Трехканальный мультимедийный УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Несмотря на множество моделей мультимедийных АС промышленного производства, интерес радиолюбителей к самостоятельному изготовлению подобных конструкций не снижается. Особый интерес вызывают системы с общим низкочастотным каналом. Низкочастотный громкоговоритель - сабвуфер - при этом размещают в отдельном корпусе, что позволяет значительно уменьшить габариты АС левого и правого каналов. Для подобного рода конструкций и предназначен описываемый здесь усилитель с общей номинальной мощностью около 20 Вт.

К особенностям мультимедийного комплекса можно отнести относительно небольшие размеры видеомонитора и соответствующие им габариты акустической системы, размещаемой, как правило, в непосредственной близости от слушателя. В связи с этим максимальная мощность усилителей для такой АС обычно не превышает 10...20 Вт. Близость расположения мультимедийной акустической системы нередко ограничивает ее допустимые размеры, поэтому здесь распространено размещение низкочастотной головки в одном общем корпусе - сабвуфере, а стереофонические громкоговорители выступают здесь в роли "сателлитов".

Для формирования сигнала канала НЧ (сабвуфера) обычно используются сумматор и активный фильтр. В качестве примера на рис. 1 приведена схема этого узла.

Рис. 1. Формирователь сигнала НЧ (сабвуфера)

На ОУ DA1.1 выполнен инвертирующий сумматор, совмещенный с фильтром первого порядка, на ОУ DA1.2 - активный фильтр Баттерворта второго порядка. Частота среза получившегося в итоге фильтра третьего порядка составляет примерно 180 Гц. Делитель R1R2 задает режим ОУ по постоянному току. Полоса частот громкоговорителей СЧ-ВЧ (сателлитов) ограничена фильтрами первого порядка на входе стереофонического УМЗЧ.

Однако для выделения полосы частот сабвуфера вовсе не обязательно использовать активные фильтры. На страницах журнала были опубликованы два варианта УМЗЧ для компьютера [1], в которых применен оригинальный способ формирования сигнала для сабвуфера, не требующий отдельного фильтра. К сожалению, в первом варианте конструкции использованы две разные версии микросхемы TDA1519, не всегда имеющиеся в продаже. Во втором варианте - безнадежно устаревшие TDA2005, по уровню искажений и шумов не отвечающие современным требованиям; этой микросхеме требуется немало внешних элементов. Применив современные микросхемы УМЗЧ, предназначенные для автомобильной радиоаппаратуры, можно несколько упростить схему и значительно повысить эксплуатационные характеристики УМЗЧ.

Усилитель мощности удобно выполнить на основе распространенной микросхемы TDA1554Q (Philips). В нее входят два инвертирующих и два неинвертирующих усилителя с усилением по 20 дБ, их входное сопротивление - 60 кОм. Возможны два варианта их включения. Первый - стандартный, как четырехканальный УМЗЧ с максимальной выходной мощностью 4x6 Вт (4x11 Вт) на нагрузке 4(2) Ом. Второй вариант - как двухканальный УМЗЧ в мостовом включении с максимальной выходной мощностью 2x22 Вт на нагрузке 4 Ом.

В предлагаемой конструкции два инвертирующих канала использованы в обычном включении, а два неинвертирующих, благодаря оригинальному решению, - в мостовом включении.

Напряжение питания усилителя может быть в пределах +10... 16 В. Ток, потребляемый устройством при отсутствии сигнала, - не более 0,1 А. В дежурном режиме "Standby" (режим дистанционного выключения) - 0,1 мА. Номинальная мощность указана при напряжении питания, равном 15 В, и гармонических искажениях около 0,5 %. Максимальная мощность, как принято, определяется при искажениях 10%.

Схема усилителя приведена на рис. 2. Устройство максимально упрощено, а номиналы большинства элементов унифицированы.

Рис. 2. Принципиальная схема усилителя

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 кон-денсатореС13, каки 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.

Рис. 3. Теоретические АЧХ фильтров по напряжению

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 канале 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.

Рис. 4. Теоретические АЧХ в ближнем поле излучения

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 - МЛТ0.125. Переменный резистор регулировки громкости должен быть с показательной зависимостью сопротивления от угла поворота (типа В), остальные - с линейной (типа А). Транзистор КТ315В можно заменить любым транзистором структуры n-p-п 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 Аи 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 C3 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.

Рис. 5. Печатная плата усилителя

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 указанных 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.

Литература

1. Сапожников М. Два простых УМЗЧ для компьютера. - Радио, 2002, №4, с.15.
2. Шихатов А. Пассивные регуляторы тембра. - Радио, 1999, №1, с. 14, 15.

Автор: А. Шихатов, Москва; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Новый низкоуровневый API снизит энергопотребление чипов ARM 13.04.2015 Рынок носимых "умных" устройств развивается, однако рост его сдерживается отсутствием сколько-нибудь видимого прогресса в области источников питания, и, как следствие, сравнительно малым временем работы. Компании-разработчики это понимают и всеми силами пытаются снизить уровень энергопотребления таких устройств. Новый шаг в этом направлении сделала ARM. Процессоры ARM Cortex-M получат управляющий питанием микроконтроллер Silicon Labs EFM32 Gecko и соответствующий низкоуровневый API. Обе компании, ARM и Silicon Labs планируют использовать связку этих чипов в новом поколении устройств, формирующих то, что называется "Интернетом вещей" (Internet of Things, IOT). К сожалению, Silicon Labs пока не опубликовала деталей о том, какого именно уровня экономии она планирует добиться, но упомянула о том, что новый API позволит реализовать автоматический механизм умного "сна" и распределения энергии в зависимости от уровня активности конкретных компонентов системы. Предварительные испытания системы "оптимального сна" показали впечатляющий рост экономичности: модуль жидкокристаллического экрана до ее включения потреблял 1,03 миллиампера, а после активации потребляемый им в режиме сна ток снизился до 0,1 миллиампера, то есть на порядок. Очень впечатляющее достижение. Новая программная и аппаратная начинка с такими возможностями будет весьма востребованной и в мире смартфонов и планшетов, однако, пока обе компании сконцентрируют свои усилия на ее внедрении в мир "Интернета вещей".

Другие интересные новости:

▪ Часы на кремнии, но не электронные

▪ Город в аэродинамической трубе

▪ Ветродвигатель без лопастей

▪ Космическая разведка США

▪ Экшен-камера Amkov AMK100S

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Большая энциклопедия для детей и взрослых. Подборка статей

▪ статья За деревьями не видеть леса. Крылатое выражение

▪ статья Где встретились первый и последний погибшие в Первой Мировой войне британские солдаты? Подробный ответ

▪ статья Соединение деревянных панелей. Домашняя мастерская

▪ статья К вопросу о коэффициенте усиления УКВ антенн. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стрелочные индикаторы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025