Hangerősítő kialakítása
LM3886 monolit integrált áramkörrel
Manapság nem könnyű minőségi és nagy teljesítményű erősítőt megvalósítani. A gyakorlatban nagyon nagy versennyel találkozunk, ahol valóban csúcshangzású előadásról van szó. Ahol valóban nagyon magas színvonalú zenei élményt tapasztal.
Munkám célja az volt, hogy a legjobb minőségű és megfizethető hangerősítőt készítsem otthon. A megszerzett elméleti ismereteket alkalmazza a gyakorlatban. Ez a munka rengeteg új információt hozott nekem, de sok új kapcsolatot is. Erre a célra úgy döntöttem, hogy egy korrekciós előerősítőt építek, teljesítmény-fokozattal.
A készülék tervezésénél elsajátítottam a nyomtatott áramköri lapok gyártását, a forrasztást és a mechanikus felépítés gyártását. A készülékem nagyon tisztességes teljesítményű. A gyakorlatban széles körű alkalmazása van, legyen szó ünnepről vagy szórakozásról. Otthoni használatra is tökéletes, de akkor inkább egy ilyen zenei előadás megöléséről van szó otthon. A készülék gyártásával kapcsolatban számos problémával találkoztam, ahol nagy figyelmet fordítanak a készülék megbízhatóságára, sokoldalúságára, minőségére és kreativitására. Ezért megpróbáltam a lehető legnagyobb mértékben feldolgozni az audio erősítőmet.
1. Alacsony frekvenciájú erősítők
Nem minden laikus ismeri az erősítők alapvető paramétereit. Tehát szeretném legalább elmagyarázni, hogyan osztjuk meg őket a legalapvetőbbek. Az adott alacsony frekvenciájú erősítők megoldása. És mik a tulajdonságaik. Leírom az előnyeiket és hátrányaikat is.
Az erősítők meghatározása
Az erősítők elektronikus eszközök a jelek erősítésére. Ők alkotják az alapot
nagyfrekvenciás technológia, elektroakusztika, mérőműszerek, vezérlő és szabályozó áramkörök adó- és vevőberendezései.
Ezek a következőkre oszlanak:
- Erősítő elemek használata szerint elektronikus, tranzisztoros, kisülési, paraméteres, kvantumos.
- A nagy, kicsi és nagyon kicsi erősítők gerjesztő jelének nagyságától függően.
- Az alacsony frekvenciájú, nagyfrekvenciás, impulzusos, egyirányú gerjesztő jel típusa szerint.
- Attól függően, hogy milyen sávszélességet továbbítanak a szélessávra és a keskeny sávra.
- Az erősítő elemek összekapcsolása szerint az erősítőkkel közös emitterrel, bázissal, kollektorral.
- Az egy- és kettős működésű működési mód szerint.
- Az erősítők közötti kapcsolás szerint - impedanciával, közvetlen, transzformátoros kapcsolással.
- A munkamód szerint - az A, AB, B, C, D osztályok és mások számára.
Az erősítő tulajdonságai elsősorban a gerjesztő jel frekvenciájától függenek,
frekvenciajellemzőkkel fejezik ki őket.
A osztály
Teljesítménykomponensek (legyenek bipoláris tranzisztorok, MOSFET-ek, csövek stb.) Egyhatású áramkörben és beállított nyugalmi áram mellett, így mindig vezető (aktív) állapotban vannak. A nagy nyugalmi áram miatt az erőelemek nagyjából a lineáris működési tartományuk közepén működnek, és a legkevésbé torzítják őket. Hátránya az alacsony energiahatékonyság, a nagy teljesítményfelvétel és a hővé történő átalakítása, vagyis a nagy hőveszteség és az energiaelemek megfelelő hűtésének igénye. A csúcskategóriás erősítőkben használják.
B. osztály
Tápegységek kettős működésű, nulla nyugalmi áram mellett. A kimeneti szakasz egyik felében az alkatrészek csak a feldolgozott jel pozitív félhullámánál, a másik felében éppen ellenkezőleg, a negatív félhullámnál aktívak. Egyébként nem vezetőképesek, és a kimeneti fokozat mindkét fele váltakozva működik (push-pull), a jel polaritásától függően. A vezetőképes állapotból a nem vezető állapotba való átmenet során mindkét csatlakozásban az alkatrészek szinte nem vezetőképesek, és nemlineáris jeltorzulás következik be (átmeneti torzítás). Előnye a nagyobb hatásfok (több mint 50%), nulla nyugalmi áram, hátránya a fenti torzítás.
AB osztály
Az A és B osztály közötti kompromisszum. Funkcionálisan azonban közelebb áll a B osztályhoz, amikor egy kis nyugalmi áramot vezetnek be, amely kissé növeli a fogyasztást és csökkenti a hatékonyságot. Az előny a B osztályú átmeneti torzítás jelentős csökkenése: Egyszerűen fogalmazva: az A osztályú erősítő alacsony jelszinteken és magas B osztályon működik, jó hatásfokkal és alacsony torzítással. Az AB osztály a leggyakrabban használt a közös nf erősítők gyártásában.
C osztály
Az áramellátó alkatrészeknek nulla nyugalmi áramuk van, ráadásul bevezetett előfeszítéssel, amely ezeket további lezárja. A nem vezetőképes állapotból aktív állapotba jutnak a bemeneti jel csúcsáig, amelynek nagysága eléri a tápfeszültség tíz százalékának nagyságrendjét. A kimeneti jel torzulása sokkal hangsúlyosabb, mint a B osztályban. Ezért nem alkalmazható az nf technológiában, az RF technológiában egy- vagy kettős hatású összeköttetésben használható az adóegységekben.
D osztály
Ez az osztály nem tartozik a lineáris erősítők kategóriájába, mert Pulse Width Modulation (PWM) technológiát alkalmaznak a jelfeldolgozáshoz, és digitális osztálynak is nevezik. A legnagyobb előny nagyon magas hatékonyságuk (általában 80% és több), amelyet a tranzisztorok kapcsolási módjának használata okoz. Hátránya azonban a nagyobb torzítás az A osztályhoz, ill. AB.
Ábra sz. 1- A szinusz bemeneti jelet háromszög alakú jel modulálja
sokkal nagyobb frekvenciával, általában legalább kétszer olyan magas, mint a szűrés előtt a D osztályú erősítő bemeneti jele és az így kapott modulált téglalap alakú kimeneti jel.
2. Egyedi erősítő megoldás
A következő fejezetekben leírom a termékemet. A kezdetektől a felmerülő utolsó problémákig. Megpróbálom azonban a lehető legjobban elmagyarázni a kérdést. Az erősítő általános kialakítása több részre oszlik, amelyek leírást tartalmaznak. A kapcsolási rajz, a NYÁK és a telepítési terv a mellékletekben található. Összességében az erősítő két külön csatornára oszlik, ahol mindegyik kimeneti fokozatnak megvan a maga egyszerű előerősítője, a hangerő, az egyensúly, a magas, a mély és a védelmi modul vezérlésével, egy elkészült NYÁK-on. Mindkét kimeneti fokozatot külön-külön táplálják egy erőteljes forrástól, amelynek ezért minőséget és magas szűrési kapacitást kell tartalmaznia. Tápegység alkatrészeket tartalmaz az egyes modulokhoz.
A projekt nem tartalmazza a javasolt erősítő szimulációját.
Az erősítő alapdiagramja
Ábra sz. 2- Az erősítő elvi blokkdiagramja
A legenda:
Védelem - erősítő telepítő elemek Kon. Szakasz - kimeneti fokozat
HF-szűrő - hálózati zavarszűrő Repro. Védelem - védelem egyenáramú alkatrészek ellen
Túlfeszültség O. - túlfeszültség védelem Forrás - 2-szer 12 V, tápfeszültség a vezérlőpanelekhez
DC-szűrő - az egyirányú komponens eltávolítása Tep. Reg - a hűtés hőszabályozása
Softstart - a készülék lágyindítása Hűtés - az erősítő aktív hűtése
Termosztát - termikus biztosíték Riad. NYÁK - erősítő vezérlő panel
Forrás - forrás +/- 32V Light S. - az erősítő fényjelzése
Tápegység - tápegység +/- 15V Rádió M. - bluetooth modul
Előerősítő - javító előerősítő Vonalbemenet - bemenet a cinche-n keresztül
Biztosíték és főkapcsoló
Mivel a tápegységhez csatlakoztatott elektromos eszközről van szó, védelmet kell biztosítani az áramellátás automatikus lekapcsolásával hiba vagy túláram esetén, és tartalmaznia kell egy főkapcsolót is. Biztosítékok vagy megszakítók védenek minket. Az adott megoldásnál a tápegységet és a vezérlő áramkörök kiegészítő tápellátását külön kell biztosítani. Az egyfázisú hálózat áramellátása 3N + PE 230 V/50 Hz.
HF szűrő
A hálózati bemeneti feszültség a főkapcsolón keresztül a klasszikusan csatlakoztatott interferenciaszűrőbe kerül. Ennek a szűrőnek az a célja, hogy megakadályozza az erősítő hálózatba jutását. Ezek az impulzusok nagy arányban tartalmaznak magasabb, a hálózatra továbbított harmonikusokat, amelyek hatással lehetnek más készülékekre. Ezt interferencia szűrővel kell megakadályozni.
Túlfeszültség-védelem
A túlfeszültség-védelem megvédi az elektromos berendezéseket a hálózati túlfeszültség károsodásától. A túlfeszültséget elsősorban a zavart vezető közelében elhelyezkedő összes elektromágneses mező (indukciós gépek, rádióadók, elektromágneses mezők a párhuzamos és keresztező vezetők közelében) indukciója okozza. Ezt a védelmet egy varisztoron keresztül valósítottam meg, amely megakadályozza a veszélyes túlfeszültséget.
DC szűrő
Ez az áramkör be van helyezve a hálózat és a lágyindító közé. Eltávolítja a parazita egyirányú alkatrészt a hálózatról. Amely belép a hálózatba, pl. tirisztor vezérlés vagy egyirányú egyenirányító. Az egyirányú komponens, amely általában a transzformátor magának telítettségéhez vezet, erős transzformátor páncélzatot és a mag áramkör túlterhelését okozza. Mindannyian otthonunkban mindenképpen vannak olyan eszközök, amelyek ezt a hálózatot kiváltják. Leginkább elektromos hajszárítóról van szó. Ezzel az áramkörrel meg kellene szüntetnünk ezt a jelenséget. Egy adott áramkörben egy kvázi egyenirányító van a végvezetéken. Schottky diódákat használtam, kondenzátor van párhuzamosan csatlakoztatva az egyes diódákhoz.
Ábra sz. 3- Példa az egyenáramú szűrő diagramjára
Lágy indítás
A nagyobb teljesítményű transzformátorok bekapcsolás után azonnal hálózati feszültségeket okoznak. Ahol ez az áram legfeljebb hatszor nagyobb lehet, mint a névleges áram. Ezért a gyakorlatban olyan kapcsolatokat használnak, amelyek kiküszöbölhetik ezeket a hirtelen változásokat. A Softstart többféleképpen is megoldható. Úgy döntöttem, hogy felveszek egy NTC termisztort, amelyre csökken az ellenállás hőmérséklete. Amint az erősítőt bekapcsolják a bekapcsoló gombbal, bekapcsol a relé, az áram folyni kezd a termisztoron, kb. 3 másodperc múlva a termisztor rövidzárlata a második relé érintkezése miatt.
Termosztát
Ez csak egy újabb védelem, amely megakadályozza az erősítő túlmelegedését. Akkor használtam, ha a kimeneti fokozat védelme hirtelen hiba esetén nem reagál, és a ventilátorok nem érik utol. Amint a hűtőborda hőmérséklete meghaladja a 90ºC-ot, a bimetálos cella azonnal csak az erősítő tápellátásának fázisát osztja fel. Ez azt jelenti, hogy az aktív hűtés továbbra sem működik, amíg a radiátor hőmérséklete nem csökken 60 ° C-ra.
Ábra sz. 4- A hőmérséklet-bimetál bemutatása
Szimmetrikus tápegység +/- 32V
Ez a forrás az erősítő kimeneti fokozatára vonatkozik. A forrás úgy van kialakítva, hogy minden csatornának saját feszültségforrása legyen. Minden forrás külön-külön is rögzítve van az elsődleges oldalon. Mindkét csatorna teljesen külön van. Ezért alább csak egy forrást írok le. Úgy döntöttem, hogy toroid transzformátort használok. A hatékonyságot tekintve a legnagyobb, akár 90% -os hatékonyságot éri el. Transzformátor tekercsekkel ellátott ferritmagot használnak mágneses áramkörként. A szekunder tekercsek egy 25A-os diódahídhoz vannak kötve. A híd túlméretezett annak a ténynek köszönhető, hogy amikor az egyenirányított feszültséget alkalmazzák a simító szűrőn.
Ábra sz. 5- A leszűrt feszültség eredő folyamata
Ez azt eredményezi, hogy a szűrt feszültség magasabb, mint a diódahídon. Ez megváltoztatja a diódák nyitási szögét, és a diódák ennek következtében szenvednek. Ezért egy nagyobb diódahidat választottam. Itt jelentkezett az első probléma. Elméletileg működnie kell, de most a gyakorlatban kell megközelíteni a problémát. 35 V-os elektrolit kondenzátorokat használtam a simító szűrőben. AC 28V-ot mértem a transzformátor szekunder tekercsén. Számítással megtudtam:
Uf - szűrt feszültség, Ut - mért terhelés nélküli feszültség, Ud - szóródási feszültség a diódákon
A kiszámított feszültség miatt az elektrolit kondenzátorok dielektriuma megszakad.
Ábra sz. 6- példásan megsemmisített elektrolit kondenzátorok
Mivel kondenzátorokat akartam használni, és nem akartam, hogy a kondenzátorok megsemmisüljenek. Tehát le kellett lazulnom a transzformátorról. Amit tettem. A szekunder üresjárati feszültséget gond nélkül beállítottam.
Ábra sz. 7- letekercselt transzformátorok és maradék rézhuzal
24,5 V AC végső feszültséget akartam elérni. Az biztos, hogy új feszültségszámítást kell végezni a simító szűrőn.
Ez a feszültség azonban terhelés nélküli, és amikor a forrást a névleges árammal terhelik, a feszültség csökken.
Szimmetrikus tápegység +/- 15V
Ez a forrás kizárólag a javító előerősítő számára készült. A forrást a kimeneti szakasz fő forrásából táplálja. 7815 és 7915 monolit stabilizátorok valósítják meg. Ezek gondoskodnak a korrekciós előerősítő szimmetrikus ellátásáról. A hűtéshez mindegyik külön van csatlakoztatva egy L alakú hűtőbordához.
Javító előerősítő
Alapvető műszaki adatok:
- Tápfeszültség: +15 V, -15 V.
- Áramfelvétel: 2 x 13 mA.
- Frekvenciatartomány (-0,2 dB): 20 Hz - 20 kHz.
- Tartomány reg. - magasság: +11 - -11 dB.
- Tartomány reg. - mélyhang: +11 - -11 dB.
- Torzítás: 0,01%.
- Jel/zaj arány (rövidzárlat bemenet): 92 dB.
- Csatornatávolság: 75 dB.
Az NE5534 integrált áramkör leírása
A korrekciós előerősítő az alacsony zajszintű NE5534 műveleti erősítők segítségével valósul meg. A szabályozás fiziológiai lefolyását a mély és magas hangmagasság-korrektor határozza meg. Ezt a funkciót a globális gyártók "hangosságnak" nevezik. A professzionális eszközök tulajdonosainak többsége ezt a funkciót "nagyobb mennyiségnél" is állandóan futtatja, ezért az egyszerűség kedvéért a "fix fiziológiai szabályozást" választottam. A korrekciós áramkörök csatlakoznak az áramkörhöz
műveleti erősítő visszacsatolása.
Erősítő
Alapvető műszaki adatok:
Tápfeszültség: +40 V, -40 V.
Nyugalmi áram: 30 mA.
Folyamatos teljesítmény 4 Ω terhelés esetén: 2 x 68 W.
Csúcsteljesítmény (zene): 2 x 150 W.
Teljes harmonikus torzítás
- THD (20 Hz