Схемы умзч на микросхемах. Усилитель низкой частоты (УНЧ) на микросхеме TDA7250

Уходят в прошлое, и теперь, чтобы собрать какой-либо простой усилитель, уже не надо мучаться с расчетами и клепать печатную плату больших размеров.

Сейчас почти вся дешевая усилительная техника делается на микросхемах. Самое большое распространение получили микросхемы TDA для усиления аудиосигнала. В настоящее время они используются в автомагнитолах, в активных сабвуферах, в домашней акустике и во многих других аудиоусилителях и выглядят примерно вот так:

Плюсы микросхем TDA

1. Для того, чтобы собрать на них усилитель, достаточно подвести питание, подключить динамики и несколько радиоэлементов.
2. Габариты этих микросхем совсем небольшие, но надо будет их ставить на радиатор, иначе будут сильно греться.
3. Они продаются в любом радиомагазине. На Али что-то дороговатые, если брать в розницу.
4. В них встроены различные защиты и другие опции, типа отключения звука и тд. Но по моим наблюдениям, защиты срабатывают не очень хорошо, поэтому микросхемы часто дохнут или от перегрева, либо от . Так что желательно не замыкать выводы микросхемы между собой и не перегревать микросхему, выжимая из нее все соки.
5. Цена. Я бы не сказал, что они очень дорогие. По цене и выполняемым функциям им нет равных.

Одноканальный усилитель на TDA7396

Давайте соберем простой одноканальный усилитель на микросхеме TDA7396. На момент написания статьи я ее взял по цене в 240 рублей. В даташите на микросхему говорилось, что эта микросхема может выдать до 45 Ватт в нагрузку 2 Ома. То есть если замерить сопротивление катушки динамика и оно будет равняться около 2 Ом, то на динамике вполне можно получить пиковую мощность в 45 Ватт. Этой мощности вполне хватит, чтобы устроить дискотеку в комнате не только для себя, но и для соседей и при этом получить посредственное звучание, что, конечно же, не сравнить с hi-fi усилителями.

Вот распиновка микросхемы:

Собирать наш усилитель будем по типичной схеме, которая была приложена в самом даташите:

На ножку 8 подаем +Vs, а на 4 ножку ничего не подаем. Следовательно, схема примет вот такой вид:

Vs – это напряжение питания. Оно может быть от 8 и до 18 Вольт. “IN+” и “IN-” – сюда подаем слабый звуковой сигнал. К 5 и 7 ноге цепляем динамик. Шестую ногу садим на минус.

Вот моя сборка навесным монтажом

Конденсаторы на входе питания 100нФ и 1000мкФ я не использовал, так как у меня с блока питания итак идет чистое напряжение.

Раскачивал динамик с такими параметрами:

Как видите, сопротивление катушки 4 Ома. Полоса частот говорит о том, что он сабвуферного типа.

А вот так у меня выглядит саб в самопальном корпусе:

Пробовал снять видео, но звук на видео у меня снимает очень плохо. Но все-таки могу сказать, что с телефона на средней мощности уже долбило так, что уши заворачивались, хотя потребление всей схемы в рабочем виде составило всего около 10 Ватт (умножаем 14,3 на 0,73). В этом примере я взял напряжение, как в автомобиле, то есть 14,4 Вольта, что вполне укладывается в наш рабочий диапазон от 8 и до 18 Вольт.

Если у вас нет мощного источника питания, то его можно собрать вот по этой схеме.

Не зацикливайтесь именно на этой микросхеме. Этих микросхем TDA, как я уже говорил, существует множество видов. Некоторые из них усиливают стереосигнал и могут выдавать звук сразу на 4 динамика, как это сделано в автомагнитолах. Так что не поленитесь порыться в интернете и найти подходящую ТДАшку. После окончания сборки дайте заценить соседям ваш усилитель, выкрутив ручку громкости на всю балалайку и прислонив мощный динамик к стене).

А вот в статье я собирал усилитель на микросхеме TDA2030A

Получилось очень даже неплохо, так как TDA2030A обладает лучшими характеристиками, чем TDA7396

Также приложу для разнообразия еще схему от подписчика, у которого усилитель на TDA 1557Q работает исправно уже более 10 лет подряд:

Усилители на Алиэкспресс

На Али я также находил кит наборы на TDA. Например, вот этот стерео усилитель по 15 Ватт на канал по цене 1$. Этой мощности вполне хватит, чтобы потусить под любимые треки в комнатушке

Купить можно .

А вот он уже сразу готовый

Да и вообще, этих модулей усилителей на Алиэкпресс ну очень много. Нажимаете на эту ссылку и выбираете любой понравившийся усилитель.

Современные интегральные УМЗЧ класса D совмещают, казалось бы, несовместимое: высокий КПД и низкий коэффициент нелинейных искажений. В настоящей статье описаны основное принципы работы усилителей класса D и приведено описание линейки микросхем УМЗЧ американской фирмы MPS (Monolithic Power Systems).

В последнее время в схемотехнике усилителей мощности (УМЗЧ) получили развитие два взаимоисключающих направления:

Улучшение субъективного качества воспроизведения звука, как правило, за счет уменьшения экономичности (КПД) усилителя;

Повышение экономичности усилителя и уменьшение его размеров при сохранении высоких качественных показателей.

Первое направление характерно использованием в выходных каскадах УМЗЧ мощных полевых транзисторов и радиоламп (Hi-End), работающих очень часто в режимах класса А.

Второе направление характерно для носимой и автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры. Именно в реализации этого направления широко используются усилители класса D, а в высококачественной звуковоспроизводящей стационарной аппаратуре класс D используется чаще всего в усилителях для сабвуфера. Всего существует пять основных классов режимов работы активных элементов (транзисторов или ламп).

Это режимы работы класса А, В, АВ, С и D. Вспомним их особенности.

Режим работы класса А
Активный элемент (транзистор или лампа) открыт весь период сигнала. Усилители мощности класса А вносят минимальные искажения в усиливаемый сигнал, по имеют очень низкий К11Д. Они используются в од-потактпых и двухтактных УМЗЧ для среднечастотных динамиков и твитеров, где особенно важно, чтобы уровень нелинейных искажений был низким. Усилители класса А - самые дорогие.

Режим работы класса В
Активный элемент (транзистор или лампа) открыт только один полупериод входного сигнала. Усилители класса в имеют высокий кпд. но и коэффициент нелинейных искажений у них заметно выше. Обычно используются в двухтактных УМЗЧ для срсднсчастотных динамиков и динамиков mid-bass.

Режим работы класса АВ
Активный элемент (транзистор или лампа) и этом режиме открыт один полупериод полностью и часть другого полупериода входного сигнала. Режим класса АВ - это нечто среднее между классами А и В. Усилители класса АВ имеют более высокий кпд. чем усилители класса А, но вносят в сигнал меньшие нелинейные искажения, чем усилители класса В. Это наиболее распространенный класс массовых УМЗЧ.

Режим работы класса С

Класс С - это работа транзисторов при маленькой амплитуде напряжения запирания ниже, чем напряжение смещения. В этом случае амплитуда звукового сигнала меньше, чем напряжение смещения. В таком состоянии транзистор проводит только верхнюю часть положительной полуволны, что сильно искажает сигнал. Поэтому в аудио усилителях, этот класс не применяется. Такой режим работы транзисторов имеет высокий КПД (около 85%).

Режим работы класса D
В режиме работы класса D происходит преобразование входного сигнала в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна значению сигнала в каждый заданный момент времени (т.н. ШИМ — широтно-импульсная модуляция). Активные элементы выходного каскада при этом работают в ключевом режиме и имеют два состояния: транзистор или заперт, или полностью открыт. Усилители класса D имеют максимальный КПД, т.к. основные потери энергии па выходных мощных ключах происходят только в момент переключения, в открытом состоянии потери энергии минимальны и будут чем меньше, чем меньше сопротивление открытого ключа. Обычные усилители класса D имеют КПД более 90% и достаточно большой коэффициент нелинейных искажений (около 10%), по применение новых технологий (ноу-хау производителей) позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений до долей процента. Это заметно расширило область применения класса D в современных УМЗЧ.

Основные принципы работы УМЗЧ класса D
Принципиальная схема простейшего УМЗЧ класса D показана на рис. 1.

Рис. 1

Он состоит из широтно-импульсного модулятора (ШИМ) на транзисторе Q1, двухтактного мощного транзисторного ключа Q2, Q3 и фильтра нижних частот (ФНЧ), который отфильтровывает импульсные высокочастотные составляющие тока через громкоговоритель. Делитель па резисторах R1 и R2 задаст напряжение смещения Q1 и симметрию всей схемы. R3 - резистор нагрузки транзистора Ql. R4, С4 - цепь эмиттерной термостабилизации этого транзистора. С1 - конденсатор фильтра питающего напряжения. C5, R5, L1. C6 - фильтр нижних частот (ФНЧ). С7 - разделительный конденсатор. В состав усилителя класса D входит также генератор треугольного или пилообразного напряжения.

Частота работы этого генератора лежит, как правило, в пределах 200...600 кГц. Размах «пилы» от генератора и коэффициент усиления каскада на Q1 выбраны так, чтобы выходные транзисторные ключи Q2 и Q3 открывались попеременно до насыщения при переходе напряжения «пилы» через ноль. Эпюры напряжений, поясняющие работу этой схемы. показаны па рис. 2 . До момента времени А (см. рис. 2) звуковой сигнал па входе отсугствует. «Пила* абсолютно симметрична, и па эмиттерах транзисторов Q2 и Q3 образуются симметричные прямоугольные импульсы -меандр. При подаче па вход усилителя сигнала НЧ «пила» будет смещаться вверх или вниз. Изменятся моменты отпирания транзисторов и, как следствие, длительность выходных импульсов и пауза между ними (см. рис. 2). Эти параметры будут изменяться по закону входного низкочастотного (звукового) сигнала. Полученный импульсный сигнал с переменной скважностью называют широтно-имиульспым, или ШИМ-сигиалом, а процесс его получения — широтпо-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ-сигпал содержит НЧ-составляющую. по форме повторяющую модудирующий сигнал. Если ШИМ-сигнал с выхода транзисторных ключей пропустить через ФНЧ, то он пропустит эту составляющую на громкоговоритель и подавит ВЧ-составляющие ШИМ-сигпала. За счет неполного подавления ВЧ-составляющсй переменное напряжение на громкоговорителе будет несколько изрезанным, что можно увидеть па увеличенном фрагменте к нижнему графику рис. 2 . Изрезанность уменьшается с увеличением частоты генератора ШИМ, улучшением качества ФНЧ и применением некоторых ноу-хау, которые тщательно оберегают фирмы -производители микросхем усилителей класса D.

Усилители класса D на биполярных транзисторах ушли в прошлое. Основой современного УМЗЧ класса D являются мощные ключи па МДП-транзисторах, отличающиеся высоким быстродействием и низким сопротивлением канала в открытом состоянии. При использовании таких транзисторов в ключевом режиме достигается высокий КПД. Две практические схемы УМЗЧ класса D на МДП-транзисторах и операционном усилителе приведены в статье .

Настоящий бум в использовании режима работы класса D в УМЗЧ начался с появления таких специализированных микросхем, как ZXCD1000 фирмы Zeiex |2|, и ряда других. Эти микросхемы называют драйверами усилителей класса D. Они содержат ШИМ с генератором «пилы» частотой 2200 кГц и обеспечивают управление внешними ключами на МДП-траизисторах. Многие из этих драйверов могут управлять четырьмя внешними выходными ключами па МДП-транзисторах, включённых мостом.

Следующим этапом в развитии УМЗЧ класса D стало создание микросхем, в которые интегрирован не только драйвер, но и выходные ключи па МДП-траизисторах. Именно к таким микросхемам относятся МР7720, МР7731 и МР7781 фирмы MPS (Monolithic Power Systems). Все они монофонические. О номинальной выходной мощности говорит предпоследняя цифра в наименовании: МР7720 - 20 Вт, МР7731 - 30 Вт, МР7781 - 80 Вт. Пиковая выходная мощность этих микросхем вдвое больше. Рассмотрим особенности и схемы включения каждой из них.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА

• Аудиоусилители от MPS с выходной мощностью до 80 Вт в корпусе S0IC24 не требуют внешнего теплоотвода
• Глубокая обратная связь, а также интегрированные мощные полевые транзисторы позволяют достичь качества звука на уровне усилителей класса АВ
• Стабильная выходная мощность в широком диапазоне питающих напряжений
• Однополярное питание
• Минимальная внешняя обвязка
• Коэффициент нелинейных искажений менее 0.1%
• Расширенный диапазон температур -40...+85°С

Микросхема УМЗЧ МР7720
Микросхема МР7720 выпускается в корпусах SOIC8 (для поверхностного монтажа) и PDIP8, которые имеют по 8 выводов и одинаковую цоколёвку, или, как сейчас принято говорить, распиповку. УМЗЧ на этой микросхеме имеет поминальную мощность 20 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 24 В. Диапазон воспроизводимых частот -20 Гц....20 кГц. Он имеет КПД 90% при нелинейных искажениях не более 0.1% для всего диапазона частот и выходной мощности 1 Вт (0,06...0,07% для частоты 1 кГц). Напряжение питания 7,5...24 В. В микросхему встроены дна выходных ключа па МДП-транзисторах, которые включены последовательно по питанию (полумост).

Рис. 3

Типовая принципиальная схема УМЗЧ класса D па микросхеме МР7720 изображена па рис. 3 . а назначение выводов згой микросхемы приведено в таблице 1 .

Таблица 1 . Назначение выводов микросхемы МР7720

Схема включения этой микросхемы очень напоминает ОУ или УМЗЧ на микросхемах, которые работают в привычных режимах классов А, В или АВ. Микросхема U1 МР7720 имеет дифференциальный вход (выводы 1 и 2), его положительный (неивертирующий) вывод в данной схеме используется как вход напряжения смещения, который задаёт режим микросхемы, а главное - симметрию схемы. Напряжение смещения на неивертирующем входе (вывод 1) должно быть равно половине напряжения питания, оно формируется делителем R3, R2. Конденсатор С2 блокирует этот вывод по переменному напряжению. Следует заметить, что асимметрия схемы может привести к увеличению нелинейных искажений и даже к перегреву одного из выходных ключей и выходу микросхемы из строя. Входной сигнал поступает на инвертирующий вход микросхемы (вывод 2) через разделительный конденсатор С1 и ограничивающий резистор R1. В позиции С1 фирма - разработчик микросхемы рекомендует использовать керамический конденсатор типов NPO, X7R, X5R или эквивалентных им типов. Коэффициент усиления по напряжению микросхемы определяется соотношением номиналов резисторов цепи ООС R1 и R4 и может быть рассчитан по формуле:
KU=R4/R1.

Для повышения размаха выходных импульсов микросхемы используется известная по обычным двухтактным бестрансформаторным усилителям схема повышения КПД с конденсатором вольтодобавки С7, который включён между выходом (выводом 7) и входом цепи вольтодобавки (вывод 5). Ёмкость конденсатора С7 выбирается в пределах 0,1...1 мкФ. Для защиты внутренних цепей микросхемы от перегрузки параллельно С7 подключён стабилитрон D2 с напряжением стабилизации 6,2 В. Для выделения усиленного сигнала и подавления высокочастотных импульсных составляющих в нагрузке к выходу (вывод 7) подключён ФПЧ, состоящий из дросселя L1 и конденсатора С8. Конденсатор С9 - разделительный. Диод Шоттки D1 гасит индукционные токи и выбросы ЭДС, возникающие в L1 в моменты переключения выходных ключей, когда оба ключа заперты. Частота ШИМ-преобразования задаётся цепью обратной связи R4, СЗ, и при указанных на схеме номиналах она составляет 600 кГц. При большей частоте увеличиваются потери мощности, а при меньшей - нелинейные искажения. С4 - конденсатор ООС по высокой частоте. Конденсаторы Сб, С5 - развязывающие фильтра питания. Для устранения прохождения импульсной помехи по цепям питания конденсатор С5 должен быть расположен между выводами 6 и 8 микросхемы, причём как можно ближе к этим выводам. Упрощённо работу этого УМЗЧ можно объяснить следующим образом. Входной сигнал через Cl, R1 поступает на инвертирующий вход микросхемы (вывод 2). Это приводит к изменению длительности и скважности импульсов частотой 600 кГц на выходе микросхемы (вывод 7) по закону изменения моментального значения входного сигнала и к появлению в выходном сигнале усиленной НЧ-составляющей, повторяющей по форме входной сигнал, которая через ФНЧ L1, C8 и разделительный конденсатор С9 поступает на громкоговоритель. Добавить к этому можно только то, что входной и выходной сигналы противофазны.

Микросхема УМЗЧ МР7731

Микросхема МР7731 выпускается в корпусе TSSOP20F для поверхностного монтажа, который имеет 20 выводов и металлическую контактную площадку сверху для теплового контакта с радиатором. Номинальная мощность УМЗЧ на микросхеме МР7731 составляет 30 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 16 В. Диапазон воспроизводимых частот 20 Гц..„20 кГц. КПД 90% при выходной мощности 5 Вт. Нелинейные искажения не более 0,1% для всего диапазона частот при выходной мощности 1 Вт. Напряжение питания 7,5 --.24 В. В микросхему" встроены четыре выходных ключа на МДП-транзисторах, которые включены мостом. Особенностью монофонических мостовых УМЗЧ является то, что они имеют два, как правило, равноценных усилительных канала с выходными ключами, которые включены полумостом. То есть микросхема МР7731 содержит два канала, близких по структуре к микросхеме МР7720. Соль в том, что эти каналы работают в противофазе, а нагрузка (громкоговоритель) подключена без разделительных конденсаторов между выходами этих каналов, т.к. постоянное напряжение на каждом из выводов выхода равно половине напряжения питания. Для противофазного управления обычно используется включение каналов методом «ведущий - ведомый» (Master - Slave), т.е. оба усилителя включены по входному сигналу последовательно (см. рис. 4 ).

Рис. 4.

С1, С2 - разделительные конденсаторы. R1. R2-делитель напряжения сигналов, L1, СЗ и L2, С4-ФНЧ

Для такого включения оба канала должны быть инвертирующими усилителями. Сигнал на второй канал поступает с выхода первого через делитель Rl, R2 (см. рис. 4 ) или ограничивающий резистор.

Рис. 5

Типовая принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме МР7731 изображена на рис. 5 , а назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 2 .

Таблица 2

Разберёмся в назначении деталей УМЗЧ на микросхеме МР7731 по схеме (рис. 5). Напряжение смещения на неивер-тирующих входах обоих каналов (выводы 2 и 8), равное половине напряжения питания, формируется делителем R2, R5. Конденсатор 09 шунтирует эти выводы по переменному напряжению, а конденсаторы С54 и С41 задают частоты ШИМ-преобразования 1-го и 2-го каналов соответственно. Эти конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к выводам, возле которых они нарисованы на схеме. С53 - конденсатор фильтра питания, а С55 и С42 -развязывающие конденсаторы, которые также надо располагать как можно ближе к выводам, возле которых они нарисованы. Входной сигнал поступает на инвертирующий вход канала 1 (вывод 3) через разделительный конденсатор С35 и ограничивающий резистор R16. Коэффициент усиления по напряжению канала 1 микросхемы определяется соотношением сопротивлений резисторов цепи ООС R14hR16, а канала 2 - соотношением R44 и R34. ООС по ВЧ в канале 1 осуществляется через конденсатор С29. а в канале 2 - через С34. Конденсатор С37 - это конденсатор вольтодобавки канала 1, а С22 - конденсатор вольтодобавки канала 2. Они повышают КПД усилителя. Параллельно этим конденсаторам подключены стабилитроны D13 и D15 с напряжением стабилизации 6,2 В. Усиленный выходной сигнал звука выделяется в ФИЧ на выходах каналов 1 (L4, С47) и 2 (L3, С43) и поступает на громкоговоритель. ФИЧ подавляют высокочастотные импульсные составляющие ШИМ-сиг-нала на выходах микросхемы и не пропускают их в нагрузку. Диоды Шоттки D6, D8 гасят индукционные токи и выбросы ЭДС, возникающие в катушках L4 и L3 в моменты переключения выходных ключей, когда все они запираются. Эти катушки должны быть рассчитаны на номинальный ток 2,6 А. Каждый из каналов имеет свой вход разрешения EN1 (вывод 6) и EN2 (вывод 10). При низком уровне напряжения на этих выводах микросхема будет находиться в дежурном режиме, а при высоком - в рабочем.

Микросхема УМЗЧ МР7781

Микросхема МР7781 выпускается в корпусе SOIC24 для поверхностного монтажа, который имеет 24 вывода и металлическую площадку сверху для теплового контакта с радиатором. Поминальная мощность монофонического УМЗЧ на микросхеме МР7781 80 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 24 В. Диапазон воспроизводимых частот 20 Гц....20 кГц. КПД 95% при выходной мощности 80 Вт. Нелинейные искажения не более 0,1% для всего диапазона частот при выходной мощности 1 Вт. Напряжение питания 7,5 -.24 В. В микросхему встроены четыре выходных ключа на МДП-транзисторах, которые включены мостом. Микросхема МР7781 имеет два равноценных усилительных канала с дифференциальными входами и выходными МДП-ключами, которые включены полумостом. Микросхема содержит два канала усиления, каждый из которых заканчивается полумостом на МДП-транзисторах. Все это напоминает МР7731, но в отличие от этой микросхемы, в типовом включении МР7781 используется схема, которую можно назвать параллельно-последовательным включением каналов усиления (см. рис. 6 ). В этой схеме входной сигнал поступает сразу на входы обоих каналов усиления. Причём в одном канале он поступает на неинвертирующий вход, а в другом - на инвертирующий. Поэтому к верхнему и нижнему выводам громкоговорителя прикладываются одинаковые по амплитуде, но противофазные напряжения сигналов, что видно из графиков, показанных на схеме (рис. 6 ). Соотношения сопротивлений ограничивающего резистора R1 и резисторов делителей цепей ООС R2, R3, R4, R5 определяют коэффициент усиления схемы. Через делители R2, R3 и R4, R5 задаются также напряжения смещения на входах и осуществляются отрицательные обратные связи (ООС) по постоянному напряжению, которые стабилизируют режим каналов усиления, т.е. эти делители задают постоянные напряжения на выходах каналов, равные половине напряжения питания, и за счёт ООС поддерживают их неизменными.

Рис. 6. Упрощенная схема УМЗЧ с мостовым выходом (с параллельно-последовательным управлением)

С1 - разделительный конденсатор,
R1 - ограничивающий резистор,
R2, R3 и R4, R5 - делители цепей 00С по постоянному и переменному напряжению,
L1, С2 и L2, СЗ - ФНЧ

Микросхема МР7781 имеет более сложную внутреннюю организацию, чем рассмотренные выше микросхемы. Это косвенно подтверждается количеством и назначением выводов микросхемы, что отражено в таблице 3 .

Таблица 3 . Назначение выводов микросхемы МР7781

Типовая принципиальная схема УМЗЧ на микросхеме МР7781 показана на рис. 7 . Входной сигнал подаётся на выводы 5 и 18 микросхемы через ограничивающий резистор R20 и разделительный конденсатор С25. Резисторы R3, R5, R7, R17, R19, R21, R12, R8 и конденсаторы Сб, С24, С9, С15 входят в цепи ООС по постоянному и переменному напряжению. Эти цепи задают коэффициент усиления микросхемы и постоянные напряжения, равные половине напряжения питания, в средних точках, т.е. на выходах каналов мостового УМЗЧ (выводы 10 и 22 микросхемы). Конденсатор СЮ в канале 1 и С18а в канале 2 - конденсаторы вольтодобав-ки, которые необходимы для повышения КПД усилителя.

Рис. 7. Принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме МР7781

LI, C2, L2, C2, C13, R2, C5, R18, C23 - это детали ФПЧ, которые пропускают на громкоговоритель сигнал звука и подавляют импульсные ВЧ-состав-ляющие сигнала ШИМ. Катушки ФПЧ L1 и L2 должны быть рассчитаны на номинальный ток 5 А. Оптимальная частота ШИМ-преобразования для микросхемы МР7781 составляет 400 кГц. Она определяется ёмкостью конденсатора СИ, который включён между выводами дифференциальных входов этой микросхемы (между соединёнными по два выводами 5, 18 и 4, 17). Гашение выбросов ЭДС и индукционных токов, возникающих в катушках ФНЧ L1 и L2 в моменты пе-реключения выходных ключей, когда все они заперты, осуществляется диодами Шоттки D1 и D5.

Каждый из каналов имеет вход разрешения (активный уровень низкий). Вывод 19 (SIIDN1) - это вход разрешения канала 1, а вывод 7 (SIIDN2) - вход разрешения канала 2. Эти выводы соединены вместе. Высокий уровень (сигнал запрета) формируется с помощью параметрического стабилизатора R6, D3. При этом уровне усилитель отключён и находится в режиме MUTE, который характерен малым током потребления (

Чтобы получить столь малый ток потребления в режиме MUTE, в микросхему встроены стабилизаторы питания низковольтной части и схема их коммутации. Сигналы управления этой схемы выводятся из микросхемы через выводы 1 (DR1) и 13 (DR2), а затем через коммутирующие диоды D2 и D4 поступают соответственно на выводы 20 (BS1) и 8 (BS2). Кроме того, в рабочем режиме высокий уровень управляющего сигнала с вывода 13 (DR2) открывает ключ на биполярном транзисторе Q1. Через этот транзистор напряжение питания поступает в точку соединения резисторов R1 и R11. У микросхемы МР7781 есть ещё четыре интересных вывода. Это выводы 16 (MOl), 24 (Ml), 6 (М02) и 12 (М2). MOl и М02 - это выходы широтно-импульсных модуляторов соответствующих каналов, a Ml и М2 - это входы выходных ключей микросхемы. Выводы МО и М с одинаковыми номерами соединены между собой. Кроме того, выходы MO1 и МО2 имеют открытый сток. Подтягивающие резисторы (резисторы внешней нагрузки), подключённые между этими выводами и напряжением питания на эмиттере транзистора Q1, - это известные уже резисторы R1 и Rl 1. C1 - конденсатор фильтра питания, а конденсаторы СЗ, С12, С16, С8, С10, С14 и С18 - развязывающие. Для улучшения развязки и уменьшения наводок их рекомендуется устанавливать как можно ближе к соответствующим выводам микросхемы. Для устранения характерного для УМЗЧ щелчка при включении в схему установлены конденсаторы С7 и С9.

Для обеспечения стабильности работы и повторяемости схемы резисторы R3, R5, R7, R17, R19, R21 и R12 должны иметь допуск 1%. Такой же допуск должен иметь и резистор R6.

Следует заметить, что все три микросхемы, представленные в этой статье, имеют встроенную температурную защиту и защиту от коротких замыканий по выходу. Основные особенности и параметры этих микросхем сведены в таблицу 4.

Таблица 4 . Особенности микросхем УМЗЧ класса D фирмы NIPS

Коэффициент нелинейных искажений, указанный в таблице, достижим и гарантируется только на частоте 1 кГц при выходной мощности 1 Вт. С ростом частоты и мощности он повышается. Зависимость коэффициента нелинейных искажений микросхемы МР7720 от мощности (при частоте сигнала 1 кГц, напряжении питания 24 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом) изображена на рис. 8 а, а от частоты сигнала (при напряжении питания 24 В, сопротивлении нагрузки 4 Ом и мощности 19,6 Вт) - на рис. 8 б.

Рис. 8. Зависимость коэффициента нелинейных искажений микросхемы МР7720:

а) от мощности при частоте сигнала 1 кГц, напряжении питания 24 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом;
б) от частоты при напряжении питания 24 В, сопротивлении нагрузки 4 Ом и мощности 19,6 Вт

В заключение хочу заметить, что существует ещё несколько разновидностей усилителей с ШИМ. Во-первых, это усилитель «класса Т», широтно-импульсный модулятор которого меняет не только скважность, но и частоту выходного ШИМ-сигнала. Во-вторых, это так называемый усилитель «класса N», информацию о котором можно найти в статье . Это также усилитель, работающий в ключевом режиме, но совмещённый с сетевым блоком питания.

Дополнительную информацию о микросхемах производства Monolithic Power Systems можно найти на сайте фирмы .

Литература
1. Савельев Е. Усилитель класса D для сабвуфера. Радио. 2003. № 5.
2. Дайджест «Новая техника и технология». Радиохобби. 2001. № 2. С. 9.
3. Калганов А. Автомобильный УМЗЧ с блоком питания. Радио. 2002. № 7. С. 20...22.
4. monolithicpower.com

СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь 2004 Игорь Безверхний (г. Киев, Украина)

Ганичев Г.
г. Москва

Эта статья продолжает ряд публикаций, посвященных усилителям мощности, предлагаемых радиолюбителям фирмой МАСТЕР КИТ. В статью включены две последние разработки – NM2042 (мощный усилитель низкой частоты 140 Вт) и NM2043 (мощный автомобильный мостовой Hi-Fi усилитель низкой частоты 4х77 Вт). Усилители спроектированы с учетом всех необходимых требований и выполнены на современной интегральной элементной базе. Предлагаемые УМ обладают высокими эксплуатационными характеристиками, высокой надежностью, простотой в изготовлении/подключении и оптимальным соотношением цена/качество, что на сегодняшний день является немаловажным фактором. Собрать устройства можно из наборов МАСТЕР КИТ NM2042 и NM2043.

Перед специалистами МАСТЕР КИТ была поставлена, и успешно решена задача по подготовке технической документации и выпуску линейки УНЧ для использования в Hi-Fi звуковой технике. Постепенно номенклатура этих устройств расширяется и дополняется новыми разработками. В этой статье будут рассмотрены две новые разработки - и .

Все предложенные модели усилителей мощности обладают минимальным уровнем собственных шумов, минимальным уровнем нелинейных искажений и широкой полосой воспроизводимых частот. Различаются модели в основном по максимальной выходной мощности, напряжению питания (двуполярное или однополярное “автомобильное” (14.4 В)) числу каналов усиления и внешнему конструктивному исполнению.

Радиолюбители сами могут развести печатную плату, однако нужно учитывать, что это очень ответственная и серьезная работа. Не все знают, что, например, неправильная трассировка печатных проводников в мощном усилителе, может в десятки раз увеличить уровень его нелинейных искажений или даже сделать вообще неработоспособным. Поэтому для разработки печатных плат привлекались профессиональные конструкторы, специализирующиеся в этой области.

. Мощный усилитель низкой частоты 140 Вт (TDA7293).

Предлагаемый усилитель НЧ обладает минимальным коэффициентом нелинейных искажений и уровнем собственных шумов. Устройство имеет небольшие габариты. Широкий диапазон питающих напряжений и сопротивлений нагрузки расширяет область применения этого УМ. Его можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и в домашних условиях в составе Вашего музыкального аудиокомплекса. Усилитель хорошо зарекомендовал себя как УНЧ для сабвуфера.

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA7293. Эта ИМС представляет собой УНЧ класса АВ. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений и возможности отдавать ток в нагрузку до 10 А, микросхема обеспечивает одинаковую максимальную выходную мощность на нагрузках от 4 Ом до 8 Ом. Одной из основных особенностей этой микросхемы является применение полевых транзисторов в предварительных и выходных каскадах усиления и возможность параллельного включения нескольких ИМС для работы с низкоомной нагрузкой (< 4 Ом).

Управление режимом работы ИМС осуществляется при помощи переключателя SW1. Для включения УНЧ SW1 необходимо замкнуть. Переключатель SW2 предусмотрен для технологических целей. Для нормальной работы SW2 необходимо перемкнуть в положении 2-3.

Катушку L1 необходимо изготовить самостоятельно. L1 – бескаркасная, трехслойная, содержит по десять витков провода ПЭВ-1.0 в каждом слое. Намотку необходимо вести на оправке 12 мм. Ориентировочная индуктивность – 5 мкГн.

Напряжение питания подается на контакты Х3(+), Х6(-) и Х7(общий).

Источник сигнала подключается к Х1(+) и Х2(общий).

Нагрузка подключается к Х4(+) и Х5(общий).

Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, для этого предусмотрены монтажные отверстия по краям платы под винты 2.5 мм. Для удобства подключения питающего напряжения, источника сигнала и нагрузки на плате зарезервированы посадочные места под клеммные винтовые зажимы.

Конструктивно предусмотрен сдвоенный логический вход управляющих сигналов MUTE/ST-BY для "мягкого" включения УНЧ.

Микросхему усилителя необходимо установить на теплоотвод (в набор не входит) площадью не менее 600 см2. В качестве радиатора можно использовать металлический корпус или шасси устройства, в которое производится установка УНЧ. При монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту типа КТП-8, для повышения надежности работы ИМС.

Общий вид усилителя представлен на рис.1, схема электрическая принципиальная на рис.2, схема расположения элементов на плате и подключение усилителя на рис.3, вид печатной платы со стороны проводников на рис.4. Перечень элементов приведен в табл.2.

Таблица 1. Технические характеристики.

Таблица 2. Перечень элементов.

Рис1. Общий вид усилителя NM2042.

Рис.2. Схема электрическая принципиальная усилителя NM2042.

Рис.3. Схема расположения элементов на плате и подключение усилителя NM2042.

Рис.4. Вид печатной платы со стороны печатных проводников усилителя NM2042.

. Мощный автомобильный мостовой Hi-Fi усилитель низкой частоты 4X77 Вт (TDA7560).

Основное назначение этого УНЧ – установка в Вашей автомагнитоле, вместо старого усилителя НЧ, для повышения ее выходной мощности или для проведения мероприятий на открытом воздухе с использованием аккумуляторной батареи 12 В в качестве основного источника питания аппаратуры. Благодаря использованию мостовой схемы включения усилитель развивает мощность до 80 Вт на нагрузке 2 Ом в каждом из четырех каналов. Особенностью усилителя является использование полевых транзисторов в выходных каскадах. Устройство обладает малыми габаритами, широким диапазоном питающих напряжений и сопротивлений нагрузки.

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA7560 (DA1). Эта ИМС представляет собой УНЧ класса AВ и устанавливается в авто-аудиоустройствах для получения высококачественного мощного выходного музыкального сигнала. ИМС рассчитана на работу с нагрузкой 4…2 Ом, искажения сигнала удовлетворяют требованиям Hi-Fi. Микросхема имеет защиту от КЗ нагрузки и от перегрева. К особенностям микросхемы следует отнести использование полевых транзисторов в выходных каскадах. Микросхема содержит четыре идентичных мостовых усилителя мощность до 80 Вт на нагрузке 2 Ом.

Переключатели SW1 (ST-BY) и SW2 (MUTE) предназначены для управления режимами работы ИМС. Замыканием контактов в SW1 управляет режимом ST-BY (дежурный/рабочий), а SW2 режимом MUTE (пауза).

Особое внимание следует обратить на подключение микросхемы к источнику питания:

ИМС чрезвычайно чувствительна к напряжению питания – максимум 18 В.

Переполюсовка источника напряжения питания приводит к выходу ИМС из строя (Uобр = 6 В максимум).

Напряжение питания подключается к контактам Х9(+) и Х10(-).

Источники сигнала подключаются к Х1(+),Х2(-);Х3(+),Х4(-);Х5(+),Х6(-);Х7(+),Х8(-).

Усиленный сигнал снимается с контактов Х11, Х12; Х13, Х14; Х15, Х16; Х17, Х18.

Общий вид усилителя представлен на рис.5, схема электрическая принципиальная на рис.6, схема расположения элементов на плате и подключение усилителя на рис.7, вид печатной платы сверху на рис.8, вид печатной платы снизу на рис.9. Перечень элементов приведен в табл.3.

Таблица 3. Технические характеристики.

Таблица 4. Перечень элементов

Микросхема TDA7294, представляющая интегральный усилитель низкой частоты, который очень популярен среди электронщиков, как начинающих, так и профессионалов. В сети полно разных отзывов о данной микросхеме. Решил и я собрать усилитель на ней. Схему я взял из даташита.

Питается данная “микруха” двухполярным питанием. Для новичков поясню, что не достаточно иметь “плюс” и “минус”.

Нужен источник с плюсовым выводом, минусовым выводом и общим. Например, относительно общего провода должно быть плюс 30 Вольт, а в другом плече минус 30 Вольт.

Усилитель на TDA7294 достаточно мощный. Максимальная паспортная мощность 100 Вт, но это с нелинейными искажениями в 10% и при максимальном напряжении (в зависимости от сопротивления нагрузки). Надежно снимать можно 70Вт. Таким образом, на свой день рождения я прослушивал две параллельно соединенные колонки “Радиотехника S30” на одном канале TDA 7294. Весь вечер и половину ночи, колонки звучали, иногда вводя их в перегруз. Но усилитель спокойно выдержал, хоть и порой перегревался (из-за плохого охлаждения).

Основные характеристики TDA 7294

Подаваемое напряжение +-10В…+-40В

Пиковый выходной ток до 10А

Рабочая температура кристалла до 150 градусов Цельсия

Выходная мощность при d=0.5%:

При +-35В и R=8Ом 70Вт

При +-31В и R=6Ом 70Вт

При +-27В и R=4Ом 70Вт

При d=10% и повышенном напряжении (смотрите ) можно добиться и 100Вт, но это будут грязные 100Вт.

Схема усилителя на ТДА7294

Приведенная схема взята из паспорта, все номиналы сохранены. При правильном монтаже и правильно выбранных номиналов элементов, усилитель запускается с первого раза и не требует никаких настроек.

Элементы усилителя

Номиналы всех элементов указаны на схеме. Мощность резисторов 0,25 Вт.

Саму “микруху” следует установить на радиатор. Если радиатор соприкасается с другими металлическими элементами корпуса, либо радиатором является сам корпус, то необходимо установить диэлектрическую прокладку между радиатором и корпусом TDA7294.

Прокладка может быть силиконовая или слюдяная.

Площадь радиатора должна составлять не менее 500 кв.см., чем больше, тем лучше.

Изначально я собирал два канала усилителя, так как источник питания позволял, но я не правильно подобрал корпус и оба канала просто не влезли в корпус по габаритам. Пытался я уменьшить печатную плату, но ничего не вышло.

После полной сборки усилителя я понял, что корпуса не достаточно для охлаждения и одного канала усилителя. Корпус у меня являлся радиатором. Короче говоря, раскатал губу на два канала.

При прослушивании моего устройства на полную громкость, кристалл начинал перегреваться, но я убавлял уровень громкости и продолжал тестировать. В итоге, до полуночи слушал я музыку на умеренной громкости, периодически вгоняя усилитель в перегрев. Усилитель на ТДА7294 оказался очень даже надежным.

Режим STAND - BY TDA 7294

Если на 9 ногу подать 3,5В и более, то микросхема выходит из спящего режима, если подать менее 1,5В, то войдет в спящий режим.

Для того, чтобы устройство вывести из спящего режима, нужно 9 ногу через резистор 22 кОм подключить к плюсовому выводу (источника двухполярного питания).

А если 9 ногу через тот же резистор подключить к выводу GND (источника двухполярного питания), то устройство войдет в спящий режим.

Печатная плата, находящаяся под статьей, разведена так, что 9 нога через резистор 22 кОм соединена дорожкой с плюсовым выводом источника питания. Следовательно, при включении источника питания, усилитель сразу же начинает работать не в спящем режиме.

Режим MUTE TDA 7294

Если на 10 ногу TDA7294 подать 3,5В и более, то устройство выйдет из режима приглушения. Если же подать менее 1,5В, то устройство войдет в режим приглушения.

Практически это делается так: через резистор 10 кОм 10 ногу микросхемы подключаем к плюсу двухполярного источника питания. Усилитель “запоет”, то есть не будет приглушен. На печатной плате, которая прикреплена к статье, так сделано с помощью дорожки. При подаче питания на усилитель, он сразу начинает петь, без всяких перемычек и тумблеров.

Если через резистор 10 кОм 10 ногу ТДА7294 соединить с выводом GND источника питания, то наш “усилок” войдет в режим приглушения.

Источник питания.

Источником напряжения для устройства послужил собранный , который себя показал очень даже хорошо. При прослушивании одного канала ключи теплые. Так же теплые и диоды Шоттки, хоть и не установлены на них радиаторы. ИИП без защит и софтстарта.

Схему данного ИИП многие критикуют, но она очень проста в сборке. Работает она надежно без плавного включения. Эта схема очень подходит начинающим электронщикам из-за своей простаты.

Корпус.

Корпус был куплен.

Усилитель низкой частоты (УНЧ) это такое устройство для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеческим ухом диапазону частот, т.е УНЧ должны усиливать в диапазоне частот от 20 ГЦ до 20 кГц, но некоторые УНЧ могут иметь диапазон и до 200 кГц. УНЧ может быть собран в виде самостоятельного устройства, или использоваться в более сложных устройствах - телевизорах, радиоприёмниках, магнитолах и т.п

Особенность этой схемы в том, что 11 вывод микросхемы TDA1552 управляет режимами работы - Обычным или MUTE.

С1, С2 - проходные блокировочные конденсаторы, используются для отсекания постоянной составляющей синусоидального сигнала. Электролитические конденсаторы лучше не использовать. Микросхему TDA1552 желательно разместить на радиаторе с использованием теплопроводящей пасты.

В принципе представленные схемы является мостовыми, т.к в одном корпусе микросборки TDA1558Q имеется 4 канала усиления, поэтому выводы 1 - 2, и 16 - 17 соединены попарно, и на них поступают входные сигналы обоих каналов через конденсаторы С1 и С2. Но если вам нужен силитель на четыре колонки, тогда можно воспользоваться вариантом схемы ниже, правда мощность при этом будет в 2 раза меньше на канал.

Основа конструкции микросборка TDA1560Q класса H. Максимальная мощность такого УНЧ достигает 40 Вт, при нагрузки в 8 Ом. Такая мощность обеспечивается увеличенным напряжением примерно в два раза, благодаря работе емкостей.

Выходная мощность усилителя в первой схеме собранного на TDA2030- 60Вт при нагрузке 4 Ома и 80Вт при нагрузке 2 Ома; TDA2030А 80Вт при нагрузке 4 Ома и 120Вт при нагрузке 2 Ома. Вторая схема рассмотренного УНЧ уже с выходной мощностью 14 Ватт.

Это типовой двух канальный УНЧ. С небольшой обвязкой из пассивных радиокомпонентов на этой микросхеме можно собрать превосходный стереоусилитель с выходной мощностью на каждом канале 1 Вт.

Микросборка TDA7265 - представляет из себя достаточно мощный двухканальный Hi-Fi усилитель класса АВ в типовом корпусе Multiwatt, микросхема нашла свою нишу в высококачественной стерео технике, Hi-Fi класса. Проста схемы включения и отличные параметры сделали TDA7265 прекрасно сбалансированным и великолепным решением при построении радиолюбительской высококачественной аудио аппаратуры.

Сначала был собран тестовый вариант на макетной плате в точности как по даташиту по ссылке выше, и успешно испытан на колонках S90. Звук неплохой, но чего то не хватало. Через некоторое время решил переделать усилитель по измененной схеме.

Микросборка представляет собой счетверенный усилитель класса AB, разработанный специально для использования в автомобильных аудиоустройствах. На основе этой микросхемы можно построить несколько качественных вариантов УНЧ с задействованием минимума радиокомпонентов. Микросхему можно посоветовать начинающим радиолюбителям, для домашней сборки различных акустических систем.

Основным достоинством схемы усилителя на этой микросборке является наличие в ней четырех независимых друг от друга каналов. Работает данный усилитель мощности в режиме AB. Ее можно применять для усиления различных стерео сигналов. При желании можно подсоединить к акустической системе автомобиля, либо персонального компьютера.

TDA8560Q является всего лишь более мощным аналогом широко известной радиолюбителям микросхемы TDA1557Q. Разработчики только усилили выходной каскад, благодаря чему УНЧ отлично подходит к двух омной нагрузке.

Микросборка LM386, это готовый усилитель мощности, который можно применять в конструкциях с низким питающим напряжением. Например при питании схемы от аккумуляторной батареи. LM386 имеет коэффициент усиления по напряжению около 20. Но подключая внешние сопротивления и емкости можно регулировать усиление до 200, а напряжение на выходе автоматически становится равным половине питающего.

Микросборка LM3886 является усилителем высокого качества с мощностью на выходе 68 ватт при 4 Ом нагрузке или 50 ватт на 8 Ом. В пиковый момент мощность на выходе способна достигать значения в 135 Вт. К микросхеме применим широкий диапазон напряжений от 20 до 94 вольт. Причем можно использовать как двуполярные, так и однополярные блоки питания. Коэффициент гармоник УНЧ составляет 0,03 %. Причем это по всему частотному интервалу от 20 до 20000 Гц.

В схеме используются две ИС в типовом включении - КР548УH1 в качестве микpофонного усилителя (устанавливается в тангенте) и (TDA2005) в мостовомвключении в качестве оконечного усилителя (устанавливается в коpпусе сиpены вместо pодной платы). В качестве акустического излучателся используется доpаботанная сиpена от сигнализации с магнитной головкой (пьезоизлучатели не годятся). Доpаботка заключается в pазбиpании сиpены и выкидывании pодной пищалки с усилителем. Микpофон - электpодинамический. Пpи использовании электpетного микpофона (напpимеp, от китайских телефонных тpубок), точку соединения микpофона с конденсатоpом нужно чеpез pезистоp ~4.7К подключить к +12В (после кнопки!). Резистоp 100К в цепи обpатной связи К548УH1 пpи этом лучше поставить сопpотивлением ~30-47К. Данный pезистоp используется для настpойки гpомкости. Микpосхему TDA2004 лучше установить на небольшой pадиатоp.

Испытывать и эксплуатиpовать - с излучателем под капотом, а тангентой в салоне. Иначе неизбежен визг из-за самовозбуждения. Подстpоечным pезистоpом устанавливается уpовень гpомкости, чтобы не было сильных искажений звука и самовозбуждения. Пpи недостаточной гpомкости (напpимеp, плохой микpофон) и явном запасе мощности излучателя можно повысить усиление микpофонного усилителя, увеличив в несколько pаз номинал подстpоечника в цепи обpатной связи (тот, котоpый по схеме 100К). По-хорошему - нужен бы еще пpимамбас, не дающий схеме самовозбуждаться - фазосдвигающая цепочка какая-нибудь или фильтp на частоту возбуждения. Хотя схема и без усложнений работает отлично