Amplificador automotivo compacto. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O artigo descreve o projeto de um amplificador estéreo de carro simples com um conversor de tensão de comutação. Sua adição aumentou significativamente a potência do amplificador nos populares microcircuitos TDA7293 ou TDA7294 - até 78 W com carga de 4 ohms, e o uso de uma caixa pronta simplificou muito sua fabricação.

Como afirmado com frequência e com razão, o som da unidade principal de um carro pode agradar apenas a um ouvinte inexperiente. Na prática, verifica-se que, na maioria dos casos, o valor real da potência de saída do rádio PA não ultrapassa 20 W por canal com carga de 4 ohms e, ao funcionar com bateria, cai para 16 watts.

Na verdade, mesmo com tanta potência, qualquer interior de carro pode soar com alta qualidade, não fosse o fator de pico dos sinais musicais, que chega a 20 ... 25 dB em algumas composições. Assim, o PA embutido de um auto-rádio sem limitar a faixa dinâmica pode fornecer até 5 watts por canal. Dado o crescimento qualitativo dos parâmetros dos PAs modernos, a questão de atualizar o caminho de reprodução reside na limitação física da faixa dinâmica pela potência máxima de saída dos PAs embutidos, e as possibilidades de sua expansão foram esgotadas pelos equipamentos fabricantes. Devido ao alto nível de ruído (incluindo do exterior) no veículo, a faixa dinâmica é significativamente reduzida. O isolamento de ruído do corpo e o aumento do nível de pressão sonora dos alto-falantes ajudam a aumentar a faixa dinâmica da audição.

Instalar um PA externo no estágio inicial da modernização é, na minha opinião, o menos trabalhoso. Deve-se notar que o refinamento do sistema de áudio do carro deve começar com a instalação de um alto-falante frontal melhor.

Dispositivos multimídia modernos para carros são equipados com saídas de linha para conectar amplificadores externos. A indústria oferece muitos PAs automotivos de alta qualidade, mas seu alto custo é uma restrição significativa nas atualizações. Ligar o PA nas saídas do amplificador embutido no rádio, na minha opinião, não é aconselhável.

O dispositivo proposto tem funcionalidade mínima, mas possui vários recursos positivos: uma poderosa fonte de alimentação não estabilizada, um bom amplificador, um tamanho de pacote mínimo e a ausência de componentes de filtro ativo de entrada de baixa qualidade. A tensão nominal de alimentação é de +/- 25 V, o que permite aumentar a potência com carga de 4 ohms até 78 watts.

Ao contrário de muitos projetos descritos na Internet, este PA de dois canais é montado em uma caixa de alumínio Gainta padrão, acessível e barata, mostrada na fig. 1. Largura (tamanho L na Fig. 1) - 100 mm. As dimensões da placa principal são 93,6x96 mm, o que permite que ela seja inserida em slots especiais no gabinete. A prioridade no projeto é dada à compacidade do dispositivo, por isso são usadas peças montadas na superfície.

a)

b)
Figura 1. Projeto de PA de dois canais: a) caixa de alumínio; b) desenho de projeto

O PA foi projetado para um CD player específico, para o qual a carga nominal da saída de linha é de 10 kOhm. O dispositivo consiste em um conversor de tensão não estabilizado (PN) e um PA baseado em dois microcircuitos TDA7293 (ou TDA7294, levando em consideração as diferenças na pinagem), bem como uma unidade de controle para um amplificador STBY de sinal remoto de sinal externo.

O circuito amplificador é mostrado na fig. 2. O conversor com a função de partida suave é montado no chip TL494 e nos transistores de efeito de campo. A potência total do transformador é de cerca de 300 W, e o uso de dois pares de transistores em cada perna do conversor permite fornecer mais potência à carga. O cálculo do transformador e a escolha do circuito magnético foram realizados utilizando o útil programa gratuito EXCELLENIT5000 [1]. Há uma opinião de que os PAs com PSU pulsada sem estabilização fornecem um som melhor do que com PSU estabilizada. Resistores (47 ohms) estão incluídos nos circuitos de porta dos transistores de potência do conversor, o que reduz o espectro de interferência criado pelo inversor. Na placa menor há uma unidade de controle de inicialização e um controlador PN, em uma placa maior - PN e PA. Os circuitos de saída do PV não são conectados galvanicamente à fonte de alimentação primária.

Arroz. 2. Circuito amplificador (clique para ampliar)

Para ligar o PA, é necessário ter uma tensão de alimentação de 12 V e uma tensão de controle superior a 9 V na entrada do controle remoto. A tensão da entrada do controle remoto através do diodo zener VD1 e do resistor R7 entra na base do transistor VT2 e o abre. O capacitor C5 serve para retardar a ativação do PA e filtrar o ruído na entrada do controle remoto, o resistor R8 fornece a corrente mínima para a operação do diodo zener VD1. O transistor VT2 abre e uma tensão de cerca de 0,7 V é definida em seu coletor, o LED HL1 acende e o transistor VT1 abre, que fornece energia ao chip DA1 e inicia o PN. O resistor R5 é necessário para suportar a tensão de fechamento baseada em VT1 na ausência de um sinal de controle e R6 para limitar a corrente máxima do transistor VT2. Na presença de uma tensão secundária PN, a tensão do emissor VT1 a R1 é fornecida ao diodo radiante do optoacoplador U1 e ilumina o fototransistor do optoacoplador.

Quando a tensão é aplicada ao microcircuito DA1, uma tensão de 14 V aparece em sua saída (pino 5), que, através do capacitor C3, é alimentada no pino 4 do controle de largura de pulso TL494. À medida que C3 carrega, a tensão no pino 4 diminui devido ao resistor de carga R2 e a largura de pulso nos pinos 9, 10 aumenta. É assim que o soft start do PN é organizado. O resistor R2 também é necessário para evitar o carregamento do capacitor C3 pela corrente que flui do microcircuito (de 2 a 10 mA). Os amplificadores de erro embutidos no TL494 não são usados, as entradas não inversoras 2, 15 DA1 são alimentadas com tensão ION igual a 5 V do pino 14 e as entradas inversoras são conectadas ao fio comum da PN. Os resistores R3, R4 e o capacitor C4 definem a frequência de comutação do PN em cerca de 50 kHz. O local para o resistor R4 está reservado na placa para possível correção da frequência do PN.

Os capacitores C2 e C1 bloqueiam a interferência de RF. Dos pinos 9, 10 de DA1, os sinais de controle do transistor de efeito de campo (FET) através do conector XP / XS1 (ZL201-10G, ZL262-10SG fabricado pela NINIGI) são alimentados na placa PA principal para as portas FET nos elementos R12 , VD4, VT4 (R13, VD5, VT5 ) Circuitos de recarga de capacitância de porta FET são montados.Restores R19-R22 reduzem a velocidade de comutação FET e reduzem o ruído de comutação. Os TPs são conectados aos pares ao enrolamento primário do transformador T1, a meio do qual é fornecida a tensão da rede de bordo do veículo através do fusível FU1 e do filtro em forma de U C6C7L1C10C13C14C18. Os capacitores C10, C13, C14, C18 são conectados próximos ao ponto médio do enrolamento I do transformador T1 para reduzir a interferência. O diodo VD2 serve como proteção contra polaridade reversa da fonte.

A tensão alternada do enrolamento secundário T1 é retificada pelos conjuntos de diodos VD7, VD8, filtrada pelos capacitores C20-C23 e depois alimentada aos microcircuitos UMZCH. Além disso, a tensão de +24 V através do resistor R14 é fornecida ao transistor do optoacoplador U1 e, se houver tensão na entrada do controle remoto, é fornecida à base do transistor V73. Os elementos R9, VD3, VT3 são necessários para garantir a descarga rápida dos capacitores nos circuitos STBY, MUTE dos microcircuitos DA2, DA3 após a perda do sinal do controle remoto. Isso se deve ao fato de que quando o rádio é desligado, surgem picos de tensão significativos em suas saídas lineares, que levam a cliques nos alto-falantes.

Na maioria dos dispositivos caseiros, os sinais STBY MUTE são gerados por meio de um resistor limitador conectado ao circuito de alimentação positivo, portanto, quando o rádio é desligado, o PA não entra no modo STBY até que os capacitores do circuito de alimentação sejam descarregados. No mesmo design, o PA desliga quase imediatamente após o desaparecimento do sinal do controle remoto do rádio.

Para garantir a simetria da carga no IP e poder trabalhar no modo bridge, um canal PA opera no modo inversor. Para minimizar a interferência introduzida pela queda de tensão nos fios de "potência", os fios comuns dos circuitos de sinal e alimentação são conectados apenas na parte de baixa corrente através dos resistores R11, R15. Os elementos R16, C9, R23, C11, R27 e R32 (R17, C8, R18, C12, R24, R29 e R31, R33) formam filtros limitadores de banda e definem o ganho do canal. Como a inclusão dos microcircuitos DA2, DA3 é diferente, para equalizar o ganho nos canais, você pode ajustar a resistência total dos resistores OOS (R31 e R33). Não há lugar para o resistor R31 na placa, se necessário, ele é instalado em cima do R33. Na simulação de microcircuitos na forma de um amplificador operacional no pacote de software Microcap 9, a resistência desse resistor acabou sendo de 80 kOhm.

A queda na região LF (-3 dB na frequência de 17 Hz) se deve ao alcance do PA. Primeiro, os alto-falantes frontais, devido ao seu tamanho e design acústico, reduzem bastante a eficiência em baixas frequências; em segundo lugar, a resposta de frequência resultante no interior do carro geralmente tem um aumento na região de baixa frequência de vários decibéis.

O transformador é montado em um núcleo magnético toroidal Epcos 29,5x19x20 (B64290-L756-X87) feito de material N87. O enrolamento primário possui 8 voltas de fio com diâmetro de 0,51 mm, dobradas em oito fios, com uma derivação no meio. Os dados iniciais e os resultados dos cálculos são mostrados nas Figs. 3. O enrolamento secundário contém 18 voltas do mesmo fio, dobradas em três fios, com uma derivação do meio. As bobinas são distribuídas uniformemente ao redor do perímetro do anel. O Choke L1 é enrolado em um circuito magnético anular medindo 23x14x9,5 mm feito de ferro em pó T90-52 Micrometals e contém oito voltas de fio PEV 0,51, dobrado em oito núcleos. A indutância do indutor pode diferir, só é importante lembrar que o superaquecimento é superior a 75 ^оC para tal acelerador é inaceitável.

Arroz. 3. Dados iniciais e resultados do cálculo

A montagem do dispositivo deve começar com uma placa menor (seu desenho na Fig. 4 em uma escala de 2: 1), no diagrama da Fig. 2 partes localizadas nele são circuladas com uma moldura pontilhada. Após a instalação de todas as peças, uma fonte de tensão de 1 V é conectada aos contatos do conector XP12. +9 V deve ser aplicado ao pino 12 e os pinos 1-4 conectados a um fio comum. Em seguida, feche os contatos 9 e 10, o LED deve acender. Uma tensão de cerca de 1 V será estabelecida no coletor VT11, uma tensão de 14 V aparecerá no pino 1 DA5, não mais que 4 V no pino 0,5 e um meandro com amplitude de 9 V nos pinos 10, 11. Na ausência de um osciloscópio, a presença de pulsos nas saídas 9 , 10 é determinada pelo multímetro digital como uma tensão constante de 5 ... 6 V.

Arroz. 4. Desenho do tabuleiro menor

Em seguida, eles montam uma placa grande (Fig. 5, 6), instalando todos os detalhes, exceto os chips PA DA2, DA3. Também é necessário instalar jumpers de fio (isolados). É desejável soldar os transistores na mesma altura, isso facilitará sua fixação. Como os diodos acoplados no encapsulamento TO-220 com ânodo comum são escassos, a placa fornece locais para sua substituição por diodos no encapsulamento DO-27.

Arroz. 5. Desenho da placa maior

Arroz. 6. Desenho de uma prancha maior (coleção de peças)

Depois de conectar as placas usando o conector e fornecer tensão de 12 V da fonte de alimentação e o sinal de ativação do controle remoto para as áreas designadas, a tensão de +20 e -21 V deve aparecer nos capacitores C25 e C25, respectivamente, e cerca de +3 V em relação ao ponto médio no enrolamento de saída do emissor VT8 do transformador. Nesse caso, as partes do conversor não devem esquentar e o consumo de corrente não deve ultrapassar 0,3 A. Após a verificação do PN, os microcircuitos DA2, DA3 são soldados.

Os condutores de microcircuitos não utilizados são encurtados em 3 ... 4 mm. É importante instalar os microcircuitos estritamente perpendiculares à placa, caso contrário, eles não aderirão ao corpo em todo o plano e poderão superaquecer. Para reduzir o efeito da interferência nos circuitos amplificadores, capacitores adicionais C26, C28 (C30, C32) com capacidade de 470 uF com baixa impedância (baixo ESR) foram adicionados próximos aos pinos de alimentação dos microcircuitos. Para reduzir a interferência, os trilhos dos pinos de alimentação do estágio preliminar e do estágio de saída do TDA7293 são conectados nos pontos de solda dos pinos desses capacitores.

Em seguida, os fios são soldados na placa para conectar os conectores externos. O conector de alimentação (bloco terminal DG58C-A-2P13 da Degson Electronics) requer pelo menos 2 mm de fio². Um segmento de 50 ... 70 mm de comprimento é soldado na placa. Os cabos que conectam a placa com conectores RCA (XS3.1, XS3.2) são soldados da mesma forma. Para fazer isso, use qualquer cabo macio. Da mesma forma, solde os fios ao conector de saída X4 (bloco terminal DG58H-A-04P-13 da Degson Electronics). A seção transversal dos fios de saída deve ser de pelo menos 0,5 mm². Os pontos de solda dos fios devem ser reforçados com cola quente. Para o fio de sinal do controle remoto, foi feito um orifício com diâmetro de 2 mm na tampa lateral, por onde saiu um fio com cerca de 20 cm de comprimento. Para fixá-lo, é aconselhável dar um nó por dentro da caixa do PA .

A seguir, a placa é inserida na ranhura da caixa e são marcados os orifícios para os parafusos de fixação dos transistores e microcircuitos. Os furos são feitos com broca de 3,6 mm de diâmetro, a seguir são escareados para instalação de parafusos "afundados". FETs poderosos, diodos e microcircuitos de saída do PA são fixados ao gabinete (foto na Fig. 7) com parafusos M3 através de espaçadores de mica isolantes usando inserções isolantes para os parafusos. As juntas para microcircuitos devem ser untadas com pasta térmica, por exemplo, KPT-8.

Arroz. 7. Montagem da placa com peças

Em seguida, conectores de saída X4 são instalados nas paredes plásticas do gabinete e os fios correspondentes da placa de circuito impresso são conectados a eles (foto na Fig. 8). Em seguida, conecte os cabos de sinal aos conectores do painel do amplificador (foto da Fig. 9) e verifique novamente o funcionamento do sistema como um todo; se tudo estiver em ordem, é aconselhável colar os fios nos conectores de saída e no conector XP / S1, capacitores gerais e transformador com cola quente, pois eles funcionarão em condições de vibração. Então o corpo é montado completamente.

Arroz. 8. Montagem da placa com peças

Arroz. 9. Conectando os cabos de sinal

Antes da instalação no carro, é desejável ligar o amplificador por várias dezenas de horas para verificar sua confiabilidade.

A conexão de energia diretamente no carro deve ser feita com fios com seção transversal de pelo menos 2,5 mm² o mais curto possível (Fig. 10). Você precisa conectá-los aos terminais da bateria por meio de um fusível de 15 ... 20 A, conduza os dois fios ao amplificador dos terminais positivo e negativo. Freqüentemente, devido à fiação de má qualidade no carro, para evitar interferências, é necessário passar os fios da bateria e do rádio.

Arroz. 10. Conexão de energia

Devido ao pequeno tamanho da caixa (área do dissipador de calor de cerca de 400 mm²) durante a operação, o PA aquece até 40...50 ^оC. Esta é a temperatura normal para equipamentos de amplificação, se houver circulação de ar ao instalar o dispositivo na cabine.

Em uso real em um carro, pode-se notar uma melhora significativa no som do sistema e na facilidade de colocação. Mesmo durante a operação de longo prazo na potência máxima dos alto-falantes Focal polyglass V1, a temperatura da caixa do PA não excede 60 °C. Naturalmente, não se deve esperar milagres de tal amplificador, mas pode-se argumentar com certeza que ele irá "repetir" a maioria dos ofícios da faixa de preço mais baixa, mantendo as características dos microcircuitos TDA7293.

Alguns parâmetros do PA foram verificados usando o programa de computador Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA). Com uma potência de saída de 15 W e uma tensão de alimentação de 12,6 V, a distorção harmônica nos canais é de 0,045 e 0,019% e a distorção de intermodulação é de 0,024 e 0,026%. A relação sinal-ruído é de cerca de 90 dB. Ao contrário da opinião popular nos fóruns da Internet, a inclusão inversora do microcircuito (no canal direito) apresentou o pior resultado em termos de parâmetros medidos. Usar um circuito típico da documentação de referência para o microcircuito [2] acabou sendo a melhor opção.

Possíveis substituições: o chip PN TL494 possui análogos - YuA7500, MB3759, UPC494, IR3M02, KP1114EU4. Em vez do IRF3205, você pode instalar qualquer transistor moderno de canal n de efeito de campo, por exemplo, IRFZ44, IRF540, BUZ111S, STP80NF06, IRF1405 para uma tensão superior a 50 V, e é permitido usar apenas um par de transistores. Os transistores BC817 podem ser substituídos pelos transistores 2N5550S, MMBT100, MMBT2222, 2SD1484 e BC807 por 2STR2160, BCX17, MMBT591, PMBT2907. O transistor BCX51 substitui BCX52, BCX53, 2SB1027, 2SB1313, SB1123U. Se necessário, a seleção dos tipos de transistores pode ser realizada de acordo com o livro de referência [3]. Dois conjuntos de diodos VD7, VD8, projetados para uma corrente contínua de pelo menos 3 A e uma tensão superior a 80 V, podem ser substituídos por quatro diodos FR302-FR304, UF5404, RGP25G.

Na fig. 11 mostra os desenhos de layout dos painéis frontal e traseiro da unidade PA para os elementos e unidades de comutação usados ​​pelo autor.

Arroz. 11. Desenhos de marcação dos painéis frontal e traseiro da unidade PA para elementos e unidades de comutação

Literatura

1. Coleção de programas de Vladimir Denisenko para o cálculo de transformadores e bobinas. - .
2. Folha de dados TDA7293. - .
3. transistores bipolares. Características tipícas. Diretório. - .

Autor: Yu. Ignatiev, Ivano-Frankivsk

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