Дизайн підсилювача звуку
з монолітною інтегральною схемою LM3886
У наш час непросто впровадити якісний та потужний підсилювач. На практиці ми стикаємось з дуже великою конкуренцією, де це справді найкраща звукова робота. Де справді відчувається дуже якісний музичний досвід.
Метою моєї роботи було зробити вдома найякісніший та доступний підсилювач звуку. Застосовуйте набуті теоретичні знання на практиці. Ця робота принесла мені багато нової інформації, а також багато нових контактів. З цією метою я вирішив побудувати коригуючий підсилювач з вихідною потужністю.
Розробляючи пристрій, я освоїв виробництво друкованих плат, пайку та виготовлення механічних конструкцій. Мій пристрій має дуже пристойну продуктивність. На практиці він має широке застосування, будь то свято чи розвага. Він також ідеально підходить для домашнього використання, але тоді справа, швидше, у вбивстві такого музичного виступу вдома. Я зіткнувся з низкою проблем, пов’язаних з виробництвом пристрою, де велика увага приділяється надійності, універсальності, якості та креативності пристрою. Тому я намагався максимально обробити свій підсилювач звуку.
1. Підсилювачі низької частоти
Не кожен неспеціаліст знає основні параметри підсилювачів. Тому я хотів би хоча б пояснити, як ми розділяємо їх найосновнішими. Як вирішити дані низькочастотні підсилювачі. І які їх властивості. Я також опишу їх переваги та недоліки.
Визначення підсилювачів
Підсилювачі - це електронні пристрої для посилення сигналів. Вони утворюють основне
схеми передавально-приймального обладнання високочастотної техніки, електроакустики, вимірювальні прилади, схеми управління та регулювання.
Вони поділяються на:
- Відповідно до використання підсилювальних елементів для електронних, транзисторних, розрядних, параметричних, квантових.
- Залежно від величини сигналу збудження до великих, малих і дуже малих підсилювачів сигналу.
- За типом сигналу збудження до низькочастотного, високочастотного, імпульсного, односпрямованого.
- Залежно від пропускної здатності, що передається до широкосмугової та вузькосмугової.
- Відповідно до підключення елементів підсилювача до підсилювачів із загальним випромінювачем, базою, колектором.
- За режимом роботи для одноразової та подвійної дії.
- За муфтою між підсилювачами - з імпедансом, пряма, трансформаторна муфта.
- За робочим режимом - для класів A, AB, B, C, D та інших.
Властивості підсилювача залежать головним чином від частоти сигналу збудження,
вони виражаються частотними характеристиками.
Клас А
Компоненти живлення (будь-то біполярні транзистори, транзистори MOS, транзистори тощо) в ланцюзі однієї дії та при заданому струмі спокою так, що вони завжди знаходяться в провідному (активному) стані. Через сильний струм спокою силові компоненти працюють приблизно в середині свого лінійного робочого діапазону і мають найменші спотворення сигналу. Недоліком є низька енергоефективність, висока вхідна потужність та перетворення її в тепло, тобто великі втрати тепла та необхідність достатнього охолодження силових компонентів. Він використовується в підсилювачах високого класу.
Клас В
Компоненти живлення у з'єднанні подвійної дії із встановленим нульовим струмом спокою. В одній половині вихідного каскаду компоненти активні лише на позитивній напівхвилі обробленого сигналу, в другій половині, навпаки, на негативній напівхвилі. В іншому випадку вони є непровідними, і обидві половини вихідного каскаду чергуються в роботі (push-pull) залежно від полярності сигналу. Під час переходу з електропровідного в непровідний стан компоненти обох з'єднань майже не проводять і виникає нелінійне спотворення сигналу (перехідне спотворення). Перевагою є вища ефективність (більше 50%), нульовий струм спокою, недоліком є вищезазначене спотворення.
Клас АВ
Компроміс між класом A та B. Однак функціонально він ближчий до класу B, коли вводиться невеликий струм спокою, що трохи збільшує споживання та знижує ефективність. Перевагою є значне зменшення перехідних спотворень класу B. Простіше кажучи, підсилювач класу А працює при низьких рівнях сигналу, а при високому класі В з хорошою ефективністю та низькими спотвореннями. Клас AB є найбільш часто використовуваним при побудові звичайних підсилювачів nf.
Клас С
Компоненти живлення мають нульовий струм спокою і, крім того, введене попереднє навантаження, яке додатково їх закриває. Вони переходять від непровідного до активного стану аж до піків вхідного сигналу, величина яких досягає порядку десятків відсотків напруги живлення. Спотворення вихідного сигналу набагато виразніше, ніж у класі B. Тому воно не застосовується в технології nf, в технології RF використовується в з'єднанні одно- або подвійної дії в передавачах.
Клас D
Цей клас не підпадає під категорію лінійних підсилювачів, оскільки вони використовують технологію модуляції широти імпульсу (ШІМ) для обробки сигналів, а також його називають цифровим класом. Найбільшою перевагою є їх дуже висока ефективність (зазвичай 80% і більше), спричинена використанням режиму комутації транзисторів. Однак недоліком є більші спотворення порівняно з класом А відповідно. AB.
Мал. No 1- Синусоїдальний вхідний сигнал модулюється трикутним сигналом
з значно вищою частотою, як правило, принаймні вдвічі більше вхідного сигналу та результуючого модульованого прямокутного вихідного сигналу підсилювача класу D перед фільтрацією.
2. Спеціальне рішення підсилювача
У наступних розділах я опишу свою продукцію. Від початку до остаточних проблем, що виникли. Однак я спробую пояснити проблему якнайкраще, наскільки можу. Загальна конструкція підсилювача розділена на кілька частин, які містять опис. Схема підключення, друкована плата та план установки містяться в додатках. Загалом підсилювач розділений на два окремі канали, де кожен вихідний каскад має власний простий попередній підсилювач з контролем гучності, балансу, високих частот, низьких частот та модуля захисту разом на одній завершеній друкованій платі. Обидва вихідні каскади живляться окремо від потужного джерела, яке, отже, повинно містити якість та високу фільтраційну здатність. Він містить деталі блоку живлення для окремих модулів.
Проект не включає моделювання запропонованого підсилювача.
Принципова блок-схема підсилювача
Мал. No 2- Принципова блок-схема підсилювача
Легенда:
Захист - елементи установки підсилювача Kon. Етап - вихідна потужність каскаду
ВЧ-фільтр - фільтр перешкод від мережі Repro. Захист - захист від компонента постійного струму
Перенапруга О. - захист від перенапруги Джерело - 2 рази по 12 В, джерело живлення для щитів управління
DC-фільтр - видалення односпрямованого компонента Tep. Рег - теплове регулювання охолодження
Softstart - плавний пуск пристрою Охолодження - активне охолодження підсилювача
Термостат - термозапобіжник Ріад. PCB - плата управління підсилювачем
Джерело - джерело +/- 32В Light S. - світловий сигнал підсилювача
Блок живлення - джерело живлення +/- 15 В Радіо М. - модуль Bluetooth
Попередній підсилювач - коригуючий підсилювач Лінійний вхід - вхід через cinche
Запобіжник і головний вимикач
Оскільки це електричний пристрій, підключений до джерела живлення, захист повинен забезпечуватися автоматичним відключенням джерела живлення в разі несправності або перевантаження струмом, а також повинен включати головний вимикач. Ми захищені запобіжниками або вимикачами. У даному рішенні силова частина та допоміжне джерело живлення для ланцюгів управління повинні бути передбачені окремо. Розглядається джерело живлення від однофазної мережі 3N + PE 230 В/50 Гц.
ВЧ-фільтр
Вхідна напруга мережі подається на класично підключений фільтр перешкод через головний вимикач. Цей фільтр призначений для запобігання перешкод від підсилювача, що надходить у мережу. Ці імпульси містять велику частку вищих гармонік, які передаються в мережу і можуть впливати на інші прилади. Цьому запобігає інтерференційний фільтр.
Захист від перенапруги
Захист від перенапруги захищає електричне обладнання від пошкодження перенапруги мережі. Перенапруга в основному зумовлена індукцією всіх електромагнітних полів, розташованих поблизу порушеного провідника (індукційні машини, радіопередавачі, електромагнітні поля в районі паралельних та перехресних провідників). Я реалізував цей захист за допомогою варистора, який повинен запобігти небезпечному перенапруженню.
Фільтр постійного струму
Ця схема вставлена між електромережею та плавним пускачем. Видаляє паразитичний односторонній компонент з електромережі. Який вводиться в мережу, напр. тиристорне управління або односторонній випрямляч. Однонаправлений компонент, який зазвичай призводить до насичення сердечника трансформатора, викликає, таким чином, сильну броню трансформатора, а також перевантаження магнітопроводу. У кожного з нас вдома, безумовно, є пристрої, що спричиняють цю мережу. В основному це електричний фен. Ми повинні усунути це явище за допомогою цієї схеми. У даній схемі на торцевому провіднику є квазівипрямляч. Я використовував силові діоди Шотткі, конденсатор підключений паралельно до кожного діода.
Мал. No 3- Приклад схеми фільтра постійного струму
Softstart
Більш потужні трансформатори викликають стрибки напруги в мережі відразу після включення. Де цей струм може бути в 6 разів вище номінального струму. Тому на практиці використовуються зв’язки, які можуть усунути ці раптові зміни. Softstart можна вирішити різними способами. Я вирішив включити термістор NTC, до якого температура опору знижується. Як тільки підсилювач вмикається кнопкою ввімкнення, включається реле включення, струм починає протікати через термистор, приблизно через 3 секунди термістор замикається контактом другого реле.
Термостат
Це просто ще один захист, який запобігає перегріванню підсилювача. Я використовував його, якщо захист на вихідному каскаді не реагував у разі раптової несправності і вентилятори не могли наздогнати. Як тільки температура радіатора перевищує 90 ° C, біметалічна комірка негайно розбиває лише фазу живлення для підсилювача. Це означає, що активне охолодження все одно не працюватиме, поки температура радіатора не впаде приблизно до 60 ° C.
Мал. No 4- Демонстрація температури біметалу
Симетричне джерело живлення +/- 32В
Це джерело призначене для вихідного каскаду підсилювача. Джерело розроблено таким чином, що кожен канал має своє джерело напруги. Кожне джерело також індивідуально захищене на первинній стороні. Обидва канали абсолютно окремі. Тому нижче я опишу лише одне джерело. Я вирішив використовувати тороїдальний трансформатор. Що стосується ефективності, він досягає найвищої ефективності до 90%. В якості магнітопроводу використовується феритовий сердечник з обмотками трансформатора. Вторинні обмотки з'єднані з діодним мостом 25А. Міст негабаритний через те, що при випрямленій напрузі подається на згладжуючий фільтр.
Мал. No 5- Отриманий хід відфільтрованої напруги
Це призводить до того, що відфільтрована напруга вища, ніж на діодному мосту. Це змінює кут відкриття діодів, і в результаті діоди страждають. Тому я вибрав більший діодний міст. Саме тут виникла перша проблема. Теоретично це має спрацювати, але зараз проблема повинна бути вирішена на практиці. Я використовував електролітичні конденсатори 35 В у згладжувальному фільтрі. Я виміряв 28 В змінного струму на вторинній обмотці трансформатора. І за розрахунком я з'ясував:
Uf - відфільтрована напруга, Ut - виміряна напруга холостого ходу, ud - напруга розсіювання на діодах
Розрахована напруга призведе до поломки діелектрика електролітичних конденсаторів.
Мал. No 6- зразкові зруйновані електролітичні конденсатори
Тому що я хотів використовувати конденсатори і не хотів, щоб конденсатори були знищені. Тож мені довелося розмотуватися від трансформатора. Що я зробив. Я відрегулював напругу холостого ходу без будь-яких проблем.
Мал. No 7- розмотані трансформатори та залишковий мідний дріт
Я хотів досягти остаточної напруги 24,5 В змінного струму. Безумовно, новий розрахунок напруги на згладжуючому фільтрі.
Однак ця напруга є холостим, і коли джерело навантажується номінальним струмом, напруга падає.
Симетричне джерело живлення +/- 15В
Це джерело призначене виключно для корекційного підсилювача. Джерело живиться від основного джерела для вихідного каскаду. Це реалізується за допомогою монолітних стабілізаторів 7815 та 7915. Вони дбають про симетричну подачу корекційного підсилювача. Для охолодження кожен окремо підключений до L-подібного радіатора.
Коригуючий підсилювач
Основні технічні дані:
- Напруга живлення: +15 В, -15 В.
- Споживання струму: 2 х 13 мА.
- Діапазон частот (-0,2 дБ): від 20 Гц до 20 кГц.
- Дальність рег. - висоти: +11 до -11 дБ.
- Дальність рег. - низькі частоти: від +11 до -11 дБ.
- Спотворення: 0,01%.
- Відношення сигнал/шум (вхід короткого замикання): 92 дБ.
- Відстань між каналами: 75 дБ.
Опис інтегральної схеми NE5534
Корекційний попередній підсилювач реалізований за допомогою малошумних операційних підсилювачів NE5534. Фізіологічний хід регулювання встановлений у коректорі низьких і високих частот. Це функція, яку світові виробники називають "гучністю". Більшість власників професійних пристроїв підтримують цю функцію постійно навіть на "більших обсягах", тому я вибрав "фіксовану фізіологічну регуляцію" для простоти. У ланцюзі підключені корекційні схеми
зворотний зв'язок операційного підсилювача.
Підсилювач потужності
Основні технічні дані:
Напруга живлення: +40 В, -40 В.
Струм спокою: 30 мА.
Безперервна потужність на навантаженні 4 Ом: 2 х 68 Вт.
Пікова (музична) потужність: 2 х 150 Вт.
Повне гармонійне спотворення
- THD (20 Гц