Amplificatore per auto compatto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'articolo descrive la progettazione di un semplice amplificatore stereo per auto con un convertitore di tensione di commutazione. La sua aggiunta ha aumentato significativamente la potenza dell'amplificatore sui popolari microcircuiti TDA7293 o TDA7294 - fino a 78 W con un carico di 4 ohm, e l'uso di una custodia già pronta ne ha notevolmente semplificato la produzione.

Come spesso e giustamente affermato, il suono dell'unità principale di un'auto può piacere solo a un ascoltatore inesperto. In pratica, si scopre che nella maggior parte dei casi il valore reale della potenza di uscita della radio PA non supera i 20 W per canale con un carico di 4 ohm, e durante il funzionamento a batteria la potenza scende a 16 watt.

In realtà, anche con tale potenza, qualsiasi interno dell'auto può essere suonato con alta qualità, se non per il fattore di picco dei segnali musicali, che raggiunge i 20 ... 25 dB in alcune composizioni. Pertanto, il PA integrato di un'autoradio senza limitare la gamma dinamica può fornire fino a 5 watt per canale. Data la crescita qualitativa dei parametri dei moderni PA, il problema dell'aggiornamento del percorso di riproduzione si basa sulla limitazione fisica della gamma dinamica dalla massima potenza di uscita dei PA integrati e le possibilità per la sua espansione sono state esaurite dai produttori di apparecchiature. A causa dell'elevato livello di rumore (anche dall'esterno) nel veicolo, la gamma dinamica è notevolmente ridotta. L'isolamento acustico del corpo e l'aumento del livello di pressione sonora degli altoparlanti contribuiscono ad aumentare la gamma dinamica dell'ascolto.

L'installazione di un PA esterno nella fase iniziale della modernizzazione è, a mio avviso, la meno laboriosa. Va notato che il perfezionamento del sistema audio per auto deve iniziare con l'installazione di un migliore altoparlante anteriore.

I moderni dispositivi multimediali per auto sono dotati di uscite di linea per il collegamento di amplificatori esterni. L'industria offre molti PA automobilistici di alta qualità, ma il loro costo elevato è un vincolo significativo per gli aggiornamenti. Collegare il PA alle uscite dell'amplificatore integrato nella radio, a mio avviso, non è consigliabile.

Il dispositivo proposto ha una funzionalità minima, ma presenta una serie di caratteristiche positive: un potente alimentatore non stabilizzato, un buon amplificatore, una dimensione minima del pacchetto e l'assenza di componenti del filtro attivo di ingresso di bassa qualità. La tensione di alimentazione nominale è di +/-25 V, il che consente di aumentare la potenza con un carico di 4 ohm fino a 78 watt.

A differenza di molti progetti descritti su Internet, questo PA a due canali è assemblato in un case in alluminio Gainta standard, conveniente ed economico, mostrato in fig. 1. Larghezza (taglia L in Fig. 1) - 100 mm. Le dimensioni della scheda principale sono 93,6x96 mm, il che consente di inserirla in appositi slot nella custodia. La priorità nel progetto è data alla compattezza del dispositivo, quindi vengono utilizzate parti montate in superficie.

a)

b)
Fig. 1. Design PA a due canali: a) custodia in alluminio; b) disegno di progetto

Il PA è stato progettato per un lettore CD specifico, per il quale il carico nominale dell'uscita di linea è di 10 kOhm. Il dispositivo è costituito da un convertitore di tensione non stabilizzato (PN) e un PA basato su due microcircuiti TDA7293 (o TDA7294, tenendo conto delle differenze nella piedinatura), nonché un'unità di controllo per un segnale esterno Amplificatore STBY di segnale remoto.

Il circuito dell'amplificatore è mostrato in fig. 2. Il convertitore con la funzione soft start è assemblato sul chip TL494 e sui transistor ad effetto di campo. La potenza complessiva del trasformatore è di circa 300 W e l'utilizzo di due coppie di transistor in ciascuna gamba del convertitore consente di fornire più potenza al carico. Il calcolo del trasformatore e la scelta del circuito magnetico è stato effettuato utilizzando l'utile programma gratuito EXCELLENIT5000 [1]. Si ritiene che i PA con un alimentatore a impulsi senza stabilizzazione forniscano un suono migliore rispetto a un alimentatore stabilizzato. I resistori (47 ohm) sono inclusi nei circuiti di gate dei transistor di potenza del convertitore, il che restringe lo spettro di interferenza creato dall'inverter. Sulla scheda più piccola c'è un'unità di controllo dell'accensione e un controller PN, su una scheda più grande - PN e PA. I circuiti di uscita del fotovoltaico non sono collegati galvanicamente alla fonte di alimentazione primaria.

Riso. 2. Circuito amplificatore (clicca per ingrandire)

Per accendere il PA, è necessario disporre di una tensione di alimentazione di 12 V e una tensione di controllo superiore a 9 V all'ingresso del telecomando. La tensione dall'ingresso del telecomando attraverso il diodo zener VD1 e il resistore R7 entra nella base del transistor VT2 e lo apre. Il condensatore C5 serve per ritardare l'accensione del PA e filtrare il rumore all'ingresso del telecomando, il resistore R8 fornisce la corrente minima per il funzionamento del diodo zener VD1. Il transistor VT2 si apre e sul suo collettore viene impostata una tensione di circa 0,7 V, il LED HL1 si accende e si apre il transistor VT1, che alimenta il chip DA1 e avvia la PN. Il resistore R5 è necessario per supportare la tensione di chiusura basata su VT1 in assenza di un segnale di controllo e R6 per limitare la corrente massima del transistor VT2. In presenza di una tensione secondaria PN, la tensione dall'emettitore VT1 attraverso R1 viene fornita al diodo radiante dell'accoppiatore ottico U1 e illumina il fototransistor dell'accoppiatore ottico.

Quando viene applicata tensione al microcircuito DA1, alla sua uscita (pin 14) appare una tensione di 5 V, che, attraverso il condensatore C3, viene alimentata al pin 4 del controllo dell'ampiezza dell'impulso TL494. Quando C3 si carica, la tensione sul pin 4 diminuisce a causa del resistore di carico R2 e l'ampiezza dell'impulso sui pin 9, 10 aumenta. Ecco come è organizzato il soft start della PN. Il resistore R2 è necessario anche per impedire la carica del condensatore C3 da parte della corrente che scorre dal microcircuito (da 2 a 10 mA). Gli amplificatori di errore incorporati in TL494 non vengono utilizzati, gli ingressi non invertenti 2, 15 DA1 sono alimentati con tensione ION pari a 5 V dal pin 14 e gli ingressi invertenti sono collegati al filo comune della PN. I resistori R3, R4 e il condensatore C4 impostano la frequenza di commutazione della PN a circa 50 kHz. Sulla scheda è riservato il posto per la resistenza R4 per l'eventuale correzione della frequenza della PN.

I condensatori C2 e C1 bloccano le interferenze RF. Dai pin 9, 10 di DA1, i segnali di controllo del transistor ad effetto di campo (FET) attraverso il connettore XP / XS1 (ZL201-10G, ZL262-10SG prodotto da NINIGI) vengono inviati alla scheda principale del PA alle porte FET di commutazione PT e riducono il rumore di commutazione. I PT sono collegati a coppie all'avvolgimento primario del trasformatore T12, al centro del quale viene fornita la tensione della rete di bordo del veicolo attraverso la cartuccia fusibile FU4 e il filtro ad U C4C13L5C5C19C22C1. I condensatori C1, C6, C7, C1 sono collegati in prossimità del punto medio dell'avvolgimento I del trasformatore T10 per ridurre l'interferenza. Il diodo VD13 funge da protezione contro l'inversione di polarità dell'alimentazione.

La tensione alternata dall'avvolgimento secondario T1 viene rettificata dai gruppi diodi VD7, VD8, filtrata dai condensatori C20-C23 e quindi alimentata ai microcircuiti UMZCH. Inoltre, la tensione +24 V attraverso il resistore R14 viene fornita al transistor dell'optoaccoppiatore U1 e, se c'è tensione all'ingresso del dispositivo di controllo remoto, viene fornita alla base del transistor V73. Gli elementi R9, VD3, VT3 sono necessari per garantire la rapida scarica dei condensatori nei circuiti STBY, MUTE dei microcircuiti DA2, DA3 dopo la perdita del segnale del telecomando. Ciò è dovuto al fatto che quando la radio è spenta, alle sue uscite lineari compaiono picchi di tensione significativi, che portano a clic negli altoparlanti.

Nella maggior parte dei dispositivi fatti in casa, i segnali STBY MUTE vengono generati attraverso un resistore limitatore collegato al circuito di alimentazione positivo, quindi quando la radio è spenta, il PA non entra in modalità STBY fino a quando i condensatori nel circuito di alimentazione non vengono scaricati. Nello stesso design, il PA si spegne quasi immediatamente dopo la scomparsa del segnale del telecomando dalla radio.

Per garantire la simmetria del carico sull'IP e poter lavorare in modalità bridge, un canale PA opera in modalità invertente. Per minimizzare i disturbi introdotti dalla caduta di tensione sui fili di "potenza", i fili comuni dei circuiti di segnale e di alimentazione sono collegati solo nella parte a bassa corrente tramite le resistenze R11, R15. Gli elementi R16, C9, R23, C11, R27 e R32 (R17, C8, R18, C12, R24, R29 e R31, R33) formano filtri di limitazione della banda e impostano il guadagno del canale. Poiché l'inclusione dei microcircuiti DA2, DA3 è diversa, per equalizzare il guadagno nei canali, è possibile regolare la resistenza totale dei resistori OOS (R31 e R33). Non c'è posto per il resistore R31 sulla scheda, se necessario, è installato sopra R33. Nella simulazione di microcircuiti sotto forma di un amplificatore operazionale nel pacchetto software Microcap 9, la resistenza di questo resistore era di 80 kOhm.

Il calo nella regione LF (-3 dB alla frequenza di 17 Hz) è dovuto alla portata della PA. In primo luogo, i diffusori anteriori, a causa delle loro dimensioni e del design acustico, riducono notevolmente l'efficienza alle basse frequenze; in secondo luogo, la risposta in frequenza risultante all'interno dell'auto ha solitamente un aumento nella regione delle basse frequenze di diversi decibel.

Il trasformatore è montato su un nucleo magnetico toroidale Epcos 29,5x19x20 (B64290-L756-X87) in materiale N87. L'avvolgimento primario ha 8 giri di filo con un diametro di 0,51 mm, piegati in otto trefoli, con un tocco dal centro. I dati iniziali e i risultati del calcolo sono mostrati nelle Figg. 3. L'avvolgimento secondario contiene 18 spire dello stesso filo, piegate in tre trefoli, con un colpetto dal centro. Le spire sono distribuite uniformemente lungo il perimetro dell'anello. La strozzatura L1 è avvolta su un circuito magnetico anulare di 23x14x9,5 mm di ferro in polvere T90-52 Micrometals e contiene otto spire di filo PEV 0,51, piegate in otto anime. L'induttanza dell'induttore può differire, è importante solo ricordare che il surriscaldamento è superiore a 75 ^оC per un tale acceleratore è inaccettabile.

Riso. 3. Dati iniziali e risultati del calcolo

L'assemblaggio del dispositivo dovrebbe iniziare con una scheda più piccola (il suo disegno in Fig. 4 su una scala di 2: 1), nel diagramma di Fig. 2 parti situate su di esso sono cerchiate con una cornice tratteggiata. Dopo aver installato tutte le parti, ai contatti del connettore XP1 viene collegata una sorgente di tensione a 12 V. +9 V deve essere applicato al pin 12 e i pin 1-4 devono essere collegati a un filo comune. Quindi chiudere i contatti 9 e 10, il LED dovrebbe accendersi. Sul collettore VT1 verrà stabilita una tensione di circa 11 V, una tensione di 14 V apparirà sul pin 1 DA5, non più di 4 V sul pin 0,5 e un meandro con un'ampiezza di 9 V sui pin 10, 11. In assenza di un oscilloscopio, la presenza di impulsi alle uscite 9, 10 è determinata da un multimetro digitale come tensione costante di 5 ... 6 V.

Riso. 4. Disegno di una tavola più piccola

Quindi assemblano una scheda grande (Fig. 5, 6), installando tutti i dettagli, ad eccezione dei chip PA DA2, DA3. È inoltre necessario installare ponticelli a filo (isolati). È auspicabile saldare i transistor alla stessa altezza, questo faciliterà il loro fissaggio. Poiché i diodi accoppiati nel pacchetto TO-220 con un anodo comune sono scarsi, la scheda fornisce posti per la loro sostituzione con i diodi nel pacchetto DO-27.

Riso. 5. Disegno della tavola più grande

Riso. 6. Disegno di una tavola più grande (raccolta di parti)

Dopo aver collegato le schede utilizzando il connettore e aver fornito una tensione di 12 V dall'alimentatore e il segnale del telecomando alle aree designate, la tensione +20 e -21 V, rispettivamente, dovrebbe apparire sui condensatori C25 e C25 e circa +3 V sull'emettitore VT8 rispetto al punto medio dell'avvolgimento di uscita del trasformatore. In questo caso, le parti del convertitore non devono riscaldarsi e il consumo di corrente non deve superare 0,3 A. Dopo aver verificato la PN, i microcircuiti DA2, DA3 vengono saldati.

I cavi del microcircuito non utilizzati vengono accorciati di 3 ... 4 mm. È importante installare i microcircuiti rigorosamente perpendicolarmente alla scheda, altrimenti non aderiranno alla custodia con l'intero piano e potrebbero surriscaldarsi. Per ridurre l'effetto dell'interferenza sui circuiti dell'amplificatore, sono stati aggiunti condensatori aggiuntivi C26, C28 (C30, C32) con una capacità di 470 uF a bassa impedenza (bassa ESR) vicino ai pin di alimentazione dei microcircuiti. Per ridurre le interferenze, le tracce dei pin di alimentazione dello stadio preliminare e dello stadio di uscita del TDA7293 sono collegate ai punti di saldatura dei pin di questi condensatori.

Quindi i fili vengono saldati nella scheda per collegare i connettori esterni. Il connettore di alimentazione (morsettiera DG58C-A-2P13 di Degson Electronics) richiede un cavo di almeno 2 mm². Un segmento lungo 50 ... 70 mm è saldato nella scheda. I cavi che collegano la scheda con i connettori RCA (XS3.1, XS3.2) sono saldati allo stesso modo. Per fare ciò, utilizzare qualsiasi cavo morbido. Allo stesso modo, saldare i fili al connettore di uscita X4 (morsettiera DG58H-A-04P-13 di Degson Electronics). La sezione dei cavi di uscita deve essere di almeno 0,5 mm². I punti di saldatura dei fili devono essere rinforzati con colla a caldo. Per il filo del segnale del telecomando è stato praticato un foro del diametro di 2 mm nel coperchio laterale, attraverso il quale è stato fatto uscire un filo lungo circa 20 cm, per fissarlo si consiglia di fare un nodo dall'interno della custodia del PA.

Successivamente, la scheda viene inserita nella scanalatura del case e vengono contrassegnati i fori per le viti per il fissaggio di transistor e microcircuiti. I fori vengono realizzati con un trapano del diametro di 3,6 mm, quindi vengono svasati per l'installazione di viti "a testa incassata". Potenti FET, diodi e microcircuiti di uscita del PA sono fissati alla custodia (foto in Fig. 7) con viti M3 attraverso distanziatori isolanti in mica utilizzando inserti isolanti per le viti. Le guarnizioni per microcircuiti devono essere imbrattate con pasta termica, ad esempio KPT-8.

Riso. 7. Montaggio della scheda con parti

Quindi, i connettori di uscita X4 sono installati sulle pareti di plastica della custodia e ad essi sono collegati i fili corrispondenti dal circuito stampato (foto in Fig. 8). Successivamente, collegare i cavi di segnale ai connettori sul pannello dell'amplificatore (foto in Fig. 9) e controllare ancora una volta il funzionamento del sistema nel suo complesso; se tutto è in ordine, è consigliabile incollare i fili sui connettori di uscita e sul connettore XP / S1, condensatori generali e trasformatore con colla a caldo, poiché funzioneranno in condizioni di vibrazione. Quindi il corpo è assemblato completamente.

Riso. 8. Montaggio della scheda con parti

Riso. 9. Collegamento dei cavi di segnale

Prima dell'installazione in un'auto, è consigliabile far funzionare l'amplificatore per diverse decine di ore per verificarne l'affidabilità.

Il collegamento elettrico direttamente in vettura deve essere effettuato con fili di sezione minima di 2,5 mm² il più breve possibile (Fig. 10). È necessario collegarli ai terminali della batteria tramite un fusibile da 15 ... 20 A, portare entrambi i fili all'amplificatore dai terminali positivo e negativo. Spesso, a causa del cablaggio di scarsa qualità in un'auto, per evitare interferenze, è necessario far passare i cavi dalla batteria e alla radio.

Riso. 10. Collegamento elettrico

A causa delle ridotte dimensioni della custodia (area del dissipatore di calore di circa 400 mm²) durante il funzionamento, il PA si riscalda fino a 40...50 ^оC. Questa è la temperatura normale per l'amplificazione delle apparecchiature, se viene fornita la circolazione dell'aria durante l'installazione del dispositivo nella cabina.

Nell'uso reale in un'auto, si può notare un miglioramento significativo del suono del sistema e della facilità di posizionamento. Anche durante il funzionamento a lungo termine alla massima potenza per gli altoparlanti Focal polyglass V1, la temperatura della custodia PA non supera i 60 °C. Naturalmente, non ci si dovrebbe aspettare miracoli da un simile amplificatore, ma si può sicuramente sostenere che "riprodurrà" la maggior parte dei mestieri della fascia di prezzo più bassa, pur mantenendo le caratteristiche dei microcircuiti TDA7293.

Alcuni parametri del PA sono stati controllati utilizzando il programma per computer Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA). Con una potenza di uscita di 15 W a una tensione di alimentazione di 12,6 V, la distorsione armonica nei canali è di 0,045 e 0,019% e la distorsione di intermodulazione è di 0,024 e 0,026%. Il rapporto segnale/rumore è di circa 90 dB. Contrariamente all'opinione popolare sui forum Internet, l'inclusione invertente del microcircuito (nel canale destro) ha mostrato il peggior risultato in termini di parametri misurati. L'utilizzo di un circuito tipico dalla documentazione di riferimento per il microcircuito [2] si è rivelato l'opzione migliore.

Possibili sostituzioni: il chip PN TL494 ha analoghi: YuA7500, MB3759, UPC494, IR3M02, KP1114EU4. Invece di IRF3205, è possibile installare qualsiasi moderno transistor a canale n ad effetto di campo, ad esempio IRFZ44, IRF540, BUZ111S, STP80NF06, IRF1405 per una tensione superiore a 50 V ed è consentito utilizzare solo una coppia di transistor. I transistor BC817 possono essere sostituiti dai transistor 2N5550S, MMBT100, MMBT2222, 2SD1484 e BC807 dai transistor 2STR2160, BCX17, MMBT591, PMBT2907. Il transistor BCX51 sostituisce BCX52, BCX53, 2SB1027, 2SB1313, SB1123U. Se necessario, la selezione dei tipi di transistor può essere effettuata secondo il libro di riferimento [3]. Due gruppi diodi VD7, VD8, progettati per una corrente continua di almeno 3 A e una tensione superiore a 80 V, possono essere sostituiti da quattro diodi FR302-FR304, UF5404, RGP25G.

Sulla fig. 11 sono riportati i disegni di layout dei pannelli anteriore e posteriore dell'unità PA per gli elementi e le unità di commutazione utilizzate dall'autore.

Riso. 11. Disegni di markup dei pannelli anteriore e posteriore dell'unità PA per elementi e nodi di commutazione

Letteratura

1. Raccolta di programmi di Vladimir Denisenko per il calcolo di trasformatori e induttanze. - .
2. Scheda tecnica TDA7293. - .
3. transistor bipolari. Caratteristiche tipiche. Directory. - .

Autore: Yu Ignatiev, Ivano-Frankivsk

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