⚡️Мостовой усилитель на к174ун7 | radiochipi.ru
На чтение 5 мин Опубликовано Обновлено
Популярная в 70-80-х годах прошлого столетия ИМС К174УН7 является одноканальным УМЗЧ с однополярным питанием и максимальной выходной мощностью 4,5 Вт [1, 2]. Эта микросхема была распространена в трактах УЗЧ отечественных полупроводниковых телевизоров, в переносной и стационарной звуковоспроизводящей аппаратуре, а также в качестве генератора пилообразного напряжения в узлах кадровой развертки черно-белых телевизоров.
К настоящему времени эта микросхема по многим параметрам устарела, и радиолюбители используют ее весьма редко. В популярной литературе уже рассказывалось о различных вариантах применения микросхемы К174УН7. Например, на этой ИМС можно создавать преобразователи напряжения, генераторы звуковой частоты, стабилизаторы постоянного напряжения [3] и другие устройства.
Между тем, если использовать две микросхемы К174УН7 (аналог TBA810S), то можно построить несложный мостовой усилитель мощности звуковой частоты, что позволит получить большую выходную мощность на той же нагрузке и при одинаковом напряжении питания. При сборке этого усилителя для чистоты эксперимента использовались исключительно отечественные компоненты, извлеченные из старой аппаратуры.
Эксперимент увенчался полным успехом: на создание конструкции не было затрачено ни одной копейки. Русский вызов всемирному финансовому кризису! Входной сигнал звуковой частоты через регулятор громкости R1, разделительный конденсатор С1 и резистор R2 поступает на базу транзистора VT1. С выводов эмиттера и коллектора этого транзистора снимаются сигналы звуковой частоты, сдвинутые по фазе на 180° относительно друг друга.
Такой способ получения противофазных сигналов более выгоден, чем получение противофазного сигнала из выходного напряжения одного плеча мостового УМЗЧ. Коэффициент передачи по напряжению каскада на VT1 — около 1. Через разделительные конденсаторы С4, С5 противофазные сигналы поступают на входы микросхем УМЗЧ DA1 и DA2. Коэффициент усиления по напряжению каждой микросхемы зависит от сопротивления резистора, подключенного к выводу 8.
Чем больше сопротивление R10 и R11 (должны быть одинаковы), тем меньше усиление микросхем. В этом УМЗЧ усиление ИМС снижено примерно втрое по сравнению с типовой схемой включения. что положительно сказывается на уменьшении вносимых усилителем искажений.
Сигнал с выходов ИМС поступает на динамическую головку через цепочку разделительных конденсаторов С21 …С23. Эти конденсаторы необходимы из-за того, что постоянное напряжение на выводах 16 микросхем DA1 и DA2 может быть не одинаковым. В моем варианте разность напряжений составила 50 мВ. При такой постоянной составляющей подключать динамическую головку к выходу УМЗЧ напрямую нежелательно, поэтому и использованы разделительные конденсаторы.
Диоды VD2, VD3 защищают конденсаторы С21, С22 от обратного напряжения, что значительно увеличивает срок службы аналога неполярного конденсатора.
Цепочка R7-C3 — фильтр питания фазоинвертирующего каскада.Устройство собрано на плате размерами 125×70 мм навесным способом. При сборке усилителя следует уделить особое внимание разводке силовых и сигнальных цепей. Выводы микросхем 1, 11, 14, и соответствующие выводы элементов С12, С13, С17, С24 должны быть припаяны отдельными проводниками к соответствующим выводам конденсатора С6.
Конденсаторы С8, С11 припаивают со стороны соединений непосредственно к выводам питания микросхем. Выводы 11 и 14 микросхемы DA1 соединяются максимально короткими проводниками с аналогичными выводами DA2. Микросхемы К174УН7 устанавливают на теплоотводы из дюралюминия. Желательно, чтобы температура корпуса ИМС при работе усилителя на максимальной мощности не превышала 60°С.
При большей температуре надежность этих ИМС резко падает. Можно использовать один общий теплоотвод для обеих ИМС. В схеме использованы микросхемы К174УН7, в которых выводы 4..6 и 12… 14 отсутствуют. Если вместо К174УН7 применить микросхему К174УН9А (Б) выпуска до 1989 года, то максимальное напряжение питания усилителя можно увеличить до 18 В. Выходная мощность УМЗЧ с такими ИМС будет больше, а искажения меньше.
Более поздние микросхемы К174УН9 имеют другую схему включения, аналогичную К174УН14 (TDA2003). Вместо транзистора КТ3102В можно применить любой из серий КТ3102, КТ645, КТ6111, SS9014. Диоды КД208А можно заменить любыми из серий КД208, КД243. КД247, КД257, 1 N4001… 1 N4007. Вместо оксидных конденсаторов К50-35 можно использовать аналогичные импортные, обычно имеющие меньшие габариты.
Конденсатор С23 — неполярный, К50-16, К50-51 или подходящий пленочный из серии К73. Конденсаторы С2, С8, С11 — керамические К10-7, К10-17, КМ-5. Остальные неполярные — К73-9, К73- 17, К73-24.
Постоянные резисторы можно использовать малогабаритные, любого типа. Мощность резисторов R14, R15 должна быть не менее 0,5 Вт. Для проверки работоспособности изготовленного усилителя используют осциллограф и генератор звуковых сигналов. При подключенной реальной нагрузке без входного сигнала убеждаются в отсутствии возбуждения на ВЧ обеих микросхем.
Косвенным признаком наличия высокочастотного возбуждения служит нагрев микросхем при отсутствии сигнала. Далее на вход усилителя подают синусоидальный сигнал. На выходе каждой ИМС должна быть чистая, неразмазанная синусоида. Проверку производят, изменяя напряжение питания (от 5 до 15 В) и входной сигнал от минимального до максимального (близкого к ограничению выходного сигнала).
Косвенным признаком неудачной разводки цепей питания могут быть высокочастотные всплески напряжения амплитудой до 2…4 В на конденсаторе С6. При нормальной работе усилителя от стабилизированного блока питания пульсации напряжения на С6 не превышают 100…200 мВ, паразитные выбросы отсутствуют. При напряжении питания 12 В амплитуда неискаженного синусоидального сигнала на выходе усилителя достигает 21 …22 В.
Ток покоя усилителя при напряжении питания 12В — около 25 мА. К выходу усилителя можно подключать акустическую систему или динамическую головку сопротивлением не менее 4 Ом (при напряжении питания до 10 В). При большем напряжении питания нагрузку лучше взять сопротивлением не менее 8 Ом.
При испытаниях мостовой усилитель показал весьма хорошее качество звучания. Его с успехом можно использовать в квартирных звонках, устройствах сигнализации и голосовой связи, а также для усовершенствования старой звуковоспроизводящей аппаратуры и даже при разработке новой. Мостовые усилители можно собирать и на других микросхемах серии К174.
Усилитель нч на микросхеме к174ун4
На рис. 39, а представлена схема усилителя
НЧ всего на одной интегральной
микросхеме К174УН4А или К174УН4Б.
Чертеж печатной платы усилителя показан на рис. 39, б. Налаживание сводится к подборке резистора R1 в цепи обратной связи, как и в предыдущем усилителе. Этот усилитель хорошо работает при снижении напряжения питания до 6 В. Для улучшения работы усилителя с разряженной батареей питания рекомендуется увеличить емкость конденсатора СЗ до 500 мкФ.
На рис. 40, а
Рис. 39
Как видно из схемы, данный усилитель
содержит значительно больше навесных
деталей, чем предыдущий, что связано с
необходимостью коррекции режима работы
усилителя с этой микросхемой. Повышение
выходной мощности до 1 Вт требует более
точной установки режима оконечных
транзисторов усилителя по постоянному
току. Этого добиваются подборкой
резистора R4. Правильный
режим соответствует значению
постоянного напряжения на выводе
Резистор R5 можно сделать самостоятельно из высокоомной проволоки. Тембр звучания можно несколько изменить подборкой конденсатора С4. Для улучшения качества работы усилителя желательно установить конденсатор К50-6 емкостью 500 или 1000 мкФ на напряжение 15 В, шунтирующий батарею питания по переменному току. Этот конденсатор позволит продлить срок службы батарей, снизить искажения сигнала при работе с большой громкостью.
Чертеж печатной монтажной платы усилителя
изображен на рис. 40, б. Качество
работы любого усилителя НЧ зависит не
только or него самого, но
и от источника сигнала, и от громкоговорителя.
Громкоговорителем принято называть
узел, состоящий из динамической головки
прямого излучения и ее акустического
оформления, под которым понимается
футляр (ящик) со всеми дополнительными
деталями и узлами.
Рис. 40
Разумеется, пользование громкоговорящим приемником гораздо удобнее, чем приемником с головными телефонами. Добавление к простым приемникам, описанным в первой части книги, усилителя НЧ и динамической головки позволит получить полноценный громкоговорящий радиоприемный аппарат. Наша промышленность выпускает большое число типов динамических головок с номинальной мощностью от сотых долей ватта до десятков ватт. Для карманных и переносных радиоприемников, которыми увлекаются начинающие радиолюбители, подойдут головки с номинальной мощностью до 2 Вт. В табл. 10 указаны характеристики динамических головок мощностью от 0,025 до 2 Вт.
Что же нужно знать при выборе или замене
динамической головки? В первую очередь
необходимо, чтобы номинальная мощность
головки была по крайней мере больше
номинальной выходной мощности усилителя
НЧ. Установлено, что использование
головки мощностью большей, чем минимально
необходимая, способствует снижению
искажений звука. Другим важным фактором
является tсопротивление
головки постоянному току — напомним,
что каждый усилитель НЧ рассчитан
на работу с определенным сопротивлением
нагрузки.
Нужно учитывать также среднее давление, развиваемое головкой при подведении к ней мощности 100 мВт. Чем выше среднее давление головки, тем громче будет звучать приемник, причем громкость увеличивается прямо пропорционально квадрату стандартного среднего давления. И, наконец, следует учитывать размеры и массу головки. Если приемник переносной, то можно использовать головки с номинальной мощностью до 1…2 Вт. Но для карманных приемников возможности выбора намного уже.
Укрощение усилителя на микросхеме LM3886: выходная мощность — нейрохром
Как вы, наверное, заметили, статьи в моей базе знаний не содержат рекламы. Вместо того, чтобы отвлекать вас назойливой рекламой, прошу вашего пожертвования. Если вы считаете содержимое этой страницы полезным, рассмотрите возможность сделать пожертвование, нажав кнопку «Пожертвовать» ниже.
Выходная мощность
Пожалуй, наиболее часто задаваемый вопрос об усилителе на микросхеме LM3886: «Какую мощность я могу получить от LM3886?» Моя цель в этом разделе — ответить на этот вопрос, а также дать некоторое представление об ограничениях, налагаемых LM3886, и о том, как эти ограничения влияют на выходную мощность.
Схема раздела
- Краткий ответ
- Быстрая оценка
- Развернутый ответ
- Параллельный, мостовой или оба
- Значение для линейки продуктов Modulus
Краткий ответ
| Топология | Количество LM3886es | Рекомендуемое напряжение питания | Выходная мощность | |
|---|---|---|---|---|
| 8 Ом | 4 Ом | |||
| Одноместный | 1 | ±28 В | 38 Вт | 68 Вт |
| Параллельный | 2 | ±35 В | 60 Вт | 100 Вт |
| Мост (BTL) | 2 | Не рекомендуется. | ||
| Параллельный мост (BPA) | 4 | ±28 В | 150 Вт | 270 Вт |
| Параллельный мост (BPA) | 6 | ±35 В | 200 Вт | 400 Вт |
| В рекомендациях предполагается, что усилитель должен выдерживать нагрузку динамика 4 Ом. | ||||
Быстрая оценка
Мощность, рассеиваемая на резисторе при синусоидальном напряжении, может быть рассчитана по среднеквадратичному значению приложенного напряжения: используйте пиковое напряжение, и в этом случае рассеиваемая мощность может быть рассчитана как:
Это уравнение позволяет оценить выходную мощность любого усилителя, если известно его напряжение питания. Предполагая отсутствие падения напряжения на выходных устройствах усилителя и симметричный источник питания (т. е. ± В CC ), пиковое выходное напряжение становится напряжением питания, а выходная мощность может быть оценена как:
Для немного более высокой точности в оценку предлагаю включить напряжение насыщения коллектор-эмиттер выходного каскада (обозначенное в техпаспорте LM3886 напряжение отсечения):
Напряжение ограничения указано на рисунках 14 и 15 в техпаспорте LM3886; воспроизведено ниже.
Обратите внимание, что напряжение ограничения изменяется в зависимости от напряжения питания. Также обратите внимание, что напряжение ограничения, скорее всего, измеряется при постоянном токе, поэтому любой расчет выходной мощности с использованием этого параметра предполагает, что LM3886 чисто воспроизводит синусоидальную волну вплоть до напряжения ограничения постоянного тока. Таким образом, оценки мощности здесь несколько оптимистичны. Например, при использовании источника питания ± 28 В и нагрузке 8 Ом напряжение ограничения LM3886 составляет 2,6 В, как показано ниже.
Таким образом, он должен обеспечивать выходную мощность
или немного выше, чем 38 Вт (КНИ < 0,1 %), указанные в техническом паспорте.
Подробный ответ
Выходная мощность LM3886 ограничена тремя параметрами: максимальное напряжение питания, максимальный выходной ток и мощность, рассеиваемая в самом LM3886.
Как показано в таблице характеристик в техническом паспорте, максимальный выходной ток, который гарантированно может обеспечить LM3886, составляет 7 А (пик).
Следуя закону Ома, это означает, что пиковое выходное напряжение, которое LM3886 может выдать на нагрузку 4 Ом, составляет
В результате максимальное рекомендуемое напряжение питания с нагрузкой 4 Ом составляет ±28 В, что дает мощность 68 Вт. выходная мощность ниже 0,1 % THD.
Помимо ограничения выходного тока, мощность, рассеиваемая в самом LM3886, накладывает еще одно ограничение на напряжение питания. Мощность, рассеиваемая в LM3886, в зависимости от напряжения питания и выходной мощности показана на рисунке ниже.
В примечаниях по применению BPA200 (примечания по применению TI AN-1192) рекомендуется проектировать для максимальной рассеиваемой мощности 40 Вт, обозначенной красной линией на графике. Как видно на рисунке выше, это ограничивает напряжение питания до ±28 В (точнее, ±27,6 В), поэтому я рекомендую максимальное напряжение питания ±28 В при использовании нагрузки 4 Ом. Для тех, кто интересуется, как появился этот график и как рассчитать мощность, рассеиваемую в выходном каскаде класса AB, см. раздел «Тепловой расчет».
Следуя той же математике, напряжение питания с нагрузкой 8 Ом должно составлять ±56 В, но, как показано ниже, это превышает максимальное напряжение питания, разрешенное LM3886.
Таким образом, при нагрузке 8 Ом напряжение питания может на первый взгляд быть максимальным, указанным ±42 В. При таком подходе есть две проблемы: во-первых, работа ИС при указанном абсолютном максимальном напряжении питания не оставляет запаса для изменения напряжения питания, что может привести к необратимому повреждению ИС. Во-вторых, работа LM3886 при таком высоком напряжении питания рассеивает более 40 Вт в самом LM3886, как показано ниже.
Как упоминалось ранее, TI рекомендует максимальное рассеивание мощности в LM3886 на уровне 40 Вт. Эта рекомендация поддерживается ограничением импульсной мощности LM3886, как показано на графике ниже.
Обратите внимание, что предельная мощность импульса резко уменьшается при повышении напряжения. Таким образом, чтобы оставаться в пределах выходных устройств LM3886, напряжение питания должно быть ограничено от ± 35 до ± 36 В даже при нагрузке 8 Ом. При напряжении питания ±35 В LM3886 обеспечивает 60 Вт на 8 Ом (THD < 0,1 %).
Параллельно, мост или и то, и другое?
Для тех, кому нужна более высокая выходная мощность, чем 38 Вт (8 Ом) и 68 Вт (4 Ом), которую может обеспечить LM3886, часто рассмотрите возможность подключения нескольких LM3886 параллельно, мостом (BTL) или комбинацией моста и параллельно. Из них параллельный вариант обеспечивает наиболее надежную работу.
P Араллель
Когда два усилителя подключены параллельно, они делят ток нагрузки. Другими словами, каждая половина усилителя «видит» удвоенное сопротивление нагрузки. Это означает, что два LM3886, подключенных параллельно к нагрузке 4 Ом, следуют «математике 8 Ом» выше. Следовательно, два параллельных LM3886 могут управлять нагрузкой 4 Ом при работе от источника питания ± 35 В. В этой конфигурации общая выходная мощность составляет 100 Вт (4 Ом) и 60 Вт (8 Ом). Рассеивается до 40 Вт в каждом LM3886 в этой конфигурации, и они должны иметь надлежащий теплоотвод, чтобы обеспечить полную выходную мощность.
Обратите внимание, что при параллельном подключении двух LM3886 необходимо использовать балластные резисторы, чтобы обеспечить равномерное распределение тока нагрузки между двумя LM3886. Также обратите внимание, что разница смещения входного напряжения между двумя LM3886 вызывает постоянный ток, протекающий через балластные резисторы. Этот постоянный ток должен быть сведен к минимуму, чтобы избежать чрезмерных гармонических искажений даже при умеренных уровнях выходной мощности. Для этого входное смещение каждого LM3886 должно быть сведено к минимуму, желательно с использованием сервопривода постоянного тока, что значительно увеличивает сложность схемы.
Мост
Соединение двух LM3886 в мостовой конфигурации (BTL) увеличивает выходную мощность за счет удвоения размаха выходного напряжения. К сожалению, это означает, что в конфигурации BTL каждый усилитель «видит» половину импеданса нагрузки. Таким образом, управление нагрузкой 8 Ом ограничивает напряжение источника питания до ±28 В, чтобы избежать превышения предела выходного тока 7 А LM3886 (V = I · R; V = 7 · 8/2 = 28 В). Для управления нагрузкой 4 Ом напряжение питания необходимо понизить до ±14 В для общего выходного размаха 28 В, пиковое (не включая напряжение ограничения). В результате получился усилитель, который обеспечивает производительность, аналогичную одиночному усилителю LM3886, при более чем вдвое большей стоимости изготовления одного усилителя LM3886. Поэтому я не рекомендую работу в режиме моста/BTL с LM3886, если усилитель должен поддерживать нагрузку как 4 Ом, так и 8 Ом.
Параллельный мост
Последним вариантом в поисках более высокой выходной мощности является создание двух параллельных усилителей LM3886 и их соединение по мостовой схеме, в результате чего получается усилитель параллельного моста (отсюда и название BPA200 от National Semiconductor/ примечание к применению TI, ссылка на которое приведена ранее). В исходных заметках по применению BPA200 четыре LM3886 использовались в конфигурации BPA для создания усилителя мощностью 200 Вт. Это будет хорошо работать с источником питания ± 28 В и обеспечит примерно 150 Вт (8 Ом), 270 Вт (4 Ом).
Для еще большей выходной мощности напряжение питания можно увеличить до ±35 В. Однако, чтобы оставаться ниже предела выходного тока в 7 А для каждого LM3886, следует использовать по три LM3886 в каждой половине усилителя. Таким образом, всего усилитель будет содержать шесть (6!) LM3886 на моноблок. Напомним,
Также помните, что в мостовом усилителе усилитель обеспечивает полный размах VCC-VEE на нагрузке (таким образом, пиковый размах 70 В на нагрузке при питании ±35 В). Следовательно, чтобы усилитель BPA управлял нагрузкой 4 Ом с ограничением по напряжению питания ±35 В, он должен обеспечивать выходной ток 70/4 = 17,5 А. Для этого требуется 17,5/7 = 2,5 LM3886, поэтому каждая половина усилителя должна быть построена с использованием трех LM3886, подключенных параллельно с соответствующими балластными резисторами и сервоприводами постоянного тока.
