В днешно време не е лесно да се внедри качествен и мощен усилвател. На практика се сблъскваме с много голямо състезание, където това наистина е върхово звуково изпълнение. Където човек наистина изпитва много висококачествено музикално изживяване.
Целта на моята работа беше да направя най-висококачествения и достъпен аудио усилвател у дома. Прилагайте придобитите теоретични знания на практика. Тази работа ми донесе много нова информация, но и много нови контакти. За тази цел реших да изградя коригиращ предусилвател със степен на изходна мощност.
При проектирането на устройството усвоих производството на печатни платки, запояване и производство на механична конструкция. Устройството ми има много прилична производителност. На практика той има широко приложение, независимо дали е празник или забавление. Той е идеален и за домашна употреба, но тогава по-скоро става въпрос за убиване на такова музикално изпълнение в дома. Срещнах редица проблеми, свързани с производството на устройството, където много внимание се отделя на надеждността, гъвкавостта, качеството и креативността на устройството. Затова се опитах да обработя аудио усилвателя си, доколкото е възможно.
1. Нискочестотни усилватели
Не всеки неспециалист знае основните параметри на усилвателите. Така че бих искал поне да опиша как ги разделяме най-основните. Как да решим дадените нискочестотни усилватели. И какви са техните свойства. Ще опиша и техните предимства и недостатъци.
Определение на усилвателите
Усилвателите са електронни устройства за усилване на сигнали. Те формират основното
вериги на предавателно и приемателно оборудване с високочестотна технология, електроакустика, измервателни уреди, схеми за управление и регулиране.
Те са разделени на:
- Според използването на усилващи елементи за електронни, транзисторни, разрядни, параметрични, квантови.
- В зависимост от големината на възбуждащия сигнал към големи, малки и много малки усилватели на сигнала.
- Според вида на възбуждащия сигнал към нискочестотен, високочестотен, импулсен, еднопосочен.
- В зависимост от честотната лента, която се предава към широколентова и теснолентова.
- Според свързването на усилвателни елементи към усилватели с общ излъчвател, основа, колектор.
- Според режима на работа за еднодействащо и двойнодействащо.
- Според съединението между усилвателите - с импеданс, директно, трансформаторно съединение.
- Според работния режим - за класове A, AB, B, C, D и други.
Свойствата на усилвателя зависят главно от честотата на възбуждащия сигнал,
те се изразяват с честотни характеристики.
Клас А
Компоненти на захранването (независимо дали биполярни транзистори, MOSFET, тръби и др.) В еднодействаща верига и при зададен ток на покой, така че те винаги да са в проводящо (активно) състояние. Поради високия ток на покой, силовите компоненти работят приблизително в средата на линейния си работен обхват и имат най-малко изкривяване на сигнала. Недостатъкът е ниска енергийна ефективност, висока входяща мощност и превръщането й в топлина, т.е. големи топлинни загуби и необходимостта от достатъчно охлаждане на силовите компоненти. Използва се в усилватели от висок клас.
Клас Б
Силови компоненти в двойно действаща връзка със зададен нулев ток на покой. В едната половина на изходния етап компонентите са активни само при положителната полувълна на обработения сигнал, а в другата половина, напротив, при отрицателната полувълна. В противен случай те са непроводими и двете половини на изходния етап се редуват в действие (push-pull) в зависимост от полярността на сигнала. По време на прехода от проводящото към непроводимото състояние компонентите в двете връзки са почти непроводими и възниква нелинейно изкривяване на сигнала (преходно изкривяване). Предимството е по-висока ефективност (повече от 50%), нулев ток на покой, недостатък е горното изкривяване.
Клас AB
Компромисът между клас A и B. Функционално обаче е по-близо до клас B, когато се въведе малък ток в покой, което леко увеличава консумацията и намалява ефективността. Предимството е значително намаляване на преходните изкривявания от клас B. Просто казано, усилвателят от клас А работи при ниски нива на сигнала и при висок клас В с добра ефективност и ниско изкривяване. Клас AB е най-използваният при изграждането на общи усилватели nf.
Клас С
Компонентите на захранването имат нулев ток на покой и в допълнение, въведено предварително натоварване, което допълнително ги затваря. Те преминават от непроводимото към активното състояние до пиковете на входния сигнал, чиято величина достига порядъка на десетки проценти от захранващото напрежение. Изкривяването на изходния сигнал е много по-изразено, отколкото в клас В. Следователно не е приложимо в nf технологията, в RF технологията може да се използва в еднодействаща или двойнодействаща връзка в предаватели.
Клас D
Този клас не попада в категорията на линейните усилватели, тъй като те използват технология Pulse Width Modulation (PWM) за обработка на сигнала и се нарича още цифров клас. Най-голямото предимство е тяхната много висока ефективност (обикновено 80% и повече), причинена от използването на режима на превключване на транзисторите. Недостатъкът обаче е по-голямото изкривяване в сравнение с клас А респ. AB.
Фиг. 1- Синусоидалният входен сигнал се модулира от триъгълен сигнал
с много по-висока честота, като правило най-малко два пъти по-висока от входния сигнал и получения модулиран правоъгълен изходен сигнал на усилвателя от клас D преди филтриране.
2. Персонализирано решение за усилвател
В следващите глави ще опиша продукта си. От началото до крайните проблеми, които възникнаха. Ще се опитам обаче да обясня проблема възможно най-добре. Цялостният дизайн на усилвателя е разделен на няколко части, които съдържат описание. Схемата за свързване, печатната платка и инсталационният план са в приложенията. Като цяло усилвателят е разделен на два отделни канала, където всеки изходен етап има свой собствен прост предусилвател с контрол на силата на звука, баланса, високите, басите и защитния модул заедно на една завършена платка. И двата изходни етапа се захранват отделно от мощен източник, който следователно трябва да съдържа качество и висока филтрационна способност. Съдържа части за захранване за отделни модули.
Проектът не включва симулация на предложения усилвател.
Принципна блок-схема на усилвателя
Фиг. 2- Принципна блок-схема на усилвателя
Легендата:
Защита - монтажни елементи на усилвателя Kon. Етап - изходна мощност
HF-филтър - мрежов филтър за смущения Repro. Защита - защита срещу DC компонент
Пренапрежение O. - защита от пренапрежение Източник - 2 пъти 12V, захранване за контролни табла
DC-филтър - отстраняване на еднопосочния компонент Tep. Reg - термично регулиране на охлаждането
Softstart - плавен старт на устройството Охлаждане - активно охлаждане на усилвателя
Термостат - термо предпазител Riad. ПХБ - платка за управление на усилвателя
Източник - източник +/- 32V Light S. - светлинна сигнализация на усилвателя
Захранване - захранване +/- 15V Radio M. - bluetooth модул
Предварително усилвател - коригиращ предусилвател Линеен вход - вход чрез чинче
Предпазител и главен превключвател
Тъй като това е електрическо устройство, свързано към захранването, защитата трябва да бъде осигурена чрез автоматично изключване на захранването в случай на повреда или свръхток и трябва да включва и главен превключвател. Защитени сме от предпазители или прекъсвачи. В даденото решение силовата част и спомагателното захранване за управляващите вериги трябва да бъдат осигурени отделно. Разглежда се захранване от еднофазна мрежа 3N + PE 230 V/50 Hz.
ВЧ филтър
Входното напрежение в мрежата се подава към класически свързания филтър за смущения чрез главния превключвател. Този филтър е предназначен за предотвратяване на смущения от усилвателя, влизащ в мрежата. Тези импулси съдържат голяма част от висшите хармоници, които се предават в мрежата и могат да повлияят на други уреди. Това трябва да се предотврати от филтър за смущения.
Защита от пренапрежение
Защитата от пренапрежение предпазва електрическото оборудване от повреди в мрежата. Пренапрежението се причинява главно от индукцията на всички електромагнитни полета, разположени в близост до нарушения проводник (индукционни машини, радиопредаватели, електромагнитни полета в близост до паралелни и пресичащи проводници). Приложих тази защита чрез варистор, който трябва да предотврати опасно пренапрежение.
DC филтър
Тази верига се поставя между мрежата и плавния стартер. Премахва паразитния еднопосочен компонент от електрическата мрежа. Който се въвежда в мрежата, напр. тиристорно управление или еднопосочен токоизправител. Еднопосочният компонент, който обикновено води до насищане на сърцевината на трансформатора, по този начин причинява силна броня на трансформатора, а също и претоварване на магнитната верига. Всеки от нас у дома със сигурност има устройства, които причиняват тази мрежа. Това е предимно електрически сешоар. Трябва да елиминираме това явление с тази верига. В дадена верига има квазиизправител на крайния проводник. Използвах силови диоди на Schottky, кондензатор е свързан паралелно към всеки диод.
Фиг. 3- Пример за схема на DC филтър
Софтстарт
По-мощните трансформатори причиняват пренапрежение в мрежата веднага след включване. Където този ток може да бъде до 6 пъти по-висок от номиналния ток. Следователно на практика се използват връзки, които могат да премахнат тези внезапни промени. Softstart може да бъде решен по различни начини. Реших да включа NTC термистор, на който температурата на съпротивлението намалява. Веднага след като усилвателят се включи с бутона за включване, релето за включване се включва, токът започва да тече през термистора, след около 3 секунди термисторът е късо съединен от контакта на второто реле.
Термостат
Това е просто още една защита, която предпазва усилвателя от прегряване. Използвах го, ако защитата в изходния етап не реагира в случай на внезапна неизправност и вентилаторите няма да наваксат. Веднага щом температурата на радиатора надвиши 90 ° C, биметалната клетка веднага ще раздели само захранващата фаза за захранването на усилвателя. Това означава, че активното охлаждане все още няма да работи, докато температурата на радиатора не спадне до около 60 ° C.
Фиг. 4- Демонстрация на биметална температура
Симетрично захранване +/- 32V
Този източник е за изходния етап на усилвателя. Източникът е проектиран така, че всеки канал да има собствен източник на напрежение. Всеки източник също е индивидуално защитен от основната страна. И двата канала са напълно отделни. Затова по-долу ще опиша само един източник. Реших да използвам тороидален трансформатор. По отношение на ефективността, той постига най-висока ефективност до 90%. Като магнитна верига се използва феритна сърцевина с намотки на трансформатора. Вторичните намотки са свързани към 25А диоден мост. Мостът е извънгабаритен поради факта, че когато коригираното напрежение се прилага към изглаждащия филтър.
Фиг. 5- Полученият ход на филтрираното напрежение
Това води до филтрирано напрежение, което е по-високо, отколкото на диодния мост. Това променя ъгъла на отваряне на диодите и в резултат диодите страдат. Затова избрах по-голям диоден мост. Тук се появи първият проблем. Теоретично трябва да работи, но сега проблемът трябва да се подходи на практика. Използвах 35V електролитни кондензатори във филтъра за изглаждане. Измерих AC 28V на вторичната намотка на трансформатора. И по изчисление открих:
Uf - Филтрирано напрежение, Ut - Измерено напрежение на празен ход, Ud - Диодно напрежение на диоди
Изчисленото напрежение би довело до счупване на диелектрика на електролитните кондензатори.
Фиг. 6- примерни унищожени електролитни кондензатори
Тъй като исках да използвам кондензатори и не исках кондензаторите да бъдат унищожени. Така че трябваше да се развивам от трансформатора. Това, което направих. Регулирах вторичното напрежение на празен ход без никакви проблеми.
Фиг. 7- размотани трансформатори и остатъчна медна жица
Исках да постигна крайно напрежение AC 24.5V. За да сте сигурни, ново изчисление на напрежението на изглаждащия филтър.
Това напрежение обаче е без товар и когато източникът е натоварен с номиналния ток, напрежението спада.
Симетрично захранване +/- 15V
Този източник е само за коригиращ предусилвател. Източникът се захранва от основния източник за изходния етап. Реализира се от монолитни стабилизатори 7815 и 7915. Те се грижат за симетричното захранване на коригиращия предусилвател. За охлаждане всеки е отделно свързан с L-образен радиатор.
Коригиращ предусилвател
Основни технически данни:
- Захранващо напрежение: +15 V, -15 V.
- Консумация на ток: 2 x 13 mA.
- Честотен диапазон (-0,2 dB): 20 Hz до 20 kHz.
- Обхват рег. - височини: +11 до -11 dB.
- Обхват рег. - бас: +11 до -11 dB.
- Изкривяване: 0,01%.
- Съотношение сигнал/шум (вход за късо съединение): 92 dB.
- Разстояние между каналите: 75 dB.
Фиг. 8- верига NE5534
Описание на интегрална схема NE5534
Коригиращият предусилвател е реализиран с помощта на операционни усилватели с ниско ниво на шум NE5534. Физиологичният ход на регулиране е зададен в коректора на басите и високите честоти. Това е функция, която се нарича "сила на звука" от световните производители. Повечето собственици на професионални устройства поддържат тази функция да работи постоянно дори при „по-големи обеми“, затова избрах „фиксирана физиологична регулация“ за простота. Корекционните вериги са свързани във веригата
обратна връзка на операционния усилвател.
Усилвател на мощност
Основни технически данни:
Захранващо напрежение: +40 V, -40 V.
Ток на покой: 30 mA.
Непрекъсната мощност при товар от 4 Ω: 2 x 68 W.
Пикова (музикална) мощност: 2 x 150 W.
Пълно хармонично изкривяване
- THD (20 Hz като (1)