Шим контроллер с обратной связью по напряжению

↑ Введение

Усилитель MF1 — давно обещанный результат моей разработки в области токового управления — инвертирующий полу-ИТУН с F-образной гибридной ООС. Включает в себя как ОС по напряжению, так и по току. Ураганное, чистое и динамичное звучание. Основа — популярная микросхема TDA7294 или любая из семейства, однако схемотехника может использоваться и с любой другой.

— Ураганное, динамичное и собранное звучание— Полный контроль работы динамика— Уникальная схемотехника, сочетающая в себе лучшие веяния в достижении живого звучания— Схемотехническая надежность даже в самых экстремальных режимах— Доступность к повторению. Основа — популярная ИМС TDA729x— Уникальная топология печатной платы, позволяющая собрать не менее 4 разных вариантов усилителей, не меняя разводки.— Учтены все требования даже самых придирчивых критиков-аудиофилов.

TDA7294 — 100 В, 100 Вт DMOS усилитель звука с отключением звука и режимом ожидания

TDA7294 — это монолитная интегральная схема в корпусе Multiwatt15, предназначенная для использования в качестве усилителя аудио класса AB в полевых Hi-Fi приложениях (домашняя стереосистема, динамики с автономным питанием, Topclass TV). Благодаря широкому диапазону напряжений и возможности высокого выходного тока он способен подавать самую высокую мощность как на нагрузки 4 Ом, так и на 8 Ом даже при плохой регулировке питания с подавлением высокого напряжения питания.

Встроенная функция отключения звука с задержкой включения упрощает удаленное управление, избегая шумов при включении и выключении.

Основные характеристики

• ТЕПЛОВОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ
• ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
• ОЧЕНЬ НИЗКОЕ ИСКАЖЕНИЕ
• БЕЗ ЯЧЕЕК БУШЕРО
• ОЧЕНЬ ВЫСОКИЙ ДИАПАЗОН РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (± 40 В)
• ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ (ДО 100 Вт МУЗЫКАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ)
• СТУПЕНЬ ПИТАНИЯ DMOS
• NO SWITCH ON / OFF NOISE
• ОЧЕНЬ НИЗКИЙ ШУМ
• ФУНКЦИИ ОТКЛЮЧЕНИЯ / РЕЖИМА ОЖИДАНИЯ

Идеальный операционный усилитель и его свойства

Так как наш мир не является идеальным, так и идеальных операционных усилителей не существует. Однако параметры современных ОУ находятся на достаточно высоком уровне, поэтому анализ схем с идеальными ОУ даёт результаты, очень близкие к реальным усилителям.

Для понимания работы схем с операционными усилителями вводится ряд допущений, которые приводят реальные операционные усилители к идеальным усилителям. Таких допущений всего пять:

1. Ток, протекающий через входы ОУ, принимается равным нулю.
2. Коэффициент усиления ОУ принимается бесконечно большим, то есть выходное напряжение усилителя может достичь любых значений, однако в реальность ограничено напряжением питания.
3. Разность напряжений между входами идеального ОУ равна нулю, то есть если один из выводов соединён с землёй, то и второй вывод имеет такой же потенциал. Отсюда также следует, что входное сопротивление идеального усилителя бесконечно.
4. Выходное сопротивление идеального ОУ равно нулю.
5. Амплитудно-частотная характеристика идеального ОУ является плоской, то есть коэффициент усиления не зависит от частоты входного сигнала.

Близость параметров реального операционного усилителя к идеальным определяет точность, с которой может работать данный ОУ, а также выяснить ценность конкретного операционного усилителя, быстро и правильно сделать выбор подходящего ОУ.

Исходя из вышеописанных допущений, появляется возможность проанализировать и вывести соотношения для основных схем включения операционного усилителя.

Усилитель с фильтром для сабвуфера — простая схема

Вещь, о которой мы сейчас расскажем, как понятно из названия статьи, является самодельным усилителем для сабвуфера, в народе называемом «Саб». Устройство имеет активный фильтр НЧ, построенный на операционных усилителях, и сумматор, обеспечивающий ввод сигнала с выхода стерео.

Поскольку сигнал для схемы берется с выходов на акустические системы, нет необходимости вмешательства в работающий усилитель. Получение сигнала с динамиков имеет еще одно преимущество, а именно — позволяет сохранить постоянное соотношение громкости сабвуфера к стереосистеме.

Естественно, усиление канала сабвуфера можно регулировать с помощью потенциометра. После отфильтровывания высоких частот и выделения низких (20-150 Гц), звуковой сигнал усиливается с помощью микросхемы TDA2030 или TDA2040, TDA2050. Это дает возможность настройки выходной мощности басов по своему вкусу. В этом проекте успешно работает любой динамик НЧ с мощностью более 50 Ватт на сабвуфер.

Схема принципиальная ФНЧ и УМЗЧ сабвуфера

Описание работы схемы усилителя

Стерео сигнал подается на разъем In через C1 (100nF) и R1 (2,2 М) на первом канале и C2 (100nF) и R2 (2,2 М), в другом канале. Затем он поступает на вход операционного усилителя U1A (TL074).

Потенциометром P1 (220k), работающем в цепи обратной связи усилителя U1A, выполняется регулировка усиления всей системы. Далее сигнал подается на фильтр второго порядка с элементами U1B (TL074), R3 (68k), R4 (150к), C3 (22nF) и C4 (4,7 nF), который работает как фильтр Баттерворта.

Через цепь C5 (220nF), R5 (100k) сигнал поступает на повторитель U1C, а затем через C6 (10uF) на вход усилителя U2 (TDA2030).

2 uF) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования спектральной характеристики усилителя. Резистор R12 (1R) вместе с конденсатором C9 (100nF) формируют характеристику на выходе.

Конденсатор C10 (2200uF) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик и вместе с сопротивлением динамика определяет нижнюю граничную частоту всего усилителя.

Полезное:  Электрозажигалка для сигарет своими руками

Защитные диоды D1 (1N4007) и D2 (1N4007) предотвращают появление всплесков напряжений, которые могут возникнуть в катушке динамика. Напряжение питания, в пределах 18-30 В подается на разъем Zas, конденсатор C11 (1000 — 4700uF) — основной фильтрующий конденсатор (не экономьте на его ёмкости).

Стабилизатор U3 (78L15) вместе с конденсаторами C12 (100nF), C15 (100uF) и C16 (100nF) обеспечивает подачу напряжения питания 15 В на микросхему U1.

Элементы R13 (10k), R14 (10k) и конденсаторы C13 (100uF), C14 (100nF) образуют делитель напряжения для операционных усилителей, формируя половину напряжения питания.

Сборка сабвуфера

Вся система паяется на печатной плате. Монтаж следует начинать от впайки двух перемычек. Порядок установки остальных элементов любой. В самом конце следует впаивать конденсатор C11 потому что он должен быть установлен лежа (нужно согнуть соответствующим образом ножки).

Плата печатная для устройства

Входной сигнал должен быть подключен к разъему In с помощью скрученных проводов (витой пары). Микросхему U2 обязательно необходимо оснастить радиатором большого размера.

Схему следует питать от трансформатора через выпрямительный диодный мост, фильтрующий конденсатор стоит уже на плате. Трансформатор должен иметь вторичное напряжение в пределах 16 — 20 В, но чтобы после выпрямления оно не превышало 30 В. К выходу следует подключить сабвуфер с хорошими параметрами — от головки очень многое зависит.

Усилитель для домашнего сабвуфера своими руками

2– 5,00 Загрузка…

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Аналоги

Какая микросхема лучше для усилителя звука tda7294 или tda7293? Данный вопрос встречается часто при поиске аналогов, так как эти две TDA можно назвать взаимозаменяемыми (главное условие – питания схемы не более 40 В). Основные параметры у них особо ничем не отличаются.

Вместе с тем, tda7293 имеет чуть лучше характеристики по максимальному питающему напряжению и выходной мощности. В ней доработаны функции вольтодобавки и клип-детектора. Реализована возможность параллельного соединения для умощнения. Но, несмотря на эти плюсы, некоторые радиолюбители считают её более глючной и менее надёжной в использовании.

Подключение

В зависимости от комплектации и оборудования можно выбрать следующие схемы подключения.

С контроллером DC-заряда

Суть схемы в подзарядке АКБ через МРРТ-контроллер. Здесь применяется преобразователь, который поддерживает передачу энергии в сеть или нагрузку, если Uакб больше установленного параметра.

Преимущество решения состоит в эффективности применения альтернативной энергии при частых включениях / выключениях.

Второй момент — возможность подключения солнечной батареи после разряда АКБ.

С преобразователем сетевого или гибридного типа

Здесь на выводах АКБ инвертора смонтирован преобразователь сетевого типа. При этом оба конвертора подключены к разным солнечным источникам питания.

Преобразователь гибридного типа поводится к фотоэлектрическому элементу для заряда АКБ, а сетевой объединяется с главным модулем солнечной батареи.

Особенности:

• необходимость регулировки сетевого инвертора;
• бесперебойность питания вне зависимости от напряжения сети;
• заряд АКБ с выводов;
• работа аккумуляторов по буферному принципу, что продлевает срок их действия.

Общая мощность сетевого устройства должна быть меньше мощности гибридного девайса. В таком случае проще утилизировать электричество от солнечных панелей при разрядке АКБ и выключении питания.

Общие моменты:

1. Длина проводов для постоянного тока не должна быть больше трех метров. Если это необходимо, лучше увеличить соединение АС.
2. Оптимальная установка инвертора — на уровне глаз. Так лучше видны данные с экрана.
3. Устройство нельзя устанавливать в коробке, изготовленной из горючих изделий.

Расчет уставок автоматического регулятора напряжения трансформаторов

Осуществление подбора уставок регулировки по напряжению происходит, сообразуюсь с режимом нагрузок по минимуму, где значение шинного напряжения и близлежащих потребительских линий не должна превышать 1,5 Uном.

При работе, для осуществления встречного регулирования, производится  коррекция величины напряжения, согласно значению тока нагрузки на отходящих линиях. Падение напряжения в линии электропередачи определяется замером от точки замера  измерительного трансформатора напряжения (НТМИ), от которого запитан регулятор и местом подключения нагрузки потребителя с заданным неизменяемым значением напряжения.

Это напряжение необходимо разделить на коэффициент трансформации ТН. После чего полученное значение напряжения применяется для установки первой уставки напряжения на первой шкале и на второй шкале для второй уставки.

Если значение не превышает 1,05 Uном, расположенных поблизости потребителей, уставка изменяется и напряжение снова проверяется исходя из корректировочных значений.

Система программного регулирования осуществляет действия по двухступенчатому графику, это может быть суточный график, где уставки равны режимам максимальной и минимальной нагрузки, и недельный график, где во внимание принимается режим выходного дня со своими уставками

Рис. № 6. Суточный график 1) без проведения регулирования, 2) с проведением одноступенчатого регулирования напряжения, производится утром и вечером.

Таким образом, режим коррекции, который представляет собой длительную и кропотливую работу по определению выбора уставок удается избежать.

↑ Звучание усилителя MF1

О звучании отдельно было написано во вступительном слове статьи, однако следует поделиться и более конкретными ощущениями от прослушивания. Первое слово, которое приходит на ум при прослушивании — ураганное звучание. Это, пожалуй, наиболее точное слово. Усилитель без проблем переваривает сложнейший в плане динамики материал. Играет стремительно и неудержимо, но при этом достаточно деликатно.

Сразу всплывает вопрос — а вообще куда делось замыленное электронное звучание TDA7294? Отдача баса просто изумительна. Он, правда, не столь глубок и раскатист, как, скажем у Quad 405 или ламповиков, зато проработка и атака просто поразительны — как выстрел, ни малейшей задержки, ни малейшего намека на затягивание фронта.

Вокал наконец прослушивается открыто и приятно, заполняя звуком все пространство. Вообще вокал и высокие частоты — конек токового управления. Переданы все нюансы и полутона, не упущена ни одна деталь, отклик АС скомпенсирован, поэтому также исчезает весь сопутствующий шум и грязь, и музыка передается в кристальном, первозданном виде.

↑ Пройдемся по моим любимым тестовым композициям:

Alegria (Toyota business car) — сочная металлическая электроника, вокал энергичный, нет характерной хрипотцы, которую, как правило, передают низкокачественные УМЗЧ. Вокал звучит завораживающе, вызывая характерные мурашки по спине.

Away From Me (Evanescence) — уже первые ноты говорят о качестве проработки сверхнизких частот, вступление накрывает волной, из которой вдруг материализуется пронзительно-наполненный вокал, каким ему и положено быть.

Yeah! (Usher) — сабвуфер на 75ГДН, на который нагружен усилитель для этого трэка, вдруг взрывается сочными реперскими ударами. Почему-то начинают звенеть стекла в книжной полке и что-то покрытое толстым слоем пыли на шкафу.

Eternal (Evanescence) — характерный тест на передачу нюансов средне-высокочастотного спектра. Четко слышен звук каждой отдельной капли дождя, капли, падающие на землю легко отличимы от тех, что падают на металлическую крышу. Только что цвет крыши непонятен.

Шествие Гномов (Григ) — отлично раскрывает динамический диапазон. В трэке как минимум 3 основных уровня громкости. Усилитель перескакивает с оного на другой с такой стремительностью, что не верится, что слушаешь одну и ту же композицию. Настолько вкрадчивое, на пределе слышимости вступление далеко от сочной шумовой атаки, следующей за ним.

Инвертирующий усилитель с однополярным питанием

В некоторых случаях нам даже иногда нужно переместить нулевой уровень на более высокий «пьедестал», чтобы мы могли полностью усиливать сигнал, если дело касается однополярного питания. Работать с однополярным питанием всегда проще и удобнее, чем с двухполярным. Поэтому, в этом случае надо поднять нулевой уровень на некоторый пьедестал, чтобы полностью усиливать переменный сигнал. То есть добавить постоянную составляющую в сигнал. В этом случае схема примет чуть-чуть другой вид:

Как можно увидеть, сейчас мы питаем наш ОУ однополярным питанием. Что будет, если мы НЕинвертирующий выход посадим на землю?

То есть мы получили базовую схему инвертирующего усилителя, но только с однополярным питанием. Давайте ппросимулируем такую схему. Коэффициент усиления в данном случае будет равен-10, так как мы взяли соотношение резисторов 10 килоом и 1 килоом. Загоняю на вход сигнал амплитудой в 1 В.

Что имеем в итоге на виртуальном осциллографе?

Как вы видите, в этом случае усиленная полуволна сигнала вырезается полностью. Оно и понятно, так как напряжение питания у нас однополярное и проломить «пол» нулевого потенциала невозможно. Но можно сделать одну хитрость: поднять «уровень пола» и дать сигналу место для размаха.

В этом случае нам надо добавить U_см , для того, чтобы поднять сигнал над уровнем «пола». Но не все так просто, дорогие друзья!

Здесь уже будет использоваться более хитрая формула, а не просто вольтдобавка. Приблизительная формула выглядит вот так:

Итак, мы хотим усилить наш сигнал полностью без среза. Какое же должно быть значение U_вых ? Оно должно иметь значение половины U_пит , чтобы сигнал ходил туда-сюда без срезов. Но также надо учитывать и коэффициент усиления, иначе получится насыщение выхода, о чем мы писали выше.

В нашем случае мы хотим увеличить сигнал амплитудой в 1 В в 10 раз. То есть U_пит должно быть как минимум 20 Вольт. Так как ОУ поддерживают однополярное питание до 32 В, то давайте для красоты выставим U_пит = 30 В. Рассчитываем U_см :

Проверяем симуляцию, все ок!

Как здесь можно увидеть, желтый выходной сигнал поднялся над нулевым уровнем и усилился без искажений. В данном случае желтый сигнал — это сумма постоянного напряжения и переменного синусоидального сигнала.

То есть получилось что-то типа вот этого:

Хорошо это или плохо, когда в переменном сигнале есть постоянная составляющая, то есть постоянное напряжение? В некоторых случаях это плохо, потому как такой сигнал трудно использовать, и поэтому чаще всего его прогоняют через конденсатор, так как он пропускает через себя только переменный ток и блокирует прохождение постоянного тока. А еще лучше поставить фильтр из , с помощью которого можно отсекать лишние частоты.

↑ Идея? Целая идеология!

Хочу начать с того, что сама идея данного усилителя пришла ко мне далеко не спонтанно. Скорее она стала результатом анализа наиболее интересных в плане звучания схемотехнических решений, существующих на сей день. Сразу оговорюсь, по результатам сборки множества схем, я для себя вывел собственную философию в конструкциях звукоусиления.

Во-первых, я не гонюсь за линейностью. Иногда даже нарочно ее избегаю. Во-вторых, мне не нравится идеально точный, стерильный, выхолощенный звук. Намного интереснее создавать усилители с характером, звучание которых приятно и узнаваемо с первых нот. Четные гармоники? Пусть! Неидеально ровная АЧХ? Плевать. Главное — чтобы нравилось.

Увы, такой подход приходится где-то урезать, если хочешь быть услышанным широкой общественностью. Схемотехника усилителя, предлагаемого в данной статье, призвана примирить множество разнообразных групп убежденных сторонников того или иного подхода.

↑ Итак, рассмотрим постулаты современного виденья схемотехники бюджетных несложных УМЗЧ.

И, что самое интересное, при всем при этом схема должна быть проста для сборки широким кругом радиолюбителей. Честно говоря, меня поначалу пугала перспектива объединить все требование воедино, не наворочив при этом сложных повторителей, компенсаторов и критических цепей.

Но чем дольше размышлял, тем реальнее казалась эта идея. Оформилась она в следующую мыслеформу — новый УМ должен сочетать в себе как ООС по току, так и по напряжению. Чистая ООС по току недопустима, т. к. резко сужает выбор используемых АС, но и отказываться от нее не стоит. Коэффициент усиления должен быть не прямо пропорционален сопротивлению нагрузки, а, скажем, пропорционален корню из импеданса. При этом схема должна быть, несомненно, инвертирующей, с достаточно высоким (насколько это реально) входным сопротивлением. Не стоит забывать и об источнике сигнала. К нему не должно предъявляться каких-либо особых требований.

Налаживание

При исправных элементах усилитель начинает работать сразу. В настройке нуждается только блок питания. Поэтому монтаж и настройку целесообразно проводить в два этапа следующим образом.

На печатной плате устанавливают только элементы блока питания (детали усилителя не впаивают). Далее выпаивают резистор Б14 и между общим проводом и положительным выходом блока питания подключают эквивалент нагрузки — проволочный резистор сопротивлением 6…7 Ом мощностью не менее 100 Вт. После включения питания замеряют напряжение на этом резисторе, оно должно находиться в пределах 26..28 В.

Далее сопротивление нагрузки увеличивают до 50 Ом. Вращением движка подстроечного резистора R13 добиваются такого же выходного напряжения блока питания, как и при 100-вагтной нагрузке. Затем R14 впаивают, а R12 выпаивают Настройка второй цепи стабилизации аналогична. По окончании настройки впаивают резистор R12.

Затем монтируют детали УМЗЧ и проверяют работоспособность устройства в сборе на эквиваленты нагрузки от генератора звуковой частоты. Устройство автоматического включения усилителя (см рис. 4) в настройке не нуждается, но если преобразователь запускается и при отсутствии входных сигналов, то уменьшают сопротивление R21 до значения, при котором напряжение на коллекторе УТ1 находится в интервале 6…6,5 В.

А. Колганов, г. Калуга. Р2001, 7.

Литература:

1. Шихатов А. Автозвук устанавливаем сами. — Р2000, 1.
2. Сырицо А. УМЗЧ на микросхеме TDA7294 — Р2000, 5.
3. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение.

Назначение выводов микросхемы

А теперь более подробно о том, какие выводы имеются у TDA7294. Первая ножка — это «сигнальная земля», соединяется с общим проводом всей конструкции. Выводы «2» и «3» — инвертирующий и неинвертирующий входы соответственно. «4» вывод также является «сигнальной землей», соединенной с общим проводом. Пятая ножка в усилителях звуковой частоты не используется. «6» ножка – это вольт-добавка, к ней подключается электролитический конденсатор. «7» и «8» выводы — плюс и минус питания входных каскадов соответственно. Ножка «9» — режим ожидания, используется в блоке управления.

Аналогично: «10» ножка – режим приглушения, также применяется при конструировании блока управления усилителя. «11» и «12» выводы не используются в конструкции усилителей звуковой частоты. С «14» вывода снимается выходной сигнал и подается на акустическую систему. «13» и «15» выводы микросхемы — это «+» и «–» для подключения питания выходного каскада. На микросхеме TDA7294 схема усилителя для сабвуфера ничем не отличается от предложенных в статье, дополняется она только фильтром низких частот, который соединяется со входом.