Усилитель мощности класса D Yamaha PA2030A для расширения MA2030A. Мощность 30 Вт х 2 канала

Особенность устройства — применение для снижения нелинейных искажений так называемой прямой связи.

Основные параметры усилителя:

• Номинальный диапазон частот, Гц — 20…20 000;
• Номинальная выходная мощность (в номинальном диапазоне частот), Вт на нагрузке сопротивлением 8 Ом при коэффициенте гармоник не более 0.02 % — 30; на нагрузке сопротивлением 4 Ом — 40;
• Чувствительность, мВ — 200;
• Входное сопротивление, кОм — 20;
• Относительный уровень шумов и фона, дБ — —75.

Схема усилителя НЧ

Усилитель содержит четырехкаскадный предварительный усилитель, работающий в режиме А (микросхема А1 и транзисторы V3—V6, V9), выходной каскад, работающий в режиме В (транзисторы V12, V15, V16), и устройство защиты выходного каскада от перегрузок и короткого замыкания в нагрузке (V7, V13). Первый каскад предварительного усилителя собран на ОУ A1, второй — на транзисторе V4 с динамической нагрузкой (V3) в коллекторной цепи, третий — на транзисторе V9.

Двойной эмиттерный повторитель на транзисторах V5, V6 согласует входное сопротивление каскада на транзисторе V9 с выходным сопротивлением каскада на транзисторе V4.

Коэффициент усиления первого каскада на частотах выше 20 Гц приблизительно равен 15, Благодаря глубокой ООС по постоянному току через резистор R3 на выходе усилителя ЗЧ поддерживается нулевой потенциал. Применение в выходном каскаде режима В позволило повысить его КПД и полностью исключить необходимость термостабилизации тока покоя.

Для снижения нелинейных искажений, свойственных режиму В, в усилитель введены элементы С6, R15, R29, L1, образующие сбалансированный мост, в одну из диагоналей которого включен выходной каскад, а в другую — нагрузка (громкоговоритель).

Упрощенно механизм компенсации искажений состоит в том, что напряжение искажений, возникающее в выходном каскаде, не может вызвать появления сигнала искажений, если мост сбалансирован. Благодаря резистору R29 нелинейные продукты в спектре выходного тока компенсируются «исправляющим» током, текущим через этот резистор прямо в нагрузку.

При этом наиболее эффективно компенсируются высшие гармоники (сопротивление резистора R29 выбрано так, что указанные токи на этих частотах одинаковы по значению и противоположны по направлениям). Из-за наличия активной составляющей в полном сопротивлении катушки L1 баланс моста на низких частотах нарушается. Малый уровень нелинейных искажений на этих частотах обеспечивается в основном глубокой (50…70 дБ) ООС, напряжение которой поступает с выхода усилителя в цепь эмиттера транзистора V4 (через делитель R15R12).

Устройство защиты ограничивает ток через транзисторы V12, V16 на уровне 3,5 А при перегрузке усиливаемым сигналом и на уровне 1,5 А при коротком замыкании в нагрузке. В верхнем (по схеме) плече усилителя эти функции выполняет транзистор V7.

В отсутствие сигнала через резисторы R26, R20, R18 и R21 течет постоянный ток, создающий на первых двух из них падение напряжения около 0,45 В. При появлении сигнала, нарастающего в положительную сторону, падение напряжения на резисторе R20 уменьшается, а на резисторе R26 (оно обусловлено в основном коллекторным током транзистора V12) — увеличивается.

В момент, когда суммарное напряжение на резисторах R26 и R20 достигает значения 0,65…0,7 В, транзистор V7 открывается и участком эмиттер— коллектор шунтирует резистор R16, ограничивая тем самым рост коллекторного тока транзистора V12. Диод V8 предотвращает срабатывание устройства защиты из-за увеличения падения напряжения на резисторе R20 в моменты, когда выходное напряжение изменяется в отрицательную сторону.

Аналогично (при изменении полярности усиливаемого сигнала) работает и устройство защиты нижнего (по схеме) плеча усилителя. Элементы R30, L2, С11, R31, C10, С12 предотвращают самовозбуждение усилителя.

Простой усилитель мощности на двух ГК-71 (часть 1)

Многие радиолюбители конструируют коротковолновые усилители мощности на лампах прямого накала, таких как ГУ-13, ГК-71, ГУ-81. Эти лампы не дорогие, неприхотливы в эксплуатации, отличаются высокой линейностью характеристики и не требуют принудительного охлаждения. Главным положительным качеством этих ламп является их готовность к работе через одну-две секунды после подачи питания.

По предлагаемому описанию было изготовлено более десятка конструкций, которые показали отличные технические характеристики, хорошую повторяемость, простоту в налаживании и эксплуатации. Конструкция рассчитана на повторение радиолюбителями средней квалификации.

Усилитель выполнен по схеме с общим катодом (рис. 1), которая несколько сложнее схемы с общей сеткой, так как требует подачи питания на экранные и управляющие сетки ламп. Но эти сложности с лихвой окупаются малой необходимой мощностью входного сигнала (15…20 Вт), соответственно, облегчённым режимом работы трансивера и его полной независимостью от состояния выходной колебательной системы (ВКС) усилителя (против схемы с ОС), простотой настройки и стабильной работой.

Рис. 1. Схема услителя мощности

Оптимальный режим питания радиоламп, наличие в усилителе защиты от коротких замыканий и перегрузок, «мягкое» включение и режим «Сон» делают это устройство экономичным, малошумящим, с высоколинейным усилением сигнала и отсутствием помехТВ-приёму.

Лампы ГК-71 работают в усилителе надёжно и без прострелов при анодном напряжении +3 кВ, отдавая мощность до 1 кВт при напряжении-120 В на первой сетке и +700 В на второй. Ввиду малого потребления тока в цепи питания экранных сеток обеих ламп (50…60 мА) применена простая и оригинальная схема стабилизации напряжения их питания за счёт большой ёмкости конденсаторов С34, С35 и «подкачки» напряжения с трансформатора тока Т3, которое изменяется пропорционально току в первичной обмотке трансформа-тораТ1. Нестабильность напряжения на вторых сетках не превышает 15…20 В, что вполне приемлемо, учитывая весьма малую крутизну ламп ГК-71 по второй сетке, что не ухудшает линейность работы усилителя в целом.

Напряжение питания первых сеток ламп стабилизировано устройством, так называемым регулируемым аналогом стабилитрона, выполненным на элементах VD9, VD10, VT13, VT14. Стабилитрон VD9 ограничивает максимальное напряжение на транзисторах VT13 и VT14. Подстроечным резистором R22 устанавливают токи покоя ламп.

В усилителе применена схема параллельного питания анодной цепи, как более надёжная и безопасная, так как на элементах ВКС нет высокого постоянного напряжения. При этом снижение на 15…20 % выходной мощности на диапазоне 28 МГц не столь существенно.

Широкополосный трансформатор Т5 на входе усилителя обеспечивает согласование с КСВ не более 1,5 на всех диапазонах с любым импортным трансивером, даже не имеющим встроенного антенного тюнера. ФНЧ L4L5C12C13 с частотой среза 32 МГц компенсирует входную ёмкость ламп ГК-71 на ВЧ-диапазонах.

Источник питания усилителя выполнен на трансформаторах Т1-Т3. При замыкании выключателя SA5 напряжение сети через автомат защиты SF1 и фильтр L11L12C36C37 поступает на первичные обмотки трансформаторов Т1, Т2 через галогенную лампу накаливания EL1, что обеспечивает «мягкое включение» УМ, продлевая жизнь лампам и другим элементам усилителя.

После зарядки высоковольтных конденсаторов С25 и С26 часть напряжения, снимаемого с делителя на резисторах R28, R33-R35, поступает на узел автоматики и защиты с малым «гистерезисом срабатывания», выполненном на транзисторе VT4 и реле К3. Если во вторичных цепях трансформаторов Т1, Т2 нет перегрузок и короткого замыкания, транзистор VT4откроется, включится реле КЗ и замкнёт своими контактами К3.1 лампу EL1. На сетевые обмотки поступит полное напряжение сети, а на лампы VL1, VL2 через контакты реле К3.2 поступит напряжение накала. В случае перегрузки или короткого замыкания напряжение на базе транзистора уменьшится, транзистор закроется, реле КЗ обесточится и трансформаторы подключатся к сети через галогенную лампу, которая работает как бареттер, ограничивая ток на уровне 1…2 А и предотвращая выход из строя трансформаторов Т1, Т2 и усилителя в целом.

Все выпрямители источника питания усилителя выполнены по схеме удвоения напряжения. Это упрощает конструкцию трансформаторов и повышает их надёжность.

В режиме ожидания на нити накала ламп поступает напряжение 10 В. При переводе усилителя в активный режим с максимальной выходной мощностью подаётся полное напряжение накала 22 В (если переключатель SA3 находится в верхнем по схеме положении) или 17 В (если переключатель SA3 находится в нижнем положении). В последнем случае усилитель отдаёт 50 % выходной мощности и позволяет сколь угодно долго проводить операции по его настройке, а также работать в эфире без ухудшения качества сигнала. В режиме «Сон» накал ламп отключается полностью контактами реле К3.2.

В активный рабочий режим «ТХ» усилитель переходит практически за 1 с, для чего достаточно кратковременно нажать на кнопку SB1 «ТХ» или на педаль (тангенту), подключённую к гнездуХ1 (PTT) и замыкающую его на общий провод (ток в цепи — 10 мА). Транзистор VT1 откроется, включатся реле К1 и К2, которые коммутируют вход/выход УМ и его цепи управления. Если контакты переключателя SA4 «QRP» разомкнуты, питание на транзистор VT1 не поступит, и это исключает переход усилителя в активный режим. Сигнал с трансивера, минуя УМ, проходит в антенну, и измерительный прибор РА1 (шкала прибора проградуирована в ваттах) при этом покажет мощность проходящего с трансивера сигнала.

В режиме «ТХ» контакты реле К1.2 соединяют с общим проводом цепь стабилизатора напряжения питания первой сетки (С1), и усилитель переходит в активный режим. Измерительный прибор РА2 показывает при этом ток покоя ламп VL1 и VL2.

Для облегчения теплового режима ламп на корпусе усилителя установлены два вентилятора, работающие при пониженном напряжении питания практически бесшумно. На повышенные обороты вентиляторы включаются при температуре в ламповом отсеке более 100 оС.

Узел управления вентиляторами выполнен на транзисторах VT2, VT5- VT7, VT12. При переходе в режим «ТХ» напряжение +24 В с коллектора транзистора VT1 через цепь VD3R11 поступает на конденсатор С8, который через 10…12 с заряжается и открывает транзистор VT2. Он замыкает базовую цепь транзистора VT6 на общий провод, при этом транзистор закрывается и в базовую цепь транзистора VT5 поступает практически полное напряжение +48 В, определяемое подстроечным резистором R19. Вентиляторы включаются на повышенные обороты. После окончания сеанса передачи и перехода усилителя в режим ожидания конденсатор С8 медленно разряжается через базовую цепь транзистора VT2, а вентиляторы ещё 2…3 мин работают на повышенных оборотах. Если сеанс передачи — менее 10 с, конденсатор С8 не успевает зарядиться и вентиляторы работают на пониженных оборотах, не создавая лишнего акустического шума. Резистор R13 определяет рабочую точку транзистора VT6, в которой терморезистор RK1, установленный в ламповом отсеке усилителя, при увеличении температуры до 100 оС начинает закрывать транзистор и частота вращения вентиляторов увеличивается. Подстроечными резисторами R17 и R19 устанавливают минимальную и максимальную частоту вращения вентиляторов, соответственно. При переходе УМ в режим «Сон» транзистор VT12 открывается, замыкает базу транзистора VT5 на общий провод и вентиляторы отключаются.

В усилителе применён хорошо зарекомендовавший себя во многих конструкциях автора режим энергосбережения «Сон». Узел, управляющий этим режимом, выполнен на транзисторах VT8-VT12 и работает так: при включении УМ в сеть, на время зарядки конденсатора С5 (30…40 с), открывается транзистор VT9, открывая транзистор VT8, который разряжает времязадающий конденсатор С6. После чего конденсатор С6 начинает заряжаться на время от 20 с до 15 мин, установленное подстроечным резистором R8.

Продолжение следует.

Автор: Вячеслав Федорченуо (RZ3TI), г. Дзержинск Нижегородской обл.

Детали усилителя

Вместо указанных на схеме в усилителе можно использовать операционные усилители К140УД8Б, К140УД7, К153УД6, транзисторы КТ342Г, КТ315 с индексами В, Г, Д, Е (V4); КТ361В (VЗ, V5, V6) КТ361Д (V7, V13); КТ626А, КТ626В (V9, V15); любые кремниевые диоды, рассчитанные на прямой ток 10 мА (V8, V14) и 50 мА (V10, V11).

Катушки L1 и L2 намотаны виток к витку в два слоя проводом ПЭВ-2.— 1,0 на каркасах диаметром 7 длиной 28 мм и содержат соответственно 30 и 46 витков.

Транзисторы V9, V12, V15 и V16 закреплены на теплоотводе с охлаждающей поверхностью площадью около 900 см2 и изолированы от него слюдяными прокладками толщиной 0,1 мм.

Питается усилитель от двухполупериодн-ого (мостового) выпрямителя с фильтрующими конденсаторами емкостью 10 000 мкФ. В выпрямителе использованы диоды КД203В. Трансформатор питания выполнен на Тороидальном магнитопроводе с внешним диаметром 100, внутренним — 64 и высотой 32 мм.

Первичная обмотка (на 220 В) содержит 1130 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,51, вторичная — 2 X 104 витка провода ПЭВ-2 — 1,3. Между обмотками помещен электростатический экран в виде одного слоя провода ПЭВ-2 — 0,21. Средняя точка вторичной обмотки и каждый из конденсаторов фильтра, подключенных к положительному и отрицательному выводам выпрямителя, соединены с выводсм-электростатического экрана и общим проводом усилителя.

Усилители на TDA с небольшим описанием

Подборка усилителей на микросхемах серии TDA. Серия TDA знаменита своими микросхемами, которые позволяют собрать усилители любого класса и любой сложности.

Усилитель на TDA2005 или TDA2004

Усилитель звука выполнен по мостовой схеме.

В нем предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, термозащита (отключение при перегреве в результате больших нагрузок), защита от скачков напряжения до 40 В, а также защита от отключения общего провода.

В этом усилителе присутствует защита оконечного каскада от замыкания. А также предусмотрена термозащита, которая отключает усилитель при перегреве во время больших нагрузок. Еще есть защита от скачков до 40 вольт, и защита от случайного отсоединения общего провода.

Назначение выводов

Номер вывода	Назначение
1	Неинвертирующий вход 1
2	Инвертирующий вход 1
3	Вывод фильтра
4	Инвертирующий вход 2
5	Неинвертирующий вход 2
6	Общий
7	Вход обратной связи 2
8	Выход 2
9	Напряжение питания
10	Выход 1
11	Вход обратной связи

Характеристики микросхемы

Параметр	Значение
Uпит	8 — 18 В
Iвых	1 А
Iпокоя	50 мА
Pвых	20 Вт
Rвх	100 кОм
Коэффициент усиления	48 дБ
Полоса частот	20 — 20 000 Гц
Коэффициент гармоник	0,5
Rнагр	4 Ом

Мощный УНЧ на TDA8924

Высокая эффективность усилителя (около 90 %) и широкий диапазон рабочего напряжения (+-30 В).

У этой микросхемы много преимуществ:

• Низкий ток потребления;
• Малые искажениях;
• Постоянный коэффициент усиления порядка 28 дБ;
• Выходная мощность стерео 2х50 Вт;
• Хорошее подавление пульсаций;
• Есть возможность внешней синхронизации;
• Отсутствие помех при включении/выключении;
• Защита от короткого замыкания;
• Можно ограничить выходную мощность;
• Защита от перегрева;
• И защита от электростатики на всех выводах.

Характеристики микросхемы

Параметр	Обозначение	Минимальное	Среднее	Максимальное	Единица измерения
Напряжение питания	Uпит	+-12,5	+-24	+-30	В
Ток потребления в холостом режиме	Iпотр	—	100	—	мА
КПД	—	—	83	—	%
Выходная мощность	—	—	120	—	Вт
Выходная мощность в режиме моста	—	—	240	—	Вт

Двухканальный усилитель звука на TDA8920

У этой схемы высокая эффективность (порядка 90%) и широкий диапазон напряжения (около +-30 В).

Преимущества схемы

Схема простая и ее основой служит микросхема TDA8920.

Эта микросхема обладает следующими особенностями:

• Низкий ток потребления;
• Небольшие искажения сигнала;
• Постоянный коэффициент усиления схемы УНЧ с этой микросхемой будет равен 30 дБ;
• Выходная мощность 2х50 Вт;
• Можно сделать ограничитель на выходную мощность;
• Хорошее подавление пульсаций;
• Возможность включения микросхемы в режиме стерео или в мостовом режиме;
• Дифференциальные аудиовходы;
• Защита от замыкания;
• Защита от высоких температур во время работы;
• Обладает защитой от электростатических разрядов на всех выводах.

Типы усилителей:

PA (Power Amplifier) — полный усилитель мощности; PS (Power Stage) — оконечный каскад усилителя мощности; PC (Power Comparator) — мощный одиночный компаратор St; BA (Stereo full-bridge audio amplifier) — стереофонический мостовой усилитель. Сокращениями в таблице обозначены: S-тоже значение, что и выше; N — параметр не нормирован; D — параметр можно определить по графикам в листах данных. Свойства цифровых усилителей фирмы STM (STA…) списываются набором параметров, существенно отличающимся от приведённого в таблице, поэтому для них приведены только некоторые основные параметры. Параметр Urn соответствует выходному уровня шума у усилителей NXP и приведённому ко входу у усилителей STM (параметр eN — total input noise).

Рис. 1. Принципиальная схема звукового тракта DVD ресивера PHIUPS-LX-3600D

0SC — задающий генератор; PWM MOD — ШИМ-модулятор; INP STAGE — входной каскад; TEMP SENSOR — датчик температуры

На рисунке 1 приведена схема одного из ИУ (усилители фронтальных каналов) DVD-ресивера PHILIPS-LX-3600D (2003 г.). Микросхема TDA8920 состоит из двух одинаковых каналов, в состав которых входят: входные каскады (INP STAGE), широтно-импульс-ные модуляторы (PWM), схемы управления (CTRL & HAND-SHAKE), выходные ключи (DRIVER HIGH/LOW). Общими узлами являются: генератор треугольного напряжения (OSC), схема защиты от перегрузок и перегрева (TEMP SENSOR/CURRENT PROT) и схемы управления (MODE, STABI, MANAGER). Генератор треугольного напряжения может работать в режиме автоколебаний, в этом случае вывод 7 микросхемы должен быть соединён с выводами 1, 12 (Vssa) через резистор Rose и конденсатор Cose. Фирмой рекомендованы номиналы ROSC = 30 кОм, СOSC = 220 пФ; при этом частота генерации составляет порядка 350 кГц. В режиме внешней синхронизации резистор и конденсатор отключают, а на вывод 7 микросхемы подают тактовый сигнал размахом 3…5 В. В рассматриваемом ресивере используется внешний тактовый генератор 301,35 кГц (или 350 кГц).

Входные парафазные сигналы подаются на выводы 9,8 и 5,4 микросхемы, где преобразовываются в импульсные.

Выходные ШИМ-сигналы ИУ с выводов 16, 21 через ФНЧ 2-го порядка с частотой среза около 50 кГц. поступают на акустические системы. Напряжения питания Vdd, Vss ± 28 В подаются на соответствующие выводы микросхемы через высокочастотные дроссели (BEAD). Весь ИУ с целью снижения высокочастотных излучений полностью экранирован. Микросхема TDA8924 (ТН) по структуре и назначению выводов не отличается от TDA8920; их корпуса также одинаковы. Параметры микросхемы TDA8924 приведены в таблице. Микросхема TDA8932 является высокоэффективным ИУ в классе D. В качестве выходных ключей применены диффузионные МОП-транзисторы (Diffusion Meial Oxide Semiconductor). В стереофоническом режиме возможно получение выходной мощности 2 х 15 Вт на нагрузке 4 Ом без использования теплоотвода (в мостовом включении BTL мощность составляет 30 Вт). Однополярное напряжение питания составляет 10…36 В, двух-полярное ±(5— 18) В. Возможна работа с внутренним и внешним задающими генераторами. Микросхема предназначена для использования в телевизорах и мониторах, в системах мультимедиа, беспроводных акустических системах, мини- и микросистемах и т.п. Основные параметры ИС приведены в таблице.

Рис. 2. Структура и нумерация выводов микросхемы TDA8932

Структура и нумерация выводов микросхемы TDA8932 приведены на рисунке 2. В состав ИС входят: задающий генератор (OSCILLATOR); входные дифференциальные усилители 1, 2; широтно-импульсные модуляторы (PWM MODULATOR); узлы управления (CTRL); предварительные импульсные усилители (DRIVER HIGH/LOW); силовые ключи 3-6; блок защиты (PROTECTIONS: OVP, ОСР, ОТР, UVP, TF, WP); устройство управления режимами (MODE, MENAGER); стабилизаторы на напряжения 11 В, 5 В (Regulator 11V/5V), источник образцового напряжения Vdd/2.

Рис. 3. Типовое включение микросхемы TDA8932

Типовое включение микросхемы в стереофоническом режиме с однопо-лярным питанием (выводы Vssa, Vssd, Vsspl, Vssp2 соединены с корпусом) показано на рисунке 3. Входные парафаз-ные звуковые сигналы левого и правого каналов подаются на выводы 2, 3 и 14,15 соответственно. Внутренний генератор треугольного напряжения работает в режиме автоколебаний, вре-мязадающая цепь Rose, Cose, подключённая к выводу 10, обеспечивает частоту- генерации порядка 320 кГц. При использовании в одном устройстве нескольких микросхем рекомендуется одну из них использовать в качестве ведущей (Master mode), остальные — в ведомом режиме (Slave mode).

При этом выводы 31 (OSCIO) всех микросхем соединяют между собой; у ведомых микросхем выводы 10 соединяют с выводами 16 (Vssd).

Нарисунке 4 приведены зависимости выходной мощности микросхемы в стереорежиме от напряжения питания при различных сопротивлениях нагрузки и общих гармонических искажениях (рис. 4а — THD + N = 0,5%, рис. 4б-10%). Для получения плоской АЧХ ИУ на выходе устанавливают ФНЧ Батерворта 2-го порядка; параметры элементов фильтра определяются сопротивлением нагрузки. Изготовителем ИС рекомендованы следующие номиналы пассивных компонентов Liс, Clc: при Rн = 4 Ом — 22 мкГн, 680 пФ, при RH = 6 Ом — 33 мкГн, 470 пФ; Rн -8 Ом — 47 мкГн, 330 пФ (стереорежим). При указанных значениях верхняя граничная частота ИУ по уровню -3 дБ составляет 50 кГц. Нижняя граничная частота определяется значением ёмкости конденсаторов СSE— 20 Гц по уровню -3 дБ при работе в стереорежиме обеспечивается при СSE = 2200 мкФ (Rн = 4 Ом), 1500 мкФ (Rн = 6 Ом), 1000мкФ(Rн = 8Ом).