7.4. Стереоусилитель на микросхемах

Стереофонические звуковоспроизводящие установки получили сейчас большое распространение. В литературе подробно осве­щается опыт их эксплуатации и варианты усовершенствований. Это тем более актуально, что появившиеся в последнее время мощные усилительные микросхемы, такие как А210К (5 Вт, про­изводство ГДР) и MDA 2020 (20 Вт, предприятие Tesla, ЧССР) [К174УН7Б, К174УН9Б (производство СССР). — Прим. ред.], позволяют собрать современный стереоусилитель с хорошими ха­рактеристиками.

Рис. 7.7. Принципиальная схема усилителя на микросхеме А210 (А205)

Каждый из усилителей описанной ниже стереофонической зву­ковоспроизводящей установки собран на микросхеме А210, тре­бующей бережного обращения при сборке. Так, ее нельзя кре­пить пайкой, перегибы не должны превышать 8°. Микросхема по­ставляется с небольшим радиатором, который можно закрепить на радиаторе большего размера.

Без дополнительного охлаждения микросхема с индексом D может отдавать мощность 1,3 Вт, что вполне достаточно для нор­мальных квартирных условий. Мощность микросхем с индексом К достигает 5 Вт. Достаточное охлаждение обеспечивается ра­диатором с пятью звездообраз­но расположенными ребрами.

Принципиальная схема уси­лителя, собранного на микро­схеме А210, представлена на рис. 7.7. При относительно вы­соком напряжении питания (нельзя превышать предельное напряжение 20 В) эта микросхе­ма может отдать мощность на выходе до 5 Вт. Входное напряжение при этом может быть менее 100 мВ при относительно высокоомном входе. Поэтому достаточ­но одного небольшого конденсатора связи, например, емкостью 0,1 мкФ. Установка электролитического конденсатора нежела­тельна, учитывая помехи от его тока утечки.

В усилителе НЧ по схеме на рис. 7.7 используется интегральная микросхема, не имеющая аналога среди советских микросхем. Ее можно заменить на К174УН7 с соответствующими изменениями в схеме. Динамическая головка может быть 6ГД-2 или 4ГД-35, 4ГД-36 с сопротивлением обмотки 4 Ом.

Следует отметить одну из особенностей этого усилителя — он имеет тепловую защиту. Если, например, попытаться еще бо­лее повысить выходную мощность, увеличивая напряжение на входе, то произойдет обратное — мощность уменьшится. Благо­даря этому усилитель в определенных пределах (не до замы­кания выхода накоротко) защищен от перегрузки. Нагрев усили­теля можно не предотвращать: ток и напряжение, особенно вы­ходных транзисторов, всегда изменяются в широких пределах. Их произведение — мощность — остается в разумном соотношении к мощности, воспроизводимой громкоговорителем. КПД, возра­стая с раскачкой, достигает примерно 70 %. В общем случае с блоком питания соответствующей мощности можно получить максимальную выходную мощность 3X6 Вт. Но иногда этого мало.

Самым важным является вопрос, каким образом можно без­опасно получить требуемую мощность.

Для громкоговорителя, установленного в обычном деревянном ящике, в условиях совре­менной квартиры в большинстве случаев достаточно мощности даже меньше 2 Вт (это не относится к высококачественным зву­ковоспроизводящим установкам с их особенностями). Следова­тельно, здесь достаточно звонкового трансформатора, обеспечи­вающего ток 1 А. Диаграммы, построенные для микросхем А210 и R210D(K), позволяют сделать вывод о том, что максимально допустимое напряжение для схем серии R составляет 15 В. При этом напряжении для громкоговорителя с внутренним сопротивле­нием 8 Ом выходная мощность может составить примерно 2,5 Вт, а при внутреннем сопротивлении 4 Ом — 4,5 Вт, если коэффициент нелинейных искажений будет ниже 2%. Ток в этих случаях равен 300 мА (при 8 Ом) и более 500 мА (при 4 Ом). Мик­росхему необходимо охлаждать, так как в ином случае она отда­ет меньшую мощность, например при 25 °С — лишь 1,3 Вт.

Рис. 7.8. Простой блок питания для усилителя по рис. 7.7

Если микросхему серии К, выпускаемую с дополнительным радиатором, достать нельзя, то можно осторожно (не прикла­дывая усилия к самой микросхеме) в охлаждающем ребре просверлить отверстия диаметром 2,2 мм на расстоянии около 2 мм от края. Затем к этому ребру — через слой силиконовой смазки — крепятся две охлаждающие пластины из алюминия, меди или латуни толщиной не менее 1 мм, края которых (осторожно, не изгибая микросхему и не допуская электрического контакта с другими точками) следует отогнуть вверх. Такой радиатор позво­ляет увеличить выходную мощность микросхемы примерно вдвое. Знание этой мощности позволяет сразу же определить, как ха­рактеристики имеющегося громкоговорителя влияют на выходную звуковую мощность и мощность потерь. Так, источник напряжения должен обеспечивать ток 2X500 мА при напряжении 15 В, если при 4-омном громкоговорителе требуется получить мощность 4,5 Вт. Если же достаточна мощность 2 Вт (что практически означает меньшую раскачку выходного каскада), то напряжение может быть снижено до 9 В при токе около 350 мА и внутреннем сопротив­лении громкоговорителя 4 Ом или до 12 В при токе около 270 мА и внутреннем сопротивлении 8 Ом, причем микросхема преоб­разует в тепло мощность лишь 1,5 Вт.

Таким образом, есть все данные для расчета источника питания.

Рис. 7.9. Схема простейшей стерео­фонической звуковоспроизводящей уста­новки, в которой использованы два уси­лителя по рис. 7.7

Принципиальная схема блока питания, рассчитанная с учетом сказанного выше, показана на рис. 7.8. Выход f предназначен для питания предварительного усилителя, на рис. 7.10, выходы 2…3 — для питания идентичных выходных усилителей по рис. 7.7. Конденсаторы фильтра емкостью по 2200 мкФ обеспечивают до­статочно хорошее сглаживание выходного напряжения. Вместе с резистором (проволочным, мощностью около 2 Вт) и кон­денсатором 1000 мкФ в схеме усилителя они достаточно эф­фективно подавляют фон сети. Выбор сопротивления резисто­ров (4,7…10 Ом) определяет­ся компромиссом: чем они больше, тем меньше фон, но меньше и выходная мощ­ность. Правда, при этом «му­зыкальная мощность» с ее пиками, энергия которых мала, всегда ниже мощности при рас­качке усилителя синусоидальным сигналом.

Рис. 7.10. Предварительный УНЧ, компенсирующий подавление сигнала, вносимое регулятором тембра по рис. 7.1 f

Эта простая схема может быть собрана без печатного монтажа. Ее особенностью являются конденсаторы, включенные в цель вто­ричной обмотки и предназначенные для улучшения баланса мощ­ностей. Такая мера необычна и объясняется здесь лишь типом выбранного трансформатора; ее можно рекомендовать только подготовленным любителям, так как конденсаторы предваритель­но должны быть проверены на нагрев.

Рис. 7.11. Регулятор тембра для усилителя по рис. 7.7. Потенциометры В, Т, Н имеют сопротивление 10 кОм, потенциометр L — 100 кОм (1 МОм)

Схема включения усилителей, образующих стереофоническую звуковоспроизводящую установку, представлена на рис. 7.9 (на этом рисунке показана только клеммная колодка для подключения магнитофона, проигрывателя или радиоприемника).

Регулировку отдельных входов производят следующим образом. Сначала регу­ляторы громкостей L ставят примерно на четверть их полного угла поворота, подстроечные потенциометры Т — на максимум. Затем медленно вращают оси регуляторов L. Если появляются уже слышимые перерегулирования, то потенциометры Т должны быть заменены потенциометрами большего сопротивления. После этого повторяют проверку, подбирая эти потенциометры по наи­лучшему звучанию усилителей. Балансный потенциометр В позво­ляет изменять распределение сигналов между усилителями. Пятиполюсную фишку для подключения этого усилителя можно установить на фольгированном материале, соединив вывод массы с фольгой. Провода (обязательно экранированные) к усилителю и потенциометрам Должны быть минимально возможной длины. До сих пор полоса воспроизводимых частот определялась самими усилителями. Это ограничение может быть устранено подключением к ним схем регулировки, представленных на рис.

7.10 и 7.11.

Большое усиление приводит к тому, что вход устройства при­нимает и демодулирует сигналы радиовещательных станций, а также фона сети. Для предотвращения этого явления при сборке схемы на печатной плате нельзя допускать касания схемных эле­ментов с фольгой. Усилители следует разместить в корпусе из фольгированного материала, причем фольгу необходимо пайкой электрически соединить с массой схемы.

Для регулировки тембра была выбрана схема по рис. 7.11 в комбинации с предварительным усилителем, показанным на рис. 7.10 (три постоянных резистора в схеме регулирования уста­навливаются на печатной плате, конденсаторы припаиваются к потенциометрам). Оба транзистора предварительного усилителя создают высокоомный вход, мало нагружающий источник сигнала и даже компенсирующий высокие напряжения на входе. Кроме того, предварительный усилитель компенсирует потери амплитуды сигнала, обусловленные прохождением его через регулятор темб­ра. Балансный потенциометр В также спаренный, благодаря чему обе его части могут быть включены навстречу друг другу, причем каждый из его выводов подключается к соответствующему пред­варительному усилителю. Нормальное положение этого потен­циометра — среднее. Изменяя положения потенциометров, можно значительно поднимать или опускать высокие и низкие частоты, воспроизводимые установкой.

Стереоусилитель на микросхеме TDA1554 — Radio это просто

06.03.2021 от Foxiss

 

Стереоусилитель на микросхеме TDA1554 в некоторых случаях иногда бывает нужен усилитель мощностью на несколько ватт. Схема, приводимая в статье, не претендует на уникальность для питания можно использовать подходящий сетевой адаптер соответствующей мощности. Принципиальная стереоусилитель на микросхеме TDA1554 представлена на рисунке.

Основные технические характеристики

Двухканальный усилитель мощности выполнен на микросхеме TDA1554Q (TDA1555Q). Для корректной работы усилителя требуется минимальное количество элементов, что делает этот проект достаточно простым. На рисунке выше показана схема с применением микросхемы TDA1554Q (TDA1555Q), включённой по мостовой схеме, благодаря которой можно достичь значительной мощности при низком напряжении питания.

 

Микросхема имеет встроенную защиту от короткого замыкания, тепловую защиту, а также схему задержки включения с элементами R1, C4, подключенными к ножке 14. Постоянная времени R1, C4 определяет время задержки включения усилителя после подачи напряжения питания. Сразу после включения напряжения питания конденсатор С4 разряжается, и напряжение на выводе 14 равно нулю. Этот конденсатор будет постепенно заряжаться через резистор R1. Пока напряжение на ножке 14 не находится в пределах 0 … 2 В, усилитель полностью выключен, это называется условием STANDBY.

В диапазоне напряжений от 2 до 5В интегральная микросхема готова, но она находится в режиме MUTE. Только при более высоких напряжениях микросхема ведет себя как обычный усилитель. Это задержка при включении очень полезна, поскольку она не позволяет громкоговорителю производить какие-либо щелчки или другой «мусор», источником которого являются так называемые переходные процессы предварительного усилителя.

При напряжении питания 14,4В и нагрузке 2×4 ом вы можете получить выходную мощность порядка 2×22 Вт, но уже будут присутствовать значительные искажения. Потребляемая мощность более 5А. Для других условий применения, кроме автомобилей, обычно используется нагрузка 8 ом. При такой нагрузке выходная мощность будет примерно на 40% меньше, но потери мощности (нагрев) также будут меньше, и достаточно использовать небольшой радиатор, выполненный из куска листового металла.

Если напряжение питания выше, чем напряжение 12В, помните о внутренней цепи защиты, которая отключает усилитель, когда напряжение питания превышает 18В. Ожидается, что при использовании нестабилизированного источника питания выходная мощность при нагрузке 2×8 ом будет порядка 2×10 … 15вт в зависимости от параметров используемого источника питания. Внешний вид печатной платы стереоусилитель на микросхеме TDA1554 показан на рисунке.

Монтаж усилителя не составит труда. Блок питания (6 … 18В) должен быть подключен к точкам O1 — минус, P-плюс. Точка O будет использоваться для подключения общего провода, взаимодействующего с предварительным усилителем — это будет входная масса. Входами двух каналов усилителя являются точки, обозначенные A и B. Два динамика должны быть подключены к точкам C, D и E, F. Динамики будут работать в фазе, если их положительные выводы, то есть контакты, отмеченные плюсом, будут подключены к точкам C и E. Для максимальной выходной мощности усилитель должен быть оснащен достаточно хорошим радиатором. Для большего удобства подключения усилитель может быть оснащен винтовыми разъемами для подключения проводов. Всем спасибо, еще раз повторюсь это простая микросхема и заоблачными характеристиками не обладает все стандартно.

Рубрики Разное

© 2023 Radio это просто • Создано с помощью GeneratePress

Миниатюрный цифровой чип обеспечивает звуковую мощность до 20 Вт

Электроника

Посмотреть 4 изображения

Посмотреть галерею — 4 изображения

Новый цифровой аудиочип STA333IS и усилитель мощности от STMicroelectronics (STM) предлагают быстрое и простое решение для преобразования цифрового звука в 10-ваттный стереофонический звук для чего угодно, от бум-бокса до аудиосистемы на заднем дворе. Не поймите неправильно, в настоящее время они продаются у дистрибьюторов примерно по одному доллару США за штуку. Проблема буквально в том, чтобы найти фишки. Приблизительно одна восьмая объема рисового зерна и весит всего несколько миллиграммов, бросьте одно на ковер, и оно исчезнет навсегда.

Лучшая в отрасли плотность выходной мощности около 7 Вт/кубический миллиметр делает STA333IS самой маленькой цифровой аудиосистемой в своем классе. Он может принимать любой возможный формат последовательного цифрового аудиовхода, включая стандарт I2S. При ограничении до 1-2 Вт на канал система, возможно, относится к аудиофильскому классу, с общим гармоническим искажением (THD) около 0,05 процента, динамическим диапазоном 100 дБ и перекрестными помехами между каналами, уменьшенными на 80 дБ. К сожалению, при выходной мощности десять ватт на канал показатель THD составляет полные десять процентов.

Аудиосигнал обрабатывается в цифровом виде, в основном в зависимости от запатентованного STM полностью гибкого усиления (FFX) для цифровой обработки звука. Предусмотрено два канала обработки FFX, по одному на каждый стереоканал. Помимо обычных статических и динамических регулировок громкости, баланса и спектра, обработка также может регулировать сигнал, чтобы противодействовать, например, нелинейному отклику и/или искаженному выходному сигналу, возникающему из-за конструкции динамика. Тот же принцип позволил STM включить расширенные режимы для уменьшения радиопомех AM.

После того, как цифровой аудиосигнал полностью обработан, его необходимо преобразовать в аналоговый аудиосигнал, достаточно мощный, чтобы привести в действие набор высококачественных динамиков. Это преобразование осуществляется с помощью методов широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В результате «аудиоусилитель», который также выполняет цифро-аналоговое преобразование, представляет собой просто набор переключателей MOSFET, выход которых управляется цифровым аудиосигналом. Это не только приводит к простой схеме, но также позволяет STA333IS работать со скоростью более 90 процентов эффективности.

Оценочная плата на основе микросхемы STA333IS, показывающая, как мало дополнительных компонентов требуется для создания работающего усилителя (Фото: STMicrosystems)

Схема оценочной платы, показанная выше (Изображение: STMicrosystems)

Небольшая часть функций, предоставляемых STA333IS, является ужасно новой. Новым является возможность интегрировать эту функциональность в один крошечный чип. Всего 14 небольших компонентов и источник питания необходимо добавить к 333IS, чтобы реализовать эту функциональность на цифровом аудиосигнале — удивительно малое количество. В то время как другие производители также движутся в этом направлении, внедрение STA333IS дает STM тактическое преимущество на динамично развивающемся рынке.

Источник: STMicroelectronics

Посмотреть галерею — 4 изображения

Qualcomm добавляет еще один чип в Smart Audio Amplifier Space

Каждое поколение аудиоусилителей предназначено для того, чтобы воспроизводить более громкие и четкие звуки. Они также потребляют меньше энергии и лучше защищают от сбоев из-за высоких температур или механических неисправностей. Но по мере того, как пространство для аудиосистем внутри динамиков, смартфонов и других устройств сокращается, компании, начиная от Qualcomm и заканчивая Texas Instruments, начали подключать обработку сигналов непосредственно к интегральным схемам усилителей.

Аудиоусилители предназначены для усиления аудиосигнала при сохранении его детализации. Сегодня в области аудиоусилителей преобладают цифровые устройства, которые объединяют ряд дискретных компонентов, которые обычно окружают линейные и другие аналоговые усилители. Многие производители аналоговых микросхем также начали добавлять DSP и другие микросхемы для настройки характеристик усилителя на основе обратной связи от физического динамика и сохраненной модели характеристик динамика.

В прошлом месяце Qualcomm анонсировала свой новейший интеллектуальный аудиоусилитель, основанный на цифровой технологии DDFA, предназначенный для стереодинамиков внутри саундбаров и других продуктов. Qualcomm, крупнейший поставщик чипов для смартфонов, заявил, что CSRA6640 обеспечивает более чистый и громкий звук, чем линейные и аналоговые усилители. Он объединяет DSP и усилитель класса D, который обеспечивает мощность до 20 Вт на канал. Чип также может соединить выходные драйверы для создания одного усилителя мощностью 40 Вт.

Компания из Сан-Диего, штат Калифорния, заявила, что в микросхему интегрирован выходной компонент, который подает звук на динамик, что помогает клиентам сократить затраты на разработку. Чип реагирует на изменения выходного сигнала динамика для защиты от сбоев, сохраняя звук с низким уровнем шума, низким уровнем искажений и высоким динамическим диапазоном. Микросхема усилителя также соответствует характеристикам последнего поколения CSRA6620, для которого требуется отдельный выходной драйвер.

«Это решение открывает двери для OEM-производителей, чтобы помочь им реализовать более энергоэффективные возможности усиления в более компактных и экономичных устройствах», — сказал Роб Сондерс, менеджер по маркетингу продуктов в Qualcomm. Усилитель класса D внутри рассеивает меньше тепла, потребляет меньше энергии и меньше, чем линейные усилители класса A, класса B и класса AB, которые обеспечивают непрерывный выходной ток. Устройства класса D работают за счет быстрого переключения между шинами питания.

Усилители класса D предназначены для сохранения цифровых аудиосигналов от входа до выхода, сохраняя целостность сигнала и обеспечивая более высокую эффективность, чем устройства классов A, AB и B. Эти аудиоусилители могут достигать энергоэффективности более 90% за счет отказа от использования устройств с линейным усилением и других аналоговых компонентов, которые увеличивают рассеиваемую мощность линейных усилителей. Тем не менее усилитель класса D не лишен недостатков.

Устройства класса D более чувствительны к электромагнитным помехам, которые могут снизить качество звука по сравнению с линейными усилителями. В результате Qualcomm и другие поставщики начали продавать интеллектуальные аудиоусилители, которые объединяют DSP и устройства класса D для улучшения звука и предотвращения перегрева. Они также направлены на то, чтобы усилитель не подавал слишком большую мощность на драйвер физического динамика, что может привести к тепловым сбоям.

Cirrus Logic, один из крупнейших поставщиков аудиоусилителей для смартфонов, также начал интегрировать DSP в свои устройства класса D. В прошлом году компания представила свой первый 55-нанометровый интеллектуальный аудиоусилитель. Эта часть не только меньше, но и обеспечивает более чистый и громкий звук, чем чипы последнего поколения. В прошлом месяце Cirrus Logic начала продавать свой последний усиленный аудиоусилитель CS35L41, который, по ее словам, на 50% меньше, чем конкурирующие микросхемы.

Последний чип Cirrus Logic использует усовершенствованную систему управления питанием и усовершенствованные алгоритмы для адаптации к изменяющимся условиям звука, динамиков и батареи в смартфонах и других портативных устройствах. Система служит для ограничения энергопотребления без снижения качества звука. Компания Cirrus Logic из Остина, штат Техас, пытается усовершенствовать свою линейку аудиоусилителей, чтобы расширить клиентскую базу и уменьшить свою хрупкую зависимость от Apple.

«Все больше и больше потребителей обращаются к своим смартфонам в качестве основного устройства для потоковой передачи видео, игр и прослушивания музыки, в том числе с использованием громкой связи или режима громкой связи», — сказал Карл Альберти, вице-президент компании по продуктам со смешанным сигналом, в своем заявлении. . Cirrus Logic видит рост продаж аудиоусилителей по мере увеличения спроса на стереозвук в смартфонах высокого класса и мобильных устройствах среднего уровня, которые продаются по цене от 200 до 500 долларов.

Поставки аудиоустройств и количество аудиоканалов на устройство продолжали расти в течение последнего десятилетия. По данным исследователя рынка SAR Insight, поставки микросхем аудиоусилителей в четвертом квартале 2018 года в три раза превышали общий объем поставок в четвертом квартале 2010 года. Питер Куни, главный аналитик SAR, оценивает, что к 2022 году в смартфонах среднего уровня будет использоваться 700 миллионов таких усилителей по сравнению с примерно 500 миллионами в 2017 году9. 0003

Компания Texas Instruments, крупнейший поставщик аналоговых полупроводников, в прошлом году представила линейку интеллектуальных аудиоусилителей для использования в устройствах с голосовым управлением. Все усилители класса D в настоящее время поставляются большими партиями. Первый продукт, TAS2770, повышает громкость и четкость звука при потреблении 15 Вт. По словам Texas Instruments, микросхема усилителя отслеживает выходной сигнал физического динамика и использует свои уникальные алгоритмы обработки звука для обеспечения более насыщенного звука.

Микросхема сочетает в себе вход для цифрового микрофона с усилителем измерения тока для захвата акустической информации об окружающей среде, которую можно использовать для подавления эха. Это позволяет клиентам добавлять возможности голосовых команд без изменения конструкции аудиосистемы. Чип также предназначен для защиты от ограничения, которое происходит, когда усилитель пытается обеспечить более высокое, чем возможное, выходное напряжение или ток.