Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

  • Час 23-09-2015, 10:09
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Незважаючи на безліч моделей мультимедійних АС промислового виробництва, інтерес радіоаматорів до самостійного виготовлення подібних конструкцій не знижується. Особливий інтерес викликають системи із загальним низькочастотних каналом. Низькочастотний гучномовець - сабвуфер - при цьому розміщують в окремому корпусі, що дозволяє значно зменшити габарити АС лівого і правого каналів. Для подібного роду конструкцій і призначений описуваний тут підсилювач з загальною номінальною потужністю близько 20 Вт.

 До особливостей мультимедійного комплексу можна віднести відносно невеликі розміри відеомонітора і відповідні їм габарити акустичної системи, яка розміщується, як правило, в безпосередній близькості від слухача. У зв'язку з цим максимальна потужність підсилювачів для такої АС зазвичай не перевищує 10 ... 20 Вт. Близькість розташування мультимедійної акустичної системи нерідко обмежує її допустимі розміри, тому тут поширене розміщення низькочастотної головки в одному загальному корпусі - сабвуфере, а стереофонічні гучномовці виступають тут у ролі "сателітів".

Для формування сигналу каналу НЧ (сабвуфера) зазвичай використовуються суматор і активний фільтр. Як приклад на рис. 1 наведена схема цього вузла.

Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

Рис.1. Формувач сигналу НЧ (сабвуфера)

На ОУ DA1.1 виконаний інвертується суматор, поєднаний з фільтром першого порядку, на ОУ DA1.2 - активний фільтр Баттерворта другого порядку. Частота зрізу отриманого в результаті фільтра третього порядку становить приблизно 180 Гц. Дільник R1R2 задає режим ОУ по постійному струму. Смуга частот гучномовців СЧ-ВЧ (сателітів) обмежена фільтрами першого порядку на вході стереофонічного УМЗЧ.

Однак для виділення смуги частот сабвуфера зовсім не обов'язково використовувати активні фільтри. На сторінках журналу були опубліковані два варіанти УМЗЧ для комп'ютера [1], в яких застосований оригінальний спосіб формування сигналу для сабвуфера, що не вимагає окремого фільтра. На жаль, у першому варіанті конструкції використані дві різні версії мікросхеми TDA1519, не завжди наявні в продажі. У другому варіанті - безнадійно застарілі TDA2005, за рівнем спотворень і шумів не відповідають сучасним вимогам; цій мікросхемі потрібно чимало зовнішніх елементів. Застосувавши сучасні мікросхеми УМЗЧ, призначені для автомобільної радіоапаратури, можна дещо спростити схему і значно підвищити експлуатаційні характеристики УМЗЧ.

Підсилювач потужності зручно виконати на основі поширеної мікросхеми TDA1554Q (Philips). У неї входять два инвертирующих і два неінвертуючий підсилювача з посиленням по 20 дБ, їх вхідний опір - 60 кОм. Можливі два варіанти їх включення. Перший - стандартний, як чотирьохканальний УМЗЧ з максимальною вихідною потужністю 4x6 Вт (4x11 Вт) на навантаженні 4 (2) Ом. Другий варіант - як двоканальний УМЗЧ в мостовому включенні з максимальною вихідною потужністю 2x22 Вт на навантаженні 4 Ом.

У запропонованій конструкції два инвертирующих каналу використані в звичайному включенні, а два неінвертуючий, завдяки оригінальному рішенню, - в мостовому включенні.

Параметри підсилювача:

Чутливість, мВ 500
Номінальний опір навантаження, Ом 4
Номінальна вихідна потужність, Вт,
   каналів СЧ-ВЧ
   каналу НЧ

2x3,5
12
Максимальна вихідна потужність, Вт,
   каналів СЧ-ВЧ
   каналу НЧ

2x6
22
Максимальний споживаний струм, А 3,5
Частота зрізу каналів СЧ-ВЧ, Гц 180
Частота зрізу каналу НЧ, Гц 50 ... 170

Напруга живлення підсилювача може бути в межах +10 ... +16 В. Струм, споживаний пристроєм при відсутності сигналу, - не більше 0,1 А. У черговому режимі "Standby" (режим дистанційного вимикання) - 0,1 мА. Номінальна потужність вказана при напрузі живлення, рівному 15 В, і гармонійних спотвореннях близько 0,5%. Максимальна потужність, як прийнято, визначається при спотвореннях 10%.

Схема підсилювача наведена на рис. 2. Пристрій максимально спрощено, а номінали більшості елементів уніфіковані.

Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

Рис.2. Принципова схема підсилювача

Гучність і тембр регулюються здвоєними змінними резисторами VR1 і VR2 відповідно. Щоб уникнути перевантаження підсилювача глибина регулювання тембру залежить від положення движка регулятора гучності. При максимальній гучності підйом ВЧ не перевищує 2 ... 3 дБ (і то - за рахунок завалу НЧ і СЧ), але зростає до 5 ... 6 дБ при малій гучності [2]. Регулювання тембру ВЧ на "завал" не передбачена, оскільки, як показує практика, в ній немає необхідності. Крім того, більшість звукових плат ПК мають програмно керовані регулятори тембру та балансу. У разі необхідності діапазон регулювання тембру в підсилювачі можна довести до 12 ... 14 дБ, встановивши змінний резистор VR2 опором 10 кому. Передбачена також можливість установки регулятора стереобаланса (VR4), хоча його необхідність ще більш сумнівна.

З міркувань монтажу для сателітів використані инвертирующие канали підсилення, тому для збереження вихідної фази сигналу динамічні головки Ва1, Ва2 підключені в зворотній полярності. Сумарний сигнал для сабвуфера формується на загальному для двох каналів разделительном кон-денсатореС13, каки в [1]. Частота зрізу цього фільтру складає 170 ... 180 Гц. Ємність конденсатора С13 вказана для динамічних головок з повним опором 4 Ом. Для головок з повним опором 8 Ом його ємність потрібно зменшити до 220 мкФ.

По відношенню до сигналів сателітів сигнал сабвуфера утворюється як додаткова функція, тому при виконанні деяких умов (про це пізніше) на результуючої АЧХ можлива поява "горба" на частоті розділу величиною до 3 дБ. Для усунення цього недоліку в сабвуферний канал введений перестроюваний пропорційно-інтегруючий фільтр VR3R1R2C3, частота зрізу якого змінюється в діапазоні 50 ... 150 Гц. При перебудові частоти одночасно змінюється і рівень сигналу, що дозволяє відмовитися від звичайного регулятора рівня в каналі сабвуфера. На рис. 3 наведені теоретичні АЧХ фільтрів по електричному напрузі; сімейство кривих каналу НЧ для зручності зміщене вниз на 6 дБ.

Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

Рис.3. Теоретичні АЧХ фільтрів по напрузі

Для забезпечення роботи двох однакових підсилювачів в мостовому включенні необхідно подати на їх входи протифазні сигнали. У цій конструкції використаний каскад з розділеним навантаженням. З колектора транзистора VT1 знімається інвертований сигнал, а з частини емітерної навантаження - неінвертірованний. Коефіцієнт передачі каскаду по обох виходів становить близько -16 дБ, тому напруга на вході каналу НЧ в режимі максимально широкої смуги приблизно на 4 дБ вище, ніж в каналах сателітів. Це компенсує різницю в чутливості широкосмугових і низькочастотних головок і забезпечує запас регулювання рівня в каналі сабвуфера.

Крім того, цей захід автоматично виключає перевантаження каскаду на транзисторі VT1 по входу: за рахунок різниці в посиленні обмеження сигналу на виході мостового підсилювача почнеться раніше, ніж на звичайних виходах (звідки і береться сигнал для VT1). Завдяки глибокій ООС через резистори R4, R5 лінійність каскаду задовільна і при великих сигналах. Режим каскаду по постійному струму забезпечується за рахунок підключення ланцюга VR3R1 до конденсатора С13. На цьому конденсаторі присутня постійна напруга, приблизно рівне половині напруги живлення.

Ще один, поки незвичний для подібних підсилювачів вузол - перемикач фази сигналу сабвуфера SA2. Проте в системах домашнього театру і автомобільних сабвуферах такий каскад обов'язково є. Необхідність його застосування викликана наступним: при просторово рознесеною акустичній системі результуюча АЧХ в точці прослуховування буде визначатися співвідношенням фаз приходять сигналів. Зрушення фаз, у свою чергу, визначається відстанню до динамічних головок.

На рис. 4 показані теоретичні АЧХ в ближньому полі випромінювання для випадків синфазного і протівофазного включення головок при їх компактної установці. Реальні АЧХ по звуковому тиску залежно від відстаней і характеристик головок можуть брати ще більш вигадливі форми. Очевидно, що введення перемикача фази дозволяє більш гнучко управляти результуючої АЧХ.

Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

Рис.4. Теоретичні АЧХ в ближньому полі випромінювання

Вимикач живлення SA1 управляє станом мікросхеми, через нього ж подається напруга живлення на каскад фа-зорасщепітеля. У вимкненому стані виходи переведені в високоімпедансное стан, а струм споживання не перевищує 100 мкА. Призначення інших деталей очевидно. Ємність фільтра розділена на дві частини, оскільки встановити конденсатор великої ємності безпосередньо біля висновків живлення мікросхеми важко.

Про деталі і конструкції.
Оксидні конденсатори К50-35 або аналогічні імпортні, конденсатори С1, С2 - керамічні будь-якого типу, решта - К73-17. Всі постійні резистори - МЛТ0.125. Змінний резистор регулювання гучності повинен бути з показовою залежністю опору від кута повороту (типу В), решта - з лінійною (типу А). Транзистор КТ315В можна замінити будь-яким транзистором структури np-п з коефіцієнтом передачі струму бази не менше 50. Вибір інших деталей не критичний.

Випрямляч виконаний на імпульсних діодах КД213А, це дозволить при необхідності значно збільшити ємність фільтра без ризику виникнення мультиплікативних завад. Мережевий трансформатор можна використовувати будь з габаритною потужністю не менше 80 Вт (краще більше), допустимим струмом вторинної обмотки не менше 5 Аі вихідним напругою 9 ... 11 В.

Зважаючи відносної простоти підсилювач цілком можна зібрати на макетної платі (у такому варіанті він працював у автора). Для журнальної публікації була розроблена друкована плата (рис. 5), на якій розміщується більшість деталей. Плата розрахована на установку перемикачів П2К на два напрямки та згаданих вище деталей. Конденсатор СЗ ємністю 0,15 мкФ в разі потреби можна скласти з конденсаторів ємністю 0,1 мкФ і 0,047 мкФ, для чого на платі передбачені додаткові контактні площадки.

Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ

Рис.5. Друкована плата підсилювача

Змінні резистори, роз'єми і мережевий трансформатор розміщують поза плати. Перемички в ланцюзі сигналу виконані тонким монтажним проводом, для монтажу ланцюгів живлення і акустичних систем необхідно використовувати провід перерізом не менше 0,75 мм2. Тепловідвід можна виготовити з алюмінієвого куточка 30x50 мм або використовувати готовий від автомагнітоли (саме такий застосований в авторському варіанті).

Правильно зібраний підсилювач налагодження не вимагає. При включенні досить переконатися в наявності вказаних на схемі напруг (допустиме відхилення ± 10%). У разі наведень від блоку живлення комп'ютера слід включити два керамічних конденсатора ємністю 220 ... 470 пФ на вході мікросхеми (між точками 6, 7 плати і загальним проводом). Їх можна розмістити з боку друкованих провідників.

Для відтворення низьких частот потрібно використовувати спеціалізовану низкочастотную динамічну головку в акустичному оформленні. Найпростіший спосіб - використовувати АС від вітчизняної побутової апаратури, видаливши зайві деталі. Автор для випробувань застосовував AC S-30B ("Радіотехніка"). Акустичне оформлення сателітів може бути найпростішим, в тому числі і відкритим.

Джерела:

  1. Сапожников М. Два простих УМЗЧ для комп'ютера. - Радіо, 2002, №4, с.15.
  2. Шихатов А. Пасивні регулятори тембру. - Радіо, 1999, №1, с. 14, 15.

Список радіоелементів

Позначення Тип Номінал Кількість DA1 С1, С6 С2, С4 С3 С5 R1 R2 R3, R4 R5 R6, R7 R8 DA1 VT1 VD1-VD4 С1, С2 С3 С4, С11, С13 С5-С8, С10 С9 С12 VR1, VR2 VR3, VR4 R1, R4, R7, R8 R2, R3, R5 R6 Ва1-Ва3
Формувач сигналу НЧ (сабвуфера).
МікросхемаBA45601
Електролітичний конденсатор1 мкФ 16 В2
Конденсатор0.022 мкФ2
Електролітичний конденсатор470 мкФ 16 В1
Конденсатор0.01 мкФ1
Резистор39 кОм1
Резистор56 кОм1
Резистор100 кОм2
Резистор33 ком1
Резистор47 кому2
Резистор470 Ом1
Схема підсилювача.
МікросхемаTDA1554Q1
Біполярний транзисторКТ315В1
ДіодКД213А4
Конденсатор470 пФ2
Конденсатор0.15 мкФ1
Електролітичний конденсатор470 мкФ 16 В3
Конденсатор0.1 мкФ5
Електролітичний конденсатор100 мкФ 16 В1
Електролітичний конденсатор4700 мкФ 25 В1
Здвоєний змінний резистор47 кому2
Змінний резистор47 кому2
Резистор4.7 кОм4
Резистор1 кОм3
Резистор100 Ом1
Динамік4 Ом3
Tags

Коментарі до новини