И всё-таки иногда удивляюсь, сколько сейчас выпускается всевозможных интегральных усилителей мощности звуковой частоты. Одних только микросхем из серии TDA существует великое множество. Все они, практически, доступны. Есть из чего выбрать. Схемы на таких интегральных усилителях звуковой частоты отличаются незаурядностью и простотой. Особенно пользуются повышенным интересом у начинающих радиолюбителей и у тех, кто не желает заморачиваться на что-то громоздкое. Правда, качество звучания у интегральных усилителей мощности звуковой частоты в большинстве своем оставляет желать лучшего. Но всё-таки они оправдывают ожидания многих. Да и попадаются достойные экземпляры, на которых можно собрать стоящую акустическую систему как для дома, так и для автомобиля. Так вот, TDA7240 — это 20 ваттный усилитель звуковой частоты, ориентированный главным образом для установки в автомобиле. Схема усилителя низкой частоты на TDA7240 приведена на иллюстрации ниже. Кстати, схема очень похожа на усилитель на TDA2025. Выходная мощность на нагрузку 4 Ом при напряжении питания 14,4 вольта составляет 18…20 ватт. На 8 Ом — 10…12 Вт. Коэффициент нелинейных искажений в первом случае от 0,1 до 0,5 %. Во втором — от 0,05 до 0,5 %. Напряжение питания до 18 вольт. Примерный макет печатной платы: Ток покоя при 4-х Ом нагрузке находится в пределах 65…120 мА. Температурный диапазон эксплуатации TDA7240 от -40 до +150 градусов по Цельсию. КПД усилителя низкой частоты равен 65 %. Метки: УНЧ LM3875 — усилитель мощности звуковой частоты Оставить комментарий |
В ИМС TDA7240 встроены всевозможные защиты, как то: защита от КЗ и от перегрева. Внешний вид микросхемы ниже.Транзисторный УНЧ с малыми динамическими искажениями (20 Ватт)
категория Схемы усилителей материалы в категории * Подкатегория Схемы усилителей на транзисторах
Так называемые динамические интермодуляционные искажения возникают в транзисторных усилителях при резких перепадах уровня сигнала.
Особенно заметны эти искажения при воспроизведении музыкальных программ. Для того чтобы уменьшить эти искажения, в данном усилителе широко использованы местные ООС по току, применено так называемое «токовое зеркало», улучшающее симметрию усиливаемого сигнала на входе оконечного каскада, использована коррекция АЧХ по опережению.
Основные параметры усилителя
Номинальный диапазон частот, Гц …. 16… 100 000;
Номинальная выходная мощность на нагрузке сопротивлением 8 Ом (при коэффициенте гармоник 0,35 % на частотах
1 000 и 10 000 Гц), Вт …. 20;
Номинальное входное напряжение, В …. 1;
Относительный уровень шумов и фона, дБ …. -60.
Принципиальная схема усилителя
Усилитель содержит входной дифференциальный каскад на транзисторах V1, V2, симметрирующий каскад на транзисторах VЗ, V5 с «токовым зеркалом» на транзисторах V4, V6, выходной каскад.на транзисторах V14— V17 и устройство защиты от короткого замыкания в нагрузке на транзисторах V9, V10.
Резисторы R3, R4 в эмиттерных цепях транзисторов первого каскада создают местную ООС по току, повышающую линейность и входное сопротивление каскада, а также улучшающую его симметричность. Резисторы R11, R14 создают местную ООС во втором каскаде. Коррекция АЧХ по опережению осуществляется конденсаторами С2 и С6.
Выходной каскад выполнен по традиционной схеме с фазоинвертором на транзисторах разной структуры V14, V15. Ток покоя транзисторов V16, V17 устанавливается подстроечным резистором R15 и стабилизируется при изменении температуры транзистором V7, имеющим с одним из них тепловую связь. Диоды V18, V19 защищают транзисторы выходного каскада от перенапряжений при индуктивном характере нагрузки.
Усилитель охвачен ООС, напряжение которой снимается с нагрузки и через цепь R10C4C5R9 поступает на вход первого каскада (в цепь базы транзистора V2). Цепь R28C10 повышает устойчивость усилителя против самовозбуждения.
Устройство защиты выходного каскада от короткого замыкания в нагрузке выполнено по мостовой схеме.
Для отрицательной полуволны усиливаемого сигнала мост образован сопротивлением нагрузки и резисторами R26, R20 и R17. В диагональ моста включен эмиттерный переход транзистора V9.
При резком снижения сопротивления нагрузки баланс моста нарушается, транзистор V9 открывается и своим малым сопротивлением участка эмиттер — коллектор шунтирует (через диод V8) вход предоконечного каскада на транзисторе V14. В результате ток выходного каскада мгновенно ограничивается. Для положительной полуволны сигнала мост образован сопротивлением нагрузки и резисторами R27, R21 и R19 в диагональ моста ‘включен эмиттерный переход транзистора V10.
Для хорошей линейности усилителя пары транзисторов V1 и V2, VЗ и V5 V4 и V6, V16 и V17 необходимо подобрать по статическому коэффициенту передачи тока h31э.
Детали и настройка усилителя
Транзисторы V14, V15 установлены на П-образных теплоотводах, согнутых из полосы листового (толщиной 24мм, шириной 20 мм) алюминиевого сплава (размеры теплоотвода — 20 X 25 X 15 мм).
Теплоотводы каждого из транзисторов V16, V17 должны иметь охлаждающую поверхность площадью около 250 см2. К одному из этих теплоотводов приклеивают транзистор V7 клеем 88-Н.
Налаживание усилителя сводится к устранению (подстроечным резистором R7) постоянного напряжения на выходе и установке (подстроечным резистором R15) тока покоя выходного каскада в пределах 80… 100 мА.
Схемы простого 20-ваттного усилителя
Эта статья написана с намерением построить простой 20-ваттный усилитель. Все схемы усилителей, представленные ниже, обеспечат полную выходную мощность 20 Вт на громкоговоритель 8 Ом.
Автор: Dhrubajyoti Biswas
Содержание
Зачем нужен однотактный усилитель класса А
Однотактный усилитель класса А, вероятно, является одним из лучших примеров твердотельного однотактного выхода. С другой стороны, пассивная нагрузка может быть трансформатором, резистором или усилителем, как в данном случае, и стоком тока. Здесь мы использовали дешевый приемник тока с высокой линейностью, который хорошо подходит для этого проекта.
Многие инженеры-электрики часто рекомендуют использовать трансформаторы или катушки индуктивности 1:1. Но мы будем избегать этого процесса, потому что оба компонента довольно дороги и требуют высокой точности, иначе это может иметь обратный эффект в виде потери качества звука. Падение качества звука в основном связано с тем, что оно нелинейно и зависит от частоты.
В этом эксперименте мы использовали базовую схему — 60-ваттный усилитель мощности с возможностью модификации для работы с классом А. Насколько мне известно, многие пробовали этот подход для создания усилителя, и результаты оказались положительными.
Использование двойного источника питания +/-
Кроме того, мы использовали источник питания +/- 20 вольт. Он может быть регулируемым, обычным или даже с применением емкостного умножителя, и, кроме того, перед отсечкой его мощность должна составлять около 22 Вт. Поэтому рекомендуется использовать радиатор большего размера, так как высока вероятность перегрева усилителя.
В нашем предыдущем эксперименте по созданию усилителя мы применили ток покоя 3А. Здесь мы уменьшили его до 2,6 А, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность. Но все равно выдаст не менее 110Вт с каждого усилителя.
Настоятельно рекомендуется использовать устройство в большом пластиковом корпусе или транзисторы TO-3, поскольку передача тепла является одной из самых больших проблем, с которыми вам, возможно, придется столкнуться при сборке этого усилителя. Также мы рекомендуем использовать отдельные рассеиватели для отдельных транзисторов. Это позволит получить низкое термическое сопротивление.
Вы также можете использовать более крупный транзистор для этой разработки, но это будет дорого. Поэтому с учетом кармана всегда лучше использовать два параллельных транзистора. Они дешевле по сравнению с большими транзисторами, хотя и сохраняют качество.
Ниже приведена схема простого 20-ваттного усилителя, помогающая собрать систему.
Принципиальная схема
Схема усилителя класса А мощностью 20 Вт
Приемник, показанный здесь на схеме, построен на той же концепции, что и выходные каскады.
Резисторы 4×1 Ом мощностью 1 Вт [0,25 Ом] подключены параллельно. Однако может потребоваться некоторое экспериментирование, поскольку ток определяется напряжением база-эмиттер BC549. Схема работает таким образом, что BC549 получает избыточный базовый ток от резисторов. Когда напряжение на резисторах превышает 0,65 В, транзистор запускается и дополнительно регулирует баланс. Кроме того, вы также можете установить смещение постоянного тока, используя потенциометр 1K для управления LTP.
Оптимальный ток
В идеале усилитель класса А должен поддерживать рабочий ток, на 110% превышающий пиковый ток динамика. Таким образом, для громкоговорителя с импедансом 8 Ом и питанием +/- 22 В максимальный ток громкоговорителя будет:
I = V/R = 22/8 = 2,75 А.
Приведенный выше расчет не учитывает потерю тока при выходе. Определенно, что на выходе схемы будет потеря 3 вольта, которая основана на потерях в резисторах эмиттера или драйвера и потерях в выходном устройстве.
Таким образом, максимальное напряжение составляет 2,375 А при 8 Ом = пиковое значение 19 В.
Теперь, прибавив коэффициент подтасовки к 110%, рабочий ток составляет 2,6125 А (приблизительно 2,6 А), а после этого выходная мощность составит 22,5 Вт.
Однако важно отметить, что в то время как питание -ve является постоянным, +ve, с другой стороны, зависит от доступного постоянного тока. При высоких сигналах ток удваивается при включении верхнего транзистора или для отрицательных пиков он снижается до нуля. Эта ситуация является обычным явлением для усилителей класса А [несимметричных] и усложняет конструкцию источника питания.
Регулировка тока покоя
Если сопротивление токоизмерительного резистора больше оптимального, вы можете использовать подстроечный потенциометр и движок на базе BC549 для точного протекания тока. Однако имейте в виду, что необходимо соблюдать расстояние между чувствительным резистором и теми, которые генерируют источник высокого напряжения, например, мощными резисторами. Несоблюдение безопасного расстояния приведет к падению тока и нагреву усилителя.
Будьте осторожны при использовании подстроечного потенциометра, так как дворник заведен на линию питания -35В. Неправильное движение здесь может повредить тримпот. Поэтому начните с дворника на коллекторе выходных устройств. Медленно увеличивайте ток, пока он не достигнет требуемой настройки. Вы также можете использовать многооборотный потенциометр в качестве альтернативы, что было бы лучше.
На следующей диаграмме показано создание переменной стока тока для предлагаемой схемы усилителя мощностью 20 Вт.
Источник переменного тока
Использование резисторов номиналом 1 кОм, как показано на рисунке, гарантирует, что не будет протекать бесконечный ток, даже когда потенциометр превращается в разомкнутую цепь. Также необходимо дать время [иногда 10 минут и более] для стабилизации температуры на радиаторе. Однако время достижения рабочей температуры может варьироваться в зависимости от размера радиатора, так как больший радиатор имеет большую тепловую массу и, следовательно, требует времени.
Радиатор — один из важнейших компонентов конструкции класса А. Поэтому обязательно используйте мойку с тепловым рейтингом менее 0,5°C/Ватт. Рассмотрим ситуацию, когда тепловыделение составляет около 110 Вт в состоянии покоя, радиатор с указанными характеристиками будет иметь повышение температуры на 55 ° C, а транзисторы на 80 ° C, что в конечном итоге делает его горячим. Вы можете использовать тепловой рейтинг 0,25 ° C, но это не сильно повлияет на вырабатываемое тепло.
Еще один простой усилитель на 20 Вт
Эта 20-ваттная схема усилителя проста в сборке, и большинство ее компонентов будут доступны из вашего ящика для мусора. Схема состоит из предварительного драйвера Дарлингтона, Q1 и Q2, умножителя VBE на транзисторе Q3 и квазикомплементарного выходного каскада, состоящего из транзисторов Q4-7.
Круговая шунтирующая обратная связь реализована через коллектор Q7 на базу Q1 с помощью резистора R3. этот резистор R3 вместе с резистором R2 дополнительно обеспечивает обратную связь по постоянному току и входное смещение.
Коэффициент усиления по напряжению, а, следовательно, и уровень чувствительности усилителя, определяется на уровне 33 и 370 мВ отношением резистивного делителя R3 к R1.
Ток покоя транзисторов Q5 и Q7 должен быть отрегулирован на 30 мА с помощью предустановки PR1. Резисторы R4 и R5 образуют коллекторную нагрузку транзистора Дарлингтона, который подключен к конденсатору C2 для подачи тока на выходной каскад.
Несмотря на большую простоту, 20-ваттный усилитель обладает способностью воспроизводить звук хорошего качества и может довольно хорошо работать при нагрузке 4, 8 или 16 Ом.
Использование МОП-транзисторов
Схема, представленная на следующем рисунке, предназначена для тех, кто хотел бы поэкспериментировать с простым усилителем, использующим мощные МОП-транзисторы в выходном каскаде.
Схема работает с простой схемой, которая очень похожа на те конструкции, в которых используется входной транзистор с общим эмиттером (Tr1), непосредственно управляющий драйвером MOSFET с общим истоком (Tr2), который впоследствии мгновенно управляет дополнительными выходными транзисторами с общим истоком (Tr3 и Тр4).
Резистор R5 обеспечивает 100% отрицательную обратную связь в усилителе по постоянному току, чтобы гарантировать, что резисторы R1–R3 позволяют смещать выход с подходящим потенциалом. C6 и R4 в некоторой степени развязывают обратную связь на звуковых частотах и обеспечивают усиление по напряжению примерно в 20 раз (26 дБ).
Это обеспечивает входную чувствительность схемы примерно 625 мВ RMS при 70k для выходной мощности 20 Вт RMS. R8 используется для фиксации наиболее подходящего тока покоя с помощью выходных транзисторов, который составляет от 80 до 100 мА.
Мощные МОП-транзисторы работают в режиме с отрицательным коэффициентом, что означает, что схема температурной компенсации для них никогда не важна. R9 и C4 настроены как фильтр нижних частот на входе схемы, что облегчает устранение проблем с радиопомехами. C5 немного смещает схему в сторону высоких частот, способствуя стабильности, а также помогая снизить радиочастотную уязвимость.
C3 и C8 позиционируются как входные и выходные блокировочные конденсаторы постоянного тока соответственно.
Применяя источник постоянного тока 50 В с нагрузкой динамика 8 Ом, эта схема усилителя способна без особых усилий обеспечить выходную мощность 20 Вт RMS.
Выходная мощность около 15 Вт RMS может быть достигнута при нагруженном напряжении питания примерно 40 вольт, а среднеквадратичная мощность около 30 Вт может быть достигнута при использовании входа постоянного тока 60 В с динамиком с нагрузкой 8 Ом.
Несмотря на то, что по существующим спецификациям схема может не подходить для класса Super Hi-Fi, она может обеспечить поразительную степень общей производительности для модели такого рода прямолинейности (на самом деле она работает только с 4 транзисторы)!
Общие гармонические искажения обычно менее 0,1 % практически при всех выходных мощностях и частотах, хотя они могут несколько возрастать при высоких и низких выходных мощностях и высоких частотах (как и следовало ожидать).
Хотя для транзистора BC177, используемого для Tr1, указано максимальное номинальное напряжение между эмиттером и коллектором всего 45 В, он действительно защищен для работы с этим устройством в этой схеме при напряжении питания 50 В.
Использование пар транзисторов Дарлингтона
Два монолитных транзистора Дарлингтона TO-220 используются для создания аудиовыхода в схеме двухтактного усилителя мощностью 20 Вт, показанной выше.
При среднем гармоническом искажении < 0,2 % частотная характеристика в диапазоне от 30 Гц до 200 кГц остается ровной и составляет около +1 дБ. Для создания усиления по напряжению для запуска пар Дарлингтона используется второй транзистор 2N59.61, требуется.
Выходная мощность 20 Вт при нагрузке 8 Ом требует входного сигнала 1,2 В. Входное сопротивление источника 10 кОм.
Предустановка R3 используется для регулировки тока покоя усилителя.
Усилитель класса A, 20 Вт
Усилитель класса A, 20 Вт| Эллиот Саунд Продактс | Проект 10 |
© 1999, Rod Elliott — ESP
Обновлено 30 марта 2001 г.
Несимметричный усилитель класса A, по сути, представляет собой усилитель, в котором имеется только одно активное выходное устройство.
В некоторых эзотерических (некоторые могут сказать, своеобразных) конструкциях используются катушки индуктивности или трансформаторы 1:1, но они громоздки и очень дороги. Если они не выполнены в соответствии с высочайшими стандартами конструкции, они неизменно будут иметь негативное влияние на качество звука, поскольку потери зависят от частоты и нелинейны.
В этом усилителе используется базовая схема усилителя мощности 60 Вт (см. указатель), но она модифицирована для работы в классе А — должно быть довольно неплохо! Этот усилитель был собран несколькими читателями, и отзывы, которые я получил, были очень положительными.
С симуляцией все выглядит так, как и ожидалось, но, хотя мне еще предстоит его построить и тщательно протестировать, до сих пор ни у кого не было никаких проблем.
При использовании источников питания +/-20 В — либо обычных, регулируемых, либо с использованием емкостного умножителя, он должен фактически обеспечивать мощность около 22 Вт до ограничения, но ожидайте использования большого радиатора — как и все усилители класса А, этот усилитель будет сильно нагреваться. .
Ток покоя был уменьшен по сравнению с моими предыдущими попытками и моделированием с чуть более 3 А до 2,6 А, но он по-прежнему будет рассеивать почти 110 Вт на усилитель!
Есть несколько моментов, которые необходимо учитывать. В своей исходной статье я предложил подходящий приемник тока. Хотя это, безусловно, сработает, рассеивание на самом деле превышает максимум для устройств MJE2955 (которые больше не рекомендуются). Работая по 55 Вт каждый и учитывая, что они будут работать при повышенной температуре (вероятно, около 70 ° C), максимальная безопасная мощность составляет лишь немногим более 45 Вт, поэтому очевидно, что необходимо использовать два устройства.
Я настоятельно рекомендую вам использовать либо транзисторы ТО-3, либо большие (с высоким рассеиванием) устройства в пластиковом корпусе. Передача тепла от транзисторов к радиатору будет самой большой проблемой, с которой вы столкнетесь при использовании этого усилителя. Транзисторы TIP35/36 являются хорошей альтернативой. Показанная кривая снижения номинальных характеристик относится к транзисторам MJE3055/2955, но она аналогична для устройств TIP (но начинается с более высокого рассеивания (125 Вт).
Рис. 1. Снижение мощности для MJE2955 (только пример)
В качестве альтернативы можно использовать более крупные транзисторы (даже возвращаясь к стилю TO-3), но в долгосрочной перспективе использование двух параллельно включенных транзисторов по-прежнему является более дешевым вариантом и обеспечивает достаточный запас прочности для устройств TIP35/36.
Обратите внимание, что TIP2955 транзисторов тоже не рекомендуется. Используйте более надежные устройства TIP35/36 (A, B или C).
Модификации оригинального усилителя мощностью 60 Вт:
- Диоды смещения и резистор 47 Ом удалены
- Нижняя группа транзисторов удалена и заменена стоком тока.
- Напряжение источника питания снижено до +/-25 В максимум (рекомендуется +/-22 В)
- «Хвост» длиннохвостой пары был упрощен до простого резистора (что означает, что питание должно быть свободным от шума)
- Смещение постоянного тока можно установить с помощью подстроечного потенциометра — это уравновешивает LTP.
- Какой бы большой радиатор вы не планировали, используйте больший!
Рис. 2. Новый усилитель класса A мощностью 20 Вт
Показанный сток тока должен иметь очень высокую линейность, поскольку он основан на той же концепции, что и устройства выходного каскада. Резистор 0,25 Ом не должен вызвать особых затруднений (4 резистора 1 Ом 1 Вт, соединенных параллельно), но здесь могут потребоваться некоторые эксперименты, поскольку напряжение база-эмиттер BC549определяет ток.
Эта схема работает за счет использования BC549 для захвата любого избыточного тока базы из составной пары. Как только напряжение на резисторе 0,25 Ом превышает 0,65 В, транзистор включается и практически мгновенно достигает баланса.
Подстроечный потенциометр 1k в коллекторе первого транзистора LTP позволяет регулировать смещение постоянного тока. Номинальное значение составляет около 400 Ом, но изменение его позволяет вам установить смещение выходного постоянного тока в пределах нескольких мВ от нуля.
Определение оптимального тока
Идеальный рабочий ток для усилителя класса А должен составлять около 110% пикового тока динамика. Если акустическая система имеет номинальное сопротивление 8 Ом (расчетное сопротивление для данного усилителя), то при питании +/- 22 В максимальный (теоретический) ток динамика составляет …
I = V / R = 22 / 8 = 2,75 А
В моих первоначальных расчетах я выбрал ток покоя 2,6А — это действительно нормально, потому что приведенный выше расчет не учитывает потери в выходном каскаде.
Теперь это дает максимальное пиковое напряжение 19 В (2,375 А при 8 Ом). Применение коэффициента выдумки 110% дает рабочий ток 2,6125 А или 2,6 А достаточно близко. Если эти пики встречаются на практике, это дает выходную мощность 22,5 Вт на 8 Ом.
Обратите внимание, что ток в шине питания -ve остается постоянным, но ток в шине питания +ve будет отличаться от нормального установившегося тока (так же, как и в цепи питания -ve). При крайних значениях сигнала ток удваивается (верхние транзисторы включены) или падает почти до нуля для отрицательных пиков. Это характерно для однотактных усилителей класса А, хотя для большинства конструкций это не указано в тексте. Это может усложнить конструкцию блока питания.
Регулировка тока покоя
Если резистор измерения тока имеет большее значение, чем оптимальное (скажем, 0,33 Ом 5 Вт), вы можете использовать подстроечный резистор на резисторе, при этом движок направляется к базе BC549.
Это позволит более точно установить ток. Обратите внимание, что измерительный транзистор должен находиться вдали от источников тепла (таких как радиаторы и силовые резисторы), иначе ток будет падать по мере нагревания усилителя. Будьте очень осторожны, если вы используете подстроечный потенциометр, потому что, если очиститель заведен на линию питания -20 В, токоприемник попытается поглотить бесконечный ток — это может привести к повреждению (мягко говоря). Начните с движка на самом положительном конце (т. е. с коллекторов выходных устройств) и осторожно увеличивайте ток, пока не будет достигнуто желаемое значение. Использование многооборотного потенциометра настоятельно рекомендуется (фактически почти обязательно).
Рис. 3. Источник переменного тока
На рис. 3 показан предлагаемый способ сделать текущий приемник переменной. Постоянный резистор 1 кОм гарантирует, что даже если потенциометр разомкнется (что происходит, хотя и редко, ), каскад не будет пытаться поглотить бесконечный ток.
Не забудьте подождать, пока температура стабилизируется — это может занять 10 минут и более, в зависимости от размера радиатора. Радиаторы большего размера имеют большую тепловую массу и требуют больше времени для достижения конечной рабочей температуры.
Радиатор является важной частью конструкции класса А, и для этого усилителя радиатор с тепловым рейтингом менее 0,5°C/Ватт обязателен. При рассеянии около 110 Вт в состоянии покоя радиатор 0,5 ° C / Вт даст повышение температуры (выше температуры окружающей среды) на 55 ° C, поэтому для «британского стандарта» температуры окружающей среды 25 ° C транзисторы будут работать при 80 ° C. Это горячий . Если возможно, предпочтительнее тепловая мощность 0,25°C/Вт, что позволит снизить температуру до более умеренных 55°C или около того — это все еще жарко, но терпимо.
Я предлагаю всем, кто собирается заниматься сборкой, прочитать статью о радиаторах, чтобы лучше понять трудности, связанные с получением хорошей теплопередачи от транзистора к радиатору.
