- Принципова схема УМЗЧ
- Принципова схема перетворювача напруги
- Пристрій запуску для перетворювача
- Схема Фільтри НЧ для сабвуфера
- Деталі та конструкція
- налагодження
Наша сеть партнеров Banwar
Напруга бортової мережі обмежує потужність автомобільного УМЗЧ, і ця обставина можна подолати застосуванням імпульсного перетворювача напруги харчування. У статті описана конструкція потужного двоканального УМЗЧ з вбудованим потужним перетворювачем на основі мікросхеми КР1114ЕУ4.
В даний час на ринку автомобільної аудіоапаратури представлено багато різноманітних моделей автомагнітол. Сучасні магнітоли зазвичай мають двоканальний підсилювач, а вихідна потужність, заявлена виробниками, обчислюється десятками ватів.
Але чи відповідають написи на лицьовій панелі, що вказують вихідну потужність, наприклад, 4x40, 4x50 Вт, загальноприйнятій параметру? Найчастіше вказується її пікова вихідна потужність (як правило, при напрузі 14 4 В на навантаженні 4 Ом). На практиці номінальна вихідна потужність автомагнітоли зазвичай становить не більше 10-12 Вт на канал [1].
Для реального підвищення потужності використовують УМЗЧ в мостовому включенні Для більш потужного навантаження автомагнітолу доповнюють підсилювачем потужності Виходячи з того, що практично всі автомобільні акустичні системи й більшість АС широкого застосування мають електричний опір 4 Ом напруга бортової мережі автомобіля виявляється недостатнім, тому для УМЗЧ необхідно використовувати вторинні джерела електроживлення.
Описуваний тут автомобільний двоканальний підсилювач потужності об'єднаний з імпульсним блоком живлення. Апаратура відрізняється простим схемним рішенням і доступністю виготовлення радіоаматорами.
Номінальна вихідна потужність УМЗЧ з коефіцієнтом нелінійних спотворень 0,5% в режимі "Стерео" становить приблизно 2x70 Вт (2x4 Ом), в режимі "Моно" - близько 150 Вт (8 Ом). Він майже не вимагає налагодження.
Підсилювач потужності Підсилювач виконаний на двох мікросхемах DA1, DA2. Інтегральна мікросхема TDA7294 є підсилювач потужності з високими технічними характеристиками і порівняно дешева.
Крайовий і предоконечний каскади TDA7294 побудовані на польових транзисторах, мають захист від перегріву і від короткого замикання на виході При досягненні температури кристала 145 ° С блок захисту переводить мікросхему в режим "MUTE" а при досягненні 150 С - в режим "STAND-BY".
Завдяки широкому діапазону живлячих напруг мікросхему TDA7294 можна використовувати спільно з навантаженням опором більше 8 Ом без істотної втрати вихідної потужності. При використанні двох мікросхем, включених по мостовій схемі, верхня межа опору підвищується до 16 Ом.
При оптимальному виборі напруги живлення її максимальна вихідна потужність на низкоомной навантаженні (4 Ом і нижче) обмежена лише гранично допустимим струмом кінцевого каскаду, рівним 10 А, і досягає 100 Вт. При коефіцієнті гармонійних спотворень 0,5% мікросхема віддає в навантаження потужність до 70 Вт. Більш детальну інформацію про мікросхемі можна отримати з [2] або на сайті компанії ST Microelectronics.
Принципова схема УМЗЧ
Принципова схема УМЗЧ без блоку живлення показана на рис. 1. У запропонованій схемі функції "STAND-BY" і "MUTE" не використовуються, так як включення підсилювача проводиться в блоці живлення. Резистори R1, R4 задають вхідний опір УМЗЧ.
Мал. 1. Принципова схема потужного автомобільного підсилювача потужності (УМЗЧ) на мікросхемах TDA7294.
Пари елементів R1, С1 і R4, С4 утворюють на входах обох каналів ФВЧ, обмежують смугу пропускання підсилювача знизу Аналогічно елементи R2, С2 і R5, С5 в ланцюзі ООС визначають нижню межу смуги пропускання. Співвідношення опорів R3 / R2, R6 / R5 задають коефіцієнт посилення УМЗЧ. При зазначених номіналах елементів R2, R3, R5, R6 коефіцієнт посилення по напрузі становить 30 дБ.
Перемикачем SA1 вибирають режим роботи УМЗЧ "Стерео / Моно". У режимі "Стерео" мікросхеми DA1 і DA2 працюють як два незалежних неінвертуючий підсилювача, в режимі "Моно" підсилювач DA2 перетворюється з неінвертуючий підсилювача з коефіцієнтом посилення Кu = R6 / R5 + 1 в інвертується підсилювач з одиничним коефіцієнтом посилення Положення SA1 на схемі відповідає режим "Стерео". При використанні УМЗЧ в мостовому режимі висновок "+" АС підключають до виходу DA1, а висновок - до виходу DA2.
Принципова схема перетворювача напруги
Перетворювач блоку живлення підсилювача (рис. 2) побудований в основному на мікросхемі КР1114ЕУ4 - імпортний аналог TL494CN фірми Texas Instruments. Детальний опис мікросхеми можна знайти в [3], її блок-схема показана на рис. 3.
Мал. 2. Принципова схема потужного перетворювача напруги для автомобільного УМЗЧ.
Вона включає в себе широтно-імпульсний модулятор (ШІМ) і ланцюги управління ім. Мікросхема надає широкі можливості по управлінню тривалістю вихідних імпульсів. Так як мікросхеми TDA7294 мають власні вузли захисту, відпадає необхідність їх використання в самому блоці живлення.
Мікросхема КР1114ЕУ4 може працювати як в двотактних, так і в однотактний перетворювачах; режим роботи задається по входу OTC (висновок 13). У цьому блоці живлення висновок 13 підключений до джерела зразкового напруги +5 В і перетворювач працює в двотактному режимі. Шпаруватість імпульсів може змінюватися в широких межах.
Мал. 3. Блок-схема мікросхеми КР1114ЕУ4 (TL494CN).
Виходи мікросхеми можна підключити безпосередньо через резистори R16, R17 до баз потужних біполярних транзисторів VT1 і VT2 перетворювача завдяки великому граничного значення вихідного струму (до 200 мА).
Оскільки у мікросхеми перетворювача є висновки колекторів і емітерів вихідних транзисторів (висновки 8-11), їх можливо включити за схемою з загальним емітером або із загальним колектором, в залежності від структури транзисторів VT1 і VT2. В описуваному блоці з транзисторами структури npn застосований другий варіант. При використанні в якості ключів польових транзисторів (n-канальних ПТ) слід видалити резистори R18 і R19.
В мікросхему КР1114ЕУ4 вбудований власний генератор пилкоподібних імпульсів. Елементи R8, С8 є времязадающімі, і частоту генерації можна визначити за формулою 1 = 1 / (R8С8). При роботі в двотактному режимі частота автогенератора мікросхеми повинна бути вдвічі вище частоти на виході перетворювача. Для зазначених на схемі номіналах времязадающей ланцюга частота генератора - близько 160 кГц, а частота імпульсів на виході - приблизно 80 кГц
Стабільність роботи перетворювача в широкому діапазоні напруги живлення забезпечує вбудований джерело зразкового напруги (висновок 14) +5 В. Ланцюг R9С7 забезпечує після включення живлення плавне збільшення ширини вихідних імпульсів блоку і потужності в навантаженні.
Діод VD1 запобігає виходу з ладу блоку при зворотній полярності напруги живлення; в цьому випадку перегорить лише запобіжник FU1.
Блок живлення має стабілізацію напруги на навантаженні завдяки зворотного зв'язку. Вона здійснюється через резистори R10-R15 з кожного плеча випрямляча.
Ці резистори утворюють два подільника напруги, через які частина напруги з виходу блоку живлення надходить на підсилювачі помилки (висновки 1,15) Як еталон напруги, з яким порівнюються вихідні напруги блоку харчування, використовується джерело зразкового напруги (ІОН). Виходи підсилювачів помилки усередині DA1 пов'язані один з одним через діоди.
Висновок 3 призначений для місцевої зворотного зв'язку, що обмежує коефіцієнт посилення підсилювачів. У цьому блоці висновок 3 використаний для запуску перетворювача, а підсилювачі працюють як компаратори. З імпульсного трансформатора Т1 напруга випрямляється діодами VD2-VD5 і згладжується конденсаторами С11- С14.
Для зменшення потужності розсіювання на мікросхемах УМЗЧ DA1 і DA2 і збільшення максимальної вихідної потужності підсилювача потрібно правильно вибрати вихідну напругу перетворювача, виходячи з опору навантаження.
Даний УМЗЧ розрахований на роботу спільно з навантаженням 4 Ом в режимі "Стерео" і з навантаженням 8 Ом в мостовому режимі. Рекомендоване фірмою-виробником значення напруги харчування DA1, DA2 при заданому опорі навантаження становить ± 25 ... 27 В, на цю напругу і розрахований імпульсний перетворювач.
Пристрій запуску для перетворювача
У показаної на рис. 2 схемі блоку харчування для його включення потрібен досить потужний перемикач. Найчастіше такий спосіб включення виявляється незручним або ж неприйнятним. На рис. 4 показана схема пристрою автоматичного управління запуском перетворювача.
Вона забезпечує включення УМЗЧ при подачі на резистор R20 постійної напруги понад 1 В або при подачі на конденсатор С15 звукового сигналу з діючим значенням напруги не менше 0,6 В.
Мал. 4. Схема пристрою автоматичного управління запуском перетворювача.
Перший варіант можна використовувати, якщо автомагнітола має вихід для управління зовнішніми пристроями, наприклад, електричної висувною антеною. Придатний і інший варіант, якщо в автомобілі встановлений сабвуфер.
Тоді конденсатор С15 підключають до одного з виходів УМЗЧ автомагнітоли, і тепер підсилювач буде автоматично вмикатися при вихідний потужності автомагнітоли більше 0,15 .. 0,2 Вт і відключатися при меншій.
Неприпустимо підключати до магнітоли одночасно два входи, так як це може вивести її з ладу. Конденсатор С16 одночасно згладжує пульсації змінної напруги і затримує відключення підсилювача після зникнення сигналу на вході (з затримкою близько 30 с). Діоди VD7, VD8 запобігають вплив ланцюга включення на роботу ШИ-модулятора.
Також вони встановлюють поріг напруги на колекторі VT3, при перевищенні якого тривалість імпульсів на виході DA3 почне плавно скорочуватися і при досягненні 4 .4,5 В блок живлення відключиться.
Схема Фільтри НЧ для сабвуфера
Якщо цей підсилювач використовувати тільки для сабвуфера, знадобиться вузол, схема якого наведена на рис. 5.
Це ФНЧ другого порядку з частотою зрізу 80 Гц; його включають перед входом УМЗЧ. На схемі в дужках вказані висновки ОУ другого каналу. У ланцюзі живлення встановлені інтегральні стабілізатори напруги DA2, DA3. Якщо підсилювач планується використовувати тільки в мостовому режимі, замість здвоєних ОУ можна застосувати одиночний.
Мал. 5. Схема простого фільтра низьких частот (ФНЧ) для сабвуфера.
Деталі та конструкція
Деталі та конструкція Всі деталі підсилювача і блоку живлення, крім перемикача SA 1 підсилювача, запобіжника FU1 і вхідних і вихідних роз'ємів (на схемі не показані), змонтовані на друкованій платі з фольгованого з одного боку склотекстоліти товщиною 2 мм. Креслення плати і розташування на ній елементів показані на рис. 6.
Мал. 6. Друкована плата для потужного автомобільного підсилювача.
Як VD1 можна використовувати діоди серій КД2997, КД2999 з будь-яким буквеним індексом Діоди КД2997Б (VD2- VD5) можливо замінити на КД2997А, КД2999А, КД2999Б. Замість транзисторів КТ898А (VT1, VT2) допустимо застосувати інші КТ890 з будь-яким буквеним індексом, КТ896А, КТ896Б, КТ898Б, КП958А-КП958В, КП954А-КП954В. Можна застосувати імпортні польові транзистори IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11А, BUZ22 або їх аналоги, видаливши резистори R18, R19.
Потужні транзистори БП VT1, VT2 і мікросхеми підсилювача DA1, DA2 встановлюють на окремі тепловідвід. Мікросхеми допустимо встановити на один тепловідвід без ізоляції, але при цьому ізолювати його від корпусу підсилювача так як металева підкладка мікросхем має напругу -Uпіт щодо спільного проведення.
Транзистори встановлювати на один тепловідвід без ізоляції неприпустимо. В якості ізолюючого матеріалу можна використовувати слюду. При монтажі силових елементів на тепловідведення бажано використовувати теплопроводящую пасту КПТ-8, що дозволить значно полегшити тепловий режим роботи даних елементів Діоди VD1-VD5 встановлюють перпендикулярно платі
Магнитопровод імпульсного трансформатора Т1 складений з трьох склеєних разом кілець типорозміру К40х25х11 з фериту М2000НМ1. Обмотки I, II намотані по 4 витка джгутом з п'яти проводів ПЕВ-2 1,2 мм обмотки III, IV намотані по 10 витків джгутом з чотирьох проводів ПЕВ-2 0,8 мм. Обмотки I, II і III, IV повинні бути симетричними.
Перед намотуванням гострі краї клеєного кільця необхідно закруглити надфілем Між обмотками прокладають ізоляцію з фторопластовою стрічки в три-чотири шари. Трансформатор встановлюють в центрі друкованої плати за допомогою притискної зверху прямокутної або круглої пластини з отвором в центрі і гвинта М5 або М6 з гайкою.
У схемі управління запуском перетворювача як VD1-VDЗ придатні будь-які малопотужні кремнієві діоди КТ3102А (VT1) замінюється транзистором з будь-яким буквеним індексом з цієї серії або КТ315. У ФНЧ (див. Рис. 5) допустимо встановити ОУ КР574УД2А, КР140УД20, КР544УД4. Замість стабілізаторів DA2, DA3 можна застосувати будь-які інтегральні стабілізатори позитивного і негативного напруги на 15 В
Треба постаратися підключити дроти живлення підсилювача якомога ближче до акумулятора автомобіля (на щиток запобіжників), щоб виключити вплив інших споживачів струму. Оскільки піковий струм, споживаний підсилювачем, може досягати 15 А, в ланцюзі харчування слід використовувати дроти великого перерізу (3-5 мм).
При наявності пристрою, критичного до ВЧ пульсацій напруги в бортовій мережі, потрібно збільшити ємність С9 а якщо це не принесе бажаного ефекту то включити в ланцюг харчування перетворювача високочастотний фільтр.
налагодження
При справних елементах підсилювач починає працювати відразу. У налаштуванні потребує тільки блок живлення. Тому монтаж та налагодження доцільно проводити в два етапи наступним чином.
На друкованій платі встановлюють тільки елементи блоку живлення (деталі підсилювач не впаивают). Далі випаюють резистор Б14 і між загальним проводом і позитивним виходом блоку живлення підключають еквівалент навантаження - дротяний резистор опором 6 ... 7 Ом потужністю не менше 100 Вт. Після включення живлення заміряють напруга на цьому резисторі, воно повинно знаходитися в межах 26..28 В.
Далі опір навантаження збільшують до 50 Ом. Обертанням движка підлаштування резистора R13 добиваються такого ж вихідного напруги блоку харчування, як і при 100-вагтной навантаженні. Потім R14 впаивают, а R12 випаюють Налаштування другий ланцюга стабілізації аналогічна. Після закінчення настройки впаивают резистор R12.
Потім монтують деталі УМЗЧ і перевіряють працездатність пристрою в зборі на еквіваленти навантаження від генератора звукової частоти. Пристрій автоматичного включення підсилювача (див рис. 4) в налаштуванні не потребує, але якщо перетворювач запускається і при відсутності вхідних сигналів, то зменшують опір R21 до значення, при якому напруга на колекторі УТ1 знаходиться в інтервалі 6 ... 6,5 В.
А. Колганов, м Калуга. Р2001, 7.
література:
- Шихатов А. Автозвук встановлюємо самі. - Р2000, 1.
- Сириця А. УМЗЧ на мікросхемі TDA7294 - Р2000, 5.
- Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для імпульсних джерел живлення та їх застосування.