Незважаючи на все різноманіття автомобільних підсилювачів, їх схемотехніка схожа. Давайте дізнаємося, як влаштований рядовий підсилювач для авто.

Почнемо з блока живлення чи інвертора. Справа в тому, що сам підсилювач живиться від бортового акумулятора 12V. А підсилювальна частина вимагає двополярної напруги ±25 вольт, інколи ж і більше.

На друкованій платі підсилювача виявити перетворювач не складно, його видає тороїдальний трансформатор та купа електролітів.

А це вже підсилювач Lanzar VIBE. Перетворювач займає половину друкованої плати.

Найчастіше перетворювач будується з урахуванням мікросхеми ШИ-контроллера TL494CN, яку легко знайти у блоках живлення AT від ПК .

До моїх рук потрапили кілька автопідсилювачів китайської збірки (CALCELL, Lanzar VIBE, Supra, Fusion). У всіх цих підсилювачах застосовувалася схема перетворювача дуже схожа на ту, що опублікована в журналі "Радіо" ("Трьохканальний УМЗЧ для автомобіля", автор В. Горєв, №8 від 2005 року, стор. 19-21). Ось ця схема.

Відмінність цієї схеми від тих, що застосовуються в промислових зразках автопідсилювачів - це інша елементна база, а також застосування одного вторинного випрямляча (тут їх два). У серійних зразках також відсутні компенсаційні дроселі ( 2L2 - 2L3, 2L4 - 2L5) і, відповідно, електроліти 2С9, 2С10, 2С13, 2С14. Від цього ланцюга залишаються тільки ємні електролітичні конденсатори на 3300 - 4700 мкФ (35 - 50V) на виході перетворювача ( 2С11, 2С12). На вході перетворювача для фільтрації перешкод від бортової мережі встановлюється П-подібний фільтр(LC-фільтр + ємнісний фільтр). Він складається з дроселя на феритовому кільці ( 2L1) та двох електролітичних конденсаторів (на схемі - 2С8, 2С21). Іноді, щоби збільшити загальну ємність конденсаторів, ставлять кілька конденсаторів і з'єднують їх паралельно. Конденсатори вибираються на робочу напругу 25V (рідше 35V) та ємністю від 2200 мкФ.

Крім цього, в промислових схемах ланцюга переведення з чергового режиму в робітник виконані на базі малопотужних транзисторів. У наведеній схемі для включення підсилювача використовується звичайне електромагнітне реле на 12V.

У підсилювачах CALCELL, Lanzar VIBE, Supra у ланцюгах обв'язки мікросхеми TL494CN встановлений ланцюг з кількох біполярних транзисторів. При подачі +12 на клему REM (Remote- "Управління") відбувається запуск перетворювача - підсилювач включається.

Схема інвертора – двотактний перетворювач. Як ключові транзистори використовуються польові N-канальні MOSFET транзистори (наприклад, IRFZ44N - аналог STP55NF06, STP75NF75) Також можуть застосовуватися і більш потужні аналоги IRFZ46 - IRFZ48. Щоб збільшити потужність перетворювача в кожному плечі, встановлюється по 2, а іноді і по 3 MOSFET-транзистора, а стоки їх з'єднуються.

Завдяки цьому через транзистори можна прокачати значний імпульсний струм. Навантаженням стоків польових транзисторів є 2 обмотки імпульсного трансформатора. Він тороїдальний, тобто у вигляді кільця з обмотками дроту досить великого перерізу.

Так як з імпульсного тороїдального трансформатора напруга знімається імпульсне, його потрібно випрямити. Для цих цілей служать два здвоєні діоди. Один має загальний катод ( MURF1020CT, FMQ22S), а інший загальний анод ( MURF1020N, FMQ22R). Ці діоди непрості, а швидкі (Fast), розраховані на прямий струм від 10 ампер.

В результаті на виході отримуємо двополярну напругу ±25 - 27V, яка потрібна для "розгойдування" потужних вихідних транзисторів підсилювача потужності звукової частоти (УМЗЧ).

Про важливі дрібниці. Щоб відремонтувати автопідсилювач у домашніх умовах, необхідний блок живлення на 12V і струм кілька амперів. Я використовую комп'ютерний блок живлення або блок 12V(8А) , який придбав для світлодіодної стрічки. Як підключити автомобільний підсилювач будинку читайте .

Далі буде...

Виготовлення гарного джерела живлення для підсилювача потужності (УНЧ) або іншого електронного пристрою – це дуже відповідальне завдання. Від того, яким буде джерело живлення, залежить якість і стабільність роботи всього пристрою.

У цій публікації розповім про виготовлення легкого трансформаторного блоку живлення для мого саморобного підсилювача потужності низької частоти "Phoenix P-400".

Такий нескладний блок живлення можна використовувати для живлення різних схем підсилювачів потужності низької частоти.

Передмова

Для майбутнього блоку живлення (БП) до підсилювача у мене вже був у наявності тороїдальний сердечник з намотаною первинною обмоткою на ~220В, тому завдання вибору "імпульсний БП або на основі мережевого трансформатора" не стояло.

У імпульсних джерел живлення невеликі габарити та вага, велика потужність на виході та високий ККД. Джерело живлення на основі мережевого трансформатора - має велику вагу, простий у виготовленні та налагодженні, а також не доводиться мати справу з небезпечною напругою при налагодженні схеми, що особливо важливо для таких початківців як я.

Тороїдальний трансформатор

Тороїдальні трансформатори, порівняно з трансформаторами на броньових сердечниках із Ш-подібних пластин, мають кілька переваг:

• менший обсяг та вага;
• вищий ККД;
• найкраще охолодження для обмоток.

Первинна обмотка вже містила приблизно 800 витків проводом ПЕЛШО 0,8мм, вона була залита парафіном та ізольована шаром тонкої стрічки з фторопласту.

Вимірявши приблизні розміри заліза трансформатора можна виконати розрахунок його габаритної потужності, таким чином можна прикинути чи підходить осердя для отримання потрібної потужності чи ні.

Мал. 1. Розміри залізного сердечника для тороїдального трансформатора.

• Габаритна потужність (Вт) = Площа вікна (см 2) * Площа перерізу (см 2)
• Площа вікна = 3,14*(d/2) 2
• Площа перерізу = h * ((D-d)/2)

Наприклад, виконаємо розрахунок трансформатора з розмірами заліза: D=14см, d=5см, h=5см.

• Площа вікна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
• Площа перерізу = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
• Габаритна потужність = 19,625*22,5 = 441 Вт.

Габаритна потужність трансформатора виявилася явно меншою ніж я очікував - десь 250 Ватт.

Підбір напруги для вторинних обмоток

Знаючи необхідну напругу на виході випрямляча після електролітичних конденсаторів, можна розрахувати необхідну напругу на виході вторинної обмотки трансформатора.

Числове значення постійної напруги після діодного мосту і конденсаторів, що згладжують, зросте приблизно в 1,3..1,4 рази, в порівнянні зі змінною напругою, що подається на вхід такого випрямляча.

У моєму випадку, для живлення УМЗЧ потрібна двополярна постійна напруга - по 35 Вольт на кожному плечі. Відповідно, на кожній вторинній обмотці має бути змінна напруга: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

За таким же принципом я виконав приблизний розрахунок значень напруги інших вторинних обмоток трансформатора.

Розрахунок кількості витків та намотування

Для живлення інших електронних блоків підсилювача було вирішено намотати кілька окремих вторинних обмоток. Для намотування котушок мідним емальованим дротом був виготовлений дерев'яний човник. Також його можна виготовити зі склотекстоліту чи пластмаси.

Мал. 2. Човник для намотування тороїдального трансформатора.

Намотка виконувалася мідним емальованим дротом, який був у наявності:

• для 4х обмоток живлення УМЗЧ – провід діаметром 1,5 мм;
• для решти обмоток – 0,6 мм.

Число витків для вторинних обмоток я підбирав експериментальним способом, оскільки мені не було відомо точну кількість витків первинної обмотки.

Суть методу:

1. Виконуємо намотування 20 витків будь-якого дроту;
2. Підключаємо до мережі ~220В первинну обмотку трансформатора та вимірюємо напругу на намотаних 20-ти витках;
3. Ділимо потрібну напругу на отриману з 20 витків - дізнаємося скільки разів по 20 витків потрібно для намотування.

Наприклад: нам потрібно 25В, а з 20 витків вийшло 5В, 25В/5В=5 - потрібно 5 разів намотати по 20 витків, тобто 100 витків.

Розрахунок довжини необхідного дроту був виконаний так: намотав 20 витків дроту, зробив на ньому мітку маркером, відмотав і виміряв його довжину. Розділив потрібну кількість витків на 20, отримане значення помножив на довжину 20 витків дроту - отримав приблизно необхідну довжину дроту для намотування. Додавши 1-2 метри запасу до загальної довжини, можна намотувати провід на човник і сміливо відрізати.

Наприклад: потрібно 100 витків дроту, довжина 20-ти намотаних витків вийшла 1,3 метра, дізнаємося скільки разів по 1,3 метра потрібно намотати для отримання 100 витків - 100/20=5, дізнаємося загальну довжину дроту (5 шматків по 1, 3м) - 1,3 * 5 = 6,5м. Додаємо для запасу 1,5м та отримуємо довжину - 8м.

Для кожної наступної обмотки вимір варто повторити, оскільки з кожною новою обмоткою необхідна на один виток довжина дроту збільшуватиметься.

Для намотування кожної пари обмоток по 25 Вольт на човник були паралельно укладені відразу два дроти (для 2х обмоток). Після намотування, кінець першої обмотки з'єднаний з початком другої - вийшли дві вторинні обмотки для двополярного випрямляча з'єднання посередині.

Після намотування кожної з пар вторинних обмоток для живлення схем УМЗЧ вони були ізольовані тонкою фторопластової стрічкою.

Таким чином було намотано 6 вторинних обмоток: чотири для живлення УМЗЧ та ще дві для блоків живлення решти електроніки.

Схема випрямлячів та стабілізаторів напруги

Нижче наведено принципову схему блоку живлення для мого саморобного підсилювача потужності.

Мал. 2. Принципова схема джерела живлення саморобного підсилювача потужності НЧ.

Для живлення схем підсилювачів потужності НЧ використовуються два двополярні випрямлячі - А1.1 та А1.2. Інші електронні блоки підсилювача живляться від стабілізаторів напруги А2.1 та А2.2.

Резистори R1 і R2 потрібні для розрядки електролітичних конденсаторів, коли лінії живлення відключені від схем підсилювачів потужності.

У моєму УМЗЧ 4 каналу посилення, їх можна включати та вимикати попарно за допомогою вимикачів, які комутують лінії живлення хустку УМЗЧ за допомогою електромагнітних реле.

Резистори R1 і R2 можна виключити зі схеми, якщо блок живлення буде постійно підключений до плат УМЗЧ, в такому випадку електролітичні ємності будуть розряджатися через схему УМЗЧ.

Діоди КД213 розраховані на максимальний прямий струм 10А, у разі цього достатньо. Діодний міст D5 розрахований струм не менше 2-3А, зібрав його з 4х діодів. С5 та С6 – ємності, кожна з яких складається з двох конденсаторів по 10 000 мкФ на 63В.

Мал. 3. Принципові схеми стабілізаторів постійної напруги мікросхемах L7805, L7812, LM317.

Розшифрування назв на схемі:

• STAB – стабілізатор напруги без регулювання, струм не більше 1А;
• STAB+REG - стабілізатор напруги з регулюванням, струм не більше 1А;
• STAB+POW - регульований стабілізатор напруги, струм приблизно 2-3А.

При використанні мікросхем LM317, 7805 та 7812 вихідну напругу стабілізатора можна розрахувати за спрощеною формулою:

Uвих = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx для мікросхем має такі значення:

• LM317 – 1,25;
• 7805 - 5;
• 7812 - 12.

Приклад розрахунку LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкція

Ось як планувалося використовувати напругу від блоку живлення:

• +36В, -36В - підсилювачі потужності на TDA7250
• 12В - електронні регулятори гучності, стерео-процесори, індикатори вихідної потужності, схеми термоконтролю, вентилятори, підсвічування;
• 5В – індикатори температури, мікроконтролер, панель цифрового управління.

Мікросхеми та транзистори стабілізаторів напруги були закріплені на невеликих радіаторах, які я витягнув із неробочих комп'ютерних блоків живлення. Корпуси кріпилися до радіаторів через ізолюючі прокладки.

Друкована плата була виготовлена ​​із двох частин, кожна з яких містить двополярний випрямляч для схеми УМЗЧ та необхідний набір стабілізаторів напруги.

Мал. 4. Одна половинка плати джерела живлення.

Мал. 5. Інша половинка плати джерела живлення.

Мал. 6. Готові компоненти блока живлення для саморобного підсилювача потужності.

Пізніше, при налагодженні я дійшов висновку, що набагато зручніше було б виготовити стабілізатори напруг на окремих платах. Тим не менш, варіант "все на одній платі" теж непоганий і зручний.

Також випрямляч для УМЗЧ (схема малюнку 2) можна зібрати навісним монтажем, а схеми стабілізаторів (рисунок 3) у необхідній кількості - на окремих друкованих платах.

З'єднання електронних компонентів випрямляча показано малюнку 7.

Мал. 7. Схема з'єднань для збирання двополярного випрямляча -36В+36В з використанням навісного монтажу.

З'єднання потрібно виконувати, використовуючи товсті ізольовані мідні провідники.

Діодний міст із конденсаторами на 1000pF можна розмістити на радіаторі окремо. Монтаж потужних діодів КД213 (таблетки) на один загальний радіатор потрібно виконувати через ізоляційні термо-прокладки (терморезина або слюда), оскільки один із висновків діода має контакт із його металевою підкладкою!

Для схеми фільтрації (електролітичні конденсатори по 10000мкФ, резистори та керамічні конденсатори 0,1-0,33мкФ) можна нашвидкуруч зібрати невелику панель - друковану плату (рисунок 8).

Мал. 8. Приклад панелі з прорізами зі склотекстоліту для монтажу фільтрів випрямляча, що згладжують.

Для виготовлення такої панелі знадобиться прямокутний шматочок склотекстоліту. За допомогою саморобного різака (рисунок 9), виготовленого з ножівочного полотна по металу, прорізаємо мідну фольгу вздовж по всій довжині, потім одну з частин, що виходять, розрізаємо перпендикулярно навпіл.

Мал. 9. Саморобний різак з ножівочного полотна, виготовлений на верстаті.

Після цього намічаємо та свердлимо отвори для деталей та кріплення, зачищаємо тоненьким наждачним папером мідну поверхню та лудимо її за допомогою флюсу та припою. Впаюємо деталі та підключаємо до схеми.

Висновок

Ось такий нескладний блок живлення був виготовлений для майбутнього саморобного підсилювача потужності звукової частоти. Залишиться доповнити його схемою плавного включення (Soft start) та режиму очікування.

UPD: Юрій Глушнєв надіслав друковану плату для складання двох стабілізаторів з напругою +22В та +12В. На ній зібрані дві схеми STAB+POW (рис. 3) на мікросхемах LM317, 7812 та транзисторах TIP42.

Мал. 10. Друкована плата стабілізаторів напруги на +22В та +12В.

Завантажити – (63 КБ).

Ще одна друкована плата розроблена під схему регульованого стабілізатора напруги STAB+REG на основі LM317:

Мал. 11. Друкована плата для регульованого стабілізатора напруги на основі мікросхеми LM317.

Здавалося б, що може бути простіше, підключити підсилювач до блоку живлення, і чи можна насолоджуватися улюбленою музикою?

Однак, якщо згадати, що підсилювач по суті модулює згідно із законом вхідного сигналу напругу джерела живлення, то стане зрозуміло, що до питань проектування та монтажу блоку живленняварто підходити дуже відповідально.

Інакше помилки та прорахунки допущені при цьому можуть зіпсувати (в плані звуку) будь-який, навіть найякісніший і найдорожчий підсилювач.

Стабілізатор чи фільтр?

Дивно, але найчастіше для живлення підсилювачів потужності використовуються прості схеми з трансформатором, випрямлячем і конденсатором, що згладжує. Хоча у більшості електронних пристроїв сьогодні використовуються стабілізовані блоки живлення. Причина цього полягає в тому, що дешевше і простіше спроектувати підсилювач, який мав би високий коефіцієнт придушення пульсацій по ланцюгах живлення, ніж зробити відносно потужний стабілізатор. Сьогодні рівень придушення пульсацій типового підсилювача становить близько 60дБ для частоти 100Hz, що практично відповідає параметрам стабілізатора напруги. Використання в підсилювальних каскадах джерел постійного струму, диференціальних каскадів, роздільних фільтрів у ланцюгах живлення каскадів та інших схемотехнічних прийомів дозволяє досягти ще більших значень.

живлення вихідних каскадівнайчастіше робиться нестабілізованим. Завдяки наявності в них 100% негативного зворотного зв'язку, одиничному коефіцієнту посилення, наявності ТОВС, запобігається проникненню на вихід фону і пульсацій напруги живлення.

Вихідний каскад підсилювача насправді є регулятором напруги (живлення), поки не увійде в режим кліпування (обмеження). Тоді пульсації напруги живлення (частотою 100 Гц) модулюють вихідний сигнал, що звучить просто жахливо:

Якщо для підсилювачів з однополярним живленням відбувається модуляція тільки верхньої напівхвилі сигналу, то підсилювачі з двополярним живленням модулюються обидві напівхвилі сигналу. Більшості підсилювачів властивий цей ефект при великих сигналах (потужностях), але ніяк не відбивається в технічних характеристиках. У добре спроектованому підсилювачі ефекту кліпування не повинно відбуватися.

Щоб перевірити свій підсилювач (точніше блок живлення підсилювача), ви можете провести експеримент. Подайте на вхід підсилювача сигнал частотою трохи вище, ніж ви чуєте. У моєму випадку достатньо 15 кГц: (. Підвищуйте амплітуду вхідного сигналу, поки підсилювач не увійде в кліпінг. У цьому випадку ви почуєте в динаміках гул (100Гц). За його рівнем можна оцінити якість блоку живлення підсилювача.

Попередження! Обов'язково перед цим експериментом відключіть твіттер вищої акустичної системи, інакше він може вийти з ладу.

Стабілізоване джерело живлення дозволяє уникнути цього ефекту та призводить до зниження спотворень при тривалих перевантаженнях. Проте, з урахуванням нестабільності напруги мережі, втрати потужності на стабілізаторі становлять приблизно 20%.

Інший спосіб послабити ефект кліпування це харчування каскадів через окремі RC-фільтри, що теж дещо знижує потужність.

У серійній техніці таке рідко застосовується, оскільки, крім зниження потужності, збільшується ще й вартість виробу. Крім того, застосування стабілізатора в підсилювачах класу АВ може призводити до збудження підсилювача через резонанс петель зворотного зв'язку підсилювача і стабілізатора.

Втрати потужності можна значно скоротити, якщо використовувати сучасні імпульсні блоки живлення. Проте тут спливають інші проблеми: низька надійність (кількість елементів у такому блоці живлення суттєво більша), висока вартість (при одиничному та дрібно-серійному виробництві), високий рівень ВЧ-перешкод.

Типова схема блоку живлення для підсилювача з вихідною потужністю 50Вт представлена ​​на малюнку:

Вихідна напруга за рахунок конденсаторів, що згладжують більше вихідної напруги трансформатора приблизно в 1,4 рази.

Пікова потужність

Незважаючи на зазначені недоліки, при живленні підсилювача від нестабілізованогоджерела можна отримати деякий бонус - короткочасну (пікову) потужність вище, ніж потужність блоку живлення, за рахунок великої ємності конденсаторів, що фільтрують. Досвід показує, що потрібно щонайменше 2000мкФ на кожні 10Вт вихідної потужності. За рахунок цього ефекту можна заощадити на трансформаторі живлення можна використовувати менш потужний і, відповідно, дешевий трансформатор. Майте на увазі, що вимірювання на стаціонарному сигналі цього ефекту не виявлять, він проявляється лише при короткочасних піках, тобто при прослуховуванні музики.

Стабілізований блок живлення такого ефекту не дає.

Паралельний чи послідовний стабілізатор?

Існує думка, що паралельні стабілізатори краще в аудіопристроях, так як контур струму замикається в локальній петлі навантаження-стабілізатор (виключається джерело живлення), як показано на малюнку:

Той самий ефект дає установка роздільного конденсатора на виході. Але в цьому випадку обмежує нижня частота сигналу, що посилюється.

Захисні резистори

Кожному радіоаматору напевно знайомий запах горілого резистора. Це запах лаку, що горить, епоксидної смоли і... грошей. Тим часом дешевий резистор може врятувати ваш підсилювач!

Автор при першому включенні підсилювача в ланцюгах живлення замість запобіжників встановлює низькоомні (47-100 Ом) резистори, які в кілька разів дешевші за запобіжники. Це не раз рятувало дорогі елементи підсилювача від помилок у монтажі, неправильно виставленого струму спокою (регулятор поставили на максимум замість мінімуму), переплутаної полярності живлення тощо.

На фото показано підсилювач, де монтажник переплутав транзистори TIP3055 з TIP2955.

Транзистори у результаті не постраждали. Все закінчилося добре, але не для резисторів, і кімнату доводилося провітрювати.

Головне - падіння напруги

При проектуванні друкованих плат блоків живлення і не тільки не слід забувати, що мідь не є надпровідником. Особливо це важливо для "земляних" (загальних) провідників. Якщо вони тонкі і утворюють замкнуті контури або довгі ланцюги, то через струм, що протікає, на них виходить падіння напруги і потенціал у різних точках виявляється різним.

Для мінімізації різниці потенціалів прийнято загальний провід (землю) розводити як зірки — коли кожному споживачеві йде свій провідник. Не варто термін «зірка» розуміти буквально. На фото показаний приклад такого правильного розведення загального дроту:

У лампових підсилювачах опір анодного навантаження каскадів досить високий, близько 4кОм і вище, а струми не дуже великі, тому опір провідників не відіграє суттєвої ролі. У транзисторних підсилювачах опору каскадів істотно нижче (навантаження взагалі має опір 4Ом), а струми набагато вищі, ніж лампових підсилювачах. Тому вплив провідників тут може бути дуже суттєвим.

Опір доріжки на друкованій платі у шість разів вищий, ніж опір відрізка мідного дроту такої ж довжини. Діаметр взятий 0,71 мм, це типовий провід, який використовується при монтажі лампових підсилювачів.

0.036 Ом на відміну від 0.0064 Ом! Враховуючи, що струми у вихідних каскадах транзисторних підсилювачів можуть у тисячу разів перевищувати струм у ламповому підсилювачі, отримуємо, що падіння напруги на провідниках може бути в 6000! разів більше. Можливо, це одна з причин, чому транзисторні підсилювачі звучать гірше за лампові. Це також пояснює, чому зібрані на друкованих платах лампові підсилювачі часто звучать гірше за прототип, зібраний навісним монтажем.

Не варто забувати закон Ома! Для зниження опору друкованих провідників можна використовувати різні прийоми. Наприклад, покрити доріжку товстим шаром олова або припаяти вздовж доріжки луджений товстий дріт. Варіанти показані на фото:

Імпульси заряду

Для запобігання проникненню фону мережі в підсилювач потрібно вжити заходів від проникнення імпульсів заряду конденсаторів, що фільтрують, в підсилювач. Для цього доріжки від випрямляча повинні йти безпосередньо на конденсатор фільтра. Ними циркулюють потужні імпульси зарядного струму, тому нічого іншого до них підключати не можна. Ланцюги живлення підсилювача повинні підключатися до висновків конденсаторів фільтра.

Правильне підключення (монтаж) блока живлення для підсилювача з однополярним живленням показано на малюнку:

Збільшення на кліку

На малюнку показано варіант друкованої плати:

Пульсації

Більшість нестабілізованих джерел живлення мають після випрямляча тільки один конденсатор, що згладжує (або кілька включених паралельно). Для покращення якості живлення можна використовувати простий трюк: розбити одну ємність на дві, а між ними увімкнути резистор невеликого номіналу 0,2-1 Ом. При цьому навіть дві ємності меншого номіналу можуть виявитися дешевшими за одну велику.

Це дає більш плавні пульсації вихідної напруги з меншим рівнем гармонік:

При великих струмах падіння напруги на резистори може стати суттєвим. Для його обмеження до 0,7В паралельно резистори можна включити потужний діод. У цьому випадку, правда, на піках сигналу, коли діод відкриватиметься, пульсації вихідної напруги знову стануть «жорсткими».

Далі буде...

Статтю підготовлено за матеріалами журналу «Практична електроніка щодня»

Вільний переклад: Головного редактора «РадіоГазети»

Мал. 1 моноплата автомобільного підсилювача звуку з роздільними перетворювачами напруги живлення

Перетворювач напруги у схемі блоків живлення автомобільних підсилювачівЯк і будь-яке джерело живлення, має деякий вихідний опір. При живленні від загального джерела між каналами багатоканальних підсилювачів звуку виникає взаємозв'язок, який тим більший, ніж вищий вихідний опір джерела живлення. Воно, обернено пропорційно потужності перетворювача.

Однією зі складових вихідного опору блоку живлення стає і опір проводів живлення. У моделях високого класу живлення вихідних каскадів підсилювача потужності звуку використовують мідні шини перетином 3...5 мм. Це найбільш просте вирішення проблем із живленням підсилювача звуку, що покращує динаміку та якість звучання.

Звичайно, підвищивши потужність джерела живлення, взаємний вплив каналів можна зменшити, але виключити його не можна. Якщо ж для кожного каналу використовувати окремий перетворювач, проблема знімається. Вимоги до окремих джерел живлення можна помітно знизити. Зазвичай рівень перехідного згасання автомобільних підсилювачів із загальним блоком живлення становить бюджетних моделей 40...55 дБ, для дорожчих - 50...65 дБ. Для підсилювачів автомобільного звуку з роздільними блоками живлення цей показник перевищує 70 дБ.

Перетворювачі напруги живлення поділяються на дві групи - стабілізовані та нестабілізовані. Нестабілізовані помітно простіше та дешевше, але їм властиві серйозні недоліки. На піках потужності вихідна напруга перетворювача знижується, що призводить до збільшення спотворень. Якщо збільшити потужність перетворювача, це знизить економічність за малої вихідної потужності. Тому нестабілізовані перетворювачі застосовуються, як правило, у недорогих підсилювачах із сумарною потужністю каналів не більше 100...120 Вт. При більш високій вихідній потужності підсилювача перевага надається стабілізованим перетворювачам.

Як правило, блок живлення змонтований в одному корпусі з підсилювачем (на рис. 1 показана моноплата автомобільного підсилювача звуку з роздільними перетворювачами напруги живлення), але в деяких конструкціях може бути виконаний у вигляді зовнішнього блоку або окремого модуля. Для включення автомобільного підсилювача в робочий режим підсилювача використовується керуюча напруга від головного апарату (вивод Remote). Споживаний з цього висновку струм мінімальний - кілька міліампер - і не пов'язані з потужністю підсилювача. В автомобільних підсилювачах обов'язково використовується захист від короткого замикання навантаження та від перегріву. У ряді випадків є також захист акустичних систем від постійної напруги у разі виходу з ладу вихідного каскаду підсилювача. Ця частина схеми для сучасних автомобільних підсилювачів стала практично типовою і може відрізнятись незначними змінами.

Мал. 2 Схема стабілізованого блоку живлення автомобільного підсилювача звуку Monacor НРВ 150

У перших автомобільних підсилювачах блоках живлення використовувалися перетворювачі напруги, виконані повністю на дискретних елементах. Приклад такої схеми стабілізованого блоку живлення підсилювача автомобільного звуку "Monacor НРВ 150" (рис. 2). На схемі збережено заводську нумерацію елементів.

Задає генератор виконаний на транзисторах VT106 та VT107 за схемою симетричного мультивібратора. Роботою генератора, що задає, управляє ключ на транзисторі VT101. Транзистори VT103, VT105 і VT102, VT104 - двотактні буферні каскади, що покращують форму імпульсів генератора, що задає. Вихідний каскад виконаний на паралельно включених біполярних транзисторах VT111, VT113 та VT110, VT112. Узгоджувальні емітерні повторювачі на VT108 і VT109 живляться зниженою напругою, що знімається з частини первинної обмотки трансформатора. Діоди VD106 – VD111 обмежують ступінь насичення вихідних транзисторів. Для додаткового прискорення закриття цих транзисторів введені діоди VD104, VD105. Діоди VD102, VD103 забезпечують плавний запуск перетворювача. З окремої обмотки трансформатора напруга, пропорційна вихідному, подається на випрямляч (діод VD113, конденсатор С106). Ця напруга забезпечує швидке закривання вихідних транзисторів та сприяє стабілізації вихідної напруги.

Нестача біполярних транзисторів – висока напруга насичення при великому струмі. При струмі 10... 15 А ця напруга досягає 1, що значно знижує ККД перетворювача і його надійність. Частоту перетворення не вдається зробити вище 25...30 кГц, у результаті зростають габарити трансформатора перетворювача та втрати у ньому.

Застосування польових транзисторів у блоці живлення підвищує надійність та економічність. Частота перетворення у багатьох блоках перевищує 100 кГц. Поява спеціалізованих мікросхем, що містять на одному кристалі генератор і ланцюги управління, що задає, значно спростило конструкцію блоків живлення для потужних автомобільних підсилювачів.

Мал. 3 Спрощена схема нестабілізованого перетворювача напруги живлення автомобільного підсилювача "Jensen"

Спрощена схема нестабілізованого перетворювача напруги живлення чотириканального підсилювача автомобільного "Jensen" наведена на рис. 3 (нумерація елементів на умовній схемі).

Задає генератор перетворювача напруги зібраний на мікросхемі KIA494P або TL494 (вітчизняний аналог – КР1114ЕУ4). Ланцюги захисту на схемі не показані. У вихідному каскаді, крім зазначених на схемі типів приладів, можна використовувати потужні польові транзистори IRF150, IRFP044 та IRFP054 або вітчизняні КП812В, КП850. У конструкції використані окремі діодні зборки із загальним анодом та із загальним катодом, змонтовані через ізолюючі теплопровідні прокладки на загальному тепловідводі разом із вихідними транзисторами підсилювача.

Трансформатор можна намотати на феритових кільцях типорозміру К42х28х10 або К42х25х11 з магнітною проникністю μ е =2000. Первинна обмотка намотана джгутом із восьми проводів діаметром 1,2 мм, вторинна - джгутом із чотирьох проводів діаметром 1 мм. Після намотування кожен із джгутів розділений на дві рівні частини, і початок однієї половини обмотки з'єднаний з кінцем іншої. Первинна обмотка містить 2x7 витків, вторинна - 2x15 витків, рівномірно розподілених по кільцю.

Дросель L1 намотаний на феритовому стрижні діаметром 16 мм і містить 10 витків емальованого дроту діаметром 2 мм. Дроселі L2, L3 намотані на феритових стрижнях діаметром 10 мм і містять по 10 витків дроту діаметром 1 мм. Довжина кожного стрижня 20 мм.

Подібна схема блоків живлення з незначними змінами використовується в автомобільних підсилювачах із сумарною вихідною потужністю до 100...120 Вт. Варіюються кількість пар вихідних транзисторів, параметри трансформатора та пристрій ланцюгів захисту. У перетворювачах напруги потужніших підсилювачів вводять зворотний зв'язок по вихідному напрузі, збільшують число вихідних транзисторів.

Для рівномірного розподілу навантаження та зменшення впливу розкиду параметрів транзисторів у трансформаторі струми потужних транзисторів розподіляють на кілька первинних обмоток. Наприклад, у перетворювачі блоку живлення автомобільного підсилювача "Lanzar 5.200" використано 20! потужних польових транзисторів, по 10 у кожному плечі. Підвищує трансформатор містить 5 первинних обмоток. До кожної з них підключено по 4 транзистори (паралельно по два у плечі). Для кращої фільтрації високочастотних перешкод біля транзисторів встановлені індивідуальні конденсатори фільтра, що згладжує, сумарною ємністю 22000 мкФ. Висновки обмоток трансформатора підключені безпосередньо до транзисторів без використання друкованих провідників.

Оскільки автомобільним підсилювачам звуку доводиться працювати у дуже тяжкому температурному режимі, для забезпечення надійної роботи в деяких конструкціях використовуються вбудовані вентилятори охолодження, що продувають повітря через канали тепловідведення. Управління вентиляторами здійснюється за допомогою термодатчика. Зустрічаються пристрої як з дискретним керуванням ("включено-вимкнено"), так і з плавним регулюванням швидкості обертання вентилятора.

Поряд з цим у всіх підсилювачах використовується термозахист блоків. Найчастіше вона реалізується на основі термістора та компаратора. Іноді застосовують стандартні компаратори в інтегральному виконанні, але у ролі найчастіше використовують звичайні мікросхеми операційних підсилювачів ОУ. Приклад схеми пристрою термозахисту, що використовується у вже розглянутому чотириканальному автомобільному підсилювачі "Jensen" наведено на рис. 4. На схемі нумерація деталей умовна.

Термістор R t 1 має тепловий контакт із корпусом підсилювача поблизу вихідних транзисторів. Напруга з термістора подано на вхід ОУ, що інвертує. Резистори R1 - R3 разом з термістором утворюють міст, конденсатор С1 запобігає помилковим спрацьовуванням захисту. При довжині проводів, якими термістор підключений до плати, близько 20 см рівень наведень блоку живлення досить великий. Через резистор R4 здійснюється позитивний зворотний зв'язок з виходу ОУ, що перетворює ОУ на пороговий елемент з гістерезисом. При нагріванні корпусу до 100 ° С опір термістора знижується до 25 кОм, компаратор спрацьовує та високим рівнем напруги на виході блокує роботу перетворювача.

Вихідні транзистори підсилювача та ключові транзистори перетворювача живлення найчастіше застосовують у пластикових корпусах, ТО-220. До тепловідведення їх кріплять або гвинтами або пружинними кліпсами. У транзисторів у металевих корпусах тепловідведення дещо краще, але оскільки встановлювати їх потрібно через спеціальні тепловідвідні прокладки, монтаж їх набагато складніший, тому використовують їх в автопідсилювачах значно рідко, тільки в найдорожчих моделях.

Якщо у вашому автомобілі немає місця для потужної аудіосистеми і автомобільний підсилювач виявився без роботи, не віддавайте його і не викидайте. Його можна використовувати в будинку або на вулиці, для його підключення можна використовувати блок живлення від комп'ютера.

ПРО ЩО СТАТТЯ?

Дії

1. Знайдіть пін включення живлення

• В упаковці з блоком живлення (при купівлі нового) має бути схема висновків. Шукайте пін, який підписаний типу Power on, PS OK або інші ключові слова, що вказують на сигнал. Він буде на найбільшому роз'ємі.

• На нових джерелах живлення, у 99% випадків це буде зелений провід, але для більш старих моделей («10+ років») провід може бути жовтим або фіолетовим. Якщо ваш блок живлення не постачається з діаграмою розпинування, перевірте сайт виробника на схему висновків.

2. Відріжте провід живлення від роз'єму і зачистіть край від ізоляції.

3. Відріжте провід заземлення від роз'єму і зачистіть край від ізоляції.

• Зверніться до схеми висновків, щоб дізнатися, який колір є заземлення. 99,9% це буде чорний провід.

4. З'єднайте обидва зачищені кінця і заізолюйте

5. З'єднайте всі 12v дроти

зачистивши їх кінці разом, попередньо відрізавши їх від роз'єму.

• Зверніться до схеми висновків, щоб дізнатися, який колір мають дроти 12v. У 99,9% випадків це будуть жовті дроти.

6. З'єднайте всі мінусові дроти разом, відрізаючи їх від роз'єму та зачищаючи кінці

• Зверніться до схеми висновків, щоб дізнатися, який колір мінусовий. У 99,9% випадків це будуть чорні дроти.

7. Візьміть скручені жовті дроти 12v і прикріпіть їх до клем «+» підсилювача

• Деякі підсилювачі можуть просто маркувати "12v" замість "+".

8. Візьміть скручені чорні дроти і прикріпіть їх до клем «-» підсилювача

9. Для підключення "+" або "12v" до джерела "REM" або "REMOTE" на підсилювачі використовуйте відкинутий шматок дроту

10. Підключіть до підсилювача джерело сигналу, акустичні системи та наш блок живлення

• Тепер можна вмикати в розетку блок живлення та насолоджуватися музикою!

• Ви можете додати вимикач у кроці 4. Просто підключіть обидва кінці дроту до вимикача. Це дасть вам можливість відключити живлення кнопкою замість того, щоб відключати та підключати джерело живлення до розетки.