Малогабаритный универсальный УМЗЧ наLА4183

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на микросхемах

Опубликовано: 19.03.2017 13:45

Просмотров: 2371

А.Л. Бутов, с. Курба, Ярославской обл. РА 3-4'2010
Устройство представляет собой двухканальный усилитель мощности звуковой частоты, способный работать как вдвухканальном стереофоническом режиме, так и в одноканальном мостовом.
Для питания усилителя может использоваться как внешний источник питания постоянного тока, так и встроенная в конструкцию аккумуляторная батарея. Усилитель может быть использован как для работы с головными стереофоническими телефонами в качестве нагрузки, так и для работы с малогабаритными акустическими системами.

Принципиальная схема усилителя показана на рис.1.

Усилитель собран с применением интегральной микросхемы LA4183 производства фирмы SANYO. Микросхема обеспечивает в двухканальном режиме максимальную выходную мощность 2,3 Вт в каждом канале на нагрузку сопротивлением 4 Ом при однополярном напряжении питания 9 В или 4,7 Вт при работе в мостовом режиме на нагрузку сопротивлением 8 Ом при таком же напряжении питания. Максимальное напряжение питания микросхемы LA4183 составляет 11 В. При этом максимальное напряжение питания, которое длительное время выдерживает микросхема при отсутствии входного сигнала или в режиме малой громкости, достигает 15 В. Коэффициент нелинейных искажений усилителя не более 0,3% в двухканальном режиме или не более 0,5% в мостовом включении при работе на нагрузку с сопротивлением 8 Ом.
Входные сигналы звуковой частоты поступают на оба входа микросхемы DA1 через сдвоенный переменный резистор регулятора громкости R1, разделительные конденсаторы С1, С2 и резисторы R2, R3. Конденсаторы СЗ, С4 защищают входа микросхемы от радиочастот. Переключателем SB1 можно выбрать двухканальный или одноканальный мостовой режим работы микросхемы. При работе микросхемы DA1 в мостовом режиме выходная мощность, подаваемая на подключенную акустическую систему, удваивается. На рис.1 кнопка SB1 (переключатель режима работы ИМС DA1) показан в положении «Стерео». В этом режиме работы к усилителю можно подключить стереонаушники -гнездо XS2 или стереофоническую акустическую систему - гнездо XS3. Если переключатель SB1 перевести в положение «Мост», то усилитель перейдет в одноканальный мостовой режим работы, в котором будет усиливаться сигнал, поступающий на «Вход 1» усилителя. Усилитель оснащен 3 гнездами для подключения нагрузки: •  XS2 - головные телефоны;
•  XS3 - 2 АС при работе в стереофоническом режиме;
•  XS4 - одна АС при работе УМЗЧ в мостовом режиме.
В мостовом режиме нагрузка должна быть подключена к гнезду XS4, остальные нагрузки должны быть отключены.
Конденсаторы С10, С11 - вольтодобавка, C12R4 и C13R5 - демпфирующие цепочки. Выходной сигнал на нагрузку поступает через разделительные конденсаторы С15, С17 относительно большой емкости, что улучшает звучание низких частот звуковых сигналов. Подключенные параллельно им керамические конденсаторы С14, С16 уменьшают скорость деградации оксидных конденсаторов С15, С17.
Резисторы R6, R7 устраняют появление щелчка при подключении нагрузки и, кроме того, слегка нагружают выходы УМЗЧ при отсутствии нагрузки или при подключении к выходу относительно высокоомной нагрузки, например, высокоомных головных стереотелефонов. Это в некоторых случаях препятствует возникновению самовозбуждения микросхемы или резкому росту искажений. Резисторы R8, R9 уменьшают поступающую на наушники мощность. Дроссели L1, L2 препятствуют проникновению на выход УМЗЧ высокочастотных радиосигналов, например, от работающего сотового телефона.
В усилитель встроена отключаемая кнопкой SA1 контрольная динамическая головка ВА1. Резистор R10 ограничивает поступающую на ВА1 мощность. Динамическая головка работает как в обычном одноканальном режиме, так и в мостовом режиме. Переключение режима работы динамика осуществляется контактной группой SB1.4 переключателя режима работы усилителя. Переключение режима работы DA1.1 можно производить при подключенной нагрузке без отключения питания.
Усилитель получает питание или от внешнего источника энергии, например, лабораторного блока питания, или от встроенной аккумуляторной батареи GB1. При подключенном блоке питания через резистор R11 осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи. Мощный диод Шотки VD2 предотвращает повреждение усилителя при переполюсовке источника питания и, кроме того, предотвращает разряд аккумуляторной батареи GB1 через светодиод HL2. Диод Шотки VD1 предотвращает повреждение аккумуляторной батареи при подключенном внешнем источнике питания. Использование диодов Шотки с малым падением напряжения уменьшает потери напряжения питания на их переходах.
Светодиод HL1 светит при включенном питании усилителя - контакты кнопки SA2 замкнуты. Светодиод HL2 светит при подключенном внешнем источнике питания.
При работе усилителя в мостовом режиме размах амплитуды выходного напряжения на нагрузке 8 Ом достигает 21 В при напряжении питания усилителя 11 В. Потребляемый при этом ток не превышает 0,5 А. При отключенной аккумуляторной батарее потребляемый УМЗЧ в режиме молчания ток не превышает 50 мА при напряжении питания 12 или 18 мА при напряжении питания 5 В. Усилитель сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 3,5 В. При напряжении питания 3,5 В максимальный размах амплитуды сигнала на нагрузке в мостовом включении будет около 5 В, а при напряжении питания 5 В достигнет 9 В. Этот факт позволяет встраивать усилители на ИМС LA4183 в многочисленные «компьютеризированные» устройства с питанием 5...6 В, например детские музыкальные синтезаторы, и получать при этом относительно высокую выходную мощность при хорошем качестве звучания. Функциональный состав микросхемы LA4183 показан на рис.2.

Рекомендуемое производителем микросхемы напряжение питания составляет 9В.
Конструкция и детали
Усилитель смонтирован на монтажной плате размерами 88x67 мм (рис.3).

Чтобы разместить все элементы усилителя, включая аккумуляторную батарею и динамическую головку в миниатюрном корпусе, применен низкопрофильный монтаж (рис.4).

В устройстве можно применить постоянные резисторы типов С1-4, С1-14, С2-23, МЛТили аналогичные. Переменный резистор - сдвоенный типа СПЗ-33-23 или аналогичный импортный сопротивлением 10...50 кОм. Оксидные конденсаторы типа К50-68, К50-29, К53-19 или аналогичные импортные. Конденсаторы С1, С2, С12, С13 - пленочные импортные малогабаритные или отечественные К73-9, К73-17 на рабочее напряжение 63 В. Конденсаторы СЗ, С4, С6, С14, С16, С19 - керамические К10-17, К10-50 или импортные. Конденсатор С6 должен быть на рабочее напряжение не ниже 15 В, его припаивают непосредственно к выводу питания 12 DA1 и ее теплоотводящему фланцу. Некоторые постоянные резисторы и керамические конденсаторы для удобства монтажа можно применить в SMD исполнении. При напряжении питания более 9 В для работы усилителя в мостовом режиме конденсаторы С15, С17 целесообразно применить на рабочее напряжение 25 В. Диод Шотки 1 N5819 можно заменить MBR0540T1, MBRS130LT3, MBR150. Диод Шотки 1 N5822 можно заменить MBRD340, MBRD350, MBR350, MBR360 и другими аналогичными. Если при отключенном внешнем питании усилителя заметно свечение светодиода HL2, то необходимо применить диод Шотки VD2 с меньшим обратным током. Светодиоды можно заменить любыми аналогичными.
Интегральную микросхему LA4183 необходимо установить на теплоотвод. В качестве теплоотвода можно применить медную или латунную пластину размерами 75x25 мм, толщиной 0,5...1 мм, к которой припаяны или приварены 12 медных ребер размерами 25x15 мм. Ручное изготовление такого миниатюрного, но эффективного теплоотвода требует соответствующих навыков и терпения. Для упрощения задачи можно применить подходящий медный теплоотвод от неисправной системной компьютерной платы. Изготовленный теплоотвод припаивают к теплоотводящим фланцам микросхемы, кроме этого, теплоотвод в месте контакта с пластмассовым корпусом микросхемы смазывают теплопроводной пастой, например, КПТ-8 и во время пайки с усилием прижимают к корпусу микросхемы.
Использование эффективного теплоотвода позволяет снизить рабочую температуру кристалла микросхемы, что позволяет увеличить максимальное напряжение питания микросхемы до 12... 13 В, что многократно увеличит возможные области применения усилителя, собранного на ИМС LA4183. Теплоотводящие фланцы микросхемы обязательно соединяют с минусовой шиной питания. Для предотвращения возможного самовозбуждения усилителя или роста искажений силовые и сигнальные цепи усилителя должны быть разведены подобающим образом [1]. В упрощенном виде все сильноточные цепи питания и выходные сигнальные цепи должны быть подключены непосредственно к соответствующим точкам паек конденсаторов С8, С18 отдельными проводниками или дорожками.
Контрольная динамическая головка ВА1 любого типа подходящая по габаритам. Сопротивление резистора R10 подбирают так, чтобы потребляемая динамической головкой ВА1 мощность не превышала максимально допустимую для нее. Все переключатели с фиксацией положения типа П2К или ПКН61. Дроссели L1, L2 намотаны на ферритовых кольцах400НН диаметром 8 мм и содержат по 2 витка многожильного монтажного провода. В качестве аккумуляторной батареи можно использовать любую подходящую с номинальным напряжением 4,4 или 4,8 В, например от ручного аккумуляторного фонаря. К устройству можно подключить несколько пар стереонаушников, установив для каждой из них отдельную пару ограничительных резисторов R8, R9.
В качестве корпуса для усилителя применен корпус от турецкого квартирного звонка размерами 130x100x35 мм (фото). Все сигнальные цепи, относящиеся к регулятору громкости, выводам 4 и 5 DA1 выполнены экранированными проводами. Ось переменного резистора и крепление переключателей должны быть соединены с общим проводом.
Настройка
Для проверки работоспособности безошибочно собранного усилителя необходим генератор сигналов и осциллограф. Усилитель подключают к источнику стабилизированного постоянного напряжения 9 В и генератору синусоидальных сигналов. На оба входа усилителя подают сигнал частотой 400 Гц, после чего на выходе усилителя осциллографом при подключенной нагрузке проверяют равенство амплитуд выходного сигнала, отсутствие видимых искажений и признаков самовозбуждения DA1. Работоспособность усилителя следует проверить как в стереофоническом, так и в мостовом режиме при разных напряжениях питания и разном уровне входного сигнала. Одной из причин наличия самовозбуждения на ультразвукoвых частотах может быть неправильное подключение конденсатора С9 к общему проводу. При отсутствии настоящего осциллографа его может заменить высококачественная звуковая компьютерная плата, работающая в режиме захвата звука с максимально возможной частотой дискретизации (96 или 192 кГц) и наибольшей битовой глубиной. Для сопряжения усилителя с линейным входом звуковой компьютерной платы можно воспользоваться конструкцией [2].
Предлагаемый в статье усилитель не претендует на звание «высококачественного», но при аккуратном изготовлении качество его звучания значительно превосходит качество звучания большинства усилителей, встроенных в активные акустические системы, ценовой категории до 35 USD.
Если усилитель, собранный с применением микросхемы LA4183, предполагается использовать только в двухканальном или только в мостовом режиме, то схему устройства можно существенно упростить, исключив переключатель SB1, а относящиеся к нему цепи выполнить по схеме двухканального или мостового варианта. Для работы усилителя только в двухканальном режиме, последовательно с конденсаторами С5, С7 можно включить постоянные резисторы сопротивлением 30...300 Ом, что снизит усиление микросхемы и улучшит ее качество звучания. Для работы усилителя в мостовом режиме такое решение непригодно из-за образующейся разности амплитуд сигнала на выходах DA1.
Литература
1.  Болотников Д.И., Атаев Д.И. Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения // Радио и связь.  -  1989. -С.121-142.
2. Бутов А.Л. Компьютер - осциллографический пробник// Радиоаматор. - 2008. - №8. - С.44-45.