Двухканальный усилитель низкой частоты 2х22Вт

Тема Двухканальный усилитель низкой частоты 2×22Вт

Задание на курсовую работу Разработать двух канальный усилитель низкой частоты со следующими характеристиками:

Напряжение питания — 6…15 В Пиковое значение выходного тока — 4 А Ток в режиме mute/stand-by — 100 мкА Диапазон воспроизводимых частот — 45…20 000 Гц Коэффициент нелинейных искажений — 0,1%

Сопротивление нагрузки (номинальное 4) — более 2 Ом Мостовое включение (2X22 Вт).

Выходная мощность: 22 Вт.

Входное сопротивление: 30 кОм.

Коэффициент усиления Au: 26 дБ.

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемый усилитель обладает малыми габаритами и широким диапазоном питающих напряжений. УНЧ воспроизводит частоты 45 Гц…20 кГц при коэффициенте нелинейных искажений 0.1%. Области применения данного УНЧ крайне разнообразны. УНЧ можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и в домашних условиях в составе музыкального комплекса. Выбор выходной мощности и числа каналов осуществляется самим радиолюбителем, поскольку элементная база обеспечивает работу как одного, так и другого варианта.

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA1554Q, содержащей четыре идентичных УНЧ по 11 Вт. При работе в режиме 4×11 Вт каждый усилитель работает отдельно со своим входным сигналом и на свою нагрузку. Для удвоения выходной мощности на той же нагрузке и при том же напряжении питания (вариант 2×22 Вт) усилители включаются попарно по мостовой схеме.

Конструкция предусматривает установку платы в корпус. Габариты устройства специально рассчитаны для использования его совместно с компьютерным радиатором от процессоров семейства Pentium. Радиатор устанавливается перпендикулярно плате.

1. УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ

1.1 Определение

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню -3 дБ, лучшие образцы УЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

1.2 Схемотехника и применение

Усилители низкой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть илимодулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

1.3 Классификация

По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилители можно разделить на:

1). Класс «A» — аналоговая обработка сигнала, линейный режим работы усилительного элемента

2). Класс «AB» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с большим углом отсечки (>90°)

3). Класс «B» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с углом отсечки равным 90°

4). Класс «C» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с малым углом отсечки (<90°)

5). Класс «D» — аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность импульсов изменяется в соответствии с текущим значением входного сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция, усилительный элемент работает в ключевом режиме

6). Класс «T» — аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность и частота изменяются в соответствии с текущим значением входного аналогового сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция с изменением частоты и скважности импульсов

1.4. Варианты схем УНЧ

1). Усилитель на микросхеме TA8251AH (TA8255AH).

Микросхемы TA8251AH и TA8255AHчетырехканальные мостовые усилители мощности низкой частоты. Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 1.

Рисунок 1 — электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TA8251AH

2). Усилитель на TDA1557Q

Uпит — 7…16 V

Iмакc — 6 A

Rнагp — 3,2…16 Om

Uвх — 40…70 mV

Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 2.

Рисунок 2 — электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1557Q

3). Усилители на TDA1558

Микросхема TDA-1558 (TDA-1555) — это четырехканальный усилитель мощности с выходной мощностью 11 Вт (4 канала при Rн=2 Ом), 22 Вт (2 канала в мостовом включении при Rн=4 Ом). Предназначена для применения в звуковоспроизводящей Hi-Fi аппаратуре.

Усилитель имеет защиту выходного каскада от короткого замыкания и перегрузок по току, переполюсовки питания и термозащиту.

В ИМС встроен стабилизатор напряжения с коэффициентом подавления пульсаций 48 дБ и детектор нелинейных искажений, позволяющий автоматически переводить усилитель в режим «мягкого ограничения» (при совместном использовании с ИМС. Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 3.

двухканальный усилитель частота низкий

Рисунок 3 — электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1558

4). Усилитель на TA8215

Основа- микросхема TA8215 с мостовым оконечным каскадом, что дает возможность при низком напряжении питания получить значительную выходную мощность! Ещё одна положительная сторона этого УМЗЧ та, что его можно использовать не только дома, но и в автомобиле. Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 4.

УМЗЧ изготовлен на основе микросхемы TA8215 внутри микросхема состоит из девяти функциональных узловдва предварительных усилителя, два фазоинвертора, четыре оконечных усилителя мощности с мостовой схемой включения нагрузки (по два на канал) и узла мониторинга и защиты.

Рисунок 4 — электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TA8215

5). Одноканальный усилитель НЧ 22 Вт (TDA2005, мостовое включение) УНЧ имеет хорошие эксплуатационные характеристики, надежен и прост в сборке. Его можно использовать как в домашних условиях, так и в автомобиле. Применение в качестве усилительного элемента интегральной микросхемы TDA2005 позволило реализовать следующие функции:

— защита от КЗ нагрузки;

— защита от перегрева;

— защита от бросков напряжения питания в диапазоне до 40 В.

Усилитель имеет широкий диапазон напряжений от 6 до 18 В.

Технические характеристики УНЧ NK057

Напряжение питания — 6…18 В Пиковое значение выходного тока — 3 А Ток в режиме покоя — 75 мА Диапазон воспроизводимых частот — 40…20 000 Гц Коэффициент нелинейных искажений — 1%

Сопротивление нагрузки (номинальное 3,2) — больше 2 Ом Выходная мощность — 22 Вт Чувствительность — 300 мВ Коэффициент усиления — 50 дБ Размеры печатной платы — 34×28 мм Общий вид усилителя представлен на рисунке 5, схема электрическая принципиальная на рисунке 6, вид печатной платы со стороны проводников на рисунке 7.

Рисунок 5 — Общий вид усилителя Рисунок 6 — схема электрическая принципиальная Рисунок 7 — вид печатной платы со стороны проводников

2. МИКРОСХЕМА TDA1554Q

Размеры микросхемы TDA1554Q показаны на рисунке 8.

Рисунок 8 — размер микросхемы TDA 1554Q Описание схемы включения микросхемы TDA 1554Q: 1- неинвертированный вход 1; 2- инверсный вход 1; 3- общий сигнал; 4- земля; 5, 13 и 14- подключаются к переключателю дежурного режима; 6- OUT1; 7,11- общее питание; 8- OUT2; 10 — OUT3; 12 — OUT4; 16 — инверсный вход 2; 17 — неинвертированный вход 2

Схема включения микросхемы TDA 1554Q показана на рисунке 9.

Рисунок 9 — схема включения

3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA1554Q, содержащей четыре идентичных УНЧ по 11 Вт. Для удвоения выходной мощности на той же нагрузке и при том же напряжении питания (вариант 2×22 Вт) усилители включаются попарно по мостовой схеме. Габариты устройства специально рассчитаны для использования его совместно с компьютерным радиатором от процессоров семейства Pentium. Радиатор устанавливается перпендикулярно плате. Электрическая принципиальная схема сделанного мной усилителя показана на рисунке 10.

Рисунок 10 — электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1554Q

Конденсаторы С1 и С2- это разделительные конденсаторы, которые служат для того, чтобы постоянный ток от источника питания не пошел в нагрузку. Конденсаторы С3 и С4- фильтр и сглаживание напряжения вовремя басов.

На входы X1 и Х2 подается звуковой сигнал, в моём случае я беру сигнал с mp3-плеера. Затем сигнал подаётся на два стабилизирующих конденсатора ёмкостью 0,22 мкФ. Конденсатор С2 идет на ножки 1 и 2 микросхемы TDA1554Q, а С1 на ножки 17, 18. Ножки 3, 7 и 11 микросхемы TDA1554Q идут на общий провод. Входное напряжение Х5 идет на стабилизирующий конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ и электролитический конденсатор ёмкостью 2200,0 мкФ/ 25 В. Минус электролитического конденсатора выходит на общий провод и заземляется. Положительный выход электролитического конденсатора идет на ножки 5, 13 и 14. Выходной сигнал для левого динамика снимаем с ножек 6 и 8 микросхемы TDA1554Q. С ножек 10, 12 выводим сигнал на правый динамик.

Переключатель SW1 служит для выбора режимов работы усилителя:

— рабочий режим — SW1 замкнут;

— дежурный режим — SW1 разомкнут.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Усилители низкой частоты являются неотъемлемым звеном практически любой аудиосистемы, независимо от уровня ее сложности и области применения. Существует много факторов, позволяющих характеризовать и делить на категории УНЧ по методам работы и эксплуатационным свойствам. К ним относятся тип применяемых усилительных элементов (полупроводники или лампы), коэффициент передачи (обычно, по напряжению в дБ), диапазон воспроизводимых частот, уровень нелинейных искажений, КПД, величина потребляемого тока и напряжение питания, собственный уровень шумов, входные/выходные параметры, предельно допустимые режимы работы и многие другие. Кроме этого, усилители мощности можно классифицировать по назначению, а именно, автомобильные УНЧ, УНЧ для применения дома и на улице.

Традиционно, при построении УНЧ используют дискретную элементную базу и многочисленные отработанные схемотехнические решения.

На сегодняшний день, уровень развития интегральной полупроводниковой техники позволяет создавать УНЧ в интегральном исполнении с характеристиками, в большинстве случаях эквивалентными дискретным усилителям мощности, а порой даже на порядок лучшими. Подобные интегральные УНЧ обладают рядом неоспоримых преимуществ: они несоизмеримо меньше в размерах и существенно дешевле своих дискретных аналогов. Кроме того, как показывает практика, такие УНЧ удовлетворяют потребности практически любого пользователя.

ПРИЛОЖЕНИЕ