Усилитель переменного напряжения на интегральной микросхеме. Козлов В.И

Интегральные микросхемы National Semiconductor для аудиотехники

Усилитель переменного напряжения на интегральной микросхеме. Козлов В.И

Заказать этот номер

2006№3

Современная аудиотехника включает большой набор электронных компонентов — это усилители мощности звуковой частоты, устройства предварительного усиления, управления параметрами и индикации режимов работы звуковых систем и другие.

С момента своего основания компания National Semiconductor занимала передовые позиции в разработке и производстве интегральных микросхем (ИМС) для аудиотехники, номенклатура которых в настоящее время насчитывает более ста наименований, позволяя разработчикам успешно решать многочисленные задачи по созданию различной электронной аппаратуры с звуковым трактом [1].

Начнем обзор с усилителей мощности (УМ).

National Semiconductor предлагает два базовых семейства интегральных УМ — большой мощности (более 20 Вт) Overture, предназначенных для построения высококачественных звуковых трактов стационарной аппаратуры, и малой мощности Boomer, ориентированных, главным образом, для применения в портативной аппаратуре с автономным питанием.

Основными параметрами усилителей мощности являются среднеквадратическая выходная мощность Ро при некотором сопротивлении нагрузки Rн и коэффициент нелинейных искажений КНИ — THD (Total Harmonic Distortion), определяемый как отношение среднеквадратического значения суммы высших гармоник к среднеквадратическому значению основной гармоники, выраженное в процентах. КНИ существенно зависит от напряжения питания усилителя Еп, выходной мощности и сопротивления нагрузки, в связи с чем в технической документации обычно приводятся значения выходной мощности для КНИ ≤ 1%, соответствующему общепринятому понятию относительно хорошего качества звучания, и для КНИ ≤ 10%, определяющему по существу максимальную мощность при еще допустимом качестве. Отметим, что понятие «качество звучания» для усилителя звуковой частоты определяется не только величиной КНИ, но и многими другими факторами и в значительной степени субъективно. Для высококачественных (Hi-Fi) УМ величина КНИ может составлять сотые доли процента и менее.

Основные параметры интегральных УМ семейства Overture приведены в таблице 1. Для ИМС LM4780 указаны два значения выходной мощности, соответственно для одного канала и мостового включения двух каналов.

В последнем случае оба канала усилителя используются для усиления одного сигнала, причем один из них включается в неинвертирующей, а другой — в инвертирующей схеме, в то время как сопротивление нагрузки подключается между выходами усилителей.

В результате максимальная амплитуда выходного напряжения увеличивается по сравнению с обычной схемой в два раза, а выходная мощность соответственно — в четыре.

Еще одно достоинство мостовых усилителей, особенно важное при однополярном питании,— отсутствие постоянного напряжения на выходе, что позволяет подключать громкоговорители непосредственно к выходу усилителя без разделительных конденсаторов большой емкости.

Таблица 1. Основные параметры интегральных усилителей мощности звуковой частоты семейства Overture

По схемотехнике усилители Overture представляют собой мощные операционные усилители (ОУ) с весьма высокими нормируемыми параметрами по напряжению смещения, частоте единичного усиления, скорости нарастания выходного напряжения и коэффициентам подавления синфазного сигнала и влияния напряжения питания [2].

Для повышения надежности работы УМ Overture содержат уникальную патентованную схему защиты от температурных бросков, вызванных внутренним разогревом, — Self-Peak Instantaneous Temperature (ºKe) (SPiKe), которая автоматически обеспечивает оптимальную область безопасной работы IxU, предотвращая выход ИМС из строя из-за температурного дрейфа и при перегрузках и коротких замыканиях выхода усилителя на «землю» или шины питания.

Рис. 1. Практические схемы включения ИМС LM4780: а) стереофонический усилитель, б) мостовой усилитель

Все усилители семейства имеют режим отключения (приглушения) звука Mute отдельно для каждого канала с «мягким» спадом/нарастанием громкости, а некоторыедежурный режим Standby, в котором токопотребление не превышает одной десятой тока покоя.

Следует отметить, что по большинству параметров интегральные УМ Overture соответствуют типовому классу HiFi, о чем свидетельствуют многочисленные публикации об использовании данных ИМС в различной высококачественной профессиональной и любительской звуковой аппаратуре. На рис.

1а и б приведены практические схемы включения ИМС LM4780 в двухканальном стереофоническом и мостовом усилителях, а на рис. 2а и б соответственно — зависимости КНИ этих усилителей от выходной мощности при Rн = 8 Ом. Переключатель SW1 служит для отключения звука (режим Mute).

ИМС допускает также параллельное включение по входу и выходу двух и более усилителей, что позволяет получить результирующую выходную мощность в несколько сотен ватт.

Рис. 2. Зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности и частоты для усилителей: а) стереофонического усилителя, б) мостового усилителя

Трехканальные усилители семейства LM4781 и LM4782 прекрасно подходят для применения в домашних кинотеатрах, компонентных акустических системах с частотным разделением (BiAmp), в которых в низкочастотном канале используется мостовой или параллельный усилитель на двух УМ ИМС LM4781/2, и другой высококачественной звуковой аппаратуре.

Весьма важным для надежной работы мощных усилителей, выходные каскады которых работают в режиме АВ (а это все приведенные в таблице усилители Overture, кроме LM4651/2), является эффективный теплоотвод, чему способствует конструкция корпуса микросхем TO220 с низким тепловым сопротивлением, позволяющая сравнительно легко монтировать ИМС на радиатор. Наряду с обычным неизолированным корпусом TO220(TA), у которого теплоотводящая пластина соединена с выводом для подключения отрицательного полюса источника питания V–, ряд микросхем семейства выпускается в изолированных корпусах TO220(TF), что разрешает монтировать несколько ИМС на одном радиаторе без изолирующих прокладок в любых случаях.

Для работы в звуковых трактах портативной аппаратуры с автономным питанием требуются усилители мощности звуковой частоты с низким напряжением питания, высоким КПД и минимальным числом внешних элементов.

Следует отметить также, что наряду с электродинамическим громкоговорителями в последнее время в аппаратуре стали широко применяться пьезоэлектрические и керамические звукоизлучатели, обладающие малыми размерами и высоким КПД по звуковому давлению, для работы которых необходимо сравнительно высокое напряжение до 30 В. И наконец, глобальное проникновение мобильной телефонии во все сферы жизни, в частности использование сотовых телефонов как своеобразных портативных мультимедиацентров, требует от производителей ИМС создания специализированных аудиоустройств, совмещающих многоканальные усилители для головных телефонов и громкоговорителей различных типов со схемами управления параметрами звуковых трактов, в том числе и по цифровой шине.

В состав ИМС LM4663, предназначенной для применения в ноутбуках и ЖКИ-мониторах, наряду с двухканальным усилителем класса D включены селектор входных сигналов на два входа, схема подавления щелчков и тресков («Click and pop» suppression circuitry) и двухканальный усилитель наушников мощностью 80 мВт (32 Ом). В дежурном режиме токопотребление не превышает 2 мкА. Типовое значение выходной мощности при сопротивлении нагрузки 4 Ом составляет 2 Вт, теплоотвод не требуется.

Монофонические УМ LM4664/5 и стереофонический УМ LM4666 выполнены по полностью дифференциальной схеме, аналогичной линейным усилителям LM4894/5, и благодаря дельта-сигма-модуляции, работают без внешних фильтров.

Коэффициент усиления по напряжению Ku = 6 дБ или 12 дБ устанавливается логическим уровнем на специальном выводе ИМС Gain Select.

Микросхемы LM4664/5/6 выполнены в миниатюрных корпусах и предназначены для применения в карманных ПК и мобильных телефонах.

Для звуковых каналов ЖКИ-телевизоров и мониторов весьма перспективно использование сравнительно мощного интегрального УМ класса D на ИМС LM4668. Усилитель выполнен по мостовой схеме и развивает на нагрузке сопротивлением 8 Ом выходную мощность до 10 Вт.

Микросхема содержит схему подавления щелчков и тресков, устройства защиты от ШИМ-перемодуляции, перегрузок и перегрева, а также схему мягкого отключения при снижении напряжения питания ниже порога 8 В. Коэффициент усиления-фиксированный 30 дБ.

Ток покоя усилителя — 30 мА, в дежурном режиме — 0,15 мА.

Последние разработки National Semiconductor — безфильтровые интегральные УМ класса D серии LM467х, требующие минимального числа внешних элементов и ориентированные для использования в различных портативных устройствах с автономным питанием.

Следует отметить, что ИМС LM4673 — это вообще самый маленький в мире усилитель мощности звуковой частоты класса D, он выпускается в корпусе microSMD-9 с размерами 1,4×1,4 мм, развивая при этом выходную мощность 2,15 Вт при напряжении питания 5 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом.

Стереофонический вариант LM4674 выпускается в корпусе microSMD-16 с размерами 2×2 мм и развивает при тех же условиях выходную мощность 2,5 Вт/канал.

Структурная схема ИМС LM4674 представлена на рис. 5. Входные усилители имеют дифференциальный вход, выходные каскады выполнены по мостовой схеме. Величина коэффициента усиления 6, 12, 18 или 24 дБ устанавливается управляющими напряжениями на выводах GAIN0 и GAIN1. Имеются раздельные входы включения дежурного режима /SDR и /SDL, токопотребление при этом составляет 0,1 мкА/канал.

Рис. 5. Структурная схема ИМС LM4674

В ассортименте продукции National Semiconductor имеется несколько ИМС — электронных регуляторов для аудиоустройств. Параметры этих микросхем приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные параметры ИМС — электронных регуляторов для аудиоустройств

Одно-, двух- и трехканальные прецизионные аттенюаторы с управлением по трехпроводному последовательному интерфейсу LM1971/2/3 позволяют регулировать уровень звукового сигнала в диапазоне 0–76 дБ с шагом 1 дБ при великолепном соотношении сигнал/шум, величине переходного затухания между каналами и ничтожно малых нелинейных искажениях. Область применения данных устройств — различная аппаратура управления звуком, микшерские пульты, электронные музыкальные инструменты, звуковые платы компьютеров и т. п. Выпускаются в корпусах DIP и SO.

ИМС LM1036 и LM4610 — это интегрированные тонкомпенсированные регуляторы громкости, стереобаланса и тембра по высоким и низким частотам для двухканальных стереосистем с управлением постоянным напряжением.

Отличаются малым числом внешних элементов, в частности, АЧХ регулировки тембра, глубина которой на крайних частотах достигает ±18 дБ, устанавливается для каждого диапазона одним внешним конденсатором.

ВИМС LM4610 дополнительно имеется отключаемое устройство расширения стереобазы National 3D.

В заключение рассмотрим оригинальную ИМС LM4970, также относящуюся к семейству Boomer и представляющую собой программируемый индикатор уровня, — трехполосный спектроанализатор звукового сигнала для портативной радиоаппаратуры.

Микросхема содержит три независимых аудиовхода (левый канал, правый канал, моно), микшер, полосовые фильтры низких, средних и высоких частот, АЧХ которых определяются емкостью внешнего конденсатора, а также ШИМ-контроллеры тока светодиодов, управляющие яркостью их свечения пропорционально уровню звукового сигнала в соответствующем диапазоне частот. Параметры работы ИМС (коэффициент усиления, ток светодиодов, частота ШИМ и др.) программируются по двухпроводной последовательной шине I2C. Максимальный ток светодиодов для каждого из трех частотных каналов при напряжении питания 5 В составляет 42 мА, при этом внешние балластные резисторы не требуются. LM4970 выпускается в 14-выводном корпусе LLP.

Для сокращения затрат времени на выбор и тестирование интегральных усилителей звуковой частоты National Semiconductor создала удобную онлайн-технологию WEBENCH, размещенную на сайте фирмы.

Новое интерактивное средство имеет мощную систему поиска, позволяющую быстро и точно находить нужный компонент среди массы других изделий, а также провести электрическое и температурное моделирование работы устройства на виртуальной печатной плате, компоновка и разводка которой тоже выполняется в программной оболочке WEBENCH.

При работе сWEBENCH разработчику электронных устройств больше не нужно производить трудоемкие расчеты схем и дорогостоящее физическое макетирование.

Технология обеспечивает мгновенный доступ к самым последним SPICE-моделям, спецификациям, параметрам, инструкциям по применению и иной информации об изделиях National Semiconductor, а также предоставляет возможность проводить сравнение характеристик нескольких устройств одновременно.

WEBENCH интегрирован с системой онлайн-заказов, National Semiconductor гарантирует поставку любых, поддерживаемых средствами WEBENCH продуктов, в пределах 24 часов.

Широкая номенклатура и невысокая стоимость интегральных микросхем National Semiconductor для аудиотехники, возможность онлайнового выбора и тестирования делает их весьма привлекательными для широкого круга разработчиков РЭА.

Более подробную техническую информацию можно найти на сайте фирмы http://www.national.com, а также на сайте ЗАО «ПРОМЭЛЕКТРОНИКА», официального дилера National Semiconductor, по электронному адресу: http://www.promelec.ru/lines/nsc.

html.

Литература

  1. National Analog Products Databook. 2004 Edition.
  2. Штрапенин Г. Л. Современные операционные усилители фирмы National Semiconductor // Компоненты и технологии. 2005. № 7.
  3. Штрапенин Г. Л. Современные операционные усилители фирмы National Semiconductor // Компоненты и технологии.

    2005. № 7.

  4. Штрапенин Г. Л. Интегральные импульсные стабилизаторы напряжения фирмы National Semiconductor // Компоненты и технологии. 2005. № 1.
  5. Козенков Д. Интегральные усилители класса D //Электронные компоненты. 2005. № 9.

Скачать статью в формате PDF  

Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке

Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.

Источник: https://www.kit-e.ru/articles/chip/2006_3_36.php

Интегральные УНЧ

Усилитель переменного напряжения на интегральной микросхеме. Козлов В.И

Усилитель мощности низкой частоты — это электронное устройство, которое предназначено для усиления низкочастотного (НЧ) сигнала с последующей его подачей на акустические системы. Часто самодельные интегральные усилители мощности низкой частоты собирают на мощных микросхемах, поскольку они требуют минимум внешних компонентов и очень просты в наладке.

В разделе собраны принципиальные схемы усилителей мощности НЧ на мощных микросхемах, а также на основе интегральных микросхем — драйверов для выходных транзисторов. Используя специализированные интегральные микросхемы можно собрать усилитель мощности разной конфигурации:

  • Стерео — два канала усиления мощности;
  • Квадро — четыре канала усиления мощности;
  • 2+1 — сабвуфер и два сателлита;
  • 5+1 — сабвуфер и пять сателлитов;
  • и другие.

Если нужна большая выходная мощность усилителя НЧ (например для канала сабвуфера — 200Втт) то зачастую применяются мостовые схемы включения микросхем или же в параллель.

Здесь вы найдете схемы самодельных УМЗЧ разной сложности для внешних и интегрированных акустических систем, схемы простых усилителей для наушников и миниатюрной бытовой техники (плееры, MP3, диктофоны, игрушки и т.д).

Двухканалный усилитель на 18 Вт с темброблоком (КР140УД608, TDA2030)

Принципиальная схема самодельного усилителя звука для смартфона или MP3-плеера, два канала по 18 Ватт, есть регулятор тембра. При создании схемы этого усилителя задача была поставлена следующим образом, -сделать относительно хороший стереоусилитель для воспроизведения на внешние акустические …

3 841 0

Самодельный стереоусилитель с селектором входов и темброблоком (35Вт)

Схема двухканального аудио усилителя мощности с селектором каналов, предусилителем и регулятором тембра. Данный усилитель предназначен для усиления сигналов, поступающих от четырех различных источников, которыми могут быть,например, DVD-плейер, радиотюнер, МР-3-плейер, линейный выход …

2 714 0

Самодельный автомобильный усилитель звука на TDA1557Q (4х20Вт)

Схема самодельного автоусилителя мощности НЧ на микросхемах TDA1557Q, 4 канала по 15-20Вт. Миниатюрные MP3-плейеры сейчас получили очень широкую популярность у любителей музыки. В частности, это связано с тем, что такой плеер, обладая очень компактными размерами, и не имея механических …

1 705 0

Простой усилитель звука для подключения колонок к ПК (TDA1552Q)

Для подключения мощных колонок к персональному компьютеру (ПК) обычно необходимо собрать усилитель,блок питания, а также найти корпус, в котором бы все это поместилось. Собрав же простой и надежный усилитель мощности на микросхеме TDA1552Q (рис. 1), можно сэкономить на блоке питания, корпусе и на …

1 553 0

Схема автомобильного аудио-усилителя на микросхеме TDA8571J (4x20W)

Описание схемы четырехканального самодельного авто-усилителя мощности НЧ на микросхеме TDA8571J. Для того чтобы воспроизвести файлы с портативного носителя данных (флешки) в автомобиле требуется автомагнитола или радиоприемник с USB-разъемом. Но, к сожалению, криминальная обстановка в некоторых …

1 550 0

Схема усилителя мощности НЧ на 2x40W (LM3875)

Схема и описание усилителя мощности (УМЗЧ) с выходной мощностью 2 х 40 Ватт на микросхемах LM3875. Усилитель выполнен на двух микросхемах LM3875, включенных по схеме с двуполярным питанием. Номинальное сопротивление нагрузки 4 Ом на канал. Максимальная выходная мощность при КИИ 10% на частоте 1 кГц составляет 48W. Номинальная выходная мощность при КНИ не более 0,2% — 35W …

1 490 0

Универсальный блок УНЧ на микросхеме TDA7293 (TDA7294), схема и печатная плата

Принципиальная схема усилителя низкой частоты на микросхеме TDA7293 (TDA7294), которую можно использовать для построения стерео и мостовых УНЧ. Казалось бы, тема усилителей на этой микросхеме уже настолько избита, что придумать что то новое довольно проблематично — были описаны усилители и по …

1 620 0

Встраиваем УНЧ на микросхеме TDA1518BQ в телевизор для улучшения звука

Схема простого блока УНЧ на микросхеме TDA1518BQ для встраивания в телевизор. Как справедливо замечено в Л1, качество звучания большинства современных телевизоров оставляет желать лучшего. Миниатюрные динамики, сильно вытянутой эллиптической формы позволяют достигнуть только необходимой …

1 495 0

Усилитель звука 2x22W с питанием от электронного трансформатора на 12В (TDA1524, TA8210H)

Схема самодельного усилителя звука, который позволит с хорошим качеством озвучивать сигналы от MP3-плейера, DVD-аппаратуры или других источников аудиосигнала. Питается усилитель переменным напряжением 12V, которое можно взять с выхода импульсного источника питания для галогенных осветительных …

2 430 0

Схема УНЧ на 20-30Вт для замены сгоревших блоков в разной аудио-аппаратуре (TDA2050)

При ремонте аудиотехники приходится часто сталкиваться с неисправностью, связанной с выходном из строя микросхемы УМЗЧ. Зачастую, приобрести точно такую же микросхему оказывается проблематично. В таком случае, при неисправности аналогового УМЗЧ, его можно заменить заранее подготовленным …

1 678 0

Источник: http://RadioStorage.net/6-usiliteli-na-mikroskhemah/

Несколько УНЧ на ИМС серии TDA

Усилитель переменного напряжения на интегральной микросхеме. Козлов В.И

На рис.

1 приведена принципиальная схема стереофонического усилителя с выходной мощностью до 1 Вт на канал, собранного на одной интегральной микросхеме TDA7053 производства фирмы Philips в корпусе DIP-16, а также двух переменных резисторов, двух керамических и одного оксидного конденсаторов.

Особенностью усилителя является наличие в каждом канале не одной, а двух динамических головок сопротивлением по 8 Ом. Здесь возможно использование самых распространенных головок 1ГД-40 старого производства или подобных по конструкции головок с эллиптическим диффузором, например 2ГДШ-2-8.

Другой особенностью усилителя является то, что его выходы нигде не соединены с общим проводом питания. Это характерно для мостовых усилителей мощности с бесконденсаторным выходом.

Рис. 1. Принципиальная схема стереофонического УМЗЧ на ИМС TDA7053 с регуляторами громкости

Интегральная микросхема рассчитана на работу при напряжении питания 3-15 В и токе покоя около 5 мА. Минимальное сопротивление нагрузки — 8 Ом.

Такой усилитель удобно и экономично подключить к карманному плейеру и использовать для музыкального сопровождения. В этом случае целесообразно упростить конструкцию усилителя, убрав регуляторы громкости, поскольку они уже имеются в плейере.

Измененная принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Здесь на входе каждого канала установлен делитель напряжения из двух резисторов во избежание перегрузки усилителя.

Сигналы снимаются с гнезда для внешнего телефона плейера с помощью двойного кабеля от стереофонического телефона, вышедшего из строя.

Рис. 2. Принципиальная схема стереофонического УМЗЧ на ИМС TDA7053 с нерегулируемыми входами

При повторении конструкций данных усилителей можно воспользоваться монтажными схемами и чертежами печатных плат, приведенными на рис. 3 и 4, а также рис. 5 и 6 соответственно.

Рис. 3. Монтажная схема УМЗЧ на ИМС TDA7053

Рис. 4. Печатная плата УМЗЧ на ИМС TDA7053

Рис. 5. Монтажная схема УМЗЧ на ИМС TDA7053 с нерегулируемыми входами

Рис. 6. Печатная плата УМЗЧ на ИМС TDA7053 с нерегулируемыми входами

На рис.

7 дана принципиальная схема самого простого, надежного, экономичного и широко распространенного в промышленной аппаратуре усилителя мощности звуковой частоты на отечественной интегральной микросхеме К174УН14, имеющей десятки аналогов за рубежом, среди которых самым популярным является ТДА2003. Микросхема предназначена для работы при напряжении источника питания 8-18 В и сопротивлении нагрузки не менее 2 Ом. При этом достигается равномерное усиление сигнала в полосе частот 30 Гц — 20 кГц, а ток покоя составляет 40-60 мА. Чувствительность усилителя — около 50 мВ. Микросхема снабжена собственным теплоотводом, допускающим работу с выходной мощностью не более 2 Вт. Для получения большей мощности обязательно требуется установка дополнительного пластинчатого либо ребристого или игольчатого теплоотвода.

Рис. 7. Принципиальная схема УМЗЧ на ИМС TDA2003

Большое усиление микросхемы требует принятия определенных мер по повышению стабильности и устойчивости ее работы. Это достигается двумя способами.

Во-первых, для предотвращения самовозбуждения на высоких и ультравысоких частотах громкоговоритель шунтируется последовательно соединенными низкоомным постоянным резистором R4 типа С1-4 и керамическим конденсатором С6.

Во-вторых, коэффициент усиления во всей полосе воспроизводимых частот стабилизирован за счет наличия на выходе усилителя делителя напряжения сигнала 1:100 и подачей с него напряжения отрицательной обратной связи на инвертирующий вход усилителя.

Через оксидный конденсатор большой емкости С4 громкоговоритель подключен к выходу усилителя через стандартный акустический разъем и своим одним выводом соединен с общим проводом питания, то есть заземлен.

Поскольку потребляемый ток быстро меняется в пределах от нескольких десятков миллиампер до ампера и более, конденсатор С2, шунтирующий по постоянному току источник питания, также имеет большую емкость (обычно не менее 2200 мкФ) и напряжение не менее 16 В при источнике 12 В или 25 В при источнике 15 В. Дополнительно источник питания шунтируется керамическим конденсатором СЗ во избежание возможного самовозбуждения на высоких частотах из-за паразитных обратных связей.

На рис.

8 и 9 приведены схема размещения навесных деталей на печатной плате, а также чертеж самой платы. Интегральная микросхема монтируется на дополнительном теплоотводе и соединяется с платой посредством тонких изолированных гибких проводов в тефлоновой, то есть фторопластовой изоляции.

По возможности длина проводников должна быть минимальной. Обязательным условием нормальной работы усилителя является свободный доступ воздуха к его теплоотводу.

Рис. 8. Монтажная схема УМЗЧ на ИМС TDA2003

Рис. 9. Печатная плата УМЗЧ на ИМС TDA2003

На базе интегральной микросхемы К174УН14 отечественная промышленность выпускает стереофонический усилитель с выходной мощностью до 4 Вт на каждый канал. Особенностью данной микросхемы является то, что два одинаковых кремниевых кристалла, на которых она основана, помещены в общий корпус с небольшими металлическими теплоотводами.

Специально для нее выпускается дополнительный игольчатый теплоотвод, способный обеспечивать нормальный тепловой режим работы обоих каналов усилителя при выходной мощности до 4 Вт на каждый канал.

Внешне эта интегральная микросхема ничем не отличается от широко распространенных в любительской практике микросхем К174УН7 и К174УН9, но по своим возможностям превосходит их. Микросхема К174УН20 рассчитана на работу с источником питания напряжением до 12 В при токе покоя 65 мА и сопротивлении нагрузки 4 или 8 Ом.

Равномерное усиление сигнала производится в полосе частот 50 Гц — 16 кГц, что вполне приемлемо для большинства любительских конструкций. Причем если выходная мощность на каждый канал не будет превышать 0,5-0,8 Вт, то можно обойтись без дополнительного теплоотвода, в противном случае он необходим.

Если специального игольчатого теплоотвода приобрести не удастся, его можно заменить пластинчатым, например, из листового алюминия или меди толщиной 1,0-1,5 мм. Его площадь должна быть не менее 9-10 см2 для каждого металлического выступа с отверстием под винт. Теплоотвод можно оформить в виде уголка, что сэкономит место на плате.

Рис. 10. Схема стереофонического УМЗЧ на ИМС К174УН20

На рис.

10 приведена принципиальная схема стереофонического усилителя на основе микросхемы К174УН20. Он обеспечивает выходную мощность 4 Вт по каждому каналу при напряжении питания 12 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом. При увеличении сопротивления нагрузки до 8 Ом в каждом канале выходная мощность уменьшается до 2,2 Вт на канал при том же напряжении питания.

Особенностью схемы является отсутствие плавных регуляторов громкости, которые заменены делителями входного напряжения на двух резисторах R1, R2 и R3, R4 с коэффициентом деления 1:2. Это сделано с целью подключения к выходу карманного аудиоплейера входа данного усилителя.

В таком случае монтаж на печатной плате может иметь вид, показанный на рис. 11 и 12. При необходимости усилитель разрешается снабдить светодиодным индикатором включения питания, что бывает весьма полезно при работе от автономного источника.

Это легко сделать с помощью постоянного резистора R5 и светодиода HL1, подключенных к источнику питания после выключателя.

Рис. 11. Монтаж стереофонического УМЗЧ на ИМС К174УН20

Рис. 12. Печатная плата стереофонического УМЗЧ на ИМС К174УН20

На рис.

13 приведена принципиальная схема двухканального усилителя мощности звуковой частоты на одной интегральной микросхеме фирмы Philips TDA7370. При наличии дополнительного теплоотвода и достаточно мощном источнике напряжения постоянного тока 12 В он способен развивать номинальную выходную мощность по каждому каналу 10 Вт при коэффициенте нелинейных искажений 1%.

Особенностью усилителя является очень малое число дополнительных навесных деталей — всего четыре конденсатора и два переменных резистора.

Два громкоговорителя сопротивлением 4 или 8 Ом подключены непосредственно к выводам микросхемы без громоздких переходных конденсаторов большой емкости, что имеет место во многих других усилителях мощности звуковой частоты.

Известно, что их гордо называют «усилителями с бестрансформаторным выходом», как бы в упрек когда-то существовавшим усилителям на электронных лампах, имевшим громоздкие выходные трансформаторы. Данный усилитель с полным правом можно называть усилителем мощности с бестрансформаторным и бесконденсаторным выходом.

Аналогичные усилители уже описывались ранее, но они были малой мощности, всего по 1 Вт на канал. Именно это существенное отличие требует в данном усилителе обязательной установки эффективного дополнительного теплоотвода, к которому плотно (под винт МЗ) прижимается интегральная микросхема. Для этой цели подходят стандартные теплоотводы из дюралюминия под транзисторы КТ818, КТ819. В крайнем случае можно использовать пластину из дюралюминия размером 100х100 мм и толщиной 2-4 мм. Не рекомендуется даже на мгновение включать усилитель без такого теплоотвода, так как при работе с номинальной мощностью внутри микросхемы развивается тепловая мощность 30 Вт, как у паяльника.

Рис. 13. Принципиальная схема стереофонического УМЗЧ на ИМС TDA7370

Другой особенностью, благодаря которой удается обходиться без конденсаторов на выходе, является мостовая схема выходных каскадов, когда громкоговорители не имеют контакта с общим заземленным проводом.

Если такое все же случится, то микросхеме грозит выход из строя.

Поэтому как при монтаже деталей, так и в процессе эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы ни один из проводов, идущих к громкоговорителям, не имел контакта с общим проводом питания.

Расположение деталей на печатной плате показано на рис. 14 и 15. Усилитель нормально работает при изменении напряжения питания от 9 до 20 В и сопротивлении нагрузки каждого канала не менее 4 Ом. Источник питания должен обеспечивать ток до 3,5 А при напряжении 12В.

Если он обеспечит ток до 3,5 А при напряжении 12 В, с громкоговорителями сопротивлением по 4 Ом можно получить по 10 Вт мощности с каждого канала. Если источник может дать не более 2 А при том же напряжении, следует применить громкоговорители сопротивлением 8 Ом.

Тогда выходная мощность каждого канала составит 6 Вт.

Рис. 14. Монтажная схема стереофонического УМЗЧ на ИМС TDA7370

Рис. 15. Печатная плата стереофонического УМЗЧ на ИМС TDA7370

С учетом выделения большого количества тепла конструкция усилителя должна обеспечивать свободный приток свежего воздуха к микросхеме и дополнительному теплоотводу. Это будет гарантией надежной долговременной работы усилителя.

Усилитель звуковой частоты на 20 Вт

Усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 16, также выполнен по бестрансформаторной и бесконденсаторной схеме мостового оконечного каскада со всеми присущими ей достоинствами и недостатками.

Главное отличие его от предыдущего в том, что имеется только один канал усиления на 20 Вт.

Такой усилитель потребляет большой ток (до 3,5 А), поэтому его можно питать или от достаточно мощного выпрямителя, или от автомобильного аккумулятора напряжением 13,6 В.

Рис. 16. Принципиальная схема монофонического УМЗЧ на ИМС TDA7240A

Расположение деталей на печатной плате показано на рис. 17 и 18. Интегральная микросхема устанавливается на дополнительном теплоотводе (стандартном или самодельном), как упоминалось выше, под винт МЗ. Для улучшения отвода тепла рекомендуется смазать соприкасающиеся поверхности теплоотвода и микросхемы тонким слоем вазелина.

Как и в предыдущем случае, можно увеличить сопротивление нагрузки с 4 до 8 Ом, снизив, таким образом, выходную мощность до 10-12 Вт и потребляемый ток до 2 А. При отсутствии сигнала потребляемый ток составляет 80-100 мА, что является первым признаком работоспособности усилителя.

Значительно больший или меньший ток свидетельствует либо об ошибке в монтаже, либо о неисправности деталей, включая микросхему. Однако опыт применения подобных микросхем при использовании исправных деталей показывает, что усилитель начинает работать сразу и не требует дополнительных регулировок.

Его чувствительность равна 50-80 мВ, а полоса воспроизводимых частот составляет 20 Гц — 20 кГц.

Рис. 17. Монтажная схема монофоническою УМЗЧ на ИМС TDA7240A

Рис. 18. Печатная плата монофонического УМЗЧ на ИМС TDA7240A

Будут вопросы, пожелания, предложения — пишите. Юрий yooree (at) inbox.ru

Источник: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/audio/um_tda.shtml

Читать

Усилитель переменного напряжения на интегральной микросхеме. Козлов В.И
sh: 1: —format=html: not found

Стабилизаторы напряжения и тока на ИМС

Задача создания стабильного источника питания встает всякий раз, когда необходимо обеспечить независимость параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения.

Современная аппаратура, работающая на цифровых и аналоговых микросхемах, всегда предусматривает наличие стабилизаторов напряжения и тока, как правило, нескольких.

С распространением интегральных операционных усилителей (ОУ) появилась возможность решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причем ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.

Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.

Следящие стабилизаторы, как известно, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

Стабилизатор по схеме рис. 1 выдает напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор по схеме рис. 2 — меньшее.

Рис. 1.Стабилизатор с делителем выходного напряжения

Рис. 2.Стабилизатор с делителем опорного напряжения

Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере — до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе.

Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причем датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включенный в цепь эмиттера транзистора VT2.

Когда падение напряжения на нем превысит Uб–э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10… 15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить.

Отметим, что в стабилизаторах по схемам рис. 1 и 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой для ОУ суммы напряжений питания.

Если проектируемый источник питания имеет выходное напряжение, не меньшее чем сумма минимально допустимых напряжений питания для имеющегося ОУ, то его лучше включить в стабилизатор таким образом, чтобы усилитель питался стабилизированным напряжением. Схема подобного стабилизатора приведена на рис. 3.

Рис. 3.Улучшенный стабилизатор напряжения:

a — принципиальная схема, б — нагрузочная характеристика

Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода О У DA1 смещен в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1.

Выходной эммитерный повторитель — составной (VT2, VT3), а к базе защитного транзистора VT4 подключен делитель R4R5, что позволяет создать «падающую» характеристику ограничения тока перегрузки.

Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А, хотя нормальный рабочий ток составляет 0,5 А. Термоком–пенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2).

Выходное напряжение стабилизатора, равное +15 В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001 %.

В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1 % за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме рис. 4.

Рис. 4.Источник питания с компенсированными пульсациями

Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна.

По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.

Стабилизаторы по приведенным выше схемам рассчитаны на положительное выходное напряжение.

Чтобы получить отрицательное, надо в качестве повторителя применить р–n–р транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ.

Но можно поступить по–другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности. На рис. 5 приведены две упрощенные схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжений разного знака.

Рис. 5.Схема образования двуполярного стабилизированного напряжения:

а— на разнополярных стабилизаторах,б —на одинаковых стабилизаторах

В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы.

Тогда в стабилизаторе по второй схеме их можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора.

Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго — выходное напряжение первого стабилизатора.

Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +UСT и — UCT стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов (несимметричные в общем случае) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

Если для питания устройства используется одна батарея, а необходимы два питающих напряжения с заземленной средней точкой, тр можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (рис. 6).

Рис. 6.Преобразование однополярного напряжения в симметричное двуполярное

Если R1 = R2, то равны и выходные напряжения относительно заземленной средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падения напряжения на участках коллектор — эмиттер равны половине входного напряжения. Зто надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.

Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий.

Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами-, только за счет уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два–три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышенном уровне помех.

Однако рациональное конструирование, когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму.

Устранить «пролезание» высокочастотных помех в не–стабилизиоованный источник первичного питания и нагрузку можно путем включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанных на постоянный точ 1…3 А. Имея в виду эти замечания, подготовленный радиолюбитель может браться за создание ключевых стабилизаторов напряжения, в которых с успехом работают интегральные компараторы.

Источник: https://www.litmir.me/br/?b=187405&p=3

Biz-books
Добавить комментарий