Мощный УМЗЧ еще схема

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Первой мы разберем стандартную схему усилителя мощности низкой часто­ты (УМЗЧ) на популярной микросхеме TDA2030 производства фирмы ST Microelectronics. Схема обладает примерно такими же характеристиками, как усилитель, описанный в главе 5. Производитель гарантирует при выходной мощности 14 Вт на нагрузке 4 Ом искйжения сигнала не более 0,5% (что за­ведомо лучше нашей самодеятельной конструкции). Если снизить требования к величине искажений, то при наших ±15 В питания из микросхемы можно выжать и те же самые 21 Вт. Предельно допустимое значение напряжения питания для TDA2030 достигает ±18 В, но, разумеется, при таком питании ее эксплуатировать не рекомендуется. Увеличение искажений при повышении выходной мощности, вероятно, связано с тем, что в чип встроена защита от перегрева выходных транзисторов, которая ограничивает выходной ток, ко­гда температура корпуса повышается.

Кроме уровне искажений, эта схема обладает и рядом других преимуществ перед нашей дискретной конструкцией. Производитель гарантирует такие характеристики, как широкий диапазон частот, которые передаются с задан­ным коэффициентом усиления и при заданных искажениях сигнала (40 Гц—. 15 кГц), или подавление влияния нестабильности источника питания на каче­ство выходного сигнала (в 100—300 раз, что позволяет спокойно использо­вать наш простейший источник, описанный в главе 9). Гарантируется устой­чивость усилителя при использовании рекомендуемых номиналов резисторов и конденсаторов и даже приводятся рекомендации по размерам охлаждаю­щего радиатора. Выход микросхем, как мы уже Сказали, защищен от корот­кого замыкания в нагрузке (точнее, ограничен выходной ток).

clip_image002

Рис. 11.7. Основная схема усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2030

От перечисления весьма греющих душу свойств этой конструкции перейдем, наконец, к рассмотрению схемы (рис. 11.7). Собственно усилитель включает саму микросхему DA1, конденсаторы С1, С2 и резисторы R1—R4. Если вни­мательно присмотреться к этой схеме, то мы увидим, что структурно она ни­чем не отличается от нашей схемы из главы 8. Мало того, здесь даже уста­новлен с помощью обратной связи тот же самый коэффициент усиления, примерно равный 30. Как будто взяли нашу схему и упаковали ее в отдель­ный корпус, обеспечив вывод наружу входов дифференциального усилителя, выхода двухтактного (push-pull) каскада усиления мощности и, естественно, выводов питания.

На самом деле так оно и есть — подавляющее большинство УМЗЧ имеет приблизительно одинаковую структуру, отличающуюся лишь в частностях, касающихся обеспечения качества или повышения эффективности работы. Скажем, в микросхеме TDA2030 коэффициент усиления по напряжению при разомкнутой цепи обратной связи, согласно уверениям производителя, равен примерно 30 ООО, а у нас он не более 2000—2500. Что, конечно, значительно увеличивает линейность усиления «фирменной» схемы и уменьшает уровень искажений (почему это так, мы узнаем в главе J2).

Остальные элементы схемы— вспомогательные. Конденсаторы С4—С7 — развязывающие по питанию, в нашей схеме тоже рекомендовалось их уста­навливать, причем заметьте, что в целях лучшей защиты от помех и повыше­ния устойчивости схемы здесь рекомендуется устанавливать неполярные (например, керамические) конденсаторы (С4 и С6) параллельно с электроли­тическими (С5 и С7). Цепочка R5—СЗ, которой у нас не было, здесь устанав­ливается для повышения линейности усилителя при работе на индуктивную нагрузку. Диоды VD1—VD2 служат для предотвращения возможного выхода из строя выходных каскадов микросхемы при индуктивных выбросах напря­жения, например, при включении питания (ох, до чего же нежные эти запад­ные транзисторы!). Все электролитические конденсаторы должны быть рас­считаны на напряжение не менее 16 В.

В случае если усилитель все же «загудит» (хотя прямо об этом в тексте фир­менной инструкции не сказано), здесь рекомендуется параллельно резистору обратной связи R4 установить цепочку из последовательно включенных ре­зистора и конденсатора, которые ограничат полосу частот. При указанных на схеме номиналах всех остальных компонентов резистор должен быть равен 2,2 кОм, а конденсатор — не менее 0,5 нФ. Увеличение емкости конденсато­ра сверх этой величины ведет к ограничению полосы частот, но и к повыше­нию устойчивости схемы.

Сама микросхема TDA2030 выпускается в корпусе ТО220, знакомом нам по мощным транзисторам, только имеет он не три вывода, а пять. Разводка вы­водов приведена на схеме, а для того чтобы определить расположение выво­дов, надо положить микросхему маркировкой вверх, тогда вывод номер 1 будет находиться первым слева (в однорядных корпусах микросхем и тран­зисторов ключ для определения начала отсчета выводов часто отсутствует, но первый вывод всегда расположен именно так).

Рекомендованная в инструкции площадь охлаждающего радиатора для вы­ходной мощности 14 Вт должна составлять 350—400 см^, однако, на мой взгляд, эта величина завышена, как минимум, вдвое. Впрочем, подобное за­ключение я могу подтвердить, кроме весьма приблизительной методики рас­чета из главы 5, лишь личным опытом, и оно не должно быть воспринято, как руководство к действию — это совет из той самой серии «на ваш страх и риск». Скорее всего, разработчики из фирмы ST Microelectronics взяли дву­кратный запас специально, во-первых, ориентируясь на наихудший случай.

когда радиатор будет стоять горизонтально в каком-нибудь тесном непровет­риваемом пространстве— ведь мы говорили, что все расчеты радиаторов очень приблизительны! — и во-вторых, чтобы уменьшить уровень искаже­ний при больших мощностях из-за встроенного механизма тепловой защиты, о котором мы упоминали ранее.

clip_image004

Рис. 11.8. Схема подключения входа для усилителя звуковой частоты с одним источником питания

На рис. 11.8 приведена рекомендованная производителем схема подключения входа такого же усилителя, но рассчитанного на источник питания с одним напряжением 30 В, вместо двух по 15 В. Добавленные в схему резисторы Ra и Rb образуют делитель напряжения, который формирует т. н. «искусствен­ную среднюю точку» — на общей точке резисторов напряжение в отсутствие сигнала равно ровно половине питания, что позволяет обеспечить нормаль­ный режим для входного дифференциального усилителя микросхемы. Для того чтобы эта средняя точка не «плавала» при изменении входного сигнала, в схему добавлен конденсатор Са, который сглаживает его влияние. Динамик при этом должен быть подключен одним концом к минусу питания (который теперь стал одновременно и «землей»), а другим — к выходу усилителя через электролитический конденсатор большой емкости (2200 мкФ, не менее 35 В), плюсом к выходу усилителя.

А на рис. 11.9 показано, как можно построить усилитель с удвоенной вы­ходной мощностью при тех же напряжениях питания и используемых дета-

240

Часть 2. Аналоговые схемы

лях. Это так называемая мостовая схема, которая представляет собой два идентичных усилителя, работающих на одну нагрузку в противофазе: когда на выходе одного усилителя положительный максимум напряжения, на другом — отрицательный. Таким образом, амплитуда и действующее зна­чение напряжения на нагрузке возрастает ровно в два раза, соответственно растет и мощность, которая здесь составит при условии неискаженного сигнала почти 30 Вт.

clip_image006

Рис. 11.9. Схема мостового усилителя звуковой частоты

Для того чтоб|>1 усилители работали именно так, как указано, обычный (не-инвертирующий) вход второго усилителя заземляется, а входной сигнал для него поступает на другой (инвертирующий) вход, туда же, куда и заведена его обратная связь. Сам этот входной сигнал берется с того места, куда по­ступает сигнал от первого усилителя (с левого по схеме вывода динамика) и ослабляется в той же степени, в которой оно было усилено первым уси­лителем — вследствие равенства резисторов цепочки обратной связи R4— R3, задающей коэффициент усиления первого усилителя, и делителя Rд— R3′. То есть на вход 2 второго усилителя поступает фактически то же самое входное напряжение, но так как вход имеет противоположную полярность.

то на выходе второго усилителя повторится сигнал на выходе первого, только в противофазе, чего мы и добивались. Отметим, что для такого уси­лителя придется соорудить более мощный источник питания, чем тот, что описан в главе 9.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты