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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sistema di diffusione sonora portatile con alimentatore universale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor In alcuni casi, l'uso di un megafono per l'amplificazione del suono non è chiaramente sufficiente a causa delle sue capacità limitate e della bassa qualità, e l'utilizzo di un sistema audio con una console di missaggio è chiaramente eccessivo. In questi casi, il sistema di amplificazione del suono descritto con un numero di interessanti vantaggi operativi saranno utili. Per un sistema di amplificazione sonoro destinato a lavori itineranti (riunioni, conferenze, ecc.), non è necessario disporre di maggiore potenza. Le dimensioni e il peso sono più importanti, così come la possibilità di essere alimentato sia da rete che da batterie. L'esperienza dimostra che nella maggior parte dei casi, per il normale funzionamento, è sufficiente avere una potenza di uscita di un amplificatore a due canali di 20 W per canale. Gli altoparlanti ad alta sensibilità (rinculo) con una potenza di uscita UMZCH di 20 W possono suonare in spazi aperti a una distanza massima di 100 m. Ora sono in vendita molti microcircuiti che consentono di assemblare un UMZCH a due canali con una potenza di uscita fino a 22 W per canale (TDA1556Q, TDA1554Q, TDA1555Q, TDA1558Q) o 40 W (TDA8560Q, TDA8563Q) con un numero limitato di elementi allegati. Sono progettati per una tensione di alimentazione di 14 V e possono essere alimentati dalla batteria dell'auto. Tutti i tipi di circuiti di protezione rendono questi microcircuiti affidabili durante il funzionamento e solo i picchi di tensione di alimentazione possono portare al loro guasto. Poiché la tensione di rete nelle zone rurali è molto instabile e si spegne anche semplicemente, è consigliabile che tali amplificatori abbiano un'alimentazione universale: dalla rete e dalla batteria. La bassa potenza dell'amplificatore consente di scegliere un trasformatore di rete relativamente leggero e di funzionare non solo con la batteria dell'auto, ma anche con una piccola batteria sigillata da 152 Ah (65x98x7 mm). La corrente media consumata dall'amplificatore è di circa 1 A e tale batteria fornisce diverse ore di funzionamento autonomo dell'apparecchiatura. È improbabile che l'attrezzatura sia leggera, ma è del tutto possibile montare tutto tranne gli altoparlanti in una custodia normale. Sulla fig. 1, viene mostrato uno schema di una delle opzioni dell'amplificatore.
Una caratteristica speciale del chip TDA1555Q è la presenza di un rilevatore di distorsione, che funziona come segue. Quando la distorsione all'uscita dell'amplificatore supera il 2...5%, sul pin 15 appare una tensione di circa 24 mV. Poiché a un livello del segnale di ingresso di soli 2 dB superiore al valore consentito, la distorsione di uscita supera il 20%, la sua entità può essere limitata utilizzando la tensione proveniente dal rilevatore di distorsione per un partitore di tensione regolabile controllato elettronicamente sul transistor ad effetto di campo VT1. Per ottenere una tensione di controllo sufficiente, il modo più semplice è utilizzare un comparatore basato su un amplificatore operazionale con alimentazione “unipolare”, cioè con la tensione di uscita più bassa, vicina alla tensione di alimentazione negativa. Adatti, ad esempio, sono i chip operazionali LM358N o LM324N. Per l'opzione quad-amp operazionale, due di essi possono essere utilizzati nel circuito AGC e il resto può essere utilizzato nelle fasi preliminari: un blocco di toni, un filtro passa-banda o un amplificatore per microfono. Naturalmente, un normale autoregolatore può fornire una qualità del suono più elevata, ma quando si utilizzano sistemi di altoparlanti diversi, la loro impedenza nominale può essere 2, 4 o 8 ohm. In questi casi, il valore consentito della tensione di uscita cambia di conseguenza. Di solito, gli amplificatori di potenza per questi casi sono dotati di indicatori di sovraccarico e qui, contemporaneamente all'indicazione, il livello di distorsione è limitato. La catena R37C31 è progettata per eliminare i clic quando l'amplificatore è acceso. Il chip TDA8560Q più potente (Fig. 1b) ha una speciale "uscita di tensione diagnostica" (pin 12); è collegato alla tensione di alimentazione tramite una resistenza da 10 kOhm. Quando l'ampiezza del segnale di uscita è limitata o quando c'è un cortocircuito all'uscita del microcircuito, la tensione sul pin 12 diminuisce a 0,6 V. Questa variazione di tensione può essere utilizzata per controllare il divisore collegando il circuito di polarizzazione mostrato in lo schema di tre resistori e un diodo KD522B con il gate di un transistor ad effetto di campo di tipo VT1 KP103K o KP103M. In questo caso non è necessario il comparatore DA2.4 e la chiave elettronica su VT2. E se non è necessario un amplificatore operazionale con alimentatore "unipolare", è possibile fornire una qualità del suono più elevata con amplificatori operazionali quadrupli K1401UD4, TL084, TL074, LF444 e chip simili. Naturalmente, il transistor ad effetto di campo introduce anche alcune distorsioni non lineari a livelli di segnale elevati, ma il loro livello e il loro spettro sono significativamente inferiori a quelli che si verificano a seguito del ritaglio. Qualcosa sull'amplificatore del microfono. L'esperienza dimostra che le interferenze esterne causano molti più problemi del rumore intrinseco dei microcircuiti e dei transistor dell'amplificatore. Si possono ottenere buoni risultati installando un trasformatore in ingresso o utilizzando un amplificatore da strumentazione con ingresso differenziale e guadagno regolabile con un singolo resistore. Il microcircuito K548UN1A viene utilizzato abbastanza spesso negli amplificatori microfonici delle apparecchiature domestiche; Qui proponiamo la possibilità di utilizzarlo in un amplificatore per strumentazione. Le misurazioni dei parametri del prototipo con l'amplificatore operazionale K140UD6 (invece di DA2.1) con un'alimentazione bipolare di ±12 V hanno mostrato che le distorsioni non lineari sono inferiori allo 0,1% e il rumore integrale è al livello di -65 dB . L'headroom di sovraccarico è di 34 dB. Dimezzando la tensione di alimentazione si riduce corrispondentemente la capacità di sovraccarico, ma se non è necessario utilizzare la batteria è possibile utilizzare l'alimentazione bipolare e, se necessario, realizzare una fonte di alimentazione “fantasma” +48 V (alimentazione tramite segnale cavi) per alimentare microfoni a condensatore di alta qualità. Di solito, a causa del loro costo elevato e della paura degli urti e dell'umidità, si cerca di non utilizzare tali microfoni per il lavoro sul campo, ma in condizioni stazionarie tale possibilità non è affatto inutile [1]. Il controllo del tono nell'amplificatore è realizzato utilizzando un amplificatore operazionale (DA2.2). Potrebbe essere necessario modificare la risposta in frequenza del percorso quando si utilizzano diversi tipi di microfoni o per correggere il timbro della voce o a causa della situazione acustica nella sala. Per l'amplificazione del suono durante una conferenza o una riunione non è necessario un segnale stereo; entrambi i canali PA funzionano in parallelo da una sorgente e quando un segnale (possibilmente stereofonico) viene fornito da un lettore CD o un registratore all'ingresso dell'amplificatore, il canale del microfono viene disattivato dai contatti del connettore di ingresso X2. L'alimentazione del sistema descritto è alquanto insolita. Quando la tensione di rete viene ridotta, se nell'unità non è presente uno stabilizzatore di tensione, non accade nulla di pericoloso, diminuisce solo la potenza di uscita massima del PA, ma un forte aumento della tensione può portare al guasto del microcircuito, poiché la tensione di alimentazione consentita di alcuni di essi è limitato a 18 V e le sovratensioni superiori a 250 e persino 270 V sono pericolose per un trasformatore di rete! Di solito non vuoi portare con te stabilizzatori esterni e non sempre possono salvare la situazione. Spesso un dispositivo di protezione da sovratensione si limita a spegnere l'apparecchiatura, senza garantire l'affidabilità dell'evento. La difficoltà di proteggere un trasformatore è che l'amplificatore funziona in modalità AB e il suo consumo di corrente varia decine di volte, quindi non è possibile proteggerlo semplicemente accendendo un resistore di spegnimento. Il circuito di alimentazione è mostrato in fig. 2.
Il trasformatore T1 differisce dal solito solo per il fatto che nell'avvolgimento primario è introdotta una sezione aggiuntiva con un numero di spire pari al 10% dell'avvolgimento principale (per una tensione di 220 V); si collega ai contatti del relè K1. Il relè 851N-1S-S (la corrente attraverso l'avvolgimento è di circa 28 mA a una tensione di 12 V) funziona in modo affidabile da 8,5 V a una corrente inferiore a 20 mA. I suoi contatti sono progettati per commutare una tensione alternata di 250 V con una corrente fino a 7 A. L'avvolgimento secondario del trasformatore T1 deve fornire una tensione raddrizzata di 21...22 V. Una certa riserva di tensione compensa eventuali cadute di tensione in il network. La rettifica a onda intera da due avvolgimenti è stata scelta perché è più difficile avvolgere un avvolgimento di un trasformatore toroidale con un filo con una sezione trasversale superiore a 1 mm2 rispetto a due con un filo più sottile. La corrente di uscita del microcircuito TDA1555Q raggiunge 4 e il TDA8560Q raggiunge 7,5 A. I dati del circuito per il trasformatore di rete T1 non vengono forniti qui, poiché ora possono essere acquistati o ordinati sui mercati radiofonici "per tutti i gusti". Per proteggere il microcircuito PA è stato introdotto uno stabilizzatore di tensione integrato DA2 con una bassa caduta di tensione. Allo stesso tempo, la tensione utilizzata per ricaricare la batteria esterna viene stabilizzata. Per visualizzare i LED di indicazione sul pannello frontale dell'amplificatore, su una scheda separata è assemblato un indicatore LED a tre livelli. Quando la tensione di rete è bassa (inferiore a 200 V), si accende il LED verde HL2. Se la tensione di rete è superiore a 200 e inferiore a 240 V, si accende il LED giallo HL1. Al superamento dei 240 V il LED rosso HL3 lampeggia. Quattro chip operazionali LM324N vengono utilizzati come comparatori (è possibile utilizzare K1401UD2, tenendo conto della differenza nella piedinatura). L'amplificatore operazionale DA1.4 viene utilizzato come "latch". Quando la tensione di rete viene aumentata, il relè K1 viene attivato e la tensione diminuisce immediatamente del 10%, ovvero la soglia del valore consentito aumenta a circa 270 V. Per evitare "rimbalzi" questo "latch" viene attivato; il relè rimarrà acceso anche se la tensione di rete diminuisce fino allo spegnimento dell'amplificatore. Se la tensione scende così tanto da accendere il LED verde (HL2), è necessario spegnere e riaccendere l'amplificatore senza temere per la sua sicurezza. Il connettore X7 consente di collegare una batteria esterna. La tensione per la ricarica viene rimossa dal pin 3 e la tensione dalla batteria esterna viene fornita al pin 5. Dalla batteria dell'auto dalla presa dell'accendisigari è possibile fornire tensione al connettore X7 tramite un cavo, il cui schema è mostrato in Fig. 1, c. L'alimentatore dispone di un ulteriore connettore X6 (“+Su”) per l'alimentazione del ricevitore radiomicrofono. In genere, i ricevitori del sistema wireless sono collegati alla rete tramite un adattatore di rete e, se alimentati da una batteria, questa è l'unica connessione possibile. Il pacco batteria è remoto, poiché non è sempre necessario. Inoltre, con il suo aiuto è possibile ricaricare la batteria remota dalla rete di bordo del veicolo durante la guida. Il pacco batteria (Fig. 3) contiene un caricabatterie con il proprio indicatore LED di tensione. Questo indicatore LED è molto simile a quello utilizzato nell'alimentatore. Quando la tensione è inferiore a 11,5V si accende il LED HL5 lampeggiante. Se la tensione è superiore a 11,5 V e inferiore a 12,2 V, il LED rosso HL4 è acceso e se la tensione è compresa nell'intervallo 12,2...13,4 V, il LED giallo HL3 è acceso. LED HL2 - bicolore. Mentre la batteria è in carica, si illumina di rosso e quanto più intensa è la corrente di carica. Quando la batteria è completamente carica, il LED verde si accende, indicando la necessità di interrompere la ricarica.
Per ricaricare una batteria remota dalla rete di bordo dell'auto, uno stabilizzatore di corrente sui microcircuiti, anche con una piccola caduta di tensione, si è rivelato inaccettabile. Ma l'uso del limitatore di corrente più semplice sul transistor KT837K (con qualsiasi indice di lettere) o KT818A si è rivelato abbastanza efficace. La corrente di carica della batteria è limitata selezionando il resistore R2 e la tensione più alta fornita dall'uscita dell'alimentatore è impostata dal resistore di regolazione R14 (vedere Fig. 2). Per controllare la tensione della batteria quando l'unità è spenta, è possibile utilizzare il pulsante SB2 senza fissaggio ("Control") per accendere l'indicatore. Se l'amplificatore è alimentato dall'unità e l'interruttore SB1 è acceso, l'indicatore è collegato in modo permanente. Per proteggere la batteria remota da cortocircuiti accidentali, nel circuito di carico è installato un fusibile autoripristinante tipo MF - R400 D141S per una corrente di 4 A. Il superamento di questa corrente porta ad un forte aumento della resistenza del fusibile. Dopo aver eliminato il cortocircuito e ripristinato la normale temperatura del fusibile, la sua conduttività viene ripristinata. Come stabilizzatore DA3 integrato nell'alimentatore (vedi Fig. 2), puoi utilizzare un analogo proprietario - SD1083, e per lo stabilizzatore DA3 in un amplificatore puoi anche consigliare KR1158EN12V. Nell'amplificatore, il microcircuito K548UN1A può essere sostituito con un analogico - LM381. Si consiglia di utilizzare un LED che lampeggia quando la tensione di alimentazione è bassa come indicatore LED HL5. Quando si utilizza un pacco batteria esterno è necessario dotarlo dei cavi per il collegamento alla rete elettrica e all'accendisigari dell'auto. Non ha senso proporre un progetto specifico per un sistema di amplificazione del suono, poiché è determinato dai compiti e dallo stile dello sviluppatore. A quanto pare, è consigliabile posizionare un sistema di amplificazione audio portatile in una custodia e, quando si costruisce una versione fissa, è meglio attenersi alle dimensioni di un rack standard da 19". Quando si utilizza un microcircuito UMZCH più potente (TDA8560Q), è possibile avrà bisogno di un trasformatore di rete di circa 150 W, mentre per il TDA1555Q sono sufficienti 75 W. La forma e le dimensioni degli indicatori LED, l'uso di pulsanti o interruttori a levetta sono determinati solo dalla disponibilità dei componenti e dalle proprie preferenze. Si consiglia di realizzare un sistema acustico da due altoparlanti, utilizzando testine leggere domestiche o importate con una sensibilità di almeno 92 dB, mentre è sufficiente limitare la banda di riproduzione del suono dal basso ad una frequenza di 100 Hz, e dall'alto a 8...10kHz. Gli alloggiamenti sono realizzati in fibra di legno e polistirolo espanso. Design e progettazione acustica (scatola aperta o bass reflex) - secondo il gusto dello sviluppatore. È meglio rifinire la superficie delle custodie utilizzando similpelle e proteggere gli angoli delle custodie con angoli in metallo. Le testate sono protette con rete metallica verniciata con vernice decorativa. Quando si realizzano altoparlanti da più testine dello stesso tipo (con una connessione in serie parallela di bobine mobili), vengono posizionati verticalmente per ottenere uno schema polare più nitido sul piano verticale e aumentare l'efficienza acustica. È preferibile posizionare i terminali degli altoparlanti (staccabili) nella parte inferiore dell'alloggiamento per aumentare la stabilità dell'alloggiamento in caso di strappo accidentale del cavo di collegamento. Questo sistema di amplificazione sonora può essere migliorato collegando un ricevitore radiomicrofonico all'ingresso del controllo del tono. La modifica dell'amplificatore e la fabbricazione del radiomicrofono vengono effettuate tenendo conto delle informazioni presentate in [2]. Letteratura
Autore: E.Kuznetsov, Mosca
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