Мощный усилитель нч класса «d»

December 5, 2010 by admin Комментировать »

набор NM2045

Каждый радиолюбитель наверняка в своей практике сталкивался с из­готовлением усилителей электрических сигналов низкой (звуковой, 15…20000 Гц) частоты. Усилители, у которых в выходных каскадах в ка­честве нагрузки используются динамики (преобразователи электриче­ских сигналов в звук), можно назвать аудиоусилителями, так как они уси­ливают не частоту, а мощность звука. Все они строились по давно отрабо­танным схемам, приведенным в различной радиотехнической литературе.

Любой усилитель мощности звука обязательно содержит выход­ной каскад, построенный обычно на транзисторах. Транзисторы могут работать в различных режимах. В зависимости от характера тока, про­текающего через выходной каскад, аудиоусилители делятся на три ос­новных класса: класс «А», класс «В» и класс «АВ».

Для радиолюбителей, которым еще не приходилось сталкиваться с режимами работы аудиоусилителей, желательно ознакомиться с ха­рактеристиками этих режимов.

В режиме класса «А» ток в коллекторной цепи выходного транзис­тора протекает в течение всего периода усиливаемого сигнала. Это са­мые простые усилители мощности. Они используются в маломощных схемах. Самый распространенный вариант усилителя, работающего в этом режиме, это транзистор, включенный по схеме с общим эмитте­ром и нагрузкой в коллекторе.

В режиме класса «В» выходной ток протекает в течение только од­ного полупериода усиливаемого сигнала, а в режиме «АВ» — в течение времени даже большего, чем один полупериод. Выходные каскады, ра­ботающие в последних двух режимах, построены, как правило, на двух транзисторах. Они открываются как бы попеременно, что достигается подачей соответствующего напряжения между базой и эмиттером на каждый из транзисторов. В основном выходные усилительные каска­ды работают либо в режиме «В», либо в режиме «АВ».

Однако существует еще один режим работы аудиоусилителей, в ос­нову которого положен принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) усиливаемого звукового сигнала. Усилитель, работающий в таком режиме, называется усилителем класса «D».

. Набор NM2045 как раз и позволит собрать мощный аудиоусилитель Меласса «!)», который может работать как в стереофоническом режиме, обес­печивая выходную мощность 80 Вт на сопротивлении нагрузки 4 Ом в каж­дом из двух каналов, так и в мостовом. В последнем варианте выделяемая на ^нагрузке максимальная мощность составит 140 Вт на нагрузке 8 Ом! Этот Исилитель хорошо зарекомендовал себя для работы на сабвуфер (устрой­ство, создающее НЧ эффекты звуковой частоты). Аудиоусилитель обладает высокими эксплуатационными характеристиками, высокой надежностью, ростотой в изготовлении, оптимальным соотношением цена/качество.

Кроме того, особенностью режима работы аудиоусилителей класса «D» является их необычайно высокий коэффициент полезного действия (КПД). Например, у хороших усилителей, работающих в других режимах, КПД ред­ко превышает 65…70%. Именно КПД усилителя показывает, насколько эф­фективно тратится энергия источника питания усилителя и не уходит ли эта Ьергия на нагрев транзисторов оконечного каскада. КПД усилителя, соб­ранного из набора NM2045, достигает 95%! Почти вся энергия уходит в на­грузку! Да и габаритные размеры такого усилителя небольшие, так как нет необходимости ставить радиаторы охлаждения на выходные транзисторы ^даже при довольно существенной мощности выходного сигнала (радиаторы Являются постоянным атрибутом для усилителей классов «В» и «АВ»).

Технические характеристики

Напряжение питания Un двуполярное [В]        ±15—30

Рекомендуемое напряжение питания [В]           ±25

Максимальный выходной ток [А]      8

Ток в режиме покоя [м А]   50

Ток в режиме «OFF» |мА]   0.5

Максимальная выходная мощность в режиме «стерео» [Вт]:

Кг – 0.5%, Un = ±27 В, R„ = 4 Ом       65

Кг = 10%, Un = ±27 В, RH – 4 Ом        80

Максимальная выходная мощность в мостовом режиме [Вт]:

Кг – 0.5%, Un = ±25 В. RH = 8 Ом       120

Кг – 10%, Un = ±25 В, RH = 8 Ом        140

Коэффициент усиления [дБ]:

в режиме «стерео»                30

в мостовом режиме              36

КПД [%]                94

Диапазон воспроизводимых частот [Гц]           20—20000

Примечание: «OFF» — режим пониженного энергопотреб­ления, в котором усиление сигнала невозможно; Кг — коэффици­ент гармонических искажений выходного сигнала; Rh — активное сопротивление нагрузки усилителя.

Описание работы аудиоусилителя класса «О»

Внешний вид платы аудиоусилителя с установленными на ней эле­ментами и электрическая схема аудиоусилителя показаны на Рис. 1 и Рис. 2.

Рис. 1. Внешний вид аудиоусилителя класса «D»

Принцип работы усилителя класса «D» состоит не в прямом усиле­нии аудиосигнала, а в усилении сигнала прямоугольной формы, шири­на импульсов которого промодулирована воспроизводимой фонограл мой. При усилении импульсного сигнала мощный оконечный каскад можно построить с использованием полевых транзисторов, работа­ющих в ключевом режиме. Это, как уже говорилось, позволяет поднять КПД всего УНЧ до 95% и максимально снизить тепловые потери.

Двухканальный аудиоусилитель класса «D» состоит из трех конс­труктивно объединенных блоков — контроллера на ИС DA1, мощного оконечного каскада на ИС DA2 и демодулятора (LC-фильтров второго порядка: L5C36 и L6C37). Двуполярное напряжение питания подается на контакты XI (+), Х2 (общий) и ХЗ (-).

Входной сигнал через предварительный усилитель поступает на ШИМ модулятор. На другой вход модулятора поступают прямоуголь­ные импульсы высокой частоты, формируемые генератором несушеи частоты. ШИМ модулятор производит модуляцию высокочастотных импульсов таким образом, что на его выходе формируются прямо­угольные импульсы, ширина которых напрямую зависит от характе­ристик усиливаемого сигнала (отсюда и название — широтно-импуль- сная модуляция).

Рис. 2. Электрическая схема аудиоусилителя класса <D»

С выхода снимаются модулированные по ширине импульсы, несу щие, таким образом, информацию об усиливаемом сигнале. Эти им­пульсы поступают на оконечный ключевой усилитель мощности и да­лее на демодулятор, представляющий собой LC-фильтр низких частот, после которого восстановленный (без высокочастотной импульсной составляющей) звуковой сигнал подается на громкоговоритель.

Контроллер предназначен для формирования ШИМ-сигнала на рабочей частоте 360 кГц с использованием входного аудиосигнала. Микросхема DA1 содержит два идентичных канала формирования IIIIiM-сигнала, генератор рабочей частоты и цепи управления мощ­ным оконечным каскадом. ШИМ-сигнал подается на мощный оконеч­ный ключевой каскад, построенный на микросхеме DA2, усиливается и поступает на фильтры низких частот L5C36 и L6C37, после чего на выходах усилителя Х8-Х9 и XI1-Х10 или Х8-Х11 появляется усилен­ный сигнал звуковой частоты.

Для того чтобы усилитель низкой частоты функционировал в сте­реофоническом режиме, необходимо подключить источник сигнала к контактам Х4 (-IN1), Х5 (+IN1) и Х6 (-IN2), Х7 (+IN2). Нагрузка подключается к следующим контактам: Х10 ( OUT1), XII (+OUTl)n Х8 (-OUT2), Х9 (+OUT2). Перемычки J1 и J4 необходимо замкнуть, в то время как перемычки J2 и J3 должны находиться в разомкнутом состоянии.

В мостовом монофоническом режиме источник сигнала подключа­ется к контактам Х4 (-IN1), Х5 (+IN1) или Х6 (-IN2), Х7 (+IN2). На­грузку нужно подключить к контактам XII (+OUT1) и Х8 (-OUT2). Необходимо разомкнуть перемычки J1 и J4. Перемычки J2 и J3 необхо­димо соединить между собой так, чтобы выводы 4 и 5 микросхемы DA1 замкнулись с выводами 8 и 9 соответственно. Это делается, ис­пользуя самостоятельно изготовленный шлейф.

С помощью переключателя SW1 можно управлять режимами ON, MUTE, OFF усилителя. Когда перемычка находится в положении 1, усилитель переходит в состояние ON, то есть в рабочее состояние, и го­тов к использованию. В положении 2 — усилитель переходит в режим MUTE (пауза). В этом случае на выходах аудиоусилителя усиленные им звуковые сигналы отсутствуют. Режим MUTE удобно использо­вать при необходимости непродолжительного выключения звука. 11 наконец, в положении 3 происходит переход электронной схемы уси­лителя в состояние OFF (выкл.). Режим удобен, если требуется долго временное отключение аудиоусилителя. При активизации этого режи­ма ток, потребляемый усилителем, не превышает 0.5 мА.

Сборка аудиоусилителя

Перед сборкой усилителя мощности класса «D» внимательно озна­комьтесь с приведенными в начале этой книги рекомендациями по монтажу электронных схем. Это поможет избежать порчи печатной платы и отдельных элементов схемы. Перечень элементов набора при­веден в Табл. 1.

Таблица 1. Перечень элементов набора NM2045

Позиция

Характеристика

Наименование и/нли примечание

Кол-во

С1…С4, С7…С10, С23…С25, С27, С29, С32

0.22 мк<[)

SM D-конденсатор, установочный размер 0805, поставляется па упаковочной ленте

14

С5, С6

2200 мкФ, 50 В

Конденсатор, 018 мм

2

С11.С12

47 мкФ, 35 В

Конденсатор, 05 мм

2

С13,С15,С16, С22, С36, С37

0.47 мкФ

Конденсатор, 474 – маркировка

6

С14, С19, С40, С41

1000 иФ

Конденсатор, 102 – маркиронка

4

С17, С18, С38, С39

0.22 мкФ

Конденсатор, 224 – маркировка

4

С20, С21

330 нФ

Конденсатор, 331 – маркиронка

2

С26

180 нФ

Конденсатор, 181 – маркировка

1

С28, СЗО

0.015 мкФ

SM D-конденеатор, установочный размер 0805, поставляется на упаковочной ленте

2

C31.C33, С34, С35

560 пФ

Конденсатор, 561 – маркировка

4

0Л1

TDA8929T

Микросхема, корпус S024

1

DA2

TDA8927J

Микросхема, корпус DBS17P

1

L1…L4

BL01RN1-A68

Дроссель блокировочный, Muraia

4

L5, L6

30 м кГц

Дроссель КИ Г на ток 3 А

2

Rl, R2, R4, R6, R8, R9

ЮкОм

Коричневый, черный, оранжевый*

6

R3, R5

39 кОм

Оранжевы, белый, оранжевый*

2

R7

27 кОм

Красный, фиолетовый, оранжевый*

1

R10

1 кОм

Коричневый, черный, красный*

1

R11

200 кОм

Красный, черный, желтый*

1

R12…R15

5.6 Ом

Зеленый, синий, золотой*

4

R16. R17

24 Ом

Красный, желтый, черный*

2

Продолжение

Позиция

Характеристика

Наименование и/или примечание

Кол-во

VD1

5.6 В

Стабилитрон, мощность 0.5 Вт

1

VD1

7.5 В

Стабилитрон, мощность 0.5 Вт

1

Х1…ХЗ

l’I)500V-3×5

Зажим клеммный, 3 контакта

1

Х4…Х11

li 1)500V-2×5

Зажим клеммный, 2 контакта

4

J1-J4

PLS-40

Разъем штыревой, 2 контакта

4

SW1

PLD-80

Разъем штыревой, (3×2)

1

 

 

Перемычка съемная (джампер)

3

 

BLS-2

Гнезда на кабель (2×1)

2

 

 

Отрезок 2-жилыюго шлейфа

5 см

А2045

62×73 мм

Плата печатная

1

* Цветовая маркировка на резисторах.

Конструктивно усилитель мощности выполнен на двусторонней печатной плате. Места расположения элементов на плате показаны на Рис. 3. (вид сверху) и Рис. 4. (вид снизу).

Отформуйте выводы элементов, установите элементы на плату и прп- паяйте их выводы; при этом установите сначала малогабаритные, затем все остальные элементы. Технология поверхностного монтажа SMD-koh- денсаторов имеет некоторые особенности, обусловленные их миниатюр­ностью. Процесс пайки SMD-конденсаторов показан на Рис. 5.

После сборки проверьте правильность монтажа, особенно внима­тельно проверьте правильность установки электролитических конден­саторов, после чего установите в необходимое положение перемычки J1…J4 и переключатель SW1.

Для закрепления платы в корпусе по углам платы имеются отверс­тия 02.5 мм. Микросхему оконечного усилителя DA2 при необходи­мости можно установить на теплоотвод. Поскольку КПД аудиоусили­теля класса «D» составляет 94%, то тепловые потери минимальны да­же на умеренной мощности. Площадь и конструкция радиатора подбирается пользователем самостоятельно. Для повышения надеж­ности работы микросхемы при установке радиатора рекомендуется ис­пользовать теплопроводную пасту типа КТП-8.

При подключении питания обратите внимание на его полярность. Не забудьте, что для питания усилителя необходим двуполярный ис­точник питания +15…30 В. Неправильное подключение источника пи­тания может привести к выходу из строя транзисторов.

Рис. 3. Расположение элементов (вид сверху) на плате аудиоусилителя

Рис. 4. Расположение элементов (вид снизу) на плате аудиоусилителя

Правильно собранный аудиоусилитель не требует серьезной на­стройки, однако перед его эксплуатацией необходимо выполнить не­сколько простых операций:

включить питание;

проконтролировать ток потребления усилителя в режиме покоя;

проверить аудиоусилитель в работе.

Использование набора NM2045 экономит время и избавляет от ру­тинной работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат. Набор комплектуется заводской печатной платой, все­ми необходимыми компонентами и подробной инструкцией по сборке и эксплуатации.

При недостаточном уровне входного сигнала, подаваемого на ау­диоусилитель, необходимо использовать предварительный усилитель звукового сигнала низкой частоты. Собрать его можно, к примеру, из набора NM2118. Для построения сабвуфера хорошо подходят актив-

Рис. 5. Процесс пайки SMD-конденсаторов

ный фильтр для сабвуфера NM2115 и блок обработки сигнала для саб­вуферного канала NM2117.

Вышеуказанные наборы можно приобрести в магазинах радиодета­лей или на радиорынках.

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