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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA UMZCH multimídia de três canais. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor Apesar dos muitos modelos de alto-falantes multimídia de produção industrial, o interesse dos radioamadores na fabricação independente de tais estruturas não diminui. De particular interesse são os sistemas com um canal comum de baixa frequência. O alto-falante de baixa frequência - um subwoofer - é colocado em um estojo separado, o que pode reduzir significativamente o tamanho dos alto-falantes dos canais esquerdo e direito. Para tais projetos, destina-se o amplificador aqui descrito com uma potência nominal total de cerca de 20 watts. As características do complexo multimídia incluem o tamanho relativamente pequeno do monitor de vídeo e as dimensões correspondentes do sistema acústico, que geralmente está localizado próximo ao ouvinte. A esse respeito, a potência máxima dos amplificadores para esses alto-falantes geralmente não excede 10 ... 20 watts. A proximidade de um sistema de alto-falantes multimídia geralmente limita seu tamanho permitido, por isso é comum colocar um cabeçote de baixa frequência em uma caixa comum - um subwoofer, e alto-falantes estéreo atuam aqui como "satélites". Para formar o sinal do canal de graves (subwoofer), geralmente são usados um somador e um filtro ativo. Como exemplo, na fig. 1 mostra um diagrama deste nó.
No amplificador operacional DA1.1, um somador inversor é feito, combinado com um filtro de primeira ordem, no amplificador operacional DA1.2 - um filtro Butterworth ativo de segunda ordem. A frequência de corte do filtro de terceira ordem resultante é de aproximadamente 180 Hz. O divisor R1R2 define o modo op-amp para corrente contínua. A banda de frequência dos alto-falantes MF-HF (satélites) é limitada por filtros de primeira ordem na entrada do UMZCH estéreo. No entanto, não é necessário usar filtros ativos para isolar a banda de frequência do subwoofer. Duas versões do UMZCH para computador [1] foram publicadas nas páginas da revista, nas quais foi usado um método original de geração de sinal para um subwoofer, que não requer um filtro separado. Infelizmente, na primeira versão do design, foram utilizadas duas versões diferentes do chip TDA1519, que nem sempre estão disponíveis para venda. Na segunda versão - TDA2005 irremediavelmente desatualizado, que não atende aos requisitos modernos em termos de distorção e ruído; este chip requer muitos elementos externos. Usando microcircuitos UMZCH modernos projetados para equipamentos de rádio automotivos, você pode simplificar um pouco o circuito e melhorar significativamente o desempenho do UMZCH. É conveniente fazer um amplificador de potência baseado no chip TDA1554Q comum (Philips). Inclui dois amplificadores inversores e dois não inversores com ganho de 20 dB, sua impedância de entrada é de 60 kOhm. Existem duas opções para habilitá-los. O primeiro é padrão, como um UMZCH de quatro canais com potência máxima de saída de 4x6 W (4x11 W) a uma carga de 4 (2) ohms. A segunda opção é um UMZCH em ponte de dois canais com uma potência máxima de saída de 2x22 W a uma carga de 4 ohms. No projeto proposto, dois canais inversores são usados em uma conexão convencional e dois canais não inversores, graças a uma solução original, são usados em uma conexão em ponte.
A tensão de alimentação do amplificador pode estar dentro de +10 ... 16 V. A corrente consumida pelo dispositivo na ausência de um sinal não é superior a 0,1 A. No modo "Standby" (modo de desligamento remoto) - 0,1 mA. A potência nominal é especificada para uma tensão de alimentação de 15 V e distorção harmônica de cerca de 0,5%. A potência máxima, como é habitual, é determinada com 10% de distorção. O circuito amplificador é mostrado na fig. 2. O dispositivo é simplificado ao máximo e as denominações da maioria dos elementos são unificadas.
Volume e tom são controlados por resistores variáveis duplos VR1 e VR2, respectivamente. Para evitar sobrecarregar o amplificador, a profundidade do controle de tom depende da posição do controle deslizante de volume. No volume máximo, o aumento nos agudos não excede 2...3 dB (e depois - devido ao bloqueio de LF e MF), mas aumenta para 5...6 dB em volume baixo [2]. O ajuste do tom agudo para "bloqueio" não é fornecido, pois, como mostra a prática, não é necessário. Além disso, a maioria das placas de som de PC possui controles de tom e equilíbrio controlados por software. Se necessário, a faixa de controle de tom no amplificador pode ser aumentada para 12 ... 14 dB configurando um resistor variável VR2 com uma resistência de 10 kOhm. Também é possível instalar um controle de balanço estéreo (VR4), embora sua necessidade seja ainda mais duvidosa. Por motivos de instalação, foram utilizados canais de amplificação invertidos para os satélites, portanto, para preservar a fase original do sinal, as cabeças dinâmicas BA1, BA2 são conectadas em polaridade reversa. O sinal total para o subwoofer é formado em um capacitor separador C13 comum a dois canais, como em [1]. A frequência de corte deste filtro é 170...180 Hz. A capacitância do capacitor C13 é indicada para cabeçotes dinâmicos com impedância de 4 ohms. Para cabeças com impedância de 8 ohms, sua capacitância deve ser reduzida para 220 uF. Em relação aos sinais de satélite, o sinal do subwoofer é formado como uma função adicional, portanto, sob certas condições (mais sobre isso posteriormente), uma "corcunda" na frequência de cruzamento de até 3 dB pode aparecer na resposta de frequência resultante. Para eliminar esta deficiência, um filtro de integração proporcional ajustável VR3R1R2C3 foi introduzido no canal do subwoofer, cuja frequência de corte varia na faixa de 50 ... 150 Hz. Quando a frequência é sintonizada, o nível do sinal também muda ao mesmo tempo, o que permite abandonar o controle de nível usual no canal do subwoofer. Na fig. 3 mostra a resposta em frequência teórica de filtros por tensão elétrica; a família de canais LF foi reduzida em 6 dB por conveniência.
Para garantir o funcionamento de dois amplificadores idênticos em uma conexão em ponte, é necessário aplicar sinais antifásicos em suas entradas. Este projeto usa uma cascata de carga dividida. Um sinal invertido é retirado do coletor do transistor VT1 e um sinal não invertido de uma parte da carga do emissor. O ganho de estágio em ambas as saídas é de cerca de -16 dB, então a tensão de entrada do canal LF no modo de banda larga máxima é aproximadamente 4 dB maior do que nos canais de satélite. Isso compensa a diferença de sensibilidade entre os drivers de faixa completa e de baixa frequência e fornece espaço para o controle de nível no canal do subwoofer. Além disso, esta medida elimina automaticamente a sobrecarga da cascata no transistor VT1 na entrada: devido à diferença de ganho, o corte do sinal na saída do amplificador em ponte começará mais cedo do que nas saídas convencionais (de onde o sinal para VT1 é tomada). Devido ao feedback profundo através dos resistores R4, R5, a linearidade da cascata é satisfatória mesmo com grandes sinais. O modo cascata DC é fornecido conectando o circuito VR3R1 ao capacitor C13. Este capacitor tem uma tensão constante, aproximadamente igual à metade da tensão de alimentação. Outro nó, até agora incomum para esses amplificadores, é o interruptor de fase do sinal do subwoofer SA2. No entanto, em sistemas de home theater e subwoofers de carros, essa cascata certamente existirá. A necessidade de seu uso é causada pelo seguinte: com um sistema acústico espacialmente separado, a resposta de frequência resultante no ponto de escuta será determinada pela razão de fase dos sinais de entrada. A mudança de fase, por sua vez, é determinada pela distância das cabeças dinâmicas. Na fig. A Figura 4 mostra a resposta teórica em frequência no campo próximo de radiação para os casos de inclusão em fase e antifase de cabeçotes com sua instalação compacta. A resposta de frequência real em termos de pressão sonora, dependendo das distâncias e características das cabeças, pode assumir formas ainda mais bizarras. Obviamente, a introdução de uma chave de fase permite um controle mais flexível da resposta de frequência resultante.
O interruptor de alimentação SA1 controla o estado do microcircuito, através do qual a tensão de alimentação também é fornecida ao estágio divisor de fase. No estado desligado, as saídas são transferidas para um estado de alta impedância e o consumo de corrente não excede 100 μA. O propósito do resto dos detalhes é óbvio. A capacitância do filtro é dividida em duas partes, pois é difícil instalar um capacitor grande diretamente próximo aos pinos de alimentação do microcircuito. Sobre os detalhes e design. Capacitores de óxido K50-35 ou similares importados, capacitores C1, C2, SU - cerâmica de qualquer tipo, o resto - K73-17. Todos os resistores fixos são MLT0.125. O resistor de controle de volume variável deve estar com uma dependência exponencial da resistência no ângulo de rotação (tipo B), o resto - com um linear (tipo A). O transistor KT315V pode ser substituído por qualquer transistor da estrutura np-p com um coeficiente de transferência de corrente de base de pelo menos 50. A escolha de outras peças não é crítica. O retificador é feito em diodos de pulso KD213A, o que permitirá, se necessário, aumentar significativamente a capacitância do filtro sem o risco de interferência multiplicativa. Qualquer transformador de rede pode ser usado com uma potência total de pelo menos 80 W (de preferência mais), uma corrente de enrolamento secundário permitida de pelo menos 5 A e uma tensão de saída de 9 ... 11 V. Devido à relativa simplicidade do amplificador, é bem possível montá-lo em uma breadboard (nesta versão ele trabalhou com o autor). Para a publicação de uma revista, foi projetada uma placa de circuito impresso (Fig. 5), que abriga a maior parte das peças. A placa é projetada para a instalação de switches P2K em duas direções e os detalhes mencionados acima. O capacitor C3 com capacidade de 0,15 uF, se necessário, pode ser composto por capacitores com capacidade de 0,1 uF e 0,047 uF, para os quais são fornecidos pads adicionais na placa.
Resistores variáveis, conectores e um transformador de rede são colocados fora da placa. Os jumpers no circuito de sinal são feitos com um fio de montagem fino; para a montagem de circuitos de potência e sistemas acústicos, é necessário usar um fio com seção transversal de pelo menos 0,75 mm2. O dissipador de calor pode ser feito de um canto de duralumínio de 30x50 mm ou usado pronto de um rádio de carro (é exatamente o que foi usado na versão do autor). Um amplificador montado corretamente não requer ajuste. Ao ligar, basta certificar-se de que as tensões indicadas no diagrama estão presentes (desvio admissível ± 10%). Em caso de interferência da fonte de alimentação do computador, dois capacitores cerâmicos com capacidade de 220 ... 470 pF devem ser ligados na entrada do microcircuito (entre os pontos 6, 7 da placa e o fio comum). Eles podem ser colocados na lateral dos condutores impressos. Para reproduzir baixas frequências, você precisa usar um cabeçote dinâmico de baixa frequência especializado em design acústico. A maneira mais fácil é usar alto-falantes de equipamentos domésticos domésticos, removendo detalhes desnecessários. O autor usou AC S-30B ("Radio Engineering") para testes. O projeto acústico de satélites pode ser simples, inclusive aberto. Literatura
Autor: A. Shikhatov, Moscou; Publicação: cxem.net
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