническую развязку в цепи отрицательной обратной связи по напряжению. Он относится к цепи стабилизации выходного напряжения. Так- же за стабилизацию отвечает стабилизатор параллельного типа DD1 (TL431 или наш аналог КР142ЕН19А).
Падение напряжения на резисторе R13 приблизительно равно 2,5 вольт. Сопротивление этого резистора рассчитывают, задавшись током через резистивный делитель R12R13. Сопротивление резистора R12 вычисляют по формуле: R12=(Uвых-2,5)/I" где Uвых- выходное напряжение ПНа; I"- ток через резистивный делитель R12R13.
Нагрузкой DD1 являются параллельно соединённые балластный резистор R11 и излучающий диод (выв. 1,2 оптрона U1) с токоограничивающим резистором R10. Балластный резистор создаёт минимальную нагрузку, необходимую для нормального функционирования микросхемы.
ВАЖНО. Нужно учитывать то, что рабочее напряжение TL431 не должно превышать 36 вольт (см. даташит на TL431). Если планируется изготавливать ПН с Uвых.>35 вольт, то схему стабилизации нужно будет не много изменить, о чём будет сказано ниже.
Предположим, что ПН рассчитан на выходное напряжение +-35 Вольт. При достижении этого напряжения (на выв. 1 DD1 напряжение достигнет порогового 2,5 Вольт) , «откроется» стабилизатор DD1, загорится светодиод оптрона U1, что приведет к открыванию его транзисторного перехода. На выводе 1 микросхемы TL494 появится уровень «1». Подача выходных импульсов прекратится, выходное напряжение начнет падать до тех пор, пока напряжение на выводе 1 TL431 не станет ниже пороговых 2,5 Вольт. Как только это произойдет, DD1 «закроется», светодиод оптрона U1 погаснет, на выводе 1 TL494 появится низкий уровень и узел А1 разрешит подачу выходных импульсов. Напряжение на выходе вновь достигнет +35 Вольт. Опять «откроется» DD1, загорится светодиод оптрона U1 и так далее. Это называется «скважностью»- когда частота импульсов неизменна, а регулировка осуществляется паузами между импульсами.
Второй усилитель сигнала ошибки (А2) в данном случае использован как вход аварийной защиты. Это может быть узел контроля максимальной температуры теплоотвода выходных транзисторов, блок защиты УМЗЧ от токовой перегрузки и так далее. Как и в А1 через резистивный делитель R6R7 образцовое напряжение подается на вывод 15. На выводе 16 будет уровень «0», так как он соединен с общим проводом через резистор R9. Если подать на вывод 16 уровень «1», то узел А2 мгновенно запретит подачу выходных импульсов. ПН «остановится» и запустится только тогда, когда на 16 выводе вновь появится уровень «0».
Функция компаратора А3 – гарантировать наличие паузы между импульсами на выходе элемента D1., даже если выходное напряжение усилителя А1 вышло за допустимые пределы. Минимальный порог срабатывания А3 (при соединении вывода 4 с общим проводом) задан внутренним источником напряжения GI1. С увеличением напряжения на выводе 4 минимальная длительность паузы растет, следовательно, максимальное выходное напряжение ПНа падает.
Этим свойством пользуются для плавного пуска ПНа. Дело в том, что в начальный момент работы ПНа конденсаторы фильтров его выпрямителя полностью разряжены, что эквивалентно замыканию выходов на общий провод. Пуск ПНа сразу же на полную мощность приведет к огромной перегрузке транзисторов мощного каскада и возможному выходу их из строя. Цепь C2R5 обеспечивает плавный, без перегрузок, пуск ПНа.
В первый после включения момент С2 разряжен., а напряжение на выводе 4 TL494 близко к +5 Вольт, получаемым от стабилизатора А5. Это гарантирует паузу максимально возможной длительности, вплоть до полного отсутствия импульсов на выходе микросхемы. По мере зарядки конденсатора С2 через резистор R5 напряжение на выводе 4 уменьшается, а с ним и длительность паузы. Одновременно растет выходное напряжение ПНа. Так продолжается, пока оно не приблизится к образцовому и не вступит в действие стабилизирующая обратная связь, о принципе работы которой было рассказано выше. Дальнейшая зарядка конденсатора С2 на процессы в Пне не влияет.
Как здесь уже было сказано,рабочее напряжение TL431 не должно превышать 36 вольт. А как быть, если от ПНа требуется получить, на пример, 50 Вольт? Сделать это просто. Достаточно в разрыв контролируемого плюсового провода поставить стабилитрон на 15…20 Вольт (показан красным цветом). В результате этого он «отсечёт» лишнее напряжение (если 15-ти вольтовый стабилитрон, то он срежет 15 Вольт, если двадцативольтовый- то соответственно уберет 20 Вольт) и TL431 будет работать в допустимом режиме напряжения.
На основании вышеизложенного был построен ПН, схема которого изображена на рисунке ниже.
На VT1-VT4R18-R21 собран промежуточный каскад. Задача этого узла- усиление импульсов перед их подачей на мощные полевые транзисторы VT5-VT8.
Блок управления REM выполнен на VT11VT12R28R33-R36VD2C24. При подаче на «REM IN» управляющего сигнала с магнитолы +12 Вольт, открывается транзистор VT12 , который в свою очередь откроет VT11. На диоде VD2 появляется напряжение, которое будет питать микросхему TL494. Пн запускается. Если магнитолу выключить, то эти транзисторы закроются, преобразователь напряжения «остановится».
На элементах VT9VT10R29-R32R39VD5C22C23 выполнен узел аварийной защиты. При подаче на вход «PROTECT IN» отрицательного импульса, ПН отключится. Запустить его можно будет только повторным отключением и включением REM. Если данный узел не планируется использовать, то элементы,относящиеся к нему, нужно будет исключить из схемы, а вывод 16 микросхемы TL494 соединить с общим проводом.
В нашем случае ПН двухполярный. Стабилизация в нем осуществляется по плюсовому выходному напряжению. Чтобы не было разницы выходных напряжений, применяют так называемый «ДГС»- дроссель групповой стабилизации (L3). Обе его обмотки наматываются одновременно на один общий магнитопровод. Получится дроссель- трансформатор. Подключение его обмоток имеют определенное правило - они должны быть включены встречно. На схеме начала этих обмоток показаны точками. В результате этого дросселя выходные напряжения обоих плеч уравниваются.
Перед включением необходимо проверить качество монтажа. Для налаживания ПНа необходим трансформаторный блок питания мощностью около 20 Ампер и с пределом регулирования выходного напряжения 10…16 Вольт. Не рекомендуется питать ПН от компьютерного блока питания.
Перед включением нужно установить выходное напряжение блока питания 12 Вольт. Параллельно выходу ПНа подключить резисторы на 2 ВТ 3,3кОм как на плюсовое плечо, так и на минусовое. Резистор ПНа R3 отпаять. Подать напряжение питания с БП на ПН (12 Вольт). Пн не должен запуститься. Далее следует подать плюс на вход REM (поставить временную перемычку на клемме + и REM). Если детали исправны и монтаж выполнен правильно, то ПН должен запуститься. Далее нужно замерить ток потребления (амперметр в разрыв плюсового провода). Ток должен быть в пределах 300…400 мА. Если он очень сильно отличается в большую сторону, то это указывает на не корректную работу схемы. Причин много, одна из основных- не правильно намотан трансформатор. Если же все в допустимых пределах, то нужно замерить выходное напряжение как по плюсу, так и по минусу. Они должны быть практически одинаковыми. Полученный результат запоминаем или записываем. Далее на место R3 нужно подпаять последовательную цепочку из постоянного резистора 27 кОм и подстроечного (можно переменного) на10 кОм, не забыв сперва отключить питание от ПНа. Вновь запускаем ПН. После запуска увеличиваем напряжение на блоке питания до 14,4 Вольт. Производим замер выходного напряжения ПНа так же, как и при первоначальном включении. Вращая ось подстроечного резистора нужно установить такое выходное напряжение, какое было при питании ПНа от 12 Вольт. Отключив БП, выпаять последовательную резисторную цепь и замерить общее сопротивление. На место R3 впаять постоянный резистор такого же номинала. Производим контрольную проверку.
Второй вариант построения стабилизации
На рисунке ниже приведен еще один вариант построения стабилизации. В этой схеме в качестве опорного напряжения для вывода 1 TL494 использован не ее внутренний стабилизатор, а внешний, выполненный на стабилизаторе параллельного типа TL431. Микросхема DD1 стабилизирует напряжение 8 вольт для питания делителя, состоящего из фототранзисторного оптрона U1.1 и резистора R7. Напряжение от средней точки делителя поступает на не инвертирующий вход первого усилителя сигнала ошибки ШИ- контроллера TL494. Так- же от резистора R7 зависит выходное напряжение ПНа- чем меньше сопротивление, тем меньше выходное напряжение.Настройка ПНа по этой схеме не отличается от той, что на рисунке №1. Единственное отличие- это первоначально нужно выставить 8 вольт на выводе 3 DD1 с помощью подбора резистора R1.
Схема преобразователя напряжения по рисунку ниже отличается упрощенной реализацией узла REM. Такое схемотехническое решение менее надежно, чем в предыдущих вариантах.
Детали
В качестве дросселя L1 можно использовать Советские дроссели ДМ. L2- самодельный. Его можно намотать на ферритовом стержне диаметром 12…15мм. Феррит можно отломить от строчного трансформатора ТВС, сточив его на карбороне до требуемого диаметра. Это долго, но эффективно. Наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм и содержит 12 витков.
В качестве ДГС можно применить желтое кольцо от компьютерного блока питания.
Провод можно взять ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Нужно мотать одновременно двумя проводами, разместив их равномерно по всему кольцу виток к витку. Подключить соответственно со схемой (начала указаны точками).
Трансформатор. Это самая ответственная деталь ПНа, от его изготовления зависит успех всего предприятия. В качестве феррита желательно использовать 2500НМС1 и 2500НМС2. Они имеют отрицательную температурную зависимость и предназначены для использования в сильных магнитных полях. В крайнем случае можно применить кольца М2000НМ-1. Результат будет не много хуже. Кольца нужно брать старые, то есть те, которые были изготовлены до 90-х годов. Да и то, одна партия может сильно отличаться от другой. Так, что ПН, трансформатор которого намотан на одном кольце может показать прекрасные результаты, а ПН, трансформатор которого намотан тем же проводом, на таком же по габаритам и маркировке кольце, но из другой партии, может показать отвратительный результат. Тут как попадешь. Для этого в интернете есть статья «Калькулятор Лысого». С помощью него можно подобрать кольца, частоту ЗГ и количество витков первички.
Если применяется ферритовое кольцо 2000НМ-1 40/25/11, то первичная обмотка должна содержать 2*6 витков. Если кольцо 45/28/12, то соответственно 2*4 витка. Количество витков зависит от частоты задающего генератора. Сейчас есть много программ, которые по введенным данным мгновенно рассчитают все необходимые параметры.
Я использую кольца 45/28/12. В качестве первички применяю провод ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Обмотка содержит 2*5 витков, каждая полуобмотка состоит из 8 проводов, то есть наматывается «шина» из 16 проводов, о чем будет сказано ниже (раньше мотал 2*4 витка, но с некоторыми ферритами приходилось поднимать частоту- кстати это можно сделать путем уменьшения резистора R14). Но сперва остановимся на кольце.
Изначально ферритовое кольцо имеет острые края. Их нужно сточить (закруглить) крупным наждаком или напильником- кому как удобнее. Далее обматываем кольцо малярным белым бумажным скотчем в два слоя. Для этого отматываем кусок скотча длиной сантиметров 40, приклеиваем его на ровную поверхность и по линейке нарезаем лезвием полоски шириной 10…15 мм. Вот этими полосками мы и будем его изолировать. В идеале, конечно, лучше кольцо ничем не обматывать, а уложить обмотки непосредственно на феррит. Это благоприятно скажется на температурном режиме трансформатора. Но как говорится, береженого Бог бережет, по этому и изолируем.
На полученной «заготовке» мотаем первичную обмотку. Некоторые радиолюбители сначала мотают вторичку, а уже потом на нее первичку. Я так не пробовал и по этому ничего положительного или отрицательного сказать не могу. Для этого на кольцо наматываем обычную нитку, равномерно разместив расчетное количество витков по всему сердечнику. Концы фиксируем клеем или же маленькими кусочками малярного скотча. Теперь берем один кусок нашего эмалированного провода и наматываем его по этой нитке. Далее берем второй кусок и равномерно мотаем его рядом с первым проводом. Так поступаем со всеми проводами первичной обмотки. В итоге должен получиться ровный шлейф. После намотки вызваниваем все эти провода и делим на 2 части- одна из них будет одной полуобмоткой, а другая- второй. Начало одной соединяем с концом другой. Это будет средний вывод трансформатора. Теперь мотаем вторичку. Бывает так, что вторичная обмотка в связи с относительно большим количеством витков не может уместиться в один слой. На пример нам нужно намотать 21 виток. Тогда поступаем следующим образом: в первый слой мы разместим 11 витков, а во второй- 10. Мотать мы будем уже не по одному проводу, как было в случае с первичкой, а сразу «шиной». Провода нужно стараться укладывать так, чтобы они плотно прилегали и не было разного рода петель и «барашков». После намотки также вызваниваем полуобмотки и соединяем начало одной с концом другой. В заключении окунаем готовый трансформатор в лак, сушим, окунаем, сушим и так несколько раз. Как писалось выше, от качества изготовления трансформатора зависит очень многое.
Программа расчета импульсных трансформаторов (Автор ): ExcellentIT. Я этой программой не пользовался, но многие отзываются о ней хорошо.
Почти каждый человек, который делает автомобильный усилитель с ПНом, расчитывает платы под строго определенные размеры. Чтобы облегчить ему задачу, привожу печатные платы задающих генераторов в формате
Привожу некоторые фотки ПНов, которые сделаны по этим схемам:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Узел управления | |||||||
| ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | ||||
| DD1 | TL431 | 1 | В блокнот | ||||
| VDS1 | Диодный мост | 1 | В блокнот | ||||
| VD3 | Стабилитрон | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | 4.7 мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| С3 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С4, С9 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| С5, С6 | Конденсатор | 220 нФ | 2 | В блокнот | |||
| С7, С8 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| R1, R13 | Резистор | 2.2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R2, R3, R9, R11 | Резистор | 10 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6, R7 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12 | Резистор | 33 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R14 | Резистор | 10 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 1 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | |||
| VT1, VT4 | Биполярный транзистор | КТ639А | 2 | В блокнот | |||
| VT2, VT3 | Биполярный транзистор | КТ961А | 2 | В блокнот | |||
| VT5-VT8 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 4 | В блокнот | |||
| VT9 | Биполярный транзистор | 2SA733 | 1 | В блокнот | |||
| VT10, VT12 | Биполярный транзистор | 2SC945 | 2 | В блокнот | |||
| VT11 | Биполярный транзистор | КТ814А | 1 | В блокнот | |||
| VD1-VD4 | Диод | 4 | В блокнот | ||||
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N4001 | 1 | В блокнот | |||
| VD5 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | |||
| VD6 | Диод | 1 | В блокнот | ||||
| С1, С25 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| С2, С21, С23, С24 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 4 | В блокнот | |||
| С3 | Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С6, С7 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С8 | Конденсатор | 0.68 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С9 | Конденсатор | 0.33 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С10, С17, С18 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| С11, С19, С20 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| С12, С13 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С14, С15 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С16 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С22 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 33 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5, R9, R15, R30, R31, R36, R39 | Резистор | 10 кОм | 7 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12, R28 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R13, R16 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R14 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R18, R19 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R20, R21 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R22-R25 | Резистор | 51 Ом | 4 | В блокнот | |||
| R26, R27 | Резистор | 24 Ом | 2 | 1 Вт | В блокнот | ||
| R29, R32-R34 | Резистор | 5.1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R35 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R37 | Резистор | 10 Ом | 1 | 2 Вт | В блокнот | ||
| R38 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | PC817 | 1 | В блокнот | |||
| HL1 | Светодиод | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 20 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L2 | Катушка индуктивности | 10 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L3 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| FU1 | Предохранитель | 1 | В блокнот | ||||
| Второй вариант построения стабилизации | |||||||
| DD1, DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 2 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | |||
| Конденсатор | 220 нФ | 1 | В блокнот | ||||
| VT1, VT4 | Биполярный транзистор | КТ639А | 2 | В блокнот | |||
| VT2, VT3 | Биполярный транзистор | КТ961А | 2 | В блокнот | |||
| VT5-VT8 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 4 | В блокнот | |||
| VT9 | Биполярный транзистор | 2SA733 | 1 | В блокнот | |||
| VT10, VT12 | Биполярный транзистор | 2SC945 | 2 | В блокнот | |||
| VT11 | Биполярный транзистор | КТ814А | 1 | В блокнот | |||
| VD1-VD4 | Диод | 4 | В блокнот | ||||
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N4001 | 1 | В блокнот | |||
| VD5 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | |||
| VD6 | Диод | 1 | В блокнот | ||||
| C1, C25 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C2, C4, C12, C13 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 4 | В блокнот | |||
| C3, C8 | Конденсатор | 0.68 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C5 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| C6, C7 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C9 | Конденсатор | 0.33 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C10, C17, C18 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C11, C19, C20 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C14, C15 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C16 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C21, C23, C24 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C22 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 6.2 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 2.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 33 кОм | 2 | подбор | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5, R30, R31, R36, R39 | Резистор | 10 кОм | 5 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 690 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R9 | Резистор | 1 МОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12, R14 | Резистор | 15 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R13, R16 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R15, R28 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R17 | Резистор | 1.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R18, R19 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R20, R21 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R22-R25 | Резистор | 51 Ом | 4 | В блокнот | |||
| R26, R27 | Резистор | 24 Ом | 2 | 1 Вт | В блокнот | ||
| R29, R32-R34 | Резистор | 5.1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R35 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R37 | Резистор | 10 Ом | 1 | 2Вт | В блокнот | ||
| R38 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | PC817 | 1 | В блокнот | |||
| HL1 | Светодиод | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 20 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L2 | Катушка индуктивности | 10 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L3 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| FU1 | Предохранитель | 1 | В блокнот | ||||
| DD1, DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 2 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | ||||
Когда-то звуковые усилители (УНЧ) были большими, с кучей ламп, огромными радиаторами для транзисторов, тяжелыми трансформаторами в БП. Но жизнь не стоит на месте. Теперь компактные микросхемы с цифровыми УНЧ заменили ламповых и транзисторных динозавров почти во всех устройствах широкого потребления. Можно без особых усилий сконструировать компактный усилитель, например на чипе PAM8610. Для питания использовался блок питания из обзора.
УНЧ на PAM8610 существует в нескольких вариантах, стоит совсем недорого. Купить можно например тут - . Было решено использовать готовую плату с регулятором громкости и распаянными разъемами. Существует еще ультрабютжетный вариант. Его обозревали тут на сайте - . Почему именно этот усилитель - цена и очень хорошие впечатления от младших моделей PAM8403/PAM8406: , .
Посмотрим, как проявит себя старшая модель усилителя.
Характеристики модуля:
Питание 7-15 В, рекомендуемое 12 В
Мощность до 10 Вт на канал при сопротивлении нагрузки 8 Ом
Защита от КЗ, перегрева
КПД усилителя до 90 %
Судя по описанию, отличные характеристики для такого малыша.
Фото:
Флюс немного не до конца отмыт.
Подключение динамиков никак не обозначено. Опытном путем и по аналогичной немного другой плате выяснено:
Штекер питания - центр "+", вокруг - "-"
Микросхема под радиатором у этого варианта усилителя - это хорошо. Перемычки на плате - одна временно откл звук (mute), вторая не знаю.
Для питания конструкции было решено использовать БП из ссылки в начале обзора. Это БП очень подробно обозревался . Блок питания хорошо работает в предельных режимах, компактный и недорогой. Теоретический можно получить с этим блоком питания суммарную мощность около 12 Ватт на два канала. Или реальных около 5 Ватт на канал. Меня данный блок питания и мощность УНЧ устраивали. Для большего усиления микросхемы при использовании источника сигнала в виде сотового телефона или ЦАП-а необходимо использовать предварительное усиление перед микросхемой, что мне делать не хотелось. Да и мощности в 5 Ватт на канал для моих целей достаточно. Но мы все равно протестируем микросхему УНЧ и БП в разных режимах и на нагрузке разного сопротивления.
Блок питания:
Для тестирования нагрузки используем мощные резисторы 4 Ома, 6 Ом, 8 Ом на 100 Ватт:
Купить их можно тут
Подключаем все модули и резисторы.
Проводим измерения.
Напряжение питания усилителя 12 В, на вход подается сигнал в 1000 Гц от звукового генератора. Мощность рассчитывается квадрат напряжения на выходе одного канала усилителя (измерения вольтметром переменного тока) при подключенной нагрузки делится сопротивление нагрузки
Первая группа тестов
Обычный источник (телефон или ЦАП (DAC)). Uвх=0.15 В. Тестирование проводилось на БП из обзора, без предварительного усиления. Во всех случаях защита от перегрева на микросхеме и по току на БП не срабатывала.
У меня колонки сопротивлением 4 Ома - первая строчка - мой режим использования усилителя.
Вторая группа тестов
Отключение БП из обзора по защите по току. Увеличиваем Uвх до срабатывания защиты на БП. Этот режим возможен при использовании предварительно усилителя (например, ) перед усилителем из обзора 
Третья группа тестов
Предельный режим. Используется лабораторный БП. Тесты завершаются, если микросхема усилителя отключается от перегрева (температура микросхемы в этом случае больше 100 градусов Цельсия). В реальности для реализации этого режима необходим более мощный БП (12 В 2 А например) и предварительное усиление сигнала.
Думаю большую мощность, чем заявлена, удалось получить с помощью радиатора на микросхеме УНЧ.
Тесты могут пригодиться, если вы собираетесь использовать эту микросхему УНЧ для своего усилителя или сделаете мощную портативную колонку с предусилителем и мощным аккумулятором.
Температура на радиатор чипа. Радиатор тут - это хорошо. А ведь есть варианты этой платы и без радиатора.
Температура на резисторах:
Если тут при 9 Ваттах такая температура, то что же будет при тестировании 100 ваттного усилка?
Тест на синусоиду. На вход подаем синусоиду 1000 Гц и смотрим осциллографом, что имеем на выходе усилителя.
18+ Читателям с неустойчивой психикой не смотреть
Вход усилителя:
Выход при очень маленькой громкости:
Средний уровень громкости:
Синусоида на максимуме. Чип УНЧ на грани отключения от перегрева.
Я удивился результатам - у младших PAM8403/PAM8406 на выходе с синусоидой все ок. Может перепутал что-то при измерения. Полез в инет и нашел видеообзор подобной микросхемы - . Правда там товаришь не подключал к выходу нагрузку и без предусилка тесты проводил (не вывел микросхему на предельные режимы).
После завершения тестов решил все облагородить. Компоненты для сборки:
Роутер используется как . Прошил аналогично обзору. Так же был сделан переключатель типа тумблер на обычный линейный вход.
Корпус куплен оффлайн за 400 руб - самый дешевый по отношения цена-размер-качество.
Получилось так:
Первоначально был установлен DC-преобразватель 12->5 В на основе ШИМ контроллера. Но пришлось установить второй блок питания на 5 В по двум причинам:
1. Помехи. Убрал земляные петли, но какие-то помехи (возможно от преобразователя) остались.
2. В случае перегруза БП отключается по защите - роутер перегружается и это не хорошо - долго он перегружается.
Итог:
Моя мини Hi-Fi система:
Для моих задач (озвучить ванную и коридор) мощности БП и качества звука от УНЧ вполне хватает.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Планирую купить +35 Добавить в избранное Обзор понравился +25 +59Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания , и можно наслаждаться любимой музыкой?
Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.
Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.
Стабилизатор или фильтр?
Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.
Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.
Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:
Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.
Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц:(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.
Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.
Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.
Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.
В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.
Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.
Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:
Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.
Пиковая мощность
Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.
Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.
Параллельный или последовательный стабилизатор?
Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:
Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.
Защитные резисторы
Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и... денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!
Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.
На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.
Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.
Главное — падение напряжения
При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.
Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода:
В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.
Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.
0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.
Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:
Импульсы заряда
Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.
Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:
Увеличение по клику
На рисунке показан вариант печатной платы:
Пульсации
Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.
Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:
При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».
Продолжение следует...
Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»
Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»
Недавно было решено повторить известную схему преобразователя аккумуляторного напряжения автомобиля 12 вольт, в повышенное двухполярное, для питания мощных УМЗЧ. Показана основа схемы, далее её можно "усовершенствовать"по своим желаниям. Схема проста, надежна, при мощности близкой к максимальной практически не наблюдается нагревания диодов моста, трансформатора и выходных ключей. Хотя в генераторе преобразователя и стоит классическая TL494 - схема работает на ура.Весь преобразователь питания собран на небольшой печатной плате из фольгированного стелотекстолита, транзисторы и мощные диоды припаяны металлическими фланцами наружу - к ним прикручивается массивный алюминиевый радиатор. Его размеры зависят от нагрузки, подключенной к устройству.
На следующей фотографии показан вид со стороны монтажа. Разрисовка платы и схемы в Layout - на форуме.
В качестве выпрямительных диодов стоят диоды Шоттки. Данным девайсом раскачивал в автомобиле две STK4044, субъективная оценка - очень хорошо!
При выходном напряжении U=+-51В, для нормальной работы микросхем STK на холостом ходу, при P=max просадка порядка 1,5 Вольт на плечо. Думаю этот провал мало ощутим на слух, тем более что усилитель на максимуме вряд ли кто слушает постоянно. Плата разработана собственноручно,можно сказать на скорую руку, так что вы можете усовершенствовать её по желанию. В общем данный самодельный преобразователь для автомобильного УНЧ работает на 100% - рекомендую к повторению. Более подробно зависимость мощности от напряжения выхода и сопротивления динамика УМЗЧ, показана в таблице.