Компактный автомобильный усилитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Автомобиль. Электронные устройства

Комментарии к статье

В статье описана конструкция несложного автомобильного стереоусилителя с импульсным преобразователем напряжения. Его добавление существенно увеличило мощность усилителя на популярных микросхемах TDA7293 или TDA7294 - до 78 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом, а применение готового корпуса намного упростило его изготовление.

Как часто и справедливо утверждается, звучание штатной магнитолы автомобиля может порадовать только неискушенного слушателя. На практике оказывается, что в большинстве случаев реальное значение выходной мощности УМ магнитолы не превышает 20 Вт на канал при нагрузке сопротивлением 4 Ом, а при работе от аккумулятора мощность падает до 16 Вт.

Собственно, даже при такой мощности можно качественно озвучить любой салон автомобиля, если бы не пик-фактор музыкальных сигналов, достигающий в отдельных композициях 20...25 дБ. Так, встроенный УМ автомагнитолы без ограничения динамического диапазона может выдать до 5 Вт на канал. Учитывая качественный рост параметров современных УМ, вопрос модернизации тракта воспроизведения упирается в физическое ограничение динамического диапазона максимальной выходной мощностью встроенных УМ, а возможности его расширения исчерпаны производителями аппаратуры. Вследствие высокого уровня зашумления (в том числе и извне) в автомобиле динамический диапазон значительно сужается. Шумоизоляция кузова и повышение уровня звукового давления АС помогают увеличить динамический диапазон прослушивания.

Установка внешнего УМ на начальном этапе модернизации является, на мой взгляд, наименее трудозатратной. Необходимо заметить, что доработку автомобильной аудиосистемы нужно начинать с установки более качественной фронтальной АС.

Современные мультимедийные устройства для автомобилей оснащены линейными выходами для подключения внешних усилителей. Промышленность предлагает много высококачественных автомобильных УМ, однако их высокая стоимость является существенным ограничением при модернизации. Подключать же УМ к выходам встроенного в магнитолу усилителя, на мой взгляд, нецелесообразно.

Предлагаемое устройство обладает минимальной функциональностью, однако имеет ряд положительных признаков: мощный нестабилизированный источник питания, хороший УМ, минимальный размер корпуса, отсутствие низкокачественных компонентов входного активного фильтра. Номинальное напряжение питания составляет +/-25 В, что дает возможность повысить мощность на нагрузке 4 Ом до 78 Вт.

В отличие от многих конструкций, описанных в Интернете, этот двухканальный УМ собран в стандартном, доступном и недорогом алюминиевом корпусе фирмы Gainta, показанном на рис. 1. Ширина (размер L на рис. 1) - 100 мм. Размеры основной платы 93,6x96 мм, что позволяет вставить ее в специальные пазы корпуса. Приоритет в проекте отдан компактности устройства, поэтому применены детали поверхностного монтажа.

а)

б)
Рис.1. Конструкция двухканального УМ: а) алюминиевый корпус; б) чертеж конструкции

УМ проектировался под конкретный проигрыватель компакт-дисков, для которого номинальная нагрузка линейного выхода - 10 кОм. Устройство состоит из нестабилизированного преобразователя напряжения (ПН) и УМ на двух микросхемах TDA7293 (или TDA7294 с учетом различий в цоколевке), а также узла управления по внешнему сигналу Remote сигналом STBY усилителя.

Схема усилителя показана на рис. 2. Преобразователь с функцией плавного пуска собран на микросхеме TL494 и полевых транзисторах. Габаритная мощность трансформатора - около 300 Вт, и применение двух пар транзисторов в каждом плече преобразователя позволяет отдавать в нагрузку большую мощность. Расчет трансформатора и выбор магнитопровода проводился с использованием полезной бесплатной программы EXCELLENIT5000 [1]. Существует мнение, что УМ с импульсным БП без стабилизации обеспечивают звучание лучше, чем со стабилизированным БП. В цепях затвора мощных транзисторов преобразователя включены резисторы (47 Ом), что сужает спектр помех, создаваемых инвертором. На меньшей плате размещены узел управления включением и контроллер ПН, на большей - ПН и УМ. Выходные цепи ПН гальванически не связаны с первичным источником питания.

Рис. 2. Схема усилителя (нажмите для увеличения)

Для включения УМ необходимо наличие напряжений питания 12 В и напряжения управления более 9 В на входе ДУ. Напряжение с входа ДУ через стабилитрон VD1 и резистор R7 поступает на базу транзистора VT2 и открывает его. Конденсатор С5 служит для задержки включения УМ и фильтрации помех по входу ДУ, резистор R8 обеспечивает минимальный ток для работы стабилитрона VD1. Транзистор VT2 открывается, и на его коллекторе устанавливается напряжение около 0,7 В, загорается светодиод HL1 и открывается транзистор VT1, который подает питание на микросхему DA1 и запускает ПН. Резистор R5 необходим для поддержки закрывающего напряжения на базе VT1 в отсутствии сигнала управления, а R6 - для ограничения максимального тока транзистора VT2. При наличии вторичного напряжения ПН напряжение с эмиттера VT1 через R1 поступает на излучающий диод оптопары U1, и он засвечивает фототранзистор оптопары.

При подаче напряжения на микросхему DA1 на ее выходе (вывод 14) появляется напряжение 5 В, которое через конденсатор С3 поступает на вывод 4 управления шириной импульсов TL494. По мере зарядки С3 напряжение на выводе 4 уменьшается за счет нагружающего резистора R2, а ширина импульсов на выводах 9, 10 увеличивается. Так организован плавный пуск ПН. Резистор R2 необходим также для предотвращения зарядки конденсатора С3 вытекающим током из микросхемы (от 2 до 10 мА). Встроенные усилители ошибки в TL494 не использованы, на неинвертирующие входы 2, 15 DA1 подано напряжение ИОН, равное 5 В, с вывода 14, а инвертирующие входы подключены к общему проводу ПН. Резисторы R3, R4 и конденсатор С4 задают частоту переключения ПН около 50 кГц. Место под резистор R4 зарезервировано на плате для возможной коррекции частоты работы ПН.

Конденсаторы С2 и С1 блокируют ВЧ помехи. С выводов 9, 10 DA1 сигналы управления полевыми транзисторами (ПТ) через разъем ХP/XS1 (ZL201-10G, ZL262-10SG производства NINIGI) подаются на основную плату УМ на затворы ПТ На элементах R12, VD4, VT4 (R13, VD5, VT5) собраны цепи перезарядки емкости затворов ПТ Резисторы R19- R22 снижают скорость переключения ПТ и уменьшают коммутационные помехи. ПТ попарно подключены к первичной обмотке трансформатора T1, на среднюю точку которой поступает напряжение бортовой сети автомобиля через плавкую вставку FU1 и П-образный фильтр С6С7L1С10С13С14С18. Конденсаторы С10, С13, С14, С18 подключены в непосредственной близости от средней точки обмотки I трансформатора Т1 для снижения помех. Диод VD2 служит защитой от обратной полярности питания.

Переменное напряжение с вторичной обмотки Т1 выпрямляется диодными сборками VD7, VD8, фильтруется конденсаторами С20-С23 и далее поступает на микросхемы УМЗЧ. Кроме того, напряжение +24 В через резистор R14 поступает на транзистор оптопары U1 и при наличии напряжения на входе ДУ устройства поступает на базу транзистора V73. Элементы R9, VD3, VT3 необходимы для обеспечения быстрой разрядки конденсаторов в цепях STBY, MUTE микросхем DA2, DA3 после пропадания сигнала ДУ. Связано это с тем, что при выключении магнитолы на ее линейных выходах появляются значительные всплески напряжения, которые приводят к щелчкам в АС.

В большинстве самодельных устройств сигналы STBY MUTE формируют через ограничительный резистор, подключенный к плюсовой цепи питания, поэтому при выключении магнитолы УМ не переходит в режим STBY до разрядки конденсаторов в цепи питания. В этой же конструкции УМ выключается фактически сразу после пропадания сигнала ДУ с магнитолы.

Для обеспечения симметричности нагрузки на ИП и для возможности работы в мостовом режиме один канал УМ работает в инвертирующем режиме. Для минимизации помех, вносимых падением напряжения на "силовых" проводах, общие провода сигнальных и питающих цепей соединяются только в слаботочной части через резисторы R11, R15. Элементы R16, C9, R23, C11, R27 и R32 (R17, C8, R18, C12, R24, R29 и R31, R33) образуют фильтры, ограничивающие полосу, и задают коэффициент усиления каналов. Так как включение микросхем DA2, DA3 различно, для выравнивания усиления в каналах можно корректировать общее сопротивление резисторов ООС (R31 и R33). Места для резистора R31 на плате нет, в случае необходимости его устанавливают поверх R33. В симуляции микросхем в виде ОУ в программном пакете Microcap 9 сопротивление этого резистора оказалось 80 кОм.

Спад в области НЧ (-3 дБ на частоте 17 Гц) обусловлен областью применения УМ. Во-первых, фронтальные АС вследствие размера и свойств акустического оформления сильно снижают КПД на низких частотах; во-вторых, результирующая АЧХ в салоне автомобиля обычно имеет подъем в области НЧ на несколько децибел.

Трансформатор собран на торроидальном магнитопроводе Epcos 29,5x19x20 (B64290-L756-X87) из материала N87. Первичная обмотка имеет 8 витков провода диаметром 0,51 мм, сложенного в восемь жил, с отводом от середины. Исходные данные и результаты расчета приведены на рис. 3. Вторичная обмотка содержит 18 витков того же провода, сложенного в три жилы, с отводом от середины. Витки равномерно распределены по периметру кольца. Дроссель L1 намотан на кольцевом магнитопроводе размерами 23x14x9,5 мм из порошкового железа Т90-52 Micrometals и содержит восемь витков провода ПЭВ 0,51, сложенного в восемь жил. Индуктивность дросселя может и отличаться, важно лишь помнить, что перегрев свыше 75 ^оС для такого дросселя недопустим.

Рис. 3. Исходные данные и результаты расчета

Сборку устройства следует начать с меньшей платы (ее чертеж на рис. 4 в масштабе 2:1), на схеме рис. 2 находящиеся на ней детали обведены штрих-пунктирной рамкой. После установки всех деталей подключают к контактам разъема XP1 источник напряжения 12 В. На контакт 9 нужно подать +12 В, а контакты 1-4 соединить с общим проводом. Затем замкнуть контакты 9 и 10, должен засветиться светодиод. На коллекторе VT1 установится напряжение около 11 В, на выводе 14 DA1 появится напряжение 5 В, на выводе 4 - не более 0,5 В, а на выводах 9, 10 - меандр с амплитудой 11 В. При отсутствии осциллографа наличие импульсов на выходах 9, 10 определяется цифровым мультиметром как постоянное напряжение 5...6 В.

Рис. 4. Чертеж меньшей платы

Затем собирают большую плату (рис. 5, 6), устанавливая все детали, кроме микросхем УМ DA2, DA3. Также необходимо установить проволочные (в изоляции) перемычки. Транзисторы желательно запаять на одинаковой высоте, это облегчит их крепеж. Так как спаренные диоды в корпусе ТО-220 с общим анодом дефицитны, на плате предусмотрены места для их замены диодами в корпусе DO-27.

Рис. 5. Чертеж большей платы

Рис. 6. Чертеж большей платы (сбор деталей)

После соединения плат с помощью разъема и подачи на обозначенные площадки напряжения 12 В с блока питания и сигнала включения ДУ, на конденсаторах С20 и С21 должно появиться напряжение +25 и -25 В соответственно, а на эмиттере VT3 - около +8 В относительно средней точки выходной обмотки трансформатора. При этом детали преобразователя не должны нагреваться, а потребляемый ток не должен превышать 0,3 А. После проверки ПН впаивают микросхемы DA2, DA3.

Неиспользуемые выводы микросхем укорачивают на 3...4 мм. Важно установить микросхемы строго перпендикулярно плате, иначе они не будут прилегать к корпусу всей плоскостью и могут перегреться. Для уменьшения влияния наводок на цепи усилителя около выводов питания микросхем добавлены дополнительные конденсаторы С26, С28 (С30, С32) емкостью 470 мкФ с низким импедансом (low ESR). Для уменьшения наводок дорожки от выводов питания предварительного каскада и выходного каскада TDA7293 соединяются в местах пайки выводов этих конденсаторов.

Затем в плату впаивают провода для подключения внешних разъемов. Для разъема питания (клеммный блок DG58C-A-2P13 от Degson Electronics) необходим провод сечением не менее 2 мм². Отрезок длиной в 50...70 мм впаивают в плату. Аналогично впаивают кабели соединения платы с разъемами RCA (XS3.1, XS3.2). Для этого используют любой мягкий кабель. Таким же образом впаивают провода к выходному разъему Х4 (клеммный блок DG58H-A-04P-13 от Degson Electronics). Сечение выходных проводов должно быть не менее 0,5 мм². Места подпайки проводов нужно укрепить термоклеем. Для провода сигнала включения ДУ в боковой крышке просверлено отверстие диаметром 2 мм, через которое выведен провод длиной около 20 см. Для фиксации на нем желательно завязать узел изнутри корпуса УМ.

Далее плату вставляют в паз корпуса и размечают отверстия под винты крепления транзисторов и микросхем. Отверстия делают сверлом диаметром 3,6 мм, потом их раззенковывают для установки винтов "впотай". Мощные ПТ, диоды и выходные микросхемы УМ крепят к корпусу (фото на рис. 7) винтами М3 через изолирующие прокладки из слюды с использованием изолирующих же вставок для винтов. Прокладки под микросхемы необходимо обязательно промазать термопастой, например КПТ-8.

Рис. 7. Монтаж платы с деталями

Затем на пластиковые стенки корпуса устанавливают выходные разъемы X4 и к ним подключают соответствующие провода от печатной платы (фото на рис. 8). После этого подключают сигнальные кабели к разъемам на панели усилителя (фото на рис. 9) и еще раз проверяют работу системы в целом; если все в норме, желательно проклеить термоклеем провода на выходных разъемах и разъем XP/S1, габаритные конденсаторы и трансформатор, так как они будут работать в условиях вибраций. Затем собирают корпус полностью.

Рис. 8. Монтаж платы с деталями

Рис. 9. Подключение сигнальных кабелей

Перед установкой в автомобиль желателен прогон усилителя в течение нескольких десятков часов для проверки его надежности.

Подключение питания непосредственно в автомобиле необходимо производить проводами сечением не менее 2,5 мм² как можно меньшей длины (рис. 10). Подключать их нужно к клеммам аккумулятора через плавкий предохранитель на 15...20 А, к усилителю вести оба провода от плюсовой и минусовой клемм. Часто из-за некачественной проводки в автомобиле во избежание помех приходится проводить провода от аккумулятора и к магнитоле.

Рис. 10. Подключение питания

Из-за малого размера корпуса (площадь теплоотвода около 400 мм²) во время работы УМ нагревается до 40...50 ^оС. Это нормальная температура для усилительной аппаратуры, если при монтаже устройства в салоне предусмотреть возможность циркуляции воздуха.

При реальной эксплуатации в автомобиле можно отметить значительное улучшение звучания системы и удобство размещения. Даже при длительной работе на максимуме мощности для АС Focal polyglass V1 температура корпуса УМ не превышает 60 оС. Естественно, ждать от такого усилителя чудес не приходится, но однозначно можно утверждать, что он "переиграет" большинство поделок нижнего ценового диапазона, сохраняя характеристики микросхем TDA7293.

Некоторые параметры УМ проверены с помощью компьютерной программы Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA). На выходной мощности 15 Вт при напряжении питания 12,6 В гармонические искажения в каналах равны 0,045 и 0,019 %, а интермодуляционные искажения - 0,024 и 0,026 %. Отношение сигнал/шум - около 90 дБ. Вопреки распространенному на форумах Интернета мнению инвертирующее включение микросхемы (в правом канале) показало худший результат по измеренным параметрам. Использование типовой схемы из справочной документации на микросхему [2] оказалось лучшим вариантом.

Возможные замены: микросхема ПН TL494 имеет аналоги - ЮА7500, MB3759, UPC494, IR3M02, KP1114EУ4. Вместо IRF3205 можно установить любые современные полевые n-канальные транзисторы, например, IRFZ44, IRF540, BUZ111S, STP80NF06, IRF1405 на напряжение более 50 В, причем допустимо применить только одну пару транзисторов. Транзисторы ВС817 можно заменить 2N5550S, MMBT100, MMBT2222, 2SD1484, а транзистор BC807 - 2STR2160, BCX17, MMBT591, PMBT2907. Транзистор BCX51 заменяем BCX52, BCX53, 2SB1027, 2SB1313, SB1123U. При необходимости подбор типов транзисторов можно провести по справочнику [3]. Две диодные сборки VD7, VD8, рассчитанные на постоянный ток не менее 3 А и напряжение более 80 В, можно заменить четырьмя диодами FR302-FR304, UF5404, RGP25G.

На рис. 11 показаны чертежи разметки передней и задней панелей блока УМ для примененных автором элементов и узлов коммутации.

Рис. 11. Чертежи разметки передней и задней панелей блока УМ для элементов и узлов коммутации

Литература

1. Сборник программ Владимира Денисенко для расчета трансформаторов и дросселей. - <stoom.ru/content/view/307/110/>.
2. Datasheet TDA7293. - <datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/D/A/7/TDA7293.shtml>.
3. Биполярные транзисторы. Типовые характеристики. Справочник. - <alltransistors.com/ru/>.

Автор: Ю. Игнатьев, г. Ивано-Франковск

Смотрите другие статьи раздела Автомобиль. Электронные устройства.

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 Жесткий диск с сервисами восстановления данных 05.10.2014 Компания Seagate Technology представила Seagate Surveillance HDD - специализированный жесткий диск для систем видеонаблюдения и анализа видео, оснащенный сервисами Seagate Rescue. Сервисы восстановления данных позволят вернуть информацию, утраченную в результате умышленного вмешательства или несчастного случая. В целом с помощью Seagate Rescue возможно в обычных условиях восстановить данные за последние 2 недели (в зависимости от типа восстановления) с вероятностью успеха 90%. При этом план восстановления, активируемый во время покупки жесткого диска, гарантирует 3-летнюю защиту от утери информации. Оптимизированные для систем видеонаблюдения жесткие диски седьмого поколения Surveillance HDD имеют емкость до 6 ТБ, достаточную для записи 600 часов видео высокой четкости (HD). Разработанные специально для хранения видео накопители оснащены опциями для подключения датчиков ротационной вибрации (RV), что позволяет им безотказно работать в системах, объединяющих до 16 жестких дисков. Таким образом, диски подходят для компаний малого и среднего бизнеса, не имеющих зачастую собственной ИТ-поддержки, но остро нуждающихся в хранении больших объемов видео высокой четкости и резервных копий, отметили в Seagate. Разработанные специально для одновременной записи видео с нескольких камер вне зависимости от требований к разрешению диски Surveillance HDD поддерживают 32 канала и справляется с высокими нагрузками на запись, создаваемыми системами видеонаблюдения. По данным компании, среднее время наработки на отказ (Mean Time Before Failure/MTBF) у Surveillance HDD составляет 1 млн часов. При разработке накопителя учитывалось и снижение энергопотребления и тепловыделения, что позволяет более гибко проектировать архитектуру систем хранения.

Другие интересные новости:

▪ Врачи вместо пейджеров получат смартфоны и умные часы

▪ К 2030 году каждый пятый автомобиль в Японии будет беспилотным

▪ SAMSUNG представил первые DVD-рекордеры

▪ Самый быстрый комплект оперативной памяти

▪ Стоимость скрипок Страдивари

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Светодиоды. Подборка статей

▪ статья Мэри Рено. Знаменитые афоризмы

▪ статья Чем отличаются друг от друга брокер, дилер, маклер? Подробный ответ

▪ статья Гора Килиманджаро. Чудо природы

▪ статья Магнитометры, теория. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Прохождение монеты сквозь дно стакана. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025