Блоки питания для усилителей низкой частоты. Домашний усилитель - унч и блок защиты. Главное — падение напряжения

Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства - это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты "Phoenix P-400".

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора "импульсный БП или на основе сетевого трансформатора" не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора - имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

• меньший объем и вес;
• более высокий КПД;
• лучшее охлаждение для обмоток.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

• Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см 2) * Площадь сечения (см 2)
• Площадь окна = 3,14 * (d/2) 2
• Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

• Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
• Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
• Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал - где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение - по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

• для 4х обмоток питания УМЗЧ - провод диаметром 1,5 мм;
• для остальных обмоток - 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.

Суть метода:

1. Выполняем намотку 20 витков любого провода;
2. Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
3. Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков - узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.

Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 - нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода - получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков - 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) - 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину - 8м.

Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.

Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй - получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя - А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 - емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

Расшифровка названий на схеме:

• STAB - стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
• STAB+REG - стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
• STAB+POW - регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

Uвых = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

• LM317 - 1,25;
• 7805 - 5;
• 7812 - 12.

Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

• +36В, -36В - усилители мощности на TDA7250
• 12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
• 5В - индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.

Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант "все на одной плате" тоже не плох и по своему удобен.

Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве - на отдельных печатных платах.

Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель - печатную плату (рисунок 8).

Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

Заключение

Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

UPD : Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

Скачать - (63 КБ).

Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

Импульсные источники питания широко используются в современной радиоэлектронной аппаратуре. Вниманию читателей предлагается импульсный блок питания мощностью 800 Вт. От описанных ранее он отличается применением в преобразователе полевых транзисторов и трансформатора с первичной обмоткой со средним выводом. Первое обеспечивает более высокий КПД и пониженный уровень высокочастотных помех, а второе — вдвое меньший ток через ключевые транзисторы и исключает необходимость в развязывающем трансформаторе в цепях их затворов.

Недостаток такого схемного решения — высокое напряжение на половинах первичной обмотки, что требует применения транзисторов с соответствующим допустимым напряжением. Правда, в отличие от мостового преобразователя, в данном случае достаточно двух транзисторов вместо четырех, что немного упрощает конструкцию и повышает КПД устройства. В предлагаемом ИБП применен двухтактный преобразователь с трансформатором, первичная обмотка которого имеет средний вывод. Он имеет высокий КПД, низкий уровень пульсации и слабо излучает помехи в окружающее пространство. Автором он используется для питания двухканального умощненного варианта УМЗЧ.

Входное напряжение ИБП — 180...240 В, номинальное выходное напряжение (при входном 220 В) — 2x50 В, максимальная мощность нагрузки — 800 Вт, рабочая частота преобразователя — 90 кГц. Принципиальная схема ИБП изображена на рис. 4.47. Как видно, это преобразователь с внешним возбуждением без стабилизации выходного напряжения. На входе устройства включен высокочастотный фильтр CI, LI, С2, предотвращающий попадание помех в сеть. Пройдя его, сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом VD1...VD4, пульсации сглаживаются конденсатором СЗ. Выпрямленное постоянное напряжение (около 310 В) используется для питания высокочастотного преобразователя.

Устройство управления преобразователем выполнено на микросхемах DD1...DD3. Питается оно от отдельного стабилизированного источника, состоящего из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя VD5 и стабилизатора напряжения на транзисторах VT1, VT2 и стабилитроне VD6. На элементах DD1.1, DDI.2 собран задающий генератор, вырабатывающий импульсы с частотой следования около 360 кГц.

Далее следует делитель частоты на 4, выполненный на триггерах микросхемы DD2. С помощью элементов DD3.1, DD3.2 создаются дополнительные паузы между импульсами. Паузой является не что иное, как уровень логического 0 на выходах этих элементов, появляющийся при наличии уровня логической 1 на выходах элемента DDI.2 и триггеров DD2.1 и DD2.2. Напряжение низкого уровня на выходе DD3.1 (DD3.2) блокирует DD1.3 (DD1.4) в «закрытом» состоянии (на выходе — уровень логической 1). Длительность паузы равна 1/3 от длительности импульса напряжений на выводах 1 DD3.1 и 13 DD3.2, чего вполне достаточно для закрывания ключевого транзистора. С выходов элементов DD1.3 и DDI.4 окончательно сформированные импульсы поступают на транзисторные ключи (VT5, VT6), которые через резисторы RIO, R11 управляют затворами мощных полевых транзисторов VT9, VT10 (см. рис. 4.48).

Импульсы с прямого и инверсного выходов триггера DD2.2 поступают на входы устройства, выполненного на транзисторах VT3, VT4, VT7, VT8. Открываясь поочередно, VT3 и VT7, VT4 и VT8 создают условия для быстрой разрядки входных емкостей ключевых транзисторов VT9, VT10, т.е. их быстрого закрывания. В цепи затворов транзисторов VT9 и VT10 включены резисторы относительно большого сопротивления R10 и R11. Вместе с емкостью затворов они образуют фильтры нижних частот, уменьшающие уровень гармоник при открывании ключей.

С этой же целью введены элементы VD9...VD12, R16, R17, С12, С13. В стоковые цепи транзисторов VT9, VT10 включена первичная обмотка трансформатора Т2. Выпрямители выходного напряжения выполнены по мостовой схеме на диодах VD13...VD20, что несколько уменьшает КПД устройства, но значительно (более чем в пять раз) снижает уровень пульсации на выходе ИБП. Важно отметить, что форма колебаний, почти прямоугольная при максимальной нагрузке, плавно переходит в близкую к синусоидальной при уменьшении мощности до 10...20 Вт, что положительно сказывается на уровне шумов питаемого от этого блока УМЗЧ при малой громкости. Выпрямленное напряжение обмотки IV трансформатора Т2 используют для питания вентиляторов.

В устройстве применены конденсаторы К73-17 (С1, С2, С4), К50-17 (СЗ), МБМ (С12, С13), К73-16 (С14...С21, С24, С25), К50-35 (С5...С7), КМ (остальные). Вместо указанных на схеме допустимо применение микросхем серий К176, К564. Диоды Д246 (VD1...VD4) заменимы на любые другие, рассчитанные на прямой ток не менее 5 А и обратное напряжение не менее 350 В (КД202К, КД202М, КД202Р, КД206Б, Д247Б), или диодный выпрямительный мост с такими же параметрами, диоды КД2997А (VD13...VD20) — на КД2997Б, КД2999Б, стабилитрон Д810 (VD6) - на Д814В. В качестве VT1 можно использовать любые транзисторы серий КТ817, КТ819, в качестве VT2...VT4 и VT5, VT6 — соответственно, любые из серий КТ315, КТ503, КТ3102 и КТ361, КТ502, КТ3107, на месте VT9, VT10 - КП707В1, КП707Е1. Транзисторы КТ3102Ж (VT7, VT8) заменять не рекомендуется.

Трансформатор Т1 — ТС-10-1 или любой другой с напряжением вторичной обмотки 11...13 В при токе нагрузки не менее 150 мА. Катушку L1 сетевого фильтра наматывают на ферритовом (М2000НМ1) кольце типоразмера К31х18,5х7 проводом ПЭВ-1-1.0 (2x25 витков), трансформатор Т2 — на трех склеенных вместе кольцах из феррита той же марки, но типоразмера К45х28х12. Обмотка I содержит 2x42 витка провода ПЭВ-2-1,0 (наматывают в два провода), обмотки II и III — по 7 витков (в пять проводов ПЭВ-2-0,8), обмотка IV — 2 витка ПЭВ-2-0,8. Между обмотками прокладывают три слоя изоляции из фторопластовой ленты.

Магнитопроводы дросселей L2, L3 — ферритовые (1500НМЗ) стержни диаметром 6 и длиной 25 мм (подстроечники от броневых сердечников Б48). Обмотки содержат по 12 витков провода ПЭВ-1-1,5. Транзисторы VT9, VT10 устанавливают на теплоотводах с вентиляторами, применяемых для охлаждения микропроцессоров Pentium (подойдут аналогичные узлы и от процессоров 486). Диоды VD13...VD20 закрепляют на теплоотводах с площадью поверхности около 200 см2.

При монтаже ИБП следует стремиться к тому, чтобы все соединения были возможно короче, а в силовой части использовать провод возможно большего сечения. ИБП желательно заключить в металлический экран и соединить его с выводом 0 В выхода источника, как показано на рис. 4.49. Общий провод силовой части с экраном соединяться не должен. Поскольку ИБП не оснащен устройством защиты от короткого замыкания и перегрузки, в цепи питания необходимо включить предохранители на 10 А. В налаживании описанный ИБП практически не нуждается. Важно только правильно сфазировать половины первичной обмотки трансформатора Т2.

При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже блок начинает работать сразу после включения в сеть. Если необходимо, частоту преобразователя подстраивают подбором резистора R3. Для повышения надежности ИБП желательно эксплуатировать его с УМЗЧ, в котором предусмотрена сквозная продувка вентилятором.

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ), или усилитель низкой частоты (УНЧ) является одним из самых распространенных электронных устройств. Все мы получаем звуковую информацию, используя ту или иную разновидность УНЧ. Не все знают, но усилители низкой частоты используются также в измерительной технике, дефектоскопии, автоматике, телемеханике, аналоговой вычислительной технике и других областях электроники.

Хотя, конечно же, основное применение УНЧ – донести до нашего слуха звуковой сигнал с помощью акустических систем, преобразующих электрические колебания в акустические. И сделать это усилитель должен максимально точно. Только в этом случае мы получаем то удовольствие, которое доставляют нам любимая музыка, звуки и речь.

С появления в 1877 фонографа Томаса Эдисона до настоящего времени, ученые и инженеры боролись за улучшение основных параметров УНЧ: прежде всего за достоверность передачи звуковых сигналов, а также за потребительские характеристики, такие как потребляемая мощность, размеры, простота изготовления, настройки и использования.

Начиная с 1920-ых годов сформировалась буквенная классификация классов электронных усилителей, которая используется и по сей день. Классы усилителей отличаются режимами работы применяемых в них активных электронных приборов – электронных ламп, транзисторов и т.д. Основными «однобуквенными» классами являются A, B, C, D, E, F, G, H. Буквы обозначений классов могут сочетаться в случае совмещения некоторых режимов. Классификация не является стандартом, поэтому разработчики и производители могут использовать буквы достаточно произвольно.

Особое место в классификации занимает класс D. Активные элементы выходного каскада УНЧ класса D работают в ключевом (импульсном) режиме, в отличие от остальных классов, где большей частью используется линейный режим работы активных элементов.

Одним из основных преимуществ усилителей класса D является коэффициент полезного действия (КПД), приближающийся к 100%. Это, в частности, приводит к уменьшению рассеиваемой активными элементами усилителя мощности, и, как следствие, уменьшению размеров усилителя за счет уменьшения размеров радиатора. Такие усилители предъявляют значительно меньшие требования к качеству источника питания, который может быть однополярным и импульсным. Другим преимуществом можно считать возможность применения в усилителях класса D цифровых методов обработки сигнала и цифрового управления их функциями – ведь именно цифровые технологии преобладают в современной электронике.

С учетом всех этих тенденций компания Мастер Кит предлагает широкий выбор усилителей класса D , собранных на одной и той же микросхеме TPA3116D2, но имеющих различное назначение и мощность. А для того, чтобы покупатели не тратили время на поиски подходящего источника питания, мы подготовили комплекты усилитель + блок питания , оптимально подходящие друг к другу.

В этом обзоре мы рассмотрим три таких комплекта:

1. (Усилитель НЧ D-класса 2х50Вт + источник питания 24В / 100Вт / 4,5A);
2. (Усилитель НЧ D-класса 2х100Вт + источник питания 24В / 200Вт / 8,8A);
3. (Усилитель НЧ D-класса 1х150Вт + источник питания 24В / 200Вт / 8,8A).

Первый комплект предназначен, прежде всего для тех, кому необходимы минимальные размеры, стереозвук и классическая схема регулировки одновременно в двух каналах: громкость, низкие и высокие частоты. Он включает в себя и .

Сам двухканальный усилитель имеет беспрецедентно маленькие размеры: всего 60 х 31 х 13 мм, не включая ручек регуляторов. Размеры блока питания 129 х 97 х 30 мм, вес – около 340 г.

Несмотря на небольшие размеры, усилитель отдает в нагрузку 4 ома честные 50 ватт на канал при напряжении питания 21 вольт!

В качестве предварительно усилителя применена микросхема RC4508 – двойной специализированный операционный усилитель для аудиосигналов. Он позволяет идеально согласовать вход усилителя с источником сигнала, имеет крайне низкие нелинейные искажения и уровень шума.

Входной сигнал подается на трехконтактный разъем с шагом контактов 2,54 мм, напряжение питания и акустические системы подключаются с помощью удобных винтовых разъемов.

На микросхему TPA3116 с помощью теплопроводящего клея установлен небольшой радиатор, площади рассеяния которого вполне хватает даже на максимальной мощности.

Обращаем ваше внимание на то, что с целью экономии места и уменьшения размеров усилителя отсутствует защита от неверной полярности подключения источника питания (переполюсовки), поэтому будьте внимательны при подаче питания на усилитель.

С учетом небольших размеров и эффективности сфера применения комплекта весьма широка – от замены устаревшего или вышедшего из строя старого усилителя до очень мобильного звукоусилительного комплекта для озвучивания мероприятия или вечеринки.

Пример использования такого усилителя приведен .

На плате отсутствуют отверстия для крепления, но для этого с успехом можно использовать потенциометры, имеющие крепления под гайку.

Второй комплект включает в себя на двух микросхемах TPA3116D2, каждая из которых включена в мостовом режиме и обеспечивает до 100 ватт выходной мощности на канал, а также с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

С помощью такого комплекта и двух 100-ваттных акустических систем можно озвучить солидное мероприятие даже вне помещения!

Усилитель снабжен регулятором громкости с выключателем. На плате установлен мощный диод Шоттки для защиты от переполюсовки блока питания.

Усилитель снабжен эффективными фильтрами низкой частоты, установленными согласно рекомендациям производителя микросхемы TPA3116, и обеспечивающими совместно с ней высокое качество выходного сигнала.

Питающее напряжение и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Входной сигнал может быть подан как на трехконтактый разъем с шагом 2,54 мм, так и с помощью стандартного аудиоразъема типа Jack 3,5 мм.

Радиатор обеспечивает достаточное охлаждение обеих микросхем и прижимается к их термопадам винтом, расположенным с нижней части печатной платы.

Для удобства использования на плате также установлен светодиод зеленого свечения, сигнализирующий о включении питания.

Размеры платы, с учетом конденсаторов и без учета ручки потенциометра составляют 105 х 65 х 24 мм, расстояния между крепежными отверстиями - 98,6 и 58,8 мм. Размеры блока питания 215 х 115 х 30 мм, вес около 660 г.

Третий комплект представляет собой l и с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

Усилитель обеспечивает до 150 ватт выходной мощности на нагрузке 4 ома. Основное применение этого усилителя – построение качественного и энергоэффективного сабвуфера.

По сравнению со многими другими специализированными сабвуферными усилителями, MP3116btl отлично раскачивает низкочастотные динамики достаточно большого диаметра. Это подтверждается отзывами покупателей рассматриваемого УНЧ. Звук получается насыщенный и яркий.

Радиатор, занимающий большую часть площади печатной платы обеспечивает эффективное охлаждение TPA3116.

Для согласования входного сигнала на входе усилителя применена микросхема NE5532 – двухканальный малошумящий специализированный операционный усилитель. Он имеет минимальные нелинейные искажения и широкую полосу пропускания.

На входе также установлен регулятор амплитуды входного сигнала со шлицем под отвертку. С его помощью можно подстроить громкость сабвуфера под громкость основных каналов.

Для защиты от переполюсовки питающего напряжения на плате установлен диод Шоттки.

Питание и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Размеры платы усилителя 73 х 77 х 16 мм, расстояния между крепежными отверстиями – 69,4 и 57,2 мм. Размеры блока питания 215 х 115 х 30 мм, вес около 660 г.

Во все комплекты включены импульсные источники питания компании MEAN WELL.

Основанная в 1982 году, компания является ведущим производителем импульсных источников питания в мире. В настоящее время корпорация MEAN WELL состоит из пяти финансово независимых компаний-партнеров на Тайване, в Китае, США и Европе.

Продукция MEAN WELL характеризуется высоким качеством, низким процентом отказов и длительным сроком службы.

Импульсные источники питания, разработанные на современной элементной базе, удовлетворяют самым высоким требованиям по качеству выходного постоянного напряжения и отличаются от обычных линейных источников малым весом и высоким КПД, а также наличием защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе.

Источники питания LRS-100-24 и LRS-200-24, используемые в представленных комплектах, имеют светодиодный индикатор включения и потенциометр для точной регулировки выходного напряжения. Перед подключением усилителя проверьте выходное напряжения, и при необходимости выставьте его уровень на 24 вольта с помощью потенциометра.

В примененных источниках используется пассивное охлаждение, поэтому они совершенно бесшумны.

Необходимо отметить, что все рассмотренные усилители могут быть с успехом применены для конструирования звуковоспроизводящих систем для автомобилей, мотоциклов и даже велосипедов. При питании усилителей напряжением 12 вольт выходная мощность будет несколько меньше, но качество звука не пострадает, а высокий КПД позволяет эффективно питать УНЧ от автономных источников питания.

Также обращаем ваше внимание на то, что все рассмотренные в этом обзоре устройства можно приобрести по отдельности и в составе других комплектов на сайте .

Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания , и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц:(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и... денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода:

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»

Может быть кого-нибудь заинтересует такой девайс — встроенный в системный блок УНЧ 2х25 Вт.

Внешний вид девайса

Хорошая мать, хорошая звуковая карта, хорошие, но пассивные колонки…

В итоге на рабочем месте (у компа) нет приличного звука. Долго извращался со всякими внешними усилителями, которые занимают место на столе, требуют дополнительную розетку, провода, и всякие прочие неудобности. В конце концов надоело, и сделал встроенный УНЧ на базе мс TDA8560Q — автомобильный двухканальный усилитель 2х40 Вт на нагрузке 2 Ома. На 4-омной нагрузке мощность чуть меньше — 2х25 Вт. Обвязка — пара электролитов по питанию, входные делители (25 Вт лишковато, однако), 4 кондерчика в развязку по входу и в цепи питания, и если совсем уж пальцы веером — транзистор для «мягкого» запуска (чтобы не было щелчков при включении).

Все это очень удобно разместилось на плате формата стандартной PCI-ной карточки, которую вставил в свободный слот на мамке. Чтобы не грузить дорожки материнки, питание (бортовые 12 вольт) подал через отдельный разъем (как на всех IDE-устройствах — сидюках, винтах, и современных видеокартах). Под рукой была крепежная планка от старой видеокарточки S3-Trio, так что вообще ничего напильником делать не пришлось.

В качестве выходного разъема применил розетку DRB-9 (аналогичную разъему COM-порта, только «маму»). Не очень удобно, что провода от обеих колонок пришлось загнать в один разъем, но зато «конструктив» девайса получился очень простой.

Усилитель соединил с выходом звуковой карты обычным аудио-шнурком от сидюка (только припаял с одной стороны разъем «мини-джек» диаметром 3,5мм).

Для охлаждения микросхемы усилителя отлично подошел стандартный радиатор от старенького процессора, толи 486-го, толи от первого пня (высотой всего 12 мм). На него, при желании, даже кулер можно поставить (на плате предусмотрел разъем). Но, как показал месяц активной эксплуатации, этого не требуется, температура радиатора не превышает 40-50 градусов даже при длительной работе и на большой мощности.

(нарисовано в чертилке SLayout-4). Схема — стандартная из даташит на микросхему, но если нужно, выложу дополнительно. Единственное отличие — на входе каждого канала сделал делители 6:1 (5,6 кОм и 1 кОм), иначе уровень сигнала со звуковухи лишковат.

Номиналы всех деталей нарисованы на печатке.

Кстати, для того, чтобы установить радиатор, мелкосхему пришлось уложить «на спину» — металлической подложкой в сторону радиатора, соответственно пришлось зеркально переформовать выводы микросхемы (выгнуть в другую сторону).

Если будете использовать крепежную планку от другой карты (допустим, от доп. разъема СОМ-порта), то возможно придется изменить место выходного разъема (сдвинуть его вверх или вниз по плате). В крайнем случае можно использовать стандартную планку-заглушку, но придется полчасика послесарить, и выпилить отверстие под выходной разъем.

Разъем для подачи питания на усилитель выпаял с платы какого-то древнего винчестера. Можно взять с 5-дюймового дисковода или с сидюка.

Надеюсь, что с повторением этой полезной штуковины проблем не будет.

Единственный совет: не забывайте, что ток БП компа по 12 вольтам всего несколько ампер (конкретно смотрите на своем БП), и поэтому не старайтесь «выкачать» из TDA-шки все, что она может выдать. Расчет простой — 1 ампер потребляемого тока может обеспечить выходную мощность усилителя примерно по 5 Вт на канал, соответственно 2 ампера — 2х10 Вт, и т.д. У меня блок питания в компе 450 Вт, способен выдавать до 14 ампер по 12 вольтам, так что 4-5 ампер «на сторону» не оказывают отрицательного влияния на работу компьютера.

Не жадничайте, и всё у вас будет в шоколаде!