Универсальный стереофонический УМЗЧ 2x22 Вт в корпусе источника питания от компьютера

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на микросхемах

Опубликовано: 19.03.2017 13:39

Просмотров: 4421

А.Н. Журенков, г. Запорожье
В связи со стремительным развитием программного обеспечения вычислительной техники персональные компьютеры быстро устаревают и не могут применяться для решения современных задач, да и комплектующие блоки и платы для них уже не выпускаются. «Начинку» этих компьютеров, кроме отдельных деталей, невозможно использовать для ремонта современной вычислительной техники. Единственным узлом этих компьютеров, который можно применить в радиолюбительской практике, является импульсный источник питания (ИП). Этот блок малогабаритный, легкий, довольно мощный, и в нем есть место для размещения малогабаритных радиотехнических устройств различного назначения с питанием от выходных напряжений ИП: ±5 В и ±12 В.

Учитывая, что внутри корпуса имеется мощное импульсное электромагнитное поле, которое может отрицательно влиять на работу встроенных устройств, и имея желание найти рациональное применение этих современных блоков питания, было решено установить в нем УМЗЧ и проверить влияние этого поля на его параметры. Кроме того, было решено провести испытания, без каких-либо фильтров в цепи питания между выходом ИП и усилителем, в отличие от рекомендаций некоторых публикаций, например [1]. Частота следования импульсов этих блоков питания 60 кГц лежит далеко за пределами звукового диапазона, но могли возникать биения гармоник этих импульсов с частотами звукового диапазона. Теоретически этого быть не должно, но на практике часто получаются результаты, которые не вяжутся с теорией. Задающий генератор в ИП один, а выходные напряжения разные и по величине, и по полярности. Это вызывало сомнение в возможности нормальной работы УМЗЧ в таких условиях и требовало
проверки на практике.
Первоначально внутрь корпуса блока питания был установлен и испытан стереофонический усилитель на микросхеме типа TDA1555Q. Входное напряжение этой микросхемы равно 500 мВ. Результаты оказались положительными, никаких искажений и возбуждений !не наблюдалось во всем звуковом диапазоне. Затем было решено проверить работу усилителя с более чувствительной микросхемой типа TDA1557Q, входное напряжение которой равно 50 мВ. Результат получен такой же. Убедившись, что в звуковом диапазоне помехи отсутствуют, появилось желание проверить возможность дополнения усилителя стереофоническим приемником FM диапазона, чтобы при положительных результатах построить универсальную конструкцию с высококачественными стереофоническими усилителем и приемником на современной элементной базе. Учитывая, что приемник может использоваться в зонах неуверенного приема FM радиостанций, он был дополнен антенным усилителем. Испытания приемника на микросхеме ТЕА5711 в корпусе блока питания дали положительные результаты. В пределах города все FM радиостанции уверенно принимались без антенны и помех, а в загородной зоне приемник хорошо работал с антенной из монтажного проводника длиной около двух метров.
Конструкция
В процессе экспериментов родилась идея изготовить универсальный высококачественный стереофонический усилитель для усиления звуковых сигналов компьютера, DVD-проигрывателя, встроенного FM приемника и других источников звуковых сигналов. В результате было изготовлено два варианта таких устройств (рис.1).

Блок-схема второго варианта устройства показана на рис.2.
 
О незначительном отличии первого варианта от второго сказано ниже.
На лицевых панелях устройств размещены входные гнезда, ручки настройки приемника и регулятора громкости, кнопка выключателя сети и светодиоды. На пластмассовой пластинке задней стенки установлены по два изолированных от корпуса выходных гнезда типа «Тюльпан» для подключения фронтальных и тыловых АС каждого канала, а также сетевая розетка для подключения питания DVD-проигрывателя, что весьма удобно в эксплуатации. На металлической части задней стенки установлены два гнезда для подключения антенны приемника и внешних устройств, питающихся от напряжения 12 В.
Первый вариант усилителя был выполнен на микросхеме TDA1555Q. Основные узлы этой микросхемы показаны на рис.3.
 
Четыре усилителя микросхемы при мостовом включении развивают мощность 2x22 Вт на нагрузке 4 Ом в каждом канале. Микросхема имеет защиту от перегрева, перегрузки по току и от переполюсовки питания. Кроме того, микросхема содержит детектор искажений, который может управлять коэффициентом усиления предварительного усилителя с электронным регулятором громкости, тембра и стереобаланса, например, на микросхеме TDA1524.
Учитывая, что современные источники звука и носители фонограмм достаточно качественные, было решено не усложнять схему регулятором тембра, поэтому детектор искажений в данном усилителе не используется. При мостовом включении усилителей микросхемы не требуются выходные конденсаторы большой емкости, но нужно учитывать, что все соединительные провода усилителя с АС находятся под напряжением, ни один из них нельзя соединять с корпусом или «массой», например, автомобиля. Усилители на микросхемах этого типа малогабаритны, требуют для сборки всего четыре дополнительных конденсатора и обладают высоким качеством воспроизведения звуковых сигналов:
•  полоса воспроизводимых частот - 20.. .20000 Гц;
•  коэффициент гармоник - 0,1%.
Амплитуда выходного сигнала мостового усилителя, при том же напряжении питания в два раза больше, чем у обычного усилителя с двумя выходными транзисторами. Это объясняется тем, что в режиме покоя напряжение в точке соединения выходных транзисторов (средней точке) обычного усилителя равно половине питающего напряжения, а при поступлении на вход максимального сигнала один транзистор открывается, а другой - закрывается. Напряжение в средней точке увеличится от половины до напряжения питания или до нуля при обратной полярности входного сигнала, т.е. его максимальная амплитуда не может быть больше половины питающего напряжения. Наличие постоянного напряжения в средней точке требует разделительного конденсатора перед нагрузкой, т.е. акустическими системами (АС).
В мостовой схеме амплитуду каждой полярности создают два усилителя. При одной полярности сигнала один усилитель повышает напряжение на выходе до напряжения питания, а другой - до нуля, при обратной полярности все происходит наоборот, т.е. максимальные амплитуды сигнала каждой полярности равны величине питающего напряжения, за вычетом небольшого падения напряжения на выходных транзисторах ИМС. Увеличение выходного напряжения сигнала в два раза увеличивает мощность в четыре раза, т.к. P=U2/R. В режиме покоя постоянные напряжения в средних точках моста, куда подключена АС, равны между собой, в результате чего на нагрузке разность потенциалов и ток равны нулю (без разделительного конденсатора, емкость которого, кроме всего прочего, существенно влияет на воспроизведение низших звуковых частот). При увеличении напряжения входного сигнала в средних точках моста напряжения симметрично изменяются в противоположных направлениях, в результате чего постоянная составляющая остается равной нулю. Мостовые усилители играют существенную роль в автомобильной звукотехнике, где напряжение бортовой сети равно 12 В и, без использования повышающего напряжение питания ИП, получить большую мощность на стандартных динамических головках невозможно.
Сборка устройства
Технология изготовления устройства следующая: сначала необходимо извлечь плату блока питания из его корпуса и отпаять все внешние низковольтные провода, а два сетевых провода укоротить так, чтобы они доставали с небольшим запасом до места установки выключателя сети. В передней стенке корпуса вырезать ту часть, где будут размещены гнезда, регуляторы громкости и настройки приемника, кроме выключателя сети. Эту часть корпуса необходимо облицевать пластмассой с отверстиями для вентиляции. В авторских вариантах облицовки вырезаны из днища магнитофона «Снежеть-203», где имеются готовые вентиляционные отверстия. В облицовке сверлятся отверстия для гнезд, светодиодов, выключателя сети, регуляторов громкости и настройки приемника. Входные стереофонические гнезда приклеиваются дихлорэтаном, светодиоды - клеем «Момент», а регуляторы крепятся штатными гайками. Выключатель сети крепится винтами к металлической части передней стенки корпуса. В пластмассовой облицовке сверлится отверстие для кнопки выключателя. В правой части задней стенки удаляются сетевой разъем и переключатель напряжения питания компьютера. Их отверстия объединяются и расширяются. На это место винтами МЗ крепится пластмассовая пластинка, на которой устанавливаются сетевая розетка и четыре выходных гнезда типа «Тюльпан», которые не должны касаться металлической части корпуса по описанной выше причине. На левой металлической части крепятся два гнезда типа «Тюльпан» для антенны приемника и выходного напряжения 12В блока питания (рис.4).
 
После этих операций к выходам +12 В платы ИП подпаиваются три красных монтажных провода для питания усилителя, приемника и выходного гнезда питания внешних устройств. К «минусу» этого напряжения, который соединяется с корпусом блока питания, подпаивается два черных монтажных провода для питания усилителя и приемника. Выходы блока питания +5 В и -12 В в данных вариантах не используются. Напряжение питания микросхем УМЗЧ составляет 10... 18 В. После этого плату ИП установить на свое прежнее место и приступить к монтажу готовых узлов и деталей устройства.
В первом варианте усилитель на микросхеме TDA1555Q (рис.5) собран на печатной плате, показанной на рис.6, согласно схеме, показанной на рис.3.
 
Микросхема вместе с платой закреплена на ребристом радиаторе площадью около 100 см2. Приемник собран на покупной печатной плате. Принципиальная схема показана на рис.7.
 
 Антенный усилитель выполнен на одном транзисторе типа КТ368, принципиальная схема которого показана на рис.8.
 
Усилитель и приемник крепятся к пластмассовым кронштейнам (рис.9).
 
Отличием блок-схемы этого варианта от показанного на рис.2 является то, что в нем установлено только одно входное гнездо с дополнительными контактами, которые отключают приемник от усилителя при подключении штекера соединительного кабеля от DVD-проигрывателя или компьютера. Питание приемника не отключается, т.е. переключатель SA2 отсутствует. Учитывая, что чувствительность усилителя равна 500 мВ, резисторы R3, R4, R5, R7 отсутствуют, т.е. усилитель подключен к входному гнезду непосредственно. Приемник настраивается многооборотным резистором, а во втором варианте для этого применен обычный переменный резистор. Соединения сигнальных цепей выполнены экранированным проводом. Все выводы деталей и корпуса резисторов, подключаемые к «минусу» источника питания, соединены между собой в одну точку и не касаются металлических частей корпуса блока питания, кроме выходного гнезда 12 В, не связанного с сигнальными цепями. При эксплуатации устройства первого варианта от отечественных источников звуковых сигналов (200 мВ на линейном выходе в отличие от европейского стандарта - 500 мВ) громкость звучания была недостаточной, поэтому во втором варианте применена более чувствительная микросхема типа TDA1557Q. Построена она по тому же принципу, что и TDA1555Q, но содержит более чувствительные усилители и меньшее количество выводов (рис.10).
 
 Конструкция усилителя аналогична показанной на рис.5, печатная плата показана на рис. 11, блок-схема - на рис.2.
 
В устройстве применен тот же приемник, но для настройки использован обычный переменный резистор с выключателем SA2, которым включается питание приемника. Для удобства настройки этот резистор снабжен ручкой большого диаметра. Резисторы R3, R4, R5, R7 (рис.2) развязывают выходные каскады приемника и двух других источников сигналов, например, компьютера и DVD-проигрывателя, соединительные кабели которых могут быть подключены к усилителю постоянно. С помощью этих резисторов можно устанавливать необходимую чувствительность входов от практически любой минимальной до 50 мВ. Технология изготовления устройства этого варианта такая же, как и первого, только изменено место расположения узлов и деталей. Монтаж узлов данного устройства показан на рис.12.
 
Важно знать, что все импульсные блоки питания оснащены внутренними сетевыми фильтрами, препятствующими проникновению в электрическую сеть высокочастотных импульсов, которые могут создавать помехи другим электронным устройствам. Эти фильтры содержат конденсаторы, соединяющие оба сетевых провода с металлическим корпусом блока, который должен заземляться (рис.2) через внешний сетевой фильтр, в который включаются компьютер, монитор, принтер и т.п. Без заземления на корпусе блока будет присутствовать слаботочное напряжение 110 В по отношению к заземленным частям других устройств. При подключении сигнального кабеля между заземленным компьютером и УМЗЧ в незаземленном блоке питания по этому кабелю на звуковую карту компьютера попадет потенциал 110В и выведет ее из строя. Для исключения этого явления необходимо блок питания УМЗЧ включить трехпроводным кабелем с евровилкой в тот же сетевой фильтр, что и компьютер. Даже если нет заземления, корпуса этих устройств будут соединены между собой. Если такой возможности нет, то необходимо корпуса этих устройств соединить отдельным проводом. В любом случае рекомендуется подключать и отключать сигнальные кабели при отключенном от сети оборудовании.
В заключение следует отметить, что благодаря большому запасу мощности блоков питания и наличию вентилятора описанные устройства могут длительно работать на максимальной мощности при любой температуре окружающей среды.
Литература
1. Бутов А. УМЗЧ 2x4 Вт с импульсным питанием // Радиоаматор. - 2009. - №10. - С.2.
2.   Шустов М.  Импульсный блок питания // Электрик. - 2000. - №4. - С.6.
3.  Белоусов О. Импульсные источники питания // Электрик. - 2003. - №4. - С.2.
4. Кравченко В. Схемотехника импульсных блоков питания // Электрик. - 2001. - №2. - С.4.
РА 3-4'2010