UMZCH multimediale a tre canali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor

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Nonostante i numerosi modelli di altoparlanti multimediali di produzione industriale, l'interesse dei radioamatori nella produzione indipendente di tali strutture non diminuisce. Di particolare interesse sono i sistemi con un canale comune a bassa frequenza. L'altoparlante delle basse frequenze - un subwoofer - è collocato in un alloggiamento separato, che può ridurre notevolmente le dimensioni degli altoparlanti dei canali sinistro e destro. Per questo tipo di costruzione è previsto l'amplificatore qui descritto con una potenza nominale complessiva di circa 20 watt.

Le caratteristiche del complesso multimediale includono le dimensioni relativamente ridotte del monitor video e le corrispondenti dimensioni del sistema acustico, che di solito è posizionato in prossimità dell'ascoltatore. A questo proposito, la potenza massima degli amplificatori per tali altoparlanti di solito non supera i 10 ... 20 watt. La vicinanza di un sistema di altoparlanti multimediali spesso limita le sue dimensioni consentite, quindi è comune posizionare una testata a bassa frequenza in un alloggiamento comune: un subwoofer e gli altoparlanti stereo agiscono qui come "satelliti".

Per formare il segnale del canale dei bassi (subwoofer), vengono solitamente utilizzati un sommatore e un filtro attivo. A titolo di esempio, in fig. 1 mostra un diagramma di questo nodo.

Fig. 1. Condizionatore di segnale per bassi (subwoofer)

Sull'amplificatore operazionale DA1.1, viene realizzato un sommatore invertente, combinato con un filtro del primo ordine, sull'amplificatore operazionale DA1.2, un filtro Butterworth attivo di secondo ordine. La frequenza di taglio del filtro del terzo ordine risultante è di circa 180 Hz. Il divisore R1R2 imposta la modalità op-amp per la corrente continua. La banda di frequenza degli altoparlanti MF-HF (satelliti) è limitata da filtri del primo ordine all'ingresso dell'UMZCH stereo.

Tuttavia, non è necessario utilizzare filtri attivi per isolare la banda di frequenza del subwoofer. Sulle pagine della rivista sono state pubblicate due versioni dell'UMZCH per computer [1], in cui è stato utilizzato un metodo originale per generare un segnale per un subwoofer, che non richiede un filtro separato. Sfortunatamente, nella prima versione del design, sono state utilizzate due diverse versioni del chip TDA1519, che non sono sempre disponibili per la vendita. Nella seconda versione - TDA2005 irrimediabilmente obsoleto, che non soddisfa i requisiti moderni in termini di distorsione e rumore; questo chip richiede molti elementi esterni. Utilizzando i moderni microcircuiti UMZCH progettati per apparecchiature radio per autoveicoli, è possibile semplificare in qualche modo il circuito e migliorare significativamente le prestazioni dell'UMZCH.

È conveniente realizzare un amplificatore di potenza basato sul comune chip TDA1554Q (Philips). Comprende due amplificatori invertenti e due non invertenti con un guadagno di 20 dB, la loro impedenza di ingresso è di 60 kOhm. Ci sono due opzioni per abilitarli. Il primo è standard, come un UMZCH a quattro canali con una potenza di uscita massima di 4x6 W (4x11 W) con un carico di 4 (2) ohm. La seconda opzione è come un UMZCH a ponte a due canali con una potenza di uscita massima di 2x22 W con un carico di 4 ohm.

Nel progetto proposto, vengono utilizzati due canali invertenti in una connessione convenzionale e due canali non invertenti, grazie a una soluzione originale, vengono utilizzati in una connessione a ponte.

La tensione di alimentazione dell'amplificatore può essere compresa tra +10 ... 16 V. La corrente consumata dal dispositivo in assenza di segnale non è superiore a 0,1 A. Nella modalità "Standby" (modalità di spegnimento remoto) - 0,1 mA. La potenza nominale è specificata con una tensione di alimentazione di 15 V e una distorsione armonica di circa lo 0,5%. La potenza massima, come di consueto, è determinata con una distorsione del 10%.

Il circuito dell'amplificatore è mostrato in fig. 2. Il dispositivo è semplificato il più possibile e le denominazioni della maggior parte degli elementi sono unificate.

Fig.2. Diagramma schematico dell'amplificatore

Il volume e il tono sono controllati rispettivamente da due resistori variabili VR1 e VR2. Per evitare di sovraccaricare l'amplificatore, la profondità del controllo del tono dipende dalla posizione del cursore di controllo del volume. Al massimo volume, l'aumento degli alti non supera 2...3 dB (e quindi - a causa del blocco di LF e MF), ma aumenta a 5...6 dB a basso volume [2]. Non è prevista la regolazione del tono acuto su "blocco", poiché, come mostra la pratica, non è necessario. Inoltre, la maggior parte delle schede audio per PC dispone di controlli di tono e bilanciamento controllati da software. Se necessario, la gamma di controllo del tono nell'amplificatore può essere aumentata a 12 ... 14 dB impostando una resistenza variabile VR2 con una resistenza di 10 kOhm. È anche possibile installare un controllo di bilanciamento stereo (VR4), anche se la sua necessità è ancora più dubbia.

Per motivi di installazione per i satelliti sono stati utilizzati canali di amplificazione invertenti, quindi, per preservare la fase originale del segnale, le testine dinamiche BA1, BA2 sono collegate a polarità inversa. Il segnale totale per il subwoofer è formato su un condensatore di separazione C13 comune a due canali, come in [1]. La frequenza di taglio di questo filtro è 170...180 Hz. La capacità del condensatore C13 è indicata per testine dinamiche con un'impedenza di 4 ohm. Per teste con impedenza di 8 ohm, la sua capacità deve essere ridotta a 220 uF.

In relazione ai segnali satellitari, il segnale del subwoofer si forma come funzione aggiuntiva, quindi, in determinate condizioni (ne parleremo più avanti), sulla risposta in frequenza risultante potrebbe apparire una "gobba" alla frequenza di crossover fino a 3 dB. Per eliminare questa carenza, nel canale del subwoofer è stato introdotto un filtro integrato proporzionalmente sintonizzabile VR3R1R2C3, la cui frequenza di taglio varia nell'intervallo 50 ... 150 Hz. Quando la frequenza è sintonizzata, contemporaneamente cambia anche il livello del segnale, il che consente di abbandonare il consueto controllo del livello nel canale del subwoofer. Sulla fig. 3 mostra la risposta teorica in frequenza dei filtri alla tensione elettrica; la famiglia di canali LF è stata ridotta di 6 dB per comodità.

Fig.3. Risposta in frequenza teorica dei filtri di tensione

Per garantire il funzionamento di due amplificatori identici in una connessione a ponte, è necessario applicare segnali antifase ai loro ingressi. Questo progetto utilizza una cascata di carico diviso. Un segnale invertito viene prelevato dal collettore del transistor VT1 e un segnale non invertito viene prelevato da una parte del carico dell'emettitore. Il guadagno in cascata su entrambe le uscite è di circa -16 dB, quindi la tensione di ingresso del canale LF nella modalità a banda larga massima è di circa 4 dB superiore rispetto ai canali satellitari. Ciò compensa la differenza di sensibilità tra i driver a gamma intera e bassa frequenza e fornisce spazio per il controllo del livello nel canale del subwoofer.

Inoltre, questa misura elimina automaticamente il sovraccarico della cascata sul transistor VT1 in ingresso: a causa della differenza di guadagno, il clipping del segnale all'uscita dell'amplificatore a ponte inizierà prima rispetto alle uscite convenzionali (da cui il segnale per VT1 è preso). A causa del profondo feedback attraverso i resistori R4, R5, la linearità della cascata è soddisfacente anche con segnali di grandi dimensioni. La modalità in cascata CC è fornita collegando il circuito VR3R1 al condensatore C13. Questo condensatore ha una tensione costante, approssimativamente uguale alla metà della tensione di alimentazione.

Un altro nodo, finora insolito per tali amplificatori, è l'interruttore di fase del segnale del subwoofer SA2. Tuttavia, nei sistemi home theater e nei subwoofer per auto, esiste sicuramente una tale cascata. La necessità del suo utilizzo è determinata da quanto segue: con un sistema acustico spazialmente separato, la risposta in frequenza risultante nel punto di ascolto sarà determinata dal rapporto di fase dei segnali in ingresso. Lo sfasamento, a sua volta, è determinato dalla distanza dalle teste dinamiche.

Sulla fig. La figura 4 mostra la risposta in frequenza teorica nel campo vicino di radiazione per i casi di inclusione in fase e antifase di testine con la loro installazione compatta. La risposta in frequenza reale in termini di pressione sonora, a seconda delle distanze e delle caratteristiche delle testine, può assumere forme ancora più bizzarre. Ovviamente, l'introduzione di un interruttore di fase consente un controllo più flessibile della risposta in frequenza risultante.

Fig.4. Risposta in frequenza teorica nel campo vicino di radiazione

L'interruttore di alimentazione SA1 controlla lo stato del microcircuito e attraverso di esso la tensione di alimentazione viene fornita allo stadio del divisore di fase. Nello stato spento, le uscite vengono commutate in uno stato ad alta impedenza e il consumo di corrente non supera i 100 μA. Lo scopo del resto dei dettagli è ovvio. La capacità del filtro è divisa in due parti, poiché è difficile installare un grande condensatore direttamente vicino ai pin di alimentazione del microcircuito.

Informazioni sui dettagli e sul design. Condensatori di ossido K50-35 o simili importati, condensatori C1, C2, SU - ceramica di qualsiasi tipo, il resto - K73-17. Tutti i resistori fissi sono MLT0.125. Il resistore di controllo del volume variabile dovrebbe essere con una dipendenza esponenziale della resistenza dall'angolo di rotazione (tipo B), il resto - con uno lineare (tipo A). Il transistor KT315V può essere sostituito da qualsiasi transistor npn con un coefficiente di trasferimento della corrente di base di almeno 50. La scelta di altre parti non è critica.

Il raddrizzatore è realizzato su diodi a impulsi KD213A, che consentiranno, se necessario, di aumentare notevolmente la capacità del filtro senza il rischio di interferenze moltiplicative. Qualsiasi trasformatore di rete può essere utilizzato con una potenza complessiva di almeno 80 W (preferibilmente di più), una corrente ammissibile dell'avvolgimento secondario di almeno 5 A e una tensione di uscita di 9 ... 11 V.

A causa della relativa semplicità dell'amplificatore, è del tutto possibile montarlo su una breadboard (in questa versione ha lavorato con l'autore). Per la pubblicazione di una rivista è stato progettato un circuito stampato (Fig. 5), che contiene la maggior parte delle parti. La scheda è progettata per l'installazione di interruttori P2K in due direzioni e i dettagli sopra menzionati. Il condensatore C3 con una capacità di 0,15 uF, se necessario, può essere costituito da condensatori con una capacità di 0,1 uF e 0,047 uF, per i quali sono previsti pad aggiuntivi sulla scheda.

Fig.5. Scheda del circuito dell'amplificatore

All'esterno della scheda sono posizionati resistori variabili, connettori e un trasformatore di rete. I ponticelli nel circuito di segnalazione sono realizzati con un filo di montaggio sottile; per il montaggio di circuiti di potenza e sistemi acustici è necessario utilizzare un filo con una sezione di almeno 0,75 mm². Il dissipatore può essere ricavato da un angolo in duralluminio di 30x50 mm o utilizzato già pronto da un'autoradio (questo è esattamente quello che è stato utilizzato nella versione dell'autore).

Un amplificatore correttamente assemblato non richiede regolazioni. All'accensione è sufficiente assicurarsi che siano presenti le tensioni indicate nel diagramma (scostamento consentito ± 10%). In caso di interferenza dall'alimentazione del computer, è necessario accendere due condensatori ceramici con una capacità di 220 ... 470 pF all'ingresso del microcircuito (tra i punti 6, 7 della scheda e il filo comune). Possono essere posizionati sul lato dei conduttori stampati.

Per riprodurre le basse frequenze, è necessario utilizzare una testa dinamica specializzata per le basse frequenze nella progettazione acustica. Il modo più semplice è utilizzare gli altoparlanti delle apparecchiature domestiche, rimuovendo i dettagli non necessari. L'autore ha utilizzato AC S-30B ("Ingegneria radiofonica") per i test. La progettazione acustica dei satelliti può essere semplice, anche aperta.

Letteratura

1. Sapozhnikov M. Due semplici UMZCH per un computer. - Radio, 2002, n. 4, p.15.
2. Shikhatov A. Controlli di tono passivi. - Radio, 1999, n. 1, pag. 14, 15.

Autore: A. Shikhatov, Mosca; Pubblicazione: radioradar.net

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