În zilele noastre, nu este ușor să implementați un amplificator puternic și de calitate. În practică, întâlnim o competiție foarte mare, unde este într-adevăr o performanță de sunet de top. Acolo unde se trăiește cu adevărat o experiență muzicală de foarte bună calitate.
Scopul muncii mele a fost să creez acasă un amplificator audio de cea mai bună calitate și la prețuri accesibile. Aplicați cunoștințele teoretice dobândite în practică. Această lucrare mi-a adus multe informații noi, dar și multe contacte noi. În acest scop, am decis să construiesc un preamplificator corectiv cu o etapă de putere.
Când am proiectat dispozitivul, am însușit producția de plăci de circuite imprimate, lipirea și producția de construcții mecanice. Dispozitivul meu are performanțe foarte decente. În practică, are o aplicație largă, indiferent dacă este o sărbătoare sau un divertisment. Este, de asemenea, perfect pentru uz casnic, dar este mai mult o chestiune de a ucide un astfel de spectacol muzical în casă. Am întâmpinat o serie de probleme legate de producția dispozitivului, unde se acordă o mare atenție fiabilității, versatilității, calității și creativității dispozitivului. Prin urmare, am încercat să procesez amplificatorul audio cât mai mult posibil.
1. Amplificatoare de joasă frecvență
Nu fiecare profan cunoaște parametrii de bază ai amplificatoarelor. Așadar, aș dori să explic cel puțin cum le împărțim pe cele mai elementare. Cum se rezolvă amplificatoarele de joasă frecvență date. Și care sunt proprietățile lor. De asemenea, voi descrie avantajele și dezavantajele acestora.
Definiția amplifiers
Amplificatoarele sunt dispozitive electronice pentru amplificarea semnalelor. Ele formează elementele de bază
circuite de echipamente de transmisie și recepție de tehnologie de înaltă frecvență, electroacustică, instrumente de măsurare, circuite de control și reglare.
Acestea sunt împărțite în:
- Conform utilizării elementelor de amplificare pentru electronice, tranzistor, descărcare, parametrice, cuantice.
- În funcție de amploarea semnalului de excitație la amplificatoarele de semnal mari, mici și foarte mici.
- În funcție de tipul de semnal de excitație la frecvență joasă, frecvență înaltă, puls, unidirecțională.
- În funcție de lățimea de bandă transmisă în bandă largă și bandă îngustă.
- Conform conexiunii elementelor amplificatorului cu amplificatoarele cu un emițător comun, bază, colector.
- Conform modului de funcționare pentru acțiune simplă și acțiune dublă.
- Conform cuplajului dintre amplificatoare - cu impedanță, cuplaj direct, transformator.
- În funcție de modul de lucru - pentru clasele A, AB, B, C, D și altele.
Proprietățile amplificatorului depind în principal de frecvența semnalului de excitație,
sunt exprimate prin caracteristici de frecvență.
Clasa a
Componentele de putere (fie că sunt tranzistoare bipolare, MOSFET-uri, tuburi etc.) într-un circuit cu acțiune simplă și la un curent de repaus stabilit astfel încât să fie întotdeauna într-o stare conductivă (activă). Datorită curentului de repaus ridicat, componentele de putere funcționează aproximativ la mijlocul domeniului lor de lucru liniar și au cea mai mică distorsiune a semnalului. Dezavantajul este eficiența energetică scăzută, consumul mare de energie și conversia acestuia în căldură, adică pierderi mari de căldură și necesitatea răcirii suficiente a componentelor de putere. Este utilizat în amplificatoare high-end.
Clasa B
Componente de alimentare în conexiune cu acțiune dublă cu curent de repaus zero setat. Într-o jumătate a etapei de ieșire, componentele sunt active numai la jumătatea de undă pozitivă a semnalului procesat, în cealaltă jumătate, dimpotrivă, la jumătatea de undă negativă. În caz contrar, acestea sunt neconductive și ambele jumătăți ale etapei de ieșire alternează în funcțiune (push-pull) în funcție de polaritatea semnalului. În timpul tranziției de la starea conductivă la starea neconductivă, componentele din ambele conexiuni sunt aproape neconductive și apare o distorsiune a semnalului neliniar (distorsiune tranzitorie). Avantajul este o eficiență mai mare (mai mult de 50%), curent de repaus zero, dezavantajul este distorsiunea de mai sus.
Clasa AB
Compensarea dintre clasa A și B. Din punct de vedere funcțional, este însă mai aproape de clasa B, atunci când este introdus un mic curent de repaus, care crește ușor consumul și reduce eficiența. Avantajul este o reducere substanțială a distorsiunii tranzitorii din clasa B. Pur și simplu, amplificatorul funcționează în clasa A la niveluri reduse de semnal și în clasa mare B cu o eficiență bună și o distorsiune redusă. Clasa AB este cea mai utilizată în construcția amplificatoarelor nf comune.
Clasa C
Componentele de putere au un curent de repaus zero și, în plus, o preîncărcare introdusă, care le închide suplimentar. Ele merg de la starea neconductivă la starea activă până la vârfurile semnalului de intrare, a căror magnitudine atinge ordinea a zeci de procente din tensiunea de alimentare. Distorsiunea semnalului de ieșire este mult mai pronunțată decât în clasa B. Prin urmare, nu este aplicabilă în tehnologia nf, în tehnologia RF poate fi utilizată în conexiunea cu acțiune simplă sau cu acțiune dublă în emițătoare.
Clasa D
Această clasă nu se încadrează în categoria amplificatoarelor liniare, deoarece utilizează tehnologia de modulare a lățimii pulsului (PWM) pentru procesarea semnalului și este denumită și clasa digitală. Cel mai mare avantaj este eficiența lor foarte mare (de obicei 80% și mai mult), cauzată de utilizarea modului de comutare a tranzistoarelor. Cu toate acestea, dezavantajul este distorsiunea mai mare comparativ cu clasa A resp. AB.
Fig. Nr. 1- Semnalul de intrare sinusoidală este modulat de un semnal triunghiular
cu o frecvență mult mai mare, de regulă cel puțin de două ori mai mare decât semnalul de intrare și semnalul de ieșire dreptunghiular modulat rezultat al amplificatorului de clasă D înainte de filtrare.
2. Soluție amplificator personalizat
În următoarele capitole voi descrie produsul meu. De la început până la problemele finale care au apărut. Cu toate acestea, voi încerca să explic problema cât mai bine. Designul general al amplificatorului este împărțit în mai multe părți, care conțin o descriere. Schema de cablare, PCB și planul de instalare sunt în anexe. În total, amplificatorul este împărțit în două canale separate, în care fiecare etapă de ieșire are propriul său preamplificator simplu cu control al volumului, echilibrului, înalte, basului și modulului de protecție împreună pe un PCB completat. Ambele trepte de ieșire sunt alimentate separat de o sursă puternică, care, prin urmare, trebuie să conțină calitate și capacitate de filtrare ridicată. Conține piese de alimentare pentru module individuale.
Proiectul nu include o simulare a amplificatorului propus.
Schema bloc de principiu a amplificatorului
Fig. Nr. 2- Schema bloc de principiu a amplificatorului
Legenda:
Protecție - elemente de instalare a amplificatorului Kon. Etapa - etapa de ieșire a puterii
Filtru HF - filtru de interferență de rețea Repro. Protecție - protecție împotriva componentelor DC
Supratensiune O. - protecție la supratensiune Sursă - de 2 ori 12V, sursă de alimentare pentru plăci de control
Filtru DC - îndepărtarea componentei unidirecționale Tep. Reg - reglarea termică a răcirii
Softstart - pornire ușoară a dispozitivului Răcire - răcire activă a amplificatorului
Termostat - siguranță termică Riad. PCB - placa de control a amplificatorului
Sursă - sursă +/- 32V Lumina S. - semnalizare luminoasă a amplificatorului
Alimentare - alimentare +/- 15V Radio M. - modul bluetooth
Preamplificator - preamplificator corectiv Intrare linie - intrare prin cinche
Siguranța și comutatorul principal
Deoarece este un dispozitiv electric conectat la sursa de alimentare, protecția trebuie asigurată prin deconectarea automată a sursei de alimentare în caz de defecțiune sau supracurent și trebuie să includă și un comutator principal. Suntem protejați de siguranțe sau întreruptoare. În soluția dată, partea de alimentare și sursa de alimentare auxiliară pentru circuitele de comandă trebuie furnizate separat. Se ia în considerare alimentarea cu energie electrică dintr-o rețea monofazată 3N + PE 230 V/50 Hz.
Filtru HF
Tensiunea de intrare de la rețea este alimentată la filtrul de interferență conectat clasic prin intermediul comutatorului principal. Acest filtru este destinat să prevină interferențele de la amplificatorul care intră în rețea. Aceste impulsuri conțin o proporție mare de armonici superioare care sunt transmise rețelei și pot afecta alte aparate. Acest lucru trebuie prevenit de un filtru de interferență.
Protectie la supratensiune
Protecția la supratensiune protejează echipamentele electrice împotriva deteriorării supratensiunii. Supratensiunea este cauzată în principal de inducerea tuturor câmpurilor electromagnetice situate în vecinătatea conductorului perturbat (mașini de inducție, emițătoare radio, câmpuri electromagnetice în vecinătatea conductoarelor paralele și de trecere). Am implementat această protecție printr-un varistor, care ar trebui să prevină o supratensiune periculoasă.
Filtru DC
Acest circuit este introdus între rețeaua electrică și demarorul. Îndepărtează componenta parazită într-un singur sens de la rețea. Care este introdus în rețea, de ex. control tiristor sau redresor cu sens unic. Componenta unidirecțională, care de obicei duce la saturația miezului transformatorului, provoacă astfel o armură puternică a transformatorului și, de asemenea, supraîncărcarea circuitului mag. Fiecare dintre noi acasă are cu siguranță dispozitivele care cauzează această rețea. Este în cea mai mare parte un uscător electric de păr. Ar trebui să eliminăm acest fenomen cu acest circuit. Într-un circuit dat, există un cvasi redresor pe conductorul final. Am folosit diode schottky de putere, un condensator este conectat în paralel cu fiecare diodă.
Fig. Nr. 3- Exemplu de diagramă a filtrului DC
Softstart
Transformatoarele mai puternice provoacă supratensiuni de alimentare imediat după pornire. În cazul în care acest curent poate fi de până la 6 ori mai mare decât curentul nominal. Prin urmare, în practică sunt utilizate conexiuni care pot elimina aceste schimbări bruște. Softstart-ul poate fi rezolvat în diferite moduri. Am decis să includ un termistor NTC la care scade temperatura rezistenței. De îndată ce amplificatorul este pornit cu butonul de pornire, releul de pornire este pornit, curentul începe să curgă prin termistor, după aproximativ 3 secunde, termistorul este scurtcircuitat de contactul celui de-al doilea releu.
Termostat
Este doar o altă protecție care împiedică supraîncălzirea amplificatorului. L-am folosit dacă protecția din etapa de ieșire nu a răspuns în cazul unei defecțiuni bruște și ventilatoarele nu ar ajunge din urmă. De îndată ce temperatura radiatorului depășește 90 ° C, celula bimetalică ar împărți imediat doar faza de alimentare pentru alimentarea amplificatorului. Aceasta înseamnă că răcirea activă nu va funcționa încă până când temperatura radiatorului nu scade la aproximativ 60 ° C.
Fig. Nr. 4- Demonstrarea temperaturii bimetalice
Alimentare simetrică +/- 32V
Această sursă este pentru etapa de ieșire a amplificatorului. Sursa este proiectată astfel încât fiecare canal să aibă propria sursă de tensiune. Fiecare sursă este, de asemenea, securizată individual pe partea primară. Ambele canale sunt complet separate. Prin urmare, voi descrie o singură sursă mai jos. Am decis să folosesc un transformator toroidal. În ceea ce privește eficiența, obține cea mai mare eficiență de până la 90%. Un circuit de ferită cu înfășurări ale transformatorului este utilizat ca circuit magnetic. Înfășurările secundare sunt conectate la o punte diodă 25A. Puntea este supradimensionată datorită faptului că atunci când tensiunea rectificată este aplicată filtrului de netezire.
Fig. Nr. 5- Cursul rezultat al tensiunii filtrate
Acest lucru face ca tensiunea filtrată să fie mai mare decât pe podul diodei. Acest lucru schimbă unghiul de deschidere al diodelor și, ca urmare, diodele suferă. Prin urmare, am ales un pod cu diode mai mare. Aici a apărut prima problemă. Teoretic trebuie să funcționeze, dar acum problema trebuie abordată în practică. Am folosit condensatori electrolitici de 35V în filtrul de netezire. Am măsurat AC 28V pe înfășurarea secundară a transformatorului. Și prin calcul am aflat:
Uf - Tensiune filtrată, Ut - Tensiune fără sarcină măsurată, Ud - Tensiune de disipare pe diode
Tensiunea calculată ar face ca dielectricul condensatorilor electrolitici să se rupă.
Fig. Nr. 6- condensatoare electrolitice exemplare distruse
Pentru că voiam să folosesc condensatori și nu voiam să fie distruse condensatoarele. Așa că a trebuit să mă desfac de la transformator. Ce am facut. Am reglat tensiunea secundară fără sarcină fără probleme.
Fig. Nr. 7- transformatoare desfăcute și fir de cupru rezidual
Am vrut să ating o tensiune finală de 24.5V AC. Pentru a fi sigur, un nou calcul al tensiunii pe filtrul de netezire.
Cu toate acestea, această tensiune este fără sarcină și atunci când sursa este încărcată cu curentul nominal, tensiunea scade.
Alimentare simetrică +/- 15V
Această sursă este doar pentru preamplificatorul corectiv. Sursa este alimentată de la sursa principală pentru etapa de ieșire. Este realizat de stabilizatorii monolitici 7815 și 7915. Aceștia se ocupă de alimentarea simetrică a preamplificatorului corector. Pentru răcire, fiecare este conectat separat la un radiator în formă de L.
Preamplificator corectiv
Date tehnice de bază:
- Tensiunea de alimentare: +15 V, -15 V.
- Consum curent: 2 x 13 mA.
- Gama de frecvență (-0,2 dB): 20 Hz până la 20 kHz.
- Gama reg. - înălțimi: +11 până la -11 dB.
- Domeniu de aplicare reg. - bas: +11 până la -11 dB.
- Distorsiune: 0,01%.
- Raport semnal-zgomot (intrare scurtcircuit): 92 dB.
- Distanța canalului: 75 dB.
Fig. Nr. 8- Circuitul NE5534
Descrierea circuitului integrat NE5534
Preamplificatorul corectiv este implementat folosind amplificatoare operaționale cu zgomot redus NE5534. Cursul fiziologic al reglării este stabilit în corectorul de bas și înalte. Aceasta este o caracteristică care este denumită „sonoritate” de către producătorii globali. Majoritatea posesorilor de dispozitive profesionale păstrează această funcție funcțională permanent chiar și la „volume mai mari”, așa că am ales „reglarea fiziologică fixă” pentru simplitate. Circuitele de corecție sunt conectate în circuit
feedback amplificator operațional.
Amplificator de energie electrică
Date tehnice de bază:
Tensiunea de alimentare: +40 V, -40 V.
Curent de repaus: 30 mA.
Puterea continuă la o sarcină de 4 Ω: 2 x 68 W.
Puterea de vârf (muzică): 2 x 150 W.
Distorsiune armonica totala
- THD (20 Hz Ca (1)