12Май

Схема усилителя для сабвуфера: Усилитель для сабвуфера в авто, полная версия

Содержание

Автомобильный усилитель сабвуфера с фильтром и преобразователем

Автомобильный усилитель сабвуфера состоит из трех схем, которые смонтированы на одной печатной плате. Тем самым, усилитель сабвуфера представляет собой моноблок, что очень удобно при встраивании в небольшой корпус.

Сигнал, поступающий на вход усилителя мощности необходимо отфильтровать таким образом, чтобы его частота не была выше 60-200Гц. Для этого в составе усилителя сабвуфера включен фильтр низких частот (ФНЧ). Помимо ФНЧ на плате есть усилитель мощности звуковой частоты и повышающий преобразователь напряжения.

Сейчас я опишу немного подробнее каждый блок автомобильного усилителя сабвуфера.

Повышающий преобразователь

Преобразователь необходим данному усилителю для обеспечения развития мощности большей, чем развил бы усилитель с однополярным питанием от бортовой сети автомобиля +12В. Таким образом, преобразователь позволяет организовать двухполярное напряжение питания ±25В.

Схема примененного повышающего преобразователя была описана мною в статье «Автомобильный преобразователь на TL494 для усилителя НЧ».

Схема двухтактная, построенная на ШИМ-контроллере TL494. За частоту генерации отвечают элементы R3 и C4. С их номиналами, указанными на схеме, внутренний генератор TL494 работает на частоте 100кГц, частота на выходе контроллера делится на два и на трансформаторе присутствует прямоугольный импульс, образованный силовыми ключами VT3 и VT4 уже с частотой 50кГц. На частоту 50кГц и был рассчитан трансформатор Tr1.

Схема не имеет защиты от короткого замыкания и имеет постоянную ширину импульсов.

На печатной плате усилителя сабвуфера есть незначительные отличия: отсутствует предохранитель F1, предусматривается, что он будет установлен либо на корпусе устройства, либо в колодке автомобиля. Отсутствуют конденсаторы C5, C11 и C12. Присутствуют выходные дроссели. Вместо четырех отдельных диодов Шоттки VD3-VD6 применена диодная сборка и два отдельных диода.

Импульсный трансформатор

Наибольшее затруднение при сборке достается при намотке трансформатора. Попробую объяснить принцип его изготовления.

Я применил в качестве сердечника трансформатора ферритовое кольцо с маркировкой 2000HM и размерами 32?16?12мм.

Первым делом кладем несколько слоев изоляции.

Первичная обмотка

Первичная обмотка делится на две половинки. Каждая половинка содержит 5 витков. Так как токи в первичной цепи велики, то необходимо обеспечить хорошее сечение обмоточного провода. Для этого нужно мотать каждую половину 4 жилами провода ПЭТВ-2 диаметром 0.63мм. Я мотал 5 жилами (но это не обязательно и более трудно).

Да, кстати, если ваш сердечник имеет другие габариты и марку материала, то необходимо произвести пересчет минимального количества витков первичной обмотки в программе Lite-CalcIT.

Есть два способа намотки. При первом способе мотается 5 витков в один слой, равномерно распределенных по всей длине кольца. Далее делается отвод (это будет средняя точка) и от него мотается еще аналогичный слой с 5 витками, в том же самом направлении. Стоит не забывать про изоляцию между слоями проводов. В итоге мы должны получить две половинки, у которых конец одной соединен с началом другой. Обратите внимание, что соединение средней точки выполняется на печатной плате.

Я воспользовался вторым способом. Он заключается в намотке 5 витков в один слой сразу всеми жилами, в моем случае 10 жилами. Дальше нужно разделить (расщепить, вызвонить) по 5 жил и соединить общую точку так, чтобы конец одной половины соединялся с началом другой половины. Ошибкой будет соединение начала одной половинки с ее же концом, то есть образование короткозамкнутого витка.

Вторичная обмотка

Мотается аналогично первичной обмотке, одним из описанных выше способов. Число витков 10+10, двумя жилами провода ПЭТВ-2 диаметром 0.63мм. При таком количестве витков, на холостом ходу повышающего преобразователя, на его выходе присутствует напряжение ±25В, под нагрузкой усилителя сабвуфера оно будет немного проседать. Также выходное напряжение зависит от входного напряжения. При работающем генераторе автомобиля, в моем случае, напряжение на борту составляло +13.5В, а выходное напряжение преобразователя ±26В.

Соединение выводов вторичной обмотки на плате.

Соединение выводов первичной обмотки на плате.

Дроссели

Через входной дроссель L1 протекает достаточно сильный ток, который может достигать 10 Ампер на пиках, поэтому диаметр провода должен быть не менее 1мм. Мотается дроссель на ферритовом стержне диаметром 5-6мм и имеет 10-20 витков. Также его можно выполнить на кольце из распыленного железа желтого цвета.

 

Выходные дроссели аналогичные, диаметр провода может быть меньше (0.7-0.8мм и более) из-за меньшего тока, протекающего через них.

Я применил стержневые дроссели, от старых импульсных блоков питания.

Компоненты и охлаждение

Все номиналы указаны в схеме.

Все резисторы мощностью 0. 25Вт за исключением R4, R9 и R10, их мощность 2Вт.

Неполярные конденсаторы могут быть керамическими.

В качестве диодной сборки необходимо применить Шоттки с током 2?5А и напряжением 100В, например MBR10100CT.

VD4 и VD5 должны быть также диодами Шоттки, либо очень быстрыми импульсными диодами на ток не менее 3А и напряжение не менее 100В. Подойдут SR5100, SF56, UF5408 и им подобные.

На силовые ключи VT3 и VT4 необходимо установить небольшую алюминиевую пластинку через изоляционные втулки и прокладки. После установки теплоотвода нужно проверить сопротивление между фланцами ключей и радиатором, сопротивление должно быть бесконечным.

Фильтр низких частот

Активный фильтр НЧ собран на сдвоенном операционном усилителе (ОУ) широкого применения NJM4558D. Нет необходимости в автомобильном усилителе сабвуфера применять дорогостоящие малошумящие ОУ.

Напряжение питания ФНЧ однополярное, поэтому он запитан от одного плеча преобразователя. Ограничительный резистор R8 и стабилитрон VD1 стабилизируют напряжение на уровне +15В. Резистор R8 может быть мощностью 0.25Вт, так как на нем рассеивается малое количество мощности (на плате я установил резистор 2Вт – ошибочно).

Канал U1.1 включен в инвертирующем режиме с ООС. На неинвертирующий вход подано напряжение смещения, равное половине напряжения питания (+15В), тем самым давая возможность работать, как с отрицательной полуволной, так и положительной полуволной.

Коэффициент усиления фильтра равен 3. Частота среза ФНЧ находится в районе 60Гц. Ток потребления NJM4558D всего 3.5мА.

Для увеличения частоты среза необходимо уменьшить одновременно емкости C4, C6 и C8.

Резистором R11 можно установить необходимую амплитуду сигнала, поступающего на вход усилителя мощности звуковой частоты. Также он частично изменяет частоту среза, так как совместно с конденсатором C8 образует ФНЧ.

Усилитель мощности звуковой частоты

В качестве УНЧ применена схема усилителя Дорофеева. Про его сборку я подробно писал в статье «Качественный усилитель класса B».

Все номиналы компонентов представлены на схеме, дефицитных элементов в ней нет. Резистор R11 мощностью 1Вт, остальные резисторы мощностью 0.25Вт.

Неполярные конденсаторы могут быть керамическими, разницы в качестве звука при прослушивании вы не увидите, тем более в автомобиле и на низких частотах.

При замене транзисторов на аналоги, обязательно проверяйте расположение выводов, так например транзисторные пары TIP42-TIP41 и КТ818-КТ819 по параметрам могут заменять друг друга, но имеют разную цоколевку.

Транзисторы необходимо установить на радиатор через изоляционные прокладки и втулки. Площадь теплоотвода должна быть 600см2. Для проверки я использовал алюминиевую пластинку с площадью охлаждаемой поверхности 70см2.

Печатная плата

Печатная плата автомобильного сабвуфера разведена известным в сети радиолюбителем под ником DTS.

Печатная плата кому-то может показаться неудобной, но DTS разводил ее под свои нужды, параметры и габариты. В любом случае, можно развести свой вариант. Я лично использовал печатную плату от DTS, мне нравится ее компоновка и размеры.

Хочу заметить, что плата имеет множество перемычек, поэтому будьте внимательны при повторении схемы, не забывайте их впаять.

После монтажа обязательно нужно смыть остатки флюса (канифоли).

Рекомендации по сборке

Сборку автомобильного усилителя сабвуфера необходимо начинать с повышающего преобразователя. Выполнив монтаж компонентов, необходимо проверить его, нагрузив выход резистором с сопротивлением 50-70Ом.

Убедившись в исправной работе преобразователя, приступаем к сборке фильтра НЧ и усилителя мощности.

Наладка усилителя мощности осуществляется установкой напряжения постоянного тока на базах VT1 и VT2 относительно общей точки (GND) в районе 0.4-0.5В. Более подробно о наладке рассказано в указанной выше статье.

Печатная плата усилителя сабвуфера СКАЧАТЬ

Усилитель для сабвуфера своими руками. Как сделать усилок для саба в машину

Автор admin На чтение 4 мин Просмотров 4.1к. Опубликовано

Купить сабвуфер можно в любом специализированном магазине автомобильной акустики. В продаже есть как пассивные, так и активные модели, рассчитанные на любую мощность. Можно купить пассивную колонку и отдельный блок УНЧ. Несмотря на большой выбор многие предпочитают сделать короб и усилитель для сабав машину своими руками. Конструкция должна уверенно работать от бортовой сети автомобиля, обеспечивать соответствующую выходную мощность и определённый коэффициент нелинейных искажений. Низкочастотное устройство должно быть собрано надёжно, чтобы выдерживать постоянную тряску и вибрацию. Схемы усилков для сабамогут быть реализованы на биполярных транзисторах, полевых компонентах или интегральных микросхемах.

Содержание

  1. Самодельный усилитель для сабвуфера
  2. Мощный усилитель для сабвуфера своими руками
  3. Самодельный усилитель для сабвуфера в машину
  4. Усилитель 10 W для сабвуфера своими руками
  5. Как собрать муз усилитель для сабвуфера

Самодельный усилитель для сабвуфера

Усилитель для саба своими руками лучше сделать на интегральной микросхеме. Сейчас выпускается большое количество интегральных компонентов, которые стабильно работают от автомобильного аккумулятора, обеспечивают хорошие характеристики и надёжны в любых условиях эксплуатации. Схема, собранная на дискретных элементах, содержит большое количество паек и соединений, что негативно сказывается при работе в условиях постоянной вибрации. Конструкция для автомобильного саба может быть собрана по одной из двух схем:

  • Класс АВ
  • Класс D

Аналоговый вариант с низким КПД, средней мощностью и высоким качеством воспроизведения всего спектра звуковых частот хорошо подходит для автомобиля.

Низкочастотная система класса А обеспечивает лучшие показатели, но в реальных условиях они применяются редко. Класс Dили цифровая схема обеспечивает высокий КПДи большую выходную мощность. Благодаря особому режиму работы выходных полупроводниковых приборов, в звучании присутствуют нелинейные искажения, отчего звук приобретает неестественный оттенок.

Мощный усилитель для сабвуфера своими руками

Простой усилитель для саба своими руками можно сделать на микросхеме TDA1562Q.Интегральная микросхема представляет собой мощный УНЧ, который подходит для построения автомобильных звуковых систем. Преимущество TDA1562Q заключается в том, что собранный на ней блок не требует для своей работы двухполярного источника питания и может подключаться непосредственно к автомобильному аккумулятору. Полоса воспроизводимых частот начинается с 15 Гц, поэтому микросхема подойдёт в качестве низкочастотного усилителя для сабвуфера. На нагрузке 4 Ома номинальная мощность составляет 50 ватт при коэффициенте гармоник 0,05% и соотношении сигнал/шум — 90 dB.

На нагрузке 8 Ом мощность падает до 30 ватт.Максимальная мощность достигает 70 ватт. Минимальное и максимальное напряжение питания микросхемы составляет 8 и 18 вольт соответственно. Чтобы обеспечить нормальный тепловой режим, микросхему нужно установить на радиатор площадью не менее 400 см2.Самодельный усилитель для сабвуфера содержит небольшое количество дискретных элементов.

Самодельный усилитель для сабвуфера в машину

Схема собрана на печатной плате из фольгированного текстолита. Конденсаторы С1 и С2 лучше использовать плёночные. При аварийной ситуации загорается красный светодиод в прерывистом режиме. Такой ситуацией является перегрев корпуса микросхемы, большие искажения сигнала или короткое замыкание на выходе.

Усилитель для саба в машину своими руками может быть смонтирован в одном корпусе с динамиком или установлен отдельно. Нужно обязательно предусмотреть доступ воздуха к радиатору, чтобы микросхема нормально охлаждалась. Потребляемый ток устройства может достигать 10 А, поэтому в цепи питания нужно поставить колодку с предохранителем, а соединение усилителя с аккумулятором выполняется толстым силовым кабелем.

Усилитель 10 W для сабвуфера своими руками

Если большая мощность не требуется, то собрать усилок для сабвуфера можно на интегральной микросхеме или транзисторах. Очень хорошую схему УНЧ для сабвуфера можно собрать на интегральной микросхеме TDA2003. Если использовать только один корпус, то выходная мощность будет порядка 10 ватт. Для низкочастотных автомобильных акустических систем чаще используется мостовое включение двух микросхем. Такое включение позволяет получить до 25 ватт на нагрузке в 4 Ома. Питание схемы осуществляется от бортовой сети автомобиля. Поскольку количество дискретных элементов в схеме небольшое, печатную плату можно разработать самостоятельно. Сделать усилок для сабвуфера можно без печатной платы, распаяв элементы на макетной плате со стойками или лепестками. Чтобы избежать перегрева корпусов микросхем их нужно монтировать на радиаторах с теплопроводящей пастой.

Как собрать муз усилитель для сабвуфера

Многие радиолюбители используют схемы низкочастотных каналов с большой выходной мощностью, но этот параметр ограничивается напряжением питания автомобильной бортовой сети. Для получения хорошей мощности потребуется преобразователь напряжения, так как большинство микросхем работают от двухполярного напряжения, величина которого превышает возможности автомобильного аккумулятора. Усилитель для пассивного сабвуфера своими руками можно сделать на микросхеме TDA7294. Собрать усилок для активного саба потребуется только тогда, если его выходная мощность слишком мала. Можно собрать две аналогичных схемы и организовать мостовое подключение нагрузки. Выходная мощность возрастёт до 200 ватт, но нагрузка не должна быть менее 8 Ом. Чтобы сделать усилитель для сабвуфера в машину потребуется преобразователь напряжения. Микросхемы должны устанавливаться на радиаторах, чтобы избежать перегрева корпуса. В колонку можно установить кулер от компьютера, который будет охлаждать радиаторы мощного усилителя

Схема автомобильного усилителя с сабвуфером

   В этом материале мы рассмотрим принципиальную схему и самодельную конструкцию корпуса качественного автомобильного усилителя с каналом сабвуфера.  У меня давно появилась идея собрать усилитель для автомобиля и первое что начал собирать — это преобразователь напряжения 12 — 40 вольт. Печатную плату решил сделать из цельного листа текстолита. Пользовался технологией ЛУТ. Печатную плату сделал под свои размеры. ШИМ собрал на отдельной плате. В эту схему добавил лишь дополнительную обмотку для питания защиты АС 24 вольта.

   Диодный мост сделал на 4-х диодах HER-307, далее фильтр из конденсатора 1000 мкф 50 вольт. С этой схемы вырезал лишь часть ее. То есть стабилизатор на +-15 вольт. Остальное остается как в схеме. 

   Для трансформатора использовал ферритовые кольца, российские, 40х25х11 2000НН склеенных вместе. Острые края феррита закруглил алмазным напильником. Затем обмотал малярным скотчем. Первичную обмотку трансформатора мотал проводом 0.8. Сложеных вместе 10 жил, 5 витков равномерно распределяя по всему кольцу. Далее разделено пополам. Вторичка мотается анологично первичке. Тот-же провод 0.8 и 8 жил сложенных вместе.

Количество витков 15 и затем разделено пополам. Напряжение на выходе получилось +/-40 вольт, под нагрузкой напряжение село на 2 вольта в обеих плечах.

   Теперь приступил к сборке усилителя мощности звука. Выбор пал на усилитель Лайков 6-й версии. В схеме ничего не изменял. Но немного столкнулся с трудностями. В этом усилителе нужно хорошо подбирать элементы для симетрии обеих плеч. То есть транзисторы конденсаторы резисторы. Ток покоя 150 мА.

Настройка УНЧ

  • 1. R6  и R24 установить в средне положение.
  • 2. Закоротить на землю вход усилителя на землю.
  • 3. Отпаять выходные транзисторы.
  • 4. Включить питание схемы.
  • 5. Установить R 6  на выходе усилителя напряжение 0 в. 
  • 6. Замерить напряжение питания и +/- 15 В.
  • 7.  Установить на R29-R30 напряжение 0,55 В с помощью R24. (В 5м варианте на R11-R12 = 1В).
  • 8. Отключить питание, подключить выходные транзисторы, включив в разрыв цепи коллектора VT10 амперметр на 1 А.
  • 9. Включить питание и R24 установить ток покоя коллектора VT10 в пределах 100 – 150 мА.
  • 10. Замерять ток покоя VT11, он не должен отличаться от тока VT10 более, чем на 5%.
  • 11. Ток покоя выходных транзисторов может быть установлен в пределах от 40 до 200 мА, в зависимости от желаемого качества звучания, режима работы, тепловых режимов, размеров радиаторов. Установку тока покоя нужно производить при температуре выходных транзисторов 35-40 градусов.
  • 12. Проконтролировать работу термокомпенсации, замерив токи покоя при максимальной температуре радиаторов выходных транзисторов.

Защита АС

   В настройке этот блок не нуждается, если все собрано верно. При испытаниях с усилителя снял с одного канала почти 100 ватт, далее он вошел в клиппинг. Радиаторы использовал от компьютера. Без кулеров сильно греется, так как слишком маленькой площади радиаторы. Решено оставил кулера в работе — сейчас все теплое. Кулера запитал по схеме ШИМ регулятора на таймере.

 

   Далее приступил к сборке второго преобразователя для сабвуферного канала. Схема остается прежней. Есть небольшие изменения по намотке трансформатора. Кольца  использовал все те-же, два склееных вместе. Первичка остается прежней. А вот вторичка другая, количество жил прежнее, но витков здесь уже не 15, а 21. На выходе преобразователя получилось +-70 вольт. Для ФНЧ намотал отдельную обмотку проводом 0.8 8 витков. Схема стабилизации остается как в схеме. Также есть еще одна обмотка для питания защиты АС, все аналогично как и в первом преобразователе для Лайкова.

Усилитель по схеме Холтона

   Сборка начинается с установки резисторов, затем устанавливаются мощные резисторы, диоды, конденсаторы и малосигнальные транзисторы. Следует быть внимательным при установке полярных элементов. Неправильное подключение может привести к неработоспособности устройства или выходу одного, или более элементов, при включении схемы.

   Завершив монтаж всех элементов, внимательно просмотрите модуль, все ли компоненты впаяны, правильно ли они установлены. Только когда Вы убедитесь, что всё сделано правильно и все детали стоят на своих местах, можно подключать питание.

   С помощью крокодилов закрепите щупы прибора на выводах одного из мощных резисторов 0,22 Ом. Медленно вращая движок резистора P1, установите на резисторе 0,22 Ом 18 мВ, это и будет установка тока в 100 мА на один транзистор. Теперь проверьте напряжение на всех остальных резисторах, выберите один на котором напряжение наибольшее. Настройте резистором P1 на нем напряжение 18 мВ.Теперь подключите сигнал генератор на вход и осцилограф на выход. Убедитесь в том, что форма сигнала свободна от искажений. Если у вас нет этих приборов, подключите нагрузку и на слух получайте хорошее качество. Звук должен быть чистым и динамичным.  Защита АС аналогична первой. Питание 24 вольта от отдельной обмотки трансформатора.

ФНЧ

   На печатную плату добавил лишь громкость для усилителя Лайкова. Далее приступил к сборке корпуса автоусилителя

   Использовал алюминиевые 20 на 20 мм уголки и фанеру 10 мм. Корпус отшлифован и оклеен черным кожзамом. Кулера закреплены на задней стенке корпуса.     

   ФНЧ будет закреплен на передней панели, там-же будут расположены силовые клеммы для питания этого агрегата. И клеммы входа и выхода. Верхняя крышка будет изготовлена из тонированного 4 мм стекла. Усилитель прошел испытания на прослушивания музыки. На колонках С90 и сабвуфере 1000 ватт. Бас напористый глубокий. Лайков весь потенциал не раскрыл, так как С90 не годится для сего агрегата. Автор проекта Ivan Aleksandrov.


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усилитель с фильтром для сабвуфера — простая схема.

 Предварительный усилитель для сабвуфера Предварительный усилитель фильтр для сабвуфера

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема фильтра с УМЗЧ сабвуфера


Схема принципиальная ФНЧ и УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074). Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта. Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

Конденсатор С6 обеспечивает разделение постоянной составляющей сигнала предусилителя от усилителя мощности. Резисторы R7 (100k), R8 (100k) и R9 (100k) служат для поляризации входа усилителя, а конденсатор C7 (22uF) фильтрует напряжение смещения. Элементы R10 (4.7 k), R11 (150к) и C8 (2.2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе. Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости). Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1. Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на . Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).


Плата печатная для устройства

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.

Представленный самодельный усилитель работает в стандарте 2+1 (стерео + сабвуфер). Он изготовлен на основе популярной (и главное дешёвой) микросхемы , что дает выходную мощность около 30 Вт на канал с сопротивлением нагрузки АС 4 Ома и питании +/-22В. Схема подходит для работы с любым стандартным источником аудио сигнала: mp3-плеер, смартфон или компьютер, так как оснащена предусилителем с регулировками тембра. Сигнал на сабвуфер формируется через низкочастотный активный фильтр второго порядка. Составляющие сигнала выше 200 Гц обрезаются, после чего сигнал поступает на усилитель мощности НЧ. Схема может питаться напряжением не более +/-25 В.

Схема усилителя аудио системы 2.1

Входной сигнал подается на разъем InP — правый канал, и левый канал на InL, проходя через фильтр высоких частот, состоящий из C1 (1uF) и R1 (100k). Значения этих элементов обеспечивают частоту среза этого фильтра на уровне порядка 1,5 Гц, что эффективно вырезает постоянную составляющую и слишком низкие частоты. Далее сигнал попадает на усилитель ОУ U3A (NE5532), а элементы R6 (10k) и R11 (4,7 k) обеспечивают усиление сигнала на уровне порядка 1,5 (1+4,7 k/10k). Конденсатор С6 предотвращает возбуждение, в то время как C2 (1uF) развязывает предварительный усилитель U3A от системы регулировки частот, построенной на операционном усилителе U4A (NE5532).

Работа темброблока

Регулировка частот построена классическим образом, элементы, вносящие изменения в характеристики сигнала, находятся в петле отрицательной обратной связи микросхемы U4A. На сопротивлении X1 состоят конденсаторы C17 (4,7 nF), C20 (33nF) и резистор R7 (10k), «половина» потенциометров P1A (100k), P2A (100k) и элементов R8 (10k) и R13 (3,3 к). Сопротивление X2 представляет собой конденсаторы C18 (4,7 nF), C21 (33nF), резистор R9 (10k), «половина» потенциометров P1A, P2A и элементов R8 и R13. Помочь понять может рисунок далее:

Когда любой из ползунков потенциометров P1A или P2A будут переведены со своего среднего положения — это приведет к изменению значения X1 и X2, а, следовательно и значение усиления становится отлично от -1 и начинает зависеть от частоты. Обратите внимание то, что значения X1 и X2 всегда зависят от частоты, поэтому фиксируется только в случае X1=X2.

Потенциометр P1A отвечает за регулировку низких частот. Для высоких частот сигнала конденсаторы C20 и C21 являются проводниками, так что регулировка с помощью потенциометра не дает никакого эффекта для этих частот. Потенциометр P2A позволяет регулировать высокие частоты, а благодаря конденсаторам C17 и C18 он не влияет на регулировку баса. Для низких частот конденсаторы C17 и C18 представляют собой размыкание из-за чего потенциометр отключается от схемы и его влияние на регулирование становится незначительным.

Сигнал с выхода темброблока поступает через R12 (4,7 k) на потенциометр для регулировки громкости P3A (100k) и далее еще на ОУ U5A (NE5532). Элементы R14 (15k) и R15 (33k) задают усиление около -2 (-33k/15k). С выхода U5A сигнал через фильтр R17 (100Р), C3 (1uF) и R4 (100k) попадает на вход усилителя мощности УМЗЧ.

Граничную частоту фильтра для сабвуфера можно рассчитать с помощью программ или изменяя значения элементов экспериментально.

Второй канал предусилителя работает аналогично, пассивные элементы в нем, возникающие обозначены дополнительно буквой «а», а потенциометры и операционные усилители имеют маркировку «Б».

Дополнительным модулем является сумматор и активный фильтр низких частот, изготовленный с помощью операционного усилителя U6 (NE5532). Выделенный в этой части цепи сигнала используется после соответствующего усиления для раскачки сабвуфера. Сигнал с обоих выходов предусилителя попадает через C22-C23 (220nF) и R2-R3 (100k) на вход U6A. Потенциометр P4 (220k) позволяет регулировать усиление по отношению к главному регулятору громкости P3. P4, R2 и R3 вместе с U6A образуют усилитель с регулируемым коэффициентом усиления в диапазоне 0-2,2. Второй операционный усилитель (U6B) — это активный фильтр низких частот. Значения элементов подобраны так, что система работает как фильтр Баттерворта второго порядка с граничной частоты в районе 200 Гц. Сигнал с выхода фильтра через цепь C24 (220nF), R5 (100k) попадает на вход усилителя мощности.

Блок питания УНЧ

Весь усилитель питается двухполярным напряжением в пределах 17-25 В. Напряжение питания для операционных усилителей формируется с помощью стабилизаторов U1 (78L15/L12), U2 (79L15/L12) и фильтруют с помощью емкостей C4-C5 (100uF) и C7-C8 (47uF). Кроме того, питание каждого из четырех операционных усилителей сглаживается с помощью конденсаторов C9-C16 (100nF).

Работа узла УМЗЧ

Усилитель мощности построен на базе популярной микросхемы U7 (TDA2050). Это наверное самый распространённый аудио усилитель, работающий в классе AB. При общих гармонических искажениях на уровне 0,5% он позволяет достичь мощности порядка 30 Вт. Конденсатор C8 (1uF) отсекает постоянную составляющую сигнала и в то же время представляет собой фильтр высоких частот на входе. R20 (22k) определяет сопротивление на входе усилителя мощности.

Цепь обратной связи — резисторы R21 (680R) и R22 (22k), изменение их соотношения приводит к изменению усиления, причем снижение R22 или увеличение R21 вызывает уменьшение усиления. В даташите микросхемы TDA2050 производитель рекомендует чтоб оно было больше 24 дб. Конденсатор C29 (22uF) отсекает постоянную составляющую на входе усилителя. Резистор R19 (2,2 Ома) и конденсатор C32 (470nF) предотвращает самовозбуждение усилителя. Питание УМЗЧ фильтруют конденсаторы С26-C27 (2200uF) и C30-C31 (100nF). Остальные два канала работают аналогично.

Сборка

Схема паяется на общей печатной плате. В первую очередь надо впаивать все перемычки. Дальше можно приступить к пайке резисторов. Все они мощностью 0.25 Вт. Далее закрепите панельки под операционные усилители. В самом конце размещайте на плате стабилизаторы напряжения, электролитические конденсаторы и потенциометры. При установке потенциометров следует обратить внимание на то, чтобы они были на одной линии — из эстетических соображений. Металлические корпуса потенциометров необходимо подключить на массу с помощью проводов. Это вызывает экранирование корпусов переменников, снижая помехи и фон переменного тока при прикосновении к ручкам потенциометров.

Все три TDA2050 могут быть посажены на общий радиатор, на котором будет потенциал отрицательной шины питания. Чтобы избежать этого, примените изоляционные шайбы. Вы должны быть осторожны, чтобы не замкнуть радиатор на металлический корпус массы усилителя.

Схему усилителя лучше питать от трансформатора мощностью около 100 Вт и напряжением 2×16 В, выпрямителя и двух конденсаторов, фильтрующих напряжение переменки.

Запуск и настройка схемы

При первом запуске не вставляйте в панельки операционные усилители и после включения питания проверьте, что на каждой панельке имеются правильные напряжения питания. Потом уже можно всунуть их по местам. Потенциометр громкости должен быть закручен на минимум (до упора влево), а на вход надо подать сигнал с mp3-плеера или компьютера. Усилитель хорошо работает как с динамиками (колонками акустических систем) с сопротивлением 4, так и 8 Ом.

В роли выходных усилителей мощности работают микросхемы TDA2050, TDA2030 или TDA2040, обеспечивая выходную мощность, соответственно 14, 20 или 30 Ватт на канал. Не обязательно все микросхемы усилители должны быть одинаковые. Вы можете установить те что слабее в роли УНЧ стерео, а более мощный усилитель оставить для сабвуфера.

Стабилизаторы напряжения U1 и U2 обеспечивают симметричное двухполярное напряжение на уровне +/-15 В. Можно с успехом применить стабилизаторы на напряжение 12 В или даже 9 В. Это не вызовет изменений в работе предусилителя. Такая процедура будет необходима в случае, если мы хотим питать усилитель меньшим напряжением, чем +/- 18 В. Стабилизаторы 7815 и 7915 могут не хотеть нормально работать с малым падением напряжения. Скачать файлы печатных плат

Обсудить статью СТЕРЕО УСИЛИТЕЛЬ С САБВУФЕРОМ И ФНЧ

Любители музыки или просмотра кинофильмов на большом экране домашнего кинотеатра, несомненно, заинтересованы и в том, чтобы получать высококачественный звук. Поэтому немаловажно, какой предварительный усилитель выбрать, чтобы результат вас не разочаровал, на какие характеристики обратить внимание при выборе аудиоустройства.

При прослушивании музыки на CD-проигрывателе тоже необходим усилитель, потому что сигнал у них подается очень слабого уровня. В помощь колонкам подключается усилитель. Он способен осуществлять коммутацию и принимать аудиосигнал, повышая его до требуемой громкости.

Усилители разделяются на три вида: предварительные, интегральные и усилители мощности. Интегральный, который сочетает все в одном корпусе, в настоящее время наиболее распространен. Более дорогой и качественной считается схема раздельного устройства, состоящая из усилителя мощности и предусилителя. Усилители бывают ламповые, транзисторные.

Именно предварительный вариант способен подарить настоящему меломану тот звук, который ему бы хотелось слышать — более чистый и качественный, по-настоящему живой.

Выбирая из категории дорогих многоканальных цифровых систем, можно остановиться на AV-процессоре. А делая выбор среди усилителей, лучше отдать предпочтение предусилителю, который является наилучшим вложением денег. Процессор способен должным образом корректировать параметры и обработку объемного звука. В результате можно собрать следующую аудиосистему, включающую источник (например, проигрыватель дисков), предварительный усилитель, усилитель и акустику. В качестве источника может служить проигрыватель виниловых пластинок, кассетная дека и другие варианты. В роли предусилителя можно использовать AV-процессор. Предварительные усилители эффективнее в связке с цифровыми аудиосистемами, в которых они образуют пару с усилителями мощности. Это позволяет обладателю профессиональной акустики избегать при воспроизведении огрехов записи музыки и нейтрализовывать частотные резонансы, присущие помещению.

Чтобы предварительный усилитель для сабвуфера выдавал нужное качество звука, необходимо на его эквалайзере выставлять центральную частоту ближе к одному килогерцу, а СЧ выставлять ниже на полдецибела.

Для регулировки звука на предусилителе следует вывести его выход с максимальным, а на входе на усилителе мощности с минимальным уровнем. Звук будет более качественным, если выходное сопротивление предусилителя ниже, чем входное на усилителе мощности. Хорошо совмещаются ламповые стереоусилители и транзисторные усилители мощности. Можно подключить предварительный вариант к активным колонкам, но хороший звук можно получить только при использовании качественных студийных моделей.

Как правило, предусилитель исполняет роль контроллера управления, который позволяет регулировать громкость и тембр аудиосистемы, переключает источники звука и готовит сигнал для усилителя мощности. В отличие от последнего, предусилитель располагают на виду.

Если выбирать высококачественный предварительный усилитель, то это техника класса «High End», например, «Evolution», созданный немецкими конструкторами. Он достигает максимальной нейтральности, обрабатывая входной аудиосигнал. Устройство обладает совершенной элементной базой, кратким путем сигналов и стабилизированным источником питания. Предусилистель располагает моновыходом на сабвуфер со спутниковыми приставками, в него может быть встроен тюнер и универсальный фонокорректор-предусилитель. Несомненно, подобное устройство способно доставить массу удовольствия настоящим меломанам.

Любители музыки или просмотра кинофильмов на большом экране домашнего кинотеатра, несомненно, заинтересованы и в том, чтобы получать высококачественный звук. Поэтому немаловажно, какой предварительный усилитель выбрать, чтобы результат вас не разочаровал, на какие характеристики обратить внимание при выборе аудиоустройства.

При прослушивании музыки на CD-проигрывателе тоже необходим усилитель, потому что сигнал у них подается очень слабого уровня. В помощь колонкам подключается усилитель. Он способен осуществлять коммутацию и принимать аудиосигнал, повышая его до требуемой громкости.

Усилители разделяются на три вида: предварительные, интегральные и Интегральный, который сочетает все в одном корпусе, в настоящее время наиболее распространен. Более дорогой и качественной считается схема раздельного устройства, состоящая из и предусилителя. Усилители бывают ламповые, транзисторные.

Именно предварительный вариант способен подарить настоящему меломану тот звук, который ему бы хотелось слышать — более чистый и качественный, по-настоящему живой.

Выбирая из категории дорогих многоканальных цифровых систем, можно остановиться на AV-процессоре. А делая выбор среди усилителей, лучше отдать предпочтение предусилителю, который является наилучшим вложением денег. Процессор способен должным образом корректировать параметры и обработку объемного звука. В результате можно собрать следующую аудиосистему, включающую источник (например, проигрыватель дисков), предварительный усилитель, усилитель и акустику. В качестве источника может служить пластинок, кассетная дека и другие варианты. В роли предусилителя можно использовать AV-процессор. Предварительные усилители эффективнее в связке с цифровыми аудиосистемами, в которых они образуют пару с усилителями мощности. Это позволяет обладателю профессиональной акустики избегать при воспроизведении огрехов записи музыки и нейтрализовывать частотные резонансы, присущие помещению.

Чтобы предварительный усилитель для сабвуфера выдавал нужное качество звука, необходимо на его эквалайзере выставлять центральную частоту ближе к одному килогерцу, а СЧ выставлять ниже на полдецибела.

Для регулировки звука на предусилителе следует вывести его выход с максимальным, а на входе на усилителе мощности с минимальным уровнем. Звук будет более качественным, если выходное сопротивление предусилителя ниже, чем входное на усилителе мощности. Хорошо совмещаются ламповые стереоусилители и транзисторные усилители мощности. Можно подключить предварительный вариант к активным колонкам, но хороший звук можно получить только при использовании качественных студийных моделей.

Как правило, предусилитель исполняет роль контроллера управления, который позволяет регулировать громкость и тембр аудиосистемы, переключает источники звука и готовит сигнал для усилителя мощности. В отличие от последнего, предусилитель располагают на виду.

Если выбирать высококачественный предварительный усилитель, то это техника класса «High End», например, «Evolution», созданный немецкими конструкторами. Он достигает максимальной нейтральности, обрабатывая входной аудиосигнал. Устройство обладает совершенной элементной базой, кратким путем сигналов и стабилизированным источником питания. Предусилистель располагает моновыходом на сабвуфер со спутниковыми приставками, в него может быть встроен тюнер и универсальный фонокорректор-предусилитель. Несомненно, подобное устройство способно доставить массу удовольствия настоящим меломанам.

Активный Сабвуфер! Чертежи, схема, инструкция!

Всем привет! В этой статье будут подробно описаны все этапы изготовления активного сабвуфера, приведены расчёты корпуса, список деталей, материалов и необходимых инструментов. Проект получился очень интересным, будет полезен тем, кто хочет хорошую акустическую систему для своего дома, следую пошаговой инструкции, вы сможете изготовить её своими руками, при наличии необходимого инструмента, итак, начнём!

 

Шаг 1: Расчёт параметров

Основная цель этого проекта заключалась в том, чтобы создать сабвуфер, который выделялся бы низкими частотами и имел встроенный усилитель, способный питать два других динамика в небольшом корпусе. Для расчёта параметров корпуса сабвуфера, была использована программа WinISD. Для достижения наилучших результатов автор использовал сабвуфер Tang Band и готовый усилитель 2.1. Как видно из графика, корпус настроен на 43 Гц и имеет F3 около 37 Гц, что довольно удивительно, учитывая цену низкочастотного динамика и компактного корпуса, в котором он нуждается.

Ниже можно скачать файлы со всеми расчётами и необходимыми размерами. Так же есть шаблон панели управления, который вы можете распечатать и приклеить на корпус, чтобы точно сделать все необходимые отверстия.

  • ACTIVE+SUBWOOFER+PLANS+METRIC.pdf
  • ACTIVE+SUBWOOFER+PLANS+IMPERIAL.pdf
  • Схема подключения.pdf

 

Шаг 2: Детали и материалы

Если вы посмотрите видео в конце статьи, то можете заметить что в схеме соединений меньше компонентов. Автор сделал это, чтобы уменьшить количество используемых компонентов и упростить общий процесс сборки сабвуфера. Автор также использовал аналогичный усилитель со встроенным Bluetooth, что бы не покупать для этого отдельный модуль. Ниже вы найдете полный список деталей и инструментов, использованных для сборки. Обратите внимание, что на все детали я оставил ссылки, где их можно приобрести!

Компоненты:

  • НЧ-динамик — Купить
  • Блок питания на 24 В — Купить
  • Фазоинвертор 2 шт. — Купить
  • Усилитель 2.1 — Купить тут или Тут
  • Розетка переменного тока с выключателем — Купить
  • Гнёзда с креплением на корпус — Купить
  • Входное аудио гнездо — Купить

Остальное:

  • Spade разъемы — Купить
  • Прокладочная лента — Купить
  • Резиновые ножки — Купить
  • Шурупы M5 * 25 с шестигранной головкой — Купить
  • Винты M2 * 12 — Купить
  • Резьбовые вставки — Купить
  • Медные стойки — Купить

Инструменты:

  • Инструмент для зачистки проводов — Купить
  • Мультиметр — Купить
  • Комплект коронок по дереву — Купить
  • Набор кернов — Купить
  • Клеевой пистолет — Купить
  • Шлифовальная губка — Купить
  • Эпоксидный клей — Купить
  • Лобзик — Купить
  • Шуруповёрт — Купить
  • Паяльник — Купить
  • Припой — Купить
  • Третья рука для пайки — Купить
  • Сверла — Купить

Для изготовления корпуса сабуфера были использованы МДФ толщиной 12 мм и 6 мм, а так же 4 мм фанера для панели управления.

 

Шаг 3: Начало

После изучения представленных схем, мы можем начать сборку. Чтобы точно вырезать заготовки из МДФ, автор использую циркулярную пилу, если у вас такого оборудования нет в наличии, можно использовать лобзик, а края полученных заготовок отшлифовать наждачной бумагой!

Чтобы вырезать окошко для панели управления усилителя, автор сначала разметил место где он будет установлен, затем просверлил четыре отверстия в каждом углу, для того что бы процесс пила был аккуратным и не повредить углы. Затем лобзиком отрезал как можно ближе к линии. Здесь нет необходимости быть точным, важно лишь, чтобы опорная панель усилителя находилась на краю. Так же необходимо вырезать отверстие для фазоинвертора, сделать это можно коронкой по дереву на 64 мм (2 1/2 «), главное что бы фазоинвертор плотно заходил в отверстие!

 

Шаг 4: Изготовление отверстий

Как только боковые панели были вырезаны, автор приклеил фазонвертор на место. Изготовил он его из канализационной ПВХ трубы, так как заводского под рукой не было, поэтому установил фазоинвертор на месте перед сборкой и покраской корпуса. Можно приобрести и готовый фазоинвертор и установить его после сборки корпуса.

Автор также вырезал отверстие для сабвуфера с углублением для скрытого монтажа, но если у вас нет желание делать углубление, то можно обойтись и без него, страшного в этом ни чего нет!

 

Шаг 5: Сборка корпуса

Теперь нужно собрать все детали корпуса вместе. Автор использовал клей ПВА, сборку нужно производить аккуратно, что бы все углы были максимально ровными. Так же, необходимо вырезать подставки для фазоинвертора, обратите внимание что в схеме их нет, так как планировалось использование готового фазоинвертора.

Для лучшей адгезии рекомендуется скреплять корпус вместе, пока клей высыхает.
Вы также, вероятно, заметили, что автор приклеил опорные элементы задней панели вдоль задней кромки корпуса, но поскольку был изменён дизайн динамика, вам нужно будет обрезать заднюю панель большего размера, пропустить опорные элементы панели и прикрутить заднюю панель напрямую, в корпус.

 

Шаг 6: Шлифовка

После того как клей полностью высохнет, можно приступать к шлифовки поверхности, автор использовал шлифовальную машинку, но обойтись можно и наждачной бумагой, только в последнем случае, процесс займёт не мало времени.

Так же автор закруглил края, в результате получилось очень красиво, но можно и оставить их ровными, это повлияет лишь на внешний вид!

Шаг 7: Задняя панель

Обратите внимание, что задняя панель расположена не так, как в планах сборки. В составленных планах вы можете видеть, что нет опорных элементов панели, что упрощает процесс сборки, так что задняя панель может быть прикручена непосредственно к корпусу.

Автор решил просверлить зенковки на задней панели, чтобы винты были на одном уровне. Затем поместил заднюю панель на место и просверлил отверстия для винтов. Обратите внимание, что сначала нужно просверлить сверлом меньшего диаметра, а затем использовать сверло большего диаметра, чтобы винты не вгрызались в заднюю панель, а только зажимали ее.

 

Затем были просверлены отверстия для входного гнезда AUX и клемм динамика. Автор также просверлил отверстия для резиновых ножек и закрутил 4 винта, чтобы они служили временными подставками.

 

Шаг 9: Покраска

А нанес несколько легких слоев серой грунтовки на поверхность. Когда грунтовка полностью высохла, отшлифовал ее шлифовальной губкой с зернистостью 600 для лучшей адгезии краски. Рекомендуется еще раз обезжирить поверхность перед покраской.

 

Автор использовал матовую черную аэрозольную краску, для того что бы процесс высыхания проходил быстрее, можно обдуть поверхность строительным феном, ну лил оставить в тёплом проветриваемом месте!

 

Шаг 10: Изготовление панели управления

Что бы сделать панель управления, скачайте схему по ссылке в начале статьи, и последний файл, чтобы вырезать шаблон. Дважды проверьте линейкой, что измерения правильны на шаблоне, как только вы распечатаете его. Возможно, вам придется изменить размер изображения, чтобы получить правильный размер.

Просто вырежьте шаблон и приклейте его на кусок фанеры. Отметьте отверстия шилом или керном, используя мелкое сверло, просверлить все отверстия. Затем постепенно используйте сверла большего диаметра, где это необходимо, чтобы избежать сколов. Когда отверстия просверлены, снимите шаблон и зашлифуйте его.

 

Шаг 11: Установка усилителя

Возьмите готовую панель управления и установите на неё усилитель. Автор также припаял зеленый светодиодный индикатор питания и вставил его сзади. Затем поместил резьбовые вставки в опорную панель усилителя и приклеил ее на место на выступе корпуса, убедившись, что треугольные элементы также приклеены на месте. Затем вставил усилитель на место.

 

Шаг 12: Завещающие этапы

Осталось сделать еще несколько вещей, и у нас получится готовый активный сабвуфер! Автор наклеил полоску мягкой ленты по краю корпуса, чтобы сделать ее герметичной после того, как задняя панель будет прикручена на место. То же самое можно проделать и с панелью управления. Как только это будет сделано, нужно установить разъемы динамиков и прикрутить заднюю панель на место. Не забудьте поставить резиновые ножки на дно!

 

Шаг 13: Установка динамика

Самый приятный этап в этой сборке — установить на место низкочастотный динамик. Для этого сначала установите его на место и используйте дырокол, чтобы отметить отверстия для винтов. Затем выньте сабвуфер и просверлил отверстия в панели. Наклейте по краям мягкую ленту и установите сабвуфер на место, убедитесь что бы всё плотно прилегало. Затем нужно подключить провода к плате, прикрутить сабвуфер и поставить ручки на панель управления.

 

Шаг 14: Готово!

Ну вот наш проект и готов! Осталось только подключить к нему смартфон, через Bluetooth или AUX выход и наслаждаться проделанной работой!

 

Видео проекта

Заключение

Мы приложили не мало усилий для создания этой статьи, старались написать ее простым и понятным языком. Но получилось у нас это сделать или нет решать только Вам. Если остались вопросы, создайте тему на «Форуме», мы и наше дружное сообщество обсудим все детали, и найдем на него оптимальный ответ.  

И напоследок, есть желание помочь проекту? Подпишись на наше сообщество “Вконтакте”.

Создайте эту схему усилителя сабвуфера [Mini Ground-Shaker]

Усилитель сабвуфера — это, по сути, усилитель мощности, предназначенный для фильтрации и извлечения низкочастотного содержимого из входного аудиосигнала и усиления его до желаемого уровня. Это позволяет воспроизводить звук, усиленный более глубокими басами, создавая звуковые эффекты, подобные концертному залу или иммерсивному театру.

Автор: Sania D’souza

Многие люди экспериментируют с системами домашнего кинотеатра, подключая телевизор или компьютер к вспомогательным портам музыкальной системы. В большинстве ситуаций эта простая настройка является существенным улучшением по сравнению со встроенными динамиками телевизора.

Популярные небольшие настольные аудиосистемы, с другой стороны, редко оснащены динамиками, достаточно большими для воспроизведения глубоких басов, которые придают театральному звуку его громкость и силу. С другой стороны, динамик сабвуфера отвечает за этот ключевой аспект звука домашнего кинотеатра.

Существует два типа сабвуферов: пассивные и активные сабвуферы . Пассивная кроссоверная сеть и динамик, установленный внутри корпуса громкоговорителя, являются наиболее распространенными компонентами пассивных сабвуферов. Хотя этот тип сабвуфера является самым дешевым, для его управления требуется внешний усилитель, а усилители большинства встроенных аудиосистем слишком малы для эффективной работы пассивного сабвуфера.

Предлагаемый мини-встряхиватель представляет собой сабвуфер с активным кроссовером, 50-ваттным усилителем мощности, 10-дюймовым драйвером и полосовым фильтром четвертого порядка. Встроенный усилитель мощности схемы сабвуфера позволяет ему работать практически со всеми типами звуковых систем.

Содержание

Описание схемы

Схемы подключения активного сабвуфера показаны на рисунках ниже.

2200 мкФ рассчитаны на 100 В.

48-вольтовый трансформатор с отводом от средней точки, мостовой выпрямитель и фильтрующие конденсаторы C7 и C8 составляют источник питания. Выходное напряжение после выпрямления и фильтрации составляет около 35 вольт. Стабилитроны D1 и D2 и резисторы R19и R20 регулируют выходы источника питания операционного усилителя IC1 до 15 В.

Счетверенный операционный усилитель TL074 (IC1) работает как входной буфер, полосовой фильтр и выходной драйвер для всей схемы.

Резисторы R1 и R2, потенциометр R3 и буфер с единичным коэффициентом усиления IC1a образуют каскад смесителя и делителя напряжения во входной цепи.

R3 — это потенциометр, который можно использовать для управления выходным сигналом сабвуфера на соответствующем уровне.

Используя конденсаторы C2 и C3 и резисторы R5 и R6, операционный усилитель IC1b создает фильтр верхних частот 12 дБ на октаву.

При указанных числах частота среза для этого фильтра составляет 1/2πRC , или около 34 Гц. Коэффициент усиления и добротность фильтра регулируются резисторами R8 и R7.

При частоте примерно 20 Гц конденсатор C1 и резистор R4 обеспечивают дополнительный фильтр верхних частот на 6 дБ на октаву. IC1c, C4 и C5, а также R9 и R10 вместе образуют фильтр нижних частот 12 дБ на октаву.

Отсечка нижних частот устанавливается на 72 Гц с помощью предоставленных параметров. R11 и R12 контролируют усиление и добротность этого каскада.

Соединение этих двух фильтров друг за другом создает полосовой фильтр с частотной характеристикой, показанной на графике ниже.

Для повышения эффективности выходной каскад работает как усилитель класса B. Кроссоверные искажения, преобладающие в усилителях класса B, практически уменьшаются благодаря высокой скорости нарастания TL074. Спецификация искажения усилителя, как правило, находится в диапазоне частот, который сабвуфер не может воспроизвести.

Выходной сигнал операционного усилителя IC1d может колебаться около 10 В пикового значения при работе с источником питания 15 В для управления транзисторами Q1 и Q2.

Отрицательная обратная связь обеспечивается резисторами R17 и R18, которые регулируют коэффициент усиления выходного каскада примерно до трех. В результате выходное напряжение может достигать оптимального пикового напряжения примерно 30 вольт.

Максимальная выходная мощность при нагрузке 8 Ом составляет (30 x 30/8)/2 = 56 Вт RMS, если транзисторы рассчитаны на высокий коэффициент усиления, как указано.

Резистор R13 и резистор обратной связи R14 определяют общий коэффициент усиления усилителя. Изоляция по постоянному току осуществляется через конденсатор C6.

Компоновка коробки

Коробка для сабвуфера является важной частью его конфигурации. С помощью компьютерного программного обеспечения для этого мини-сотрясателя земли был создан кабинет полосового пропускания четвертого порядка.

Цифровая модель определяется характеристиками, как показано на следующем графике, для 10-дюймового динамика. Пиковое перемещение диффузора динамика было выбрано равным 1 дюйму.

Для оптимальной работы необходимо выбрать громкоговоритель с соответствующими характеристиками. Усилитель и громкоговоритель должны быть размещены в герметичной камере размерами 18 x 15 x 8,5 дюймов и объемом 1,2 кубических фута.

Корпус динамика ориентирован так, что диффузор динамика обращен к полу. Опоры по обеим сторонам шкафа удерживают его на высоте 1,5 дюйма над полом, в результате чего получается передний отсек емкостью 0,2 кубических фута.

Открытые концы опоры служат двумя портами размером 1,5 x 12,5 дюймов.

Как проверить

В первую очередь необходимо убедиться в работоспособности источника питания. Убедитесь, что эмиттеры Q3 и Q4 получают +/-35 вольт постоянного тока, а IC1 получает 15 вольт постоянного тока на контакты 4 и 11, соответственно. Также проверьте напряжение постоянного тока на выходе (на коллекторах Q3/Q4).

Если выходное напряжение выше 0,1 В, проверьте правильность размещения деталей, особенно C6.

Громкоговоритель может быть поврежден, если напряжение на выходе усилителя очень высокое. Если у вас есть доступ к генератору функций и осциллографу, вы можете подключить генератор функций к входным портам, а осциллограф к контакту 8 IC1, чтобы проверить функциональность полосового фильтра.

Выполните тест с разверткой по частоте от 20 до 150 Гц или более, используя синусоидальный входной сигнал в несколько вольт, и убедитесь, что выходное напряжение осциллографа соответствует схеме, изображенной на графике выше.

Практическая реализация

Установите готовую схему сабвуфера в месте, где входные кабели и кабель питания можно было бы спрятать в комнате для прослушивания. Очень важно правильно подключить сабвуфер к источнику музыки или стереоусилителю.

Подсоедините омметр к отрицательным клеммам стереоусилителя, убедившись, что питание отключено, а динамики отсоединены. Подключайте только один вход на случай, если концы входа не замкнуты друг на друга, или если ваш стереоусилитель работает в моно-мостовом режиме.

Замкните отрицательные клеммы сабвуфера вместе с линией заземления. Подсоедините отрицательные контакты сабвуфера к отрицательной линии стереоусилителя.

Если положительные выходные клеммы вашего стереоусилителя замкнуты накоротко, он почти наверняка выйдет из строя. Установите ручку громкости полностью вниз и подключите шнур питания сабвуфера к сетевой розетке переменного тока после того, как входные соединения будут правильно соединены.

Сначала установите громкость стереосистемы, а затем отрегулируйте потенциометр сабвуфера. Настройте регулятор баса на вашей стереосистеме, чтобы точно отрегулировать уровень сабвуфера, только если ваша стереосистема также имеет собственные регулировки регуляторов тембра. Вы можете исследовать мир музыки и интриг, спрятанных глубоко в музыкальном частотном диапазоне, с мини-схемой сабвуфера Shockwave.

Вы можете снова слушать все эти потрясающие фильмы и впервые у себя дома ощутить настоящий театральный звук глубоких басов из этой схемы сабвуфера!

Схема усилителя сабвуфера | Доступны подробные электрические схемы

— Реклама —

Если вы ищете компактный и недорогой дополнительный аудиоусилитель для вашей цифровой системы объемного звучания или компьютера, то эта схема усилителя сабвуфера подходит для ваших нужд. Он выдает 15 Вт на канал в стереорежиме и около 29 Вт на канал.W в мостовом монофоническом режиме из коробки размером с кирпичный дом.

Многие доступные на рынке недорогие DVD-плееры не имеют встроенных усилителей звука. Чтобы насладиться стереофоническим звуком, вам придется купить отдельные левый и правый динамики. Более того, для воспроизведения DVD в формате Dolby Digital вам, вероятно, потребуется пять усилителей и динамиков, по одному на каждый из каналов.

Как и многие аудиопроекты, опубликованные ранее в EFY, схема усилителя сабвуфера может модернизировать аудиосистему в соответствии с вашим личным вкусом. Это помогает недорогому DVD-плееру воспроизводить превосходный объемный звук Dolby Digital (AC-3).

— Реклама —

«5.1-канальные» системы Dolby Digital имеют отдельные выходы каналов, при этом центральный фронтальный сигнал сильно отличается от фронтального, левого и правого. На многих DVD-дисках диалоги основного экрана расположены на центральной передней дорожке, поэтому, чтобы услышать диалоги, вам понадобится центральный передний усилитель и динамик. Кроме того, есть отдельные сигналы тыловых каналов с Dolby Digital для кодирования MPEG и DTS, и для их прослушивания нужны два отдельных усилителя и колонки. Дорожка сабвуфера (низкочастотный эффект, LFE) довольно дискретна в кодировке Dolby Digital. Он доставляет большую часть ворчания для взрывов. Так что, если вы смотрите боевик без сабвуфера, вы пропустите большую часть звуковых эффектов.

Короче говоря, для просмотра фильмов в формате Dolby Digital помимо стереосистемы необходимы три дополнительных динамика и соответствующие усилители. Приобретение дополнительных динамиков по доступной цене не является проблемой, но это не относится к дополнительному усилителю для стереофонической или мостовой моносистемы.

Схема, описанная в статье, обеспечивает два канала усилителя мощности 15 Вт RMS с низким уровнем искажений и хорошей частотной характеристикой. Входная чувствительность тоже хорошая. Вам нужно около 200 мВ на входе для получения полного выхода, подходящего для использования с «линейным» выходом на DVD-плеерах со встроенными декодерами Dolby Digital.

На самом деле, один или два усилителя кирпича можно использовать с проигрывателем DVD, чтобы получить эффективный выход из вашей системы объемного звучания. Этот усилитель также подходит для усиления мультимедиа в компьютере, позволяя воспроизводить внешние динамики.

Схема усилителя сабвуфера

Схема усилителя сабвуфера проста. Он состоит из блоков питания и усилителя мощности звука. Простая схема двух каналов, управляемых с одного из входов, облегчает беспроблемную работу моста в монорежиме.

Схема усилителя сабвуфера

Эта схема усилителя сабвуфера состоит из малошумящего двойного операционного усилителя на полевых транзисторах TL072 (IC1) и двух усилителей мощности LM1875 (IC2 и IC3).

Работа схемы

В стереофоническом режиме каждая половина TL072 работает как неинвертирующий входной усилитель с коэффициентом усиления примерно в 2,8 раза, определяемым резисторами обратной связи R5 и R6. Перед каждым входным усилителем находится фильтр нижних частот для подавления ВЧ (R1/C1 и R15/C12), за которым следуют регуляторы громкости VR1 и VR2 и блокировочные конденсаторы C2 и C13.

Переключатель S1 используется для выбора монофонического мостового режима. Когда он переключается в моно положение «M», неинвертирующий вход IC1 (B) подключается к земле, что делает левый вход блока неэффективным. Однако на инвертирующем выводе IC1(B) холодный конец резистора R13 отключен от земли и подключен к R7. Теперь он преобразован в инвертирующий каскад с единичным коэффициентом усиления, а выход IC1(A) подключен к IC1(B) через R7. Это преобразует входной каскад для получения двухфазных управляющих сигналов с входа правого канала. В стереорежиме каждый из каскадов усилителя управляет правым и левым громкоговорителями, подключенными к выводу 4 микросхемы IC2 и IC3 соответственно.

Каждый входной каскад управляет одним из силовых каскадов LM1875 (IC2 и IC3) с традиционной схемой. Конденсаторы связи C7 и C14 обеспечивают блокировку по постоянному току, при этом коэффициент усиления напряжения силового каскада устанавливается примерно на 18 с помощью цепей обратной связи R9/R10 и R20/R21. Резисторы R8 и R19 обеспечивают смещение для неинвертирующих входов, а C8/C15 обеспечивают заземление по переменному току для цепей обратной связи.

R11 и C9, а также R22 и C18 — это цепи стабилизации полного сопротивления Цобеля, используемые на выходе усилителя мощности для обеспечения максимальной стабильности переменного тока.

Выходные каскады работают от шин постоянного тока ±21 В, которые подаются от источника питания с использованием трансформатора 21–0–21 В, 2 А с отводом от средней точки.

Цепь питания

Цепь питания стереофонического усилителя

Трансформатор управляет модулем мостового выпрямителя BR1 и четырьмя конденсаторами емкостью 2200 мкФ для обеспечения питания +21 В и –21 В постоянного тока. Входные каскады левого и правого каналов, образованные операционным усилителем TL072, требуют для работы питания ±12 В постоянного тока. В то время как +12В получается от резистора R12 и стабилитрона ZD1, -12В получается от резистора R23 и стабилитрона ZD2.

Усилитель мощности сабвуфера 300/500 Вт

Усилитель мощности сабвуфера 300/500 Вт
Продукция Elliott Sound Проект 68 

© Сентябрь 2000 г., Род Эллиотт (ESP)


Обратите внимание:   Для этого проекта доступны печатные платы. Нажмите на картинку для более подробной информации.

Введение

В этом проекте есть несколько важных обновлений, как показано ниже. Недавние испытания показали, что с новыми транзисторами ON Semi можно получить гораздо большую мощность, чем раньше. Первоначальный дизайн был очень консервативным и изначально предполагалось использовать 2SA149.2 и транзисторы 2SC3856 (номинальной мощностью 130 Вт) — для устройств мощностью 200 Вт (или 230 Вт) некоторые исходные комментарии и предупреждения были изменены в соответствии с ними.

Обновления:
июль 2003 г. — OnSemi только что выпустила новую линейку транзисторов, разработанных специально для аудиоприложений. Эти новые транзисторы были испытаны в P68, и дают отличные результаты. В результате все предыдущие рекомендации по выходным транзисторам отменяются, а новые транзисторы следует использовал.

Устройства вывода MJL4281A (NPN) и MJL4302A (PNP) отличаются высокой пропускной способностью, отличной SOA (зоной безопасной работы), высокой линейностью и высоким коэффициентом усиления. Водитель транзисторы MJE15034 (NPN) и MJE15035 (PNP). Все устройства рассчитаны на 350 В, силовые транзисторы имеют рассеиваемую мощность 230 Вт, а драйверы 50 Вт.

Сентябрь 2003 г. — Кажется, что новые транзисторы драйвера (MJE15034/35) практически невозможно достать — ON Semi до сих пор не имеет их списка на веб-сайте. Существующие устройства (хорошо известные и более чем адекватные) — это MJE15032 (NPN) и MJE15033 (PNP), и они без проблем заменят их. Это также можно использовать MJE340 и MJE350, как указано изначально (обратите внимание, что распиновка перепутал между приборами ТО-126 и ТО-220).

Обратите внимание, что значения некоторых компонентов изменены! Компоновка такая же, но показанные изменения уменьшат рассеяние в Q7 и Q8 при небольшой нагрузке. условия.

Собрав пару усилителей P68 с использованием этих транзисторов, я настоятельно рекомендую их — усилитель, безусловно, демонстрирует свои лучшие качества с высоким коэффициентом усиления и линейность, обеспечиваемая этими устройствами. Обратите внимание, что в схеме есть несколько незначительных изменений (показаны ниже).

При питании ±70 В входные транзисторы и транзисторы источника тока должны быть MPSA42 или аналогичными — показанные оригинальные устройства откажут при таком напряжении! Обратите внимание, что распиновка MPSA42 отличается от первоначально указанной распиновки BC546. Полная информация о выводах транзисторов приведена в статье о конструкции.

Усилители большой мощности не слишком распространены в качестве проектов, поскольку они по своей природе обычно сложны в изготовлении и дороги. Небольшая ошибка при сборке означает, что вы начнете заново — это может обойтись очень дорого. Я рекомендую вам использовать печатную плату для этого усилителя, так как это избавит вас от многих проблем. Это не усилитель для начинающих, работающих с Veroboard!

Усилитель может быть собран опытным любителем примерно за три часа. Металлообработка займет несколько больше времени, и это особенно актуально для варианта с большой продолжительной мощностью. Несмотря на это, он прост в сборке, компактен, относительно недорог и обеспечивает уровень производительности, который удовлетворит большинство требований.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ:

  • Этот усилитель нетривиален, несмотря на небольшие размеры и кажущуюся простоту. Общее постоянное напряжение превышает 110 В (или даже 140 В постоянного тока!), и может вас убить.
  • Рассеиваемая мощность такова, что требуется большая осторожность при монтаже транзистора.
  • Одиночная плата P68 способна работать на полной мощности при нагрузке 4 Ом, но только при более низком напряжении питания.
  • Для работы при более высоком напряжении питания необходимо использовать двухплатную версию.
  • НЕТ ЗАЩИТЫ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ . Усилитель предназначен для использования в корпусе сабвуфера или другого громкоговорителя. так что это не было включено. Короткое замыкание на выходе уничтожит усилитель.

НЕ ПЫТАЙТЕСЬ СДЕЛАТЬ ЭТОТ УСИЛИТЕЛЬ В КАЧЕСТВЕ ВАШЕГО ПЕРВОГО ПРОЕКТА


Описание

Обратите внимание, что спецификация этого усилителя была обновлена, и теперь он рекомендуется для непрерывной высокой мощности до 4 Ом, , но Вам придется пойти на крайние меры с радиатором (настоятельно рекомендуется охлаждение вентилятором). Первоначально он был предназначен для «легкого» прерывистого режима, подходящего для эквалайзерной системы сабвуфера (например, с использованием принципа ELF — см. Страницу проекта для получения информации об этой схеме). Там, где требуется постоянная высокая мощность, рекомендуется использовать еще 4 выходных транзистора, подключенных так же, как Q9. , Q10, Q11 и Q12, и с использованием эмиттерных резисторов 0,33 Ом.

Непрерывная мощность на 8 Ом обычно превышает 150 Вт (250 Вт для источников питания ±70 В), и его можно использовать без дополнительных транзисторов при полной мощности при нагрузке 8 Ом в течение всего дня, каждый день. Дополнительные транзисторы нужны только в том случае, если вы хотите сделать то же самое на 4 Ом при максимальном напряжении питания! Даже не думайте об использовании источников питания выше ±70В, и даже не спрашивайте меня, можно ли это — это не так!

Схема показана на Рисунке 1, и это достаточно традиционная конструкция. Соединения предусмотрены для внутренней SIM-карты (опубликованной в другом месте на страницах проекта), а фильтрация предусмотрена для радиочастотной защиты (R1, C2). Вход осуществляется через электролит 10 мкФ (или вы можете использовать биполярный конденсатор 4,7 мкФ, если это предпочтительнее). Если хотите, можно использовать колпачок из полиэстера — 1 мкФ при номинальном входном импедансе 22 кОм даст частоту -3 дБ 7,2 Гц, что достаточно мало для любого сабвуфера.


Рис. 1. Базовая схема усилителя

Входной каскад представляет собой обычную пару с длинным хвостом и использует сток тока (Q1) в цепи эмиттера. Я решил использовать здесь сток тока, чтобы гарантировать, что усилитель будет быстро стабилизироваться при подаче (и отключении) питания, чтобы устранить ужасный «стук» при включении. Усилитель на самом деле находится в достаточно стабильных условиях работы всего с +/- 5 вольт! Также обратите внимание, что есть разъемы для SIM (монитора искажения звука), который будет показывать клиппирование лучше, чем любая обычная схема индикатора клиппинга. См. Страницы проекта для получения подробной информации о создании SIM-схемы. Если вы считаете, что SIM-карта вам не нужна, пропустите R4 и R15.

Драйвер класса А снова обычный и использует стабилизирующий колпачок Миллера. Этот компонент должен быть керамическим или полистироловым на 500 В для лучшей линейности. Я протестировал 50-вольтовую керамику NP0/C0G при напряжении 500 В без каких-либо признаков утечки или неисправности, но при питании до ±70 В на крышку будет действовать среднеквадратичное значение до 100 В. Коллекторная нагрузка использует принцип бутстрапа, а не активного стока тока, так как это дешевле и очень надежно (кроме того, мне нравится принцип бутстрапа).

Предохранители

указаны как 10А, и этого достаточно для нормальной работы от ±56В. Если вы используете версию с двумя платами и источники питания ±70 В, вам необходимо увеличить номинал предохранителя примерно до 12 А. Смело используйте предохранители на 15А вне зависимости от питающего напряжения, так как они там только для защиты силового трансформатора от короткого замыкания — они не могут защитить усилитель.

Все три транзистора драйвера (Q4, 5 и 6) должны быть на радиаторе, а D2 и D3 должны иметь хороший тепловой контакт с радиатором драйвера. пренебрегать это и приведет к тепловому разгону, и усилитель выйдет из строя. Почему-то последнее утверждение у некоторых вызывает недоумение — посмотрите на фото ниже вы увидите небольшой радиатор, 3 управляющих транзистора и белую «каплю» (слева от электролитического конденсатора), которая представляет собой два диода. прижимается к радиатору термопастой.

C11 не существует на этой схеме, так что не ищите его. Он был «затерян», когда схема была подготовлена, и я не заметил, пока кто-то не спросил меня, где и что это должно было быть. Прости за это.

Именно в выходном каскаде раскрывается мощность этого усилителя. Основной выход аналогичен многим другим моим конструкциям, но с более высоким значением, чем обычно, для резисторов «эмиттера» (R16, R17). Затем напряжение на этих резисторах используется для обеспечения базового тока для основных выходных устройств, которые работают в полном классе B. В чем-то это «бедняцкий» вариант знаменитой схемы демпфирования тока Quad, но без доработок, и в принципе такой же, как в не менее известных усилителях мощности Crown DC300A.

Хотя я показал выходные транзисторы MJL4281A и MJL4302A, поскольку они являются новыми, большинство конструкторов обнаружат, что их не так легко достать, как следовало бы. Альтернативы: MJL3281/MJL1302 или MJL21193/MJL21194.

Примечание. Больше невозможно рекомендовать какие-либо транзисторы Toshiba, так как они чаще всего подделываются. 2SA1302 и 2SC3281 теперь устаревшие — если вы их найдете, это почти наверняка подделки, поскольку Toshiba не производит эти устройства примерно с 1999~2000.

Используйте стандартный зеленый светодиод. Не используйте высокую яркость или другие цвета, так как они могут иметь немного другое прямое напряжение, и это изменит работу стока тока — при желании он может быть миниатюрного типа. Все резисторы 1/4Вт (предпочтительно металлопленочные), за исключением R10, R11 и R22, которые представляют собой углеродные пленочные резисторы мощностью 1Вт. Все резисторы малого номинала (3,3 Ом и 0,33 Ом) имеют проволочную обмотку мощностью 5 Вт.

Поскольку этот усилитель работает в «чистом» классе B (что-то вроде противоречия терминов, я думаю), высокочастотные искажения будут относительно высокими и, вероятно, не подходят для мощного hi-fi. На низкочастотном конце спектра имеется много отрицательной обратной связи, и искажения на самом деле довольно хорошие, около 0,04% до 1 кГц. Мои первоначальные тесты и отчеты других показывают, что слышимых артефактов на высоких частотах нет, но рекомендация остается.

Вопросы рассеяния мощности

Я наделал много шума, чтобы не использовать этот усилитель при ±70 В на 4 Ом без дополнительных транзисторов. Быстрый расчет показывает, что при такой работе пиковое рассеивание на резистивную нагрузку в наихудшем случае составляет 306 Вт (питание 4 Ом/±70 В). Четыре последних транзистора выполняют большую часть работы, а Q7 и Q8 относительно отдыхают (первоначально это было целью проекта). Пиковое рассеивание на 8 выходных устройствах составляет около 70 Вт каждое.

Поскольку мне нравится быть консервативным, я предположу, что Q7 и Q8 на показанной обновленной схеме вносят вклад немного меньше пикового значения 1 А (что примерно правильно). Это означает, что их пиковое рассеивание составляет около 18 Вт, а пиковое рассеивание основных O/P-устройств составляет 70 Вт каждое. Указанные транзисторы имеют мощность 230 Вт, а альтернативы — 200 Вт, так зачем нужны дополнительные транзисторы?

Проблема проста — номинальное рассеивание для транзистора при температуре корпуса 25°С. По мере использования усилителя каждый внутренний кристалл транзистора нагревается, как и корпус транзистора — стандартные кривые снижения номинальных характеристик должен применяться . Добавьте к этому реактивную составляющую, поскольку громкоговоритель возвращает ток обратно в усилитель ( удваивает пиковое рассеивание ), и становится слишком легко превысить пределы устройства. Единственный способ, которым этот усилитель может использоваться для непрерывной работы с высокой мощностью с питанием ±70 В и нагрузкой на громкоговоритель 4 Ом, заключается в том, чтобы поддерживать рабочую температуру на минимальном уровне, что означает наличие четырех выходных устройств на каждой стороне, большого радиатора и фанат!


Рис. 1a — Двойной выходной каскад

На рис. 1А показан удвоенный выходной каскад с просто повторенными транзисторами Q9, Q10, Q11 и Q12 — вместе с эмиттерными резисторами. Каждая ступень 1/2 имеет свою собственную сеть Zobel и заглушки байпаса, как показано, так как это расположение, если построена версия с двумя печатными платами. Когда у вас есть такое количество мощных транзисторов, усилитель будет счастливо управлять нагрузкой 4 Ом в течение всего дня при ± 70 В — с достаточно большим радиатором и принудительным охлаждением. Доступно более 500 Вт, более чем достаточно, чтобы расплавить многие динамики!

Некоторые характеристики и размеры

Следующие цифры относятся к выходной мощности 225 Вт при 4 Ом или 30 В RMS при 1 кГц, если не указано иное. Показатели шума, соотношения сигнал-шум и искажения не взвешены и измеряются при полной полосе пропускания. Измерения проводились с использованием трансформатора на 300 ВА с фильтрующими крышками на 6800 мкФ.

Напряжение сети было примерно на 4% ниже, когда я проводил тесты, поэтому выходная мощность обычно будет немного выше, чем показано здесь, если сеть имеет правильное номинальное напряжение. Показанные цифры измерены при номинальном значении ±56 В, при этом цифра в скобках рассчитана для питания ±70 В.

Voltage Gain 23 (27dB) 23 (27dB)
Power (Continuous) 153W (240W) 240W (470W)
Peak Power — 10 ms 185W (250W) 344W (512W)
Peak Power — 5 ms 185W (272W) 370W (540W)
Input Voltage 1,3 В (2,0 В) среднеквадратичные среды 1,3 В (2,0 В) Среднеквадрат
Шумо * 92dB 92dB
Distortion * 0. 4% 0.4%
Distortion (@ 4W) * 0.04% (1 KHz) 0.04% (1 KHz)
Искажение (при 4 Вт) * 0,07% (10 кГц) 0,07% (10 кГц)
Скорость нарастания > 3 В/мкс > 3 В/мкс

* Невзвешенный

Эти цифры весьма приличные, особенно если учесть конструктивный замысел этого усилителя. Хотя (IMO) он не очень подходит для обычного Hi-Fi, даже там сомнительно, что какие-либо недостатки будут очевидны, за исключением, возможно, частот выше 10 кГц. В то время как усилитель, безусловно, достаточно быстр (и да, 3 В/мкс на самом деле достаточно быстр — отклик распространяется как минимум до 30 кГц, но не на полную мощность), искажения могут быть слишком высокими.

Обратите внимание, что номинальная «пиковая мощность» представляет собой максимальную мощность до разрядки колпачков фильтра и падения напряжения питания. Я измерил их при 5 миллисекундах и 10 миллисекундах. Производительность при нагрузке 4 Ом не так хороша, так как конденсаторы разряжаются быстрее. Напряжение питания при нулевой мощности измерялось ровно 56В, и рухнуло до 50,7В при полной мощности на 8 Ом, и 47,5В при полной мощности на 4 Ом.


Фотография готового усилителя P68

Как видно, это одноплатная версия. Транзисторы драйвера расположены в ряд, так что для всех трех можно использовать один радиатор из листового алюминия. На плате предусмотрены отверстия, чтобы радиатор драйвера можно было надежно установить, чтобы предотвратить поломку выводов транзистора из-за вибрации. Это особенно важно, если усилитель используется для активного сабвуфера, но, вероятно, не понадобится для системы, смонтированной на шасси. Вы можете заметить, что на этой плате резисторы мощностью 5 Вт имеют сопротивление 2,2 Ом и 0,22 Ом. Эти значения можно использовать, но я рекомендую те, которые показаны на схемах.

Показанный радиатор драйвера подходит для всех номинальных мощностей с обычным программным материалом. Все силовые транзисторы смонтированы под платой, а отверстия для крепежных винтов видны в верхней части платы.

Обманчиво просто, не правда ли?


Источник питания
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. В некоторых странах электромонтажные работы могут выполняться только квалифицированным электриком. Не пытайтесь подключить источник питания. если они не обладают соответствующей квалификацией и опытом. Неисправная или неправильная электропроводка может привести к смерти или серьезной травме.

Базовый блок питания показан на Рисунке 2. Он полностью традиционен во всех отношениях. Используйте трансформатор 40-0-40 В, рассчитанный на 300 ВА для нормального использования. Для максимальной продолжительной мощности потребуется трансформатор на 50-0-50 В (500 ВА или более). Это даст непрерывную мощность около 450 Вт, а пиковая мощность более 500 Вт возможна с хорошим трансформатором. Помните мои предупреждения об использовании усилителя таким образом, а также о необходимости дополнительных выходных транзисторов, большого радиатора и вентилятора.


Рис. 2. Базовая схема блока питания

Для стран с напряжением 115 В предохранитель должен быть на 6 А, и во всех случаях требуется плавкий предохранитель из-за пускового тока трансформатора. Для всего, что выше 300 ВА, настоятельно рекомендуется схема плавного пуска (см. Проект 39).

Можно ожидать, что напряжение питания будет выше указанного при холостом ходу и ниже при полной нагрузке. Это совершенно нормально и связано с регулированием трансформатора. В некоторых случаях будет невозможно получить номинальную мощность, если трансформатор не рассчитан должным образом.

Мостовые выпрямители

должны быть на 35 А, а конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны на напряжение не менее 63 В (или 75 В, если вы используете источники питания на 70 В). Проводка должна быть толстой, а постоянный ток должен браться от конденсаторов, а не от мостового выпрямителя.

Хотя показаны конденсаторы фильтра емкостью 4700 мкФ, можно использовать конденсаторы большего размера. Все, что выше 10 000 мкФ, слишком дорого и не улучшит производительность в какой-либо значимой степени. Вероятно, лучше всего использовать два конденсатора по 4700 мкФ на каждую сторону (всего четыре). Это на самом деле будет работать лучше, чем одно устройство на 10 000 мкФ, и будет дешевле.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно используйте предохранители для подачи питания. Хотя они не предотвратят выход усилителя из строя (предохранители никогда этого не сделают), они предотвратят катастрофические повреждения, которые могут возникнуть в результате отсутствия защиты цепи от условий перегрузки по току. Предохранители могут быть установлены в держателях предохранителей или могут быть встроенного типа. Последние предпочтительнее, так как провода питания могут быть максимально короткими. Доступ снаружи шасси не требуется — если перегорают предохранители, усилитель почти наверняка поврежден.



Основной индекс Указатель проектов
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2000. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и защищена авторскими правами © Rod Elliott 25 сентября 2000 г./ 06 мая — добавлено фото усилителя./ июнь 2012 г. — обновлены изображения.


Схема усилителя сабвуфера мощностью 100 Вт, работа и применение

Сабвуфер — это громкоговоритель, который воспроизводит аудиосигналы низких частот. Первый усилитель для сабвуфера был разработан в 1970 году Кеном Крейслером. Он в основном используется для улучшения качества басов аудиосигналов. Здесь мы проектируем усилитель сабвуфера, производящий звуковые сигналы на низких частотах от 20 Гц до 200 Гц и с выходной мощностью 100 Вт, используемый для управления нагрузкой 4 Ом.

[adsense1]

Outline

Принцип схемы усилителя сабвуфера

Аудиосигнал сначала фильтруется для удаления высокочастотных сигналов и пропускания только низкочастотных сигналов. Затем этот низкочастотный сигнал усиливается с помощью усилителя напряжения. Затем этот маломощный сигнал усиливается с помощью усилителя мощности класса AB с транзисторным управлением.

Связанная статья — Схема усилителя мощности 150 Вт

Circuit Diagram of 100W Subwoofer Amplifier 100w Subwoofer Amplifier Circuit Diagram – ElectronicsHub.Org

[adsense2]

Circuit Components:
Component
Value
Р1
Р2
Р3
130К
Р4
22К
Р5
15К
Р6
3.
R7
300 Ом
R8
30 Ом
Р9, Р10
3 К
C1, C2
0,1 мкФ, электролит
C3,C5,C6
10 мкФ, электролит
C4
1 мкФ, электролит
Q1
2N222A
Q2
TIP41
Q3
TIP41
Q4
TIP147, PNP
Д1, Д2
1N4007
Двойное питание
+/-30 В

Схема усилителя сабвуфера:
Схема аудиофильтра:

Здесь мы разработали низкочастотный фильтр Sallen Key с использованием OPAMP LM7332. Частота среза была принята равной 200 Гц, а добротность принята равной 0,707. Также предполагая, что количество полюсов равно 1, а значение C1 равно 0,1 мкФ, значение C2 может быть рассчитано как 0,1 мкФ. Предполагая, что R1 и R2 одинаковы, значение можно найти, подставив известные значения в уравнение 9.0003

R1 = R2 = Q/(2*pi*fc*C2)

Это дает значение 5,6 кОм для каждого резистора. Здесь мы выбираем резисторы 6K в качестве R1 и R2. Поскольку нам нужен фильтр усиления с обратной связью, нам не нужны резисторы на неинвертирующей клемме, которая закорочена на выходную клемму.

Конструкция предварительного усилителя:

Предварительный усилитель основан на работе класса А на транзисторе 2N222A. Так как необходимая выходная мощность 100Вт и нагрузочный резистор 4Ом, то здесь нам потребуется напряжение питания 30В.

 Предполагая, что ток покоя коллектора составляет 1 мА, а напряжение покоя коллектора равно половине напряжения питания, т. е. 15 В, расчетное значение нагрузочного резистора равно 15K.

R5 = (Vcc/2Icq)

Базовый ток определяется как I b = Icq/h fe

Подставляя значения h fe или усиление переменного тока, мы получаем базовый ток равным равен 0,02 мА. Предполагается, что ток смещения, I , смещение , в десять раз превышает базовый ток, т. е. 0,2 мА.

Предполагается, что напряжение эмиттера составляет 12% от напряжения питания, т. е. 3,6 В. Базовое напряжение Vb тогда равно Ve +0,7, т. е. 4,3 В. Затем рассчитываются значения R3 и R4: K и R4 должны быть равны 22K

Резистор эмиттера рассчитывается равным 3,6K (Ve/Ie). Однако это сопротивление делится между двумя резисторами, R6 и R7, где R7 используется в качестве резистора обратной связи для уменьшения эффекта развязки C4. Значение R7 рассчитывается по значениям R5 и коэффициента усиления и оказывается равным 300 Ом. Тогда значение R6 равно 3,2К.

Поскольку емкостное реактивное сопротивление C4 должно быть меньше сопротивления эмиттера, мы вычисляем значение C4 равным 1 мкФ.

Конструкция усилителя мощности:

Усилитель мощности разработан с использованием транзисторов Дарлингтона TIP142 и TIP147 в режиме класса AB. Смещающие диоды выбираются таким образом, чтобы их тепловые свойства были равны свойствам транзисторов Дарлингтона. Здесь выберите 1N4007.

Так как для низкого тока смещения требуется большой номинал резистора смещения, мы выбираем R9равняться 3К.

Драйверный каскад используется для обеспечения высокоимпедансного входа усилителя мощности. Здесь мы используем силовой транзистор TIP41 в режиме класса А. Резистор эмиттера R8 задается значениями напряжения эмиттера Ve (1/2Vcc-0,7) и тока эмиттера Ie (равного току коллектора, т.е. 0,5A) и равен 28,6 Ом. Здесь мы выбираем резистор на 30 Ом.

Величина бутстрепного резистора R10 должна быть такой, чтобы обеспечить высокий импеданс транзисторов Дарлингтона. Здесь мы выбираем R10 равным 3K.

Связанная статья — Схема усилителя мощности на МОП-транзисторах мощностью 100 Вт

Работа схемы усилителя сабвуфера:

Аудиосигнал фильтруется фильтром нижних частот Sallen Key с использованием операционного усилителя таким образом, что пропускаются и остаются отфильтрованными только частоты ниже и равные 200 Гц. Этот низкочастотный сигнал подается на вход транзистора Q1 через разделительный конденсатор С3. Транзистор работает в режиме класса А и выдает на своем выходе усиленную версию входного сигнала. Затем этот усиленный сигнал преобразуется Q2 в сигнал с высоким импедансом и подается на усилитель мощности класса AB. Два транзистора Дарлингтона работают так, что один работает в течение положительного полупериода, а другой — в течение отрицательного полупериода, таким образом создавая полный цикл выходного сигнала. Эмиттерные резисторы R11 и R13 используются для минимизации любой разницы между согласующими транзисторами. Диоды используются для обеспечения минимального перекрестного искажения. Этот выходной сигнал высокой мощности затем используется для управления громкоговорителем или сабвуфером с низким импедансом, около 4 Ом. Обратите внимание, что здесь мы использовали резистор 8 Ом для целей тестирования.

Применение схемы усилителя сабвуфера:
  1. Эту схему можно использовать в системах домашнего кинотеатра для управления сабвуферами для воспроизведения высококачественной музыки с высокими басами.
  2. Эту схему также можно использовать в качестве усилителя мощности для низкочастотных сигналов.
Ограничения схемы:
  1. Схема фильтра имеет тенденцию повышать уровень постоянного тока аудиосигнала, вызывая нарушение смещения.
  2. Использование линейных устройств приводит к рассеиванию мощности, что снижает эффективность схемы.
  3. Это теоретическая схема, и выходной сигнал содержит искажения.
  4. В схеме не предусмотрено никаких средств для удаления шумового сигнала, поэтому на выходе могут быть шумовые помехи.

Комплексный способ улучшить качество звука

Вы ищете способ добиться бесшумного и качественного звучания басов? Что вам нужно, так это схема усилителя сабвуфера. Он не только компактен, но и недорог в строительстве. Более того, он может надежно служить вашим гаджетам или системам.

Драйвер сабвуфера

Источник; Википедия  

Сегодня мы разработаем схему сабвуфера/стереоусилителя, которая воспроизводит низкочастотные аудиосигналы в диапазоне от 20 Гц до 200 Гц. Кроме того, выходная мощность звука составляет 100 Вт, а для работы используется 4-омная нагрузка на динамик.

  1. Что такое схемы усилителя сабвуфера?

 Схемы усилителя сабвуфера — это громкоговорители, воспроизводящие низкочастотные аудиосигналы. Другими словами, они обеспечивают повышение качества басов вашего громкоговорителя за счет усиления входных аудиосигналов. Точно так же они устраняют любые гармонические искажения.

Примером сабвуфера является пассивный сабвуфер. Он получает питание от внешнего усилителя, но также имеет конструкцию типа корпуса динамика.

Громкоговоритель

Источник; Википедия  

  1. Принцип действия усилителя сабвуфера

Принцип действия усилителя сабвуфера заключается в усилении звуковых сигналов низких частот.

  • Сначала усилитель фильтрует входной аудиосигнал, чтобы исключить высокочастотные сигналы.
  • Далее усилитель напряжения усиливает низкочастотные сигналы.
  • После этого несколько конфигураций повышают сигнал низкого напряжения до необходимого уровня.
  • Наконец, транзистор преобразует усиленную версию низкочастотного звука в силовые сигналы. В конце концов, сигналы питания производят басы/громкий хлопок и минимальный шум.
Pro-Tip
  • Для лучшего согласования с объемом воздуха в помещении и максимальной эффективности установите сабвуфер в углу.
  • Кроме того, используйте варианты корпуса, чтобы снизить требования к мощности усилителя и повысить эффективность привода сабвуфера.
  • При личном подключении обязательно используйте антивирус для сканирования устройства, чтобы снизить вероятность заражения устройств.

100-ваттный усилитель для сабвуфера

Принципиальная схема

Принципиальная схема 100-ваттного усилителя для сабвуфера

3 30013 Компоненты схемы

Как видно из диаграммы выше, компоненты для создания схемы стереоусилителя мощностью 100 Вт включают в себя:

  • Двойной источник питания — +/-30 В TIP41
  • Q4 — TIP147, PNP
  • R1, R2 — 6K
  • R3 — 130K
  • R5 — 15K
  • R6 — 3,2K
  • R7 — 300 Ом
  • 903
  • D1, D2 – 1N4007
  • C3, C5, C6 – 10 мкФ, электролит
  • C4 – 1 мкФ, электролит 
  • C1, C2 – 0,1 мкФ, электролит 

В зависимости от компонентов у нас будут идеи подсхем усилителя, которые также пригодятся во время вашего проекта усилителя.

Схема аудиофильтра

В первой конструкции вы будете использовать операционный усилитель LM7332 для создания фильтра нижних частот Sallen-Key.

Топология фильтра Саллена-Кея

Источник; Википедия  

Теперь предположим, что частота среза равна 200 Гц, а добротность равна 0,707. Кроме того, пусть количество полюсов равно одному, а значения C1 и C2 равны 0,1 мкФ.

Таким образом, чтобы найти аналогичные значения R1 и R2, мы можем использовать приведенную ниже формулу, подставляя известные значения.

R1 = R2 = Q/(2*pi*fc*C2)

Результирующее значение для каждого резистора равно 5,6 кОм. Тем не менее, мы согласимся на 6K для R2 и R1 для большей точности.

Мы не будем включать резисторы на неинвертирующую клемму регулируемого фильтра нижних частот. Это потому, что нам нужен фильтр усиления с обратной связью, а не тот, который имеет короткое замыкание на выходной клемме.

Конструкция предварительного усилителя

В конструкции предварительного усилителя мы применим работу транзистора 2N222A класса A.

(транзисторы)

Далее нам понадобится напряжение питания 30В, нагрузочный резистор 4Ом и выходная мощность 100Вт.

У нас может быть напряжение покоя коллектора, половина напряжения питания (15 В) и ток покоя коллектора 1 мА. Тогда при расчете номинала нагрузочного резистора он должен быть равен 15К.

R5 = (Vcc/2Icq)

Ток базы, I b = Icq/ч fe

Если мы подставим значение коэффициента усиления по переменному току в приведенную выше формулу, ток базы должен быть 0,02 мА. . Точно так же I b или ток смещения часто в десять раз превышает базовый ток. Таким образом, он составляет до 0,2 мА.

Кроме того, напряжение эмиттера/Ve, примерно 12% напряжения источника питания, составляет 3,6 В. Теперь вы можете получить базу Vb/напряжение, прибавив 0,7 к Ve, то есть 4,3 В.

Приведенная ниже формула помогает получить значения R4 и R3;

R3 = (Vcc – Vb) I смещение и R4 = Vb/ I смещение

Если мы подставим значения, R4 будет 22K, тогда как R3 будет 130K.

Сопротивление эмиттерного резистора (Ve/Ie) составляет 3,6 кОм, это значение является общим для резисторов R7 и R6.

R7 действует как резистор обратной связи и уменьшает эффект развязки C4. Чтобы получить значение только R7, мы вычисляем значения усиления и R5, что составляет 300 Ом. Таким образом, значение R6 становится равным 3,2К.

Наконец, значение C4 составляет 1 мкФ, так как сопротивление эмиттера должно быть больше, чем емкостное реактивное сопротивление C4.

Конструкция усилителя мощности

Усилитель мощности AB работает в режиме класса AB, в котором используются транзисторы Дарлингтона, а именно TIP147 и TIP142. Следовательно, выбранные вами смещающие диоды должны иметь такие же тепловые свойства, как и транзисторы, то есть 1N4007.

A 1N4007 диод

Источник; Wikimedia

3K для резистора R9 подходит, потому что низкий ток смещения требует высокого номинала резистора смещения. Кроме того, усилитель мощности получает входной сигнал с высоким импедансом от каскада драйвера. Таким образом, мы будем использовать силовой транзистор TIP41 в режиме работы класса A.

Значение R8 равно значению тока эмиттера (0,5 А) и напряжению эмиттера (1/2 В пост. тока — 0,7). Окончательное значение становится 28,6 Ом, но в этом случае выберите резистор на 30 Ом.

Нагрузочный резистор R10 должен обеспечивать высокое сопротивление транзисторам TIP147 и TIP142. Поэтому рекомендуется 3K.

Работа схемы усилителя сабвуфера

Пошаговое объяснение дает основы работы схемы усилителя сабвуфера.

  • Фильтр нижних частот Sallen-Key из вышеперечисленных конструкций отфильтровывает аудиосигнал. Только частоты, равные 200 Гц и ниже, проходят через фильтр, а остальные подвергаются фильтрации.
  • На вход Q1 через транзистор связи и С3 поступает низкочастотный сигнал. Так как Q1 работает в режиме класса А, это улучшит версию входного звукового сигнала на его выходе.
  • Затем Q2 преобразует усиленный сигнал в сигнал с высоким импедансом перед передачей его на усилитель мощности класса AB.
  • TIP147 и TIP142 дают полный цикл выходного сигнала. Один транзистор работает в течение отрицательного полупериода, а другой — в течение положительного полупериода.
  • Кроме того, R13 и R11 уменьшают разницу между согласующими транзисторами.
  • Диоды обеспечивают минимальные перекрестные искажения.
  • В конце концов, мощный выходной сигнал приводит в действие сабвуфер/громкоговоритель с низким импедансом, примерно 4 Ом.

Применение схемы усилителя сабвуфера

Несколько применений схемы усилителя сабвуфера включают:

  • Что касается звуковых приложений, вы в основном найдете их в таких местах, как концерты, электронная танцевальная музыка или приложения для систем усиления. Даже ваш автомобиль, некоторые избранные кинотеатры или системы домашнего кинотеатра имеют одну из цепей.

(система домашнего кинотеатра)

  • Передача на большие расстояния, если вы хотите использовать мощность для антенн дальнего действия.
  • Их можно использовать в качестве усилителей мощности для сигналов самых низких частот.

Ограничения схемы усилителя сабвуфера

Включают:

  • Прежде всего, наша иллюстрация схемы является теоретической, с выходным сигналом, иногда имеющим искажения, как в жанрах акустической музыки.
  • Смещение также может иметь некоторые нарушения, поскольку схема фильтра иногда повышает уровень постоянного тока аудиосигнала.
  • В других случаях схема не может устранять шумовые помехи, как обычные громкоговорители.
  • И последнее, но не менее важное: эффективность схемы снижается из-за линейных устройств, вызывающих рассеивание мощности.

Заключение

Таким образом, схема усилителя сабвуфера — самый надежный способ создания низкочастотного звука. В нашем посте рассказывается о шагах, которые необходимо предпринять для достижения лучшего качества звука в приложениях. Однако, если у вас остались вопросы или вам нужны разъяснения, свяжитесь с нами, и мы свяжемся с вами.

Как собрать усилитель мощности класса D

Мощный усилитель класса D — соберите его сами и удивитесь его эффективности. Радиатор почти не греется!

Вы всегда хотели создать свой собственный усилитель мощности звука? Электронный проект, где вы не только видите результаты, но и слышите их?

Если ваш ответ «да», вам следует продолжить чтение этой статьи о том, как собрать собственный усилитель класса D. Я объясню вам, как они работают, а затем проведу вас шаг за шагом, чтобы волшебство произошло самостоятельно.

Основы теории

Что такое усилитель мощности класса D? Ответ может состоять всего из одного предложения: это импульсный усилитель. Но чтобы полностью понять, как он работает, мне нужно научить вас всем его закоулкам.

Начнем с первого предложения. Традиционные усилители, такие как класс AB, работают как линейные устройства. Сравните это с переключающими усилителями, названными так потому, что силовые транзисторы (МОП-транзисторы) действуют как переключатели, меняя свое состояние с ВЫКЛ на ВКЛ. Это обеспечивает очень высокий КПД, до 80 — 95%. Благодаря этому усилитель не выделяет много тепла и не требует большого радиатора, как это делают линейные усилители класса AB. Для сравнения, усилитель класса B может достичь максимальной эффективности только 78,5% (теоретически).

Ниже вы можете увидеть блок-схему базового ШИМ-усилителя класса D, точно такого же, как тот, который мы собираем.

 

 

Входной сигнал преобразуется в широтно-импульсный прямоугольный сигнал с помощью компаратора. В основном это означает, что вход кодируется в рабочий цикл прямоугольных импульсов. Прямоугольный сигнал усиливается, а затем фильтр нижних частот приводит к более мощной версии исходного аналогового сигнала.

Существуют и другие методы преобразования сигнала в импульсы, такие как модуляция ΔΣ (дельта-сигма), но в этом проекте мы будем использовать ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция с использованием компаратора

На приведенном ниже графике показано, как мы преобразуем синусоидальный сигнал (входной) в прямоугольный сигнал, сравнивая его с треугольным сигналом.

 

Нажмите, чтобы увеличить

 

При положительном пике синусоиды рабочий цикл прямоугольного импульса составляет 100%, а при отрицательном пике — 0%. Фактическая частота треугольного сигнала намного выше, порядка сотен кГц, так что мы можем позже извлечь исходный сигнал.

Реальный фильтр, а не идеальный, не имеет идеального «кирпичной стены» перехода от полосы пропускания к полосе задерживания, поэтому мы хотим, чтобы треугольный сигнал имел частоту как минимум в 10 раз выше, чем 20 кГц, что является верхним человеческим предел слуха.

Силовой каскад — все звучит хорошо в теории

Теория — это один аспект, а практика — другой. Если мы хотим применить предыдущую блок-схему на практике, мы столкнемся с некоторыми проблемами.

Есть две проблемы: время нарастания и спада устройств в силовом каскаде и тот факт, что мы используем NMOS-транзистор для драйвера верхнего плеча.

 

 

Поскольку переключение полевых МОП-транзисторов не происходит мгновенно, а больше похоже на движение вверх и вниз по склону, время включения транзисторов будет перекрываться, создавая низкоимпедансную связь между положительной и отрицательной мощностью. подача рельсов. Это приводит к тому, что через наши МОП-транзисторы проходит импульс сильного тока, что может привести к отказу.

Чтобы предотвратить это, нам нужно вставить некоторое время простоя между сигналами, которые управляют полевыми МОП-транзисторами с высокой и низкой стороны. Один из способов добиться этого — использовать специализированный драйвер MOSFET от International Rectifier (Infineon), например IR2110S или IR2011S. Кроме того, эти ИС обеспечивают повышенное напряжение затвора, необходимое для NMOS верхнего плеча.

 

Фильтр нижних частот

Для этапа фильтрации одним из лучших способов является использование фильтра Баттерворта.

 

 

Эти типы фильтров имеют очень плоскую характеристику в полосе пропускания. Это означает, что сигнал, которого мы хотим добиться, не будет слишком сильно ослаблен.

Мы хотим отфильтровать частоты выше 20 кГц. Частота среза рассчитывается как -3 дБ, поэтому мы хотим, чтобы она была немного выше, чтобы не фильтровать звуки, которые мы хотим услышать. Лучше всего выбрать что-то между 40 и 60 кГц. Коэффициент качества \[Q = \frac{1}{\sqrt{2}}\].

Это формулы, используемые для расчета значений дросселя и конденсатора:

 

\[L = \frac{R_{L}\sqrt{2}}{2\cdot \pi \cdot f_{c }}\]

 

\[C = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot \pi \cdot f_{c}\cdot R_{L}}\]

Сборка усилителя своими руками ( Luke-The-Warm)

Теперь, когда мы знаем, как работает усилитель класса D, давайте соберем его.

Во-первых, я назвал этот усилитель Luke-The-Warm, потому что радиатор едва нагревается, в отличие от усилителя класса AB, радиатор которого может сильно нагреваться, если его активно не охлаждать.

Ниже вы можете увидеть схему разработанного мною усилителя. Он основан на эталонном дизайне IRAUDAMP1 от International Rectifier (Infineon). Основное отличие в том, что вместо модуляции ΔΣ у меня используется ШИМ.

 

Нажмите, чтобы увеличить

 

Теперь я расскажу вам о некоторых вариантах дизайна и о том, как компоненты взаимодействуют друг с другом. Начнем с левой стороны.

 

Входная схема

Для входной схемы я решил, что лучше всего использовать фильтр верхних частот, а затем фильтр нижних частот. Это так просто.

 

 

Генератор треугольников

Для генератора треугольников я использовал LMC555, который представляет собой вариант CMOS знаменитого чипа 555. Зарядка и разрядка конденсатора создают красивый треугольник, который не является идеальным (он растет и падает экспоненциально), но если время нарастания и спада одинаково, он работает идеально.

Значения резистора и конденсатора устанавливают частоту приблизительно 200 кГц. Если значение выше этого значения, мы столкнемся с проблемами, потому что компаратор и драйвер MOSFET не являются самыми быстрыми устройствами.

 

 

Компаратор

Для компаратора вы можете использовать любой компонент, который вы хотите, просто он должен быть быстрым. Я использовал то, что у меня было, LM393AP. При времени отклика 300 нс это не самое быстрое решение, и его определенно можно улучшить, но оно выполняет свою работу. Если вы хотите использовать другие микросхемы, просто убедитесь, что контакты совпадают, иначе вам придется изменить дизайн печатной платы.

Теоретически операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора, но на самом деле операционные усилители предназначены для других типов работы, поэтому убедитесь, что вы используете настоящий компаратор.

Поскольку нам нужны два выхода компаратора, один для драйвера верхнего плеча и один для драйвера нижнего плеча, я решил использовать LM393AP. Это два компаратора в одном корпусе, и мы просто меняем входы для второго компаратора. Другой подход заключается в использовании компаратора с двумя выходами, такого как LT1016 от Linear Technology. Эти устройства могут предложить несколько улучшенную производительность, но они также могут быть более дорогими.

Эти компараторы питаются от двухполярного источника питания 5 В, обеспечиваемого двумя стабилитронами, которые регулируют напряжение основного источника питания, которое составляет ±30 В.

Драйвер MOSFET

В качестве драйвера MOSFET я выбрал IR2110. Альтернативой является IR2011, который используется в эталонном проекте. Эта интегральная схема обязательно добавляет то мертвое время, о котором я говорил в предыдущем разделе.

Поскольку вывод VSS микросхемы подключен к отрицательному источнику питания, нам необходимо сдвинуть сигналы от компаратора по уровню. Это делается с помощью транзистора PNP и диодов 1N4148.

Для управления полевыми МОП-транзисторами мы питаем IR2110 напряжением 12 В относительно отрицательного напряжения источника питания; это напряжение генерируется с помощью BD241 в сочетании со стабилитроном на 12 В. Полевой МОП-транзистор высокой стороны должен управляться напряжением затвора, которое примерно на 12 В выше коммутационного узла, VS. Для этого требуется напряжение выше положительного источника питания; IR2110 обеспечивает это управляющее напряжение с помощью нашего бутстрепного конденсатора C10.

 

 

Фильтр

Наконец-то фильтр. Частота среза 40 кГц, а сопротивление нагрузки 4 Ом, потому что у нас 4-омный динамик (значения, используемые здесь, также будут работать с 8-омным динамиком, но лучше настроить фильтр в соответствии с динамиком). твой выбор). Имея эту информацию, мы можем рассчитать значения катушки индуктивности и конденсатора:

 

\[L = \frac{4\sqrt{2}}{2\cdot \pi \cdot 40000} H = 22,508 мкГн\ ]

 

Мы можем безопасно округлить до 22 мкГн.

 

\[C = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot \pi \cdot 40000\cdot 4} F = 0,703 мкГн\]

 

Ближайшее стандартное значение 680 нФ.

Примечания к сборке

Теперь, когда вы знаете все о внутренней работе, все, что вам нужно сделать, это внимательно прочитать следующие несколько строк, загрузить файлы ниже, купить необходимые компоненты, вытравить печатную плату и начать сборку.

 

Фильтр нижних частот

Для фильтра нижних частот вы можете использовать конденсатор 680 нФ, чтобы максимально приблизиться к расчетному значению, но вы также можете без проблем использовать конденсатор 1 мкФ (я разработал печатную плату так что вы можете использовать два конденсатора параллельно для смешивания и согласования).

Эти конденсаторы должны быть полипропиленовыми или полиэфирными — в общем случае использование керамических конденсаторов для аудиосигналов — не лучшая идея. И вам нужно убедиться, что конденсаторы, которые вы используете для фильтрации, рассчитаны на высокое напряжение, не менее 100 В переменного тока (больше не повредит). Остальные конденсаторы в конструкции также должны иметь соответствующее номинальное напряжение.

Я разработал этот усилитель для выходной мощности около 100-150Вт. Вы должны использовать биполярный источник питания с шинами ±30 В. Вы можете увеличить это значение, но для напряжений около ±40 В вам необходимо убедиться, что вы изменили значения резисторов R4 и R5 на 2K2.

Необязательно, но настоятельно рекомендуется использовать радиатор для BD241C, так как он сильно нагревается.

 

МОП-транзисторы

Что касается мощных МОП-транзисторов, я предлагаю использовать IRF540N или IRFB41N15D. Эти МОП-транзисторы имеют низкий заряд затвора для более быстрого переключения и низкий R DS (включено) для более низкого энергопотребления. Вы также должны убедиться, что МОП-транзистор имеет адекватное максимальное значение V DS (напряжение сток-исток). Вы могли бы использовать IRF640N, но R DS (вкл.) значительно выше, что приводит к усилителю с более низким КПД. Вот таблица сравнения этих трех полевых МОП-транзисторов:

 

MOSFET Макс. В ДС (В) I D (А) Qg (нКл) R DS (на) (Ом)
ИРФБ41Н15Д 150 41 72 0,045
ИРФ540Н 100 33 71 0,044
ИРФ640Н 200 18 67 0,15
Индуктор

Теперь индуктор. Вы можете купить уже сделанный, но я бы посоветовал вам намотать его самостоятельно — в конце концов, это проект «сделай сам».

Купить тороид T106-2. Это должен быть железный порошок; феррит может работать, но для него потребуется зазор, иначе произойдет насыщение. С помощью указанного тороида намотайте 40 витков диаметром 0,8-1 мм (AWG20-18) из меди с эмалью провод. Вот и все. Не волнуйтесь, если он не идеален — просто сделайте его тугим.

 

Резисторы

Наконец, все резисторы, если не указано иное (R4, R5), имеют мощность 1/4 Вт.

 

Тестирование

Когда я проектировал печатную плату, я сделал так, чтобы ее было очень легко тестировать. Входной сигнал имеет собственный разъем, и есть две лепестковые клеммы для заземления: одна для источника питания и одна для динамика.

Для устранения гула (50/60 Гц, от частоты сети) использовал схему звезда-земля; это означает подключение всех заземлений (заземление усилителя, заземление сигнала и заземление динамика) в одной точке, предпочтительно на печатной плате источника питания, после цепи выпрямителя.

Полную спецификацию можно найти в файлах ниже, где вы также можете найти файлы печатных плат как в формате PDF, так и в виде файлов KiCAD.