Включение усилителя по мостовой схеме. Мостовое подключение усилителей. Составление описания модели схемы

Собрать автомобильный сабвуфер своими руками дело довольно почетное, но часто бывают затруднения со сборкой усилителя мощности, который должен питать сабвуферную головку. Для довольно мощных головок штатной сети 12 Вольт мало, и нужно повысить напряжение преобразователем напряжения.

Без использования преобразователя высокой мощности добиться не реально, но что делать, если не имеется должного опыта постройки преобразователя, а собрать усилитель для саба очень хочется?

По законам физики, от сети 12 Вольт на нагрузку 4Ом нельзя получить мощность более 18 ватт — речь о чистой, синусоидальной выходной мощности, но исключения как всегда есть. Есть разновидность усилителей работающих в классе H, которые позволяют получить от сети 12 Вольт выходную мощность 50-70 ватт, но как право такие микросхемные усилители (к примеру — TDA1562) стоят очень дорого, следовательно, нужно искать другое решение.

Одним из дешевых вариантов УМЗЧ для сабвуфера мы сегодня и рассмотрим. Всем хорошо знакомая микросхема TDA2003 — является по крайней мере самой дешевой микросхемой УМЗЧ. Она питается от 12 Вольт и может обеспечить максимальную мощность до 10-12 ватт на нагрузку 2 Ом.

Главным достоинством самой микросхемы является то, что она может работать и с низкоомными динамическими головками с сопротивлением катушки вплоть до 2-х Ом. Микросхема по своей природе монофоническая (одноканальная), следовательно должна иметься мостовая схема, которая позволит поднять выходную мощность усилителя.

Мостовой вариант отлично работает со стандартными головками 4Ом в течении долгого времени, выходная мощность в районе 20Ватт, пиковые броски во время глубоких НЧ до 30 ватт, но разумеется это не чистая мощность. Но питать сабвуфер средней мощности с применением такого варианта умзч вполне реально.

Вторая особенность такого варианта — микросхема стоит копейки (пол доллара за штуку), элементная база в себе содержит всего несколько компонентов, с общей стоимостью не более доллара, но если есть старые платы, можно из них отпаять все нужные компоненты.

Микросхема работает в классе АВ, следовательно без перегрева никак не обойтись, поэтому обязательно микросхемы нужно установить на общий теплоотвод, при этом использовать дополнительные изолирующие прокладки не нужно, поскольку масса у микросхем единая.

Довольно простая, Повторить ее сможет даже человек, не очень сильный в электротехнике. УНЧ на этой микросхеме будет идеальным для использования в составе акустической системы для домашнего компьютера, телевизора, кинотеатра. Преимущество его в том, что не требуется тонкая наладка и настройка, как в случае с транзисторными усилителями. А уж что говорить про отличие от ламповых конструкций - габариты намного меньше.

Не требуется высокого напряжения для питания анодных цепей. Конечно, присутствует нагрев, как и в ламповых конструкциях. Поэтому в том случае, если планируется использование усилителя на протяжении долгого времени, лучше всего установить кроме алюминиевого радиатора еще и хотя бы небольшой вентилятор для осуществления принудительного обдува. Без него на микросборке TDA7294 схема усилителя будет работать, но велика вероятность перехода в защиту по температуре.

Почему TDA7294?

Эта микросхема пользуется большой популярностью уже более 20 лет. Она завоевала доверие у радиолюбителей, так как у нее очень высокие характеристики, усилители на ее основе простые, повторить конструкцию сможет любой, даже начинающий радиолюбитель. Усилитель на микросхеме TDA7294 (схема приведена в статье) может быть как монофоническим, так и стереофоническим. Внутреннее устройство микросхемы состоит из Усилитель звуковой частоты, построенный на этой микросхеме, относится к классу АВ.

Достоинства микросхемы

Преимущества использования микросхемы для :

1. Очень большая мощность на выходе. Порядка 70 Вт, если нагрузка имеет сопротивление 4 Ом. В данном случае применяется обычная схема включения микросхемы.

2. Около 120 Вт при нагрузке 8 Ом (в мостовой схеме).

3. Очень низкий уровень посторонних шумов, искажения несущественные, воспроизводимые частоты лежат в диапазоне, полностью воспринимаемом человеческим ухом — от 20 Гц до 20 кГц.

4. Питание микросхемы может производиться от источника постоянного напряжения 10-40 В. Но есть небольшой недостаток — необходимо использовать двухполярный источник питания.

Стоит обратить внимание на одну особенность — коэффициент искажений при этом не превышает 1 %. На микросборке TDA7294 схема усилителя мощности настолько простая, что даже удивительно, как она позволяет получить такое качественное звучание.

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 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 ничем не отличается от предложенных в статье, дополняется она только который соединяется со входом.

Особенности микросборки

При конструировании усилителя звуковой частоты нужно обращать внимание на одну особенность — минус питания, а это ножки «15» и «8», электрически связаны с корпусом микросхемы. Поэтому необходимо изолировать его от радиатора, который в любом случае будет использоваться в усилителе. Для этой цели необходимо использовать специальную термопрокладку. Если используется мостовая схема усилителя на TDA7294, обращайте внимание на вариант исполнения корпуса. Он может быть вертикального или горизонтального типа. Наиболее распространенным является вариант исполнения, обозначаемый как TDA7294V.

Защитные функции микросхемы TDA7294

В микросхеме предусмотрено несколько видов защиты, в частности, от перепада питающего напряжения. Если вдруг изменится напряжение питания, то микросхема уйдет в режим защиты, следовательно, не будет электрического повреждения. Выходной каскад также имеет защиту от перегрузок и короткого замыкания. Если корпус прибора нагревается до температуры 145 градусов, отключается звук. При достижении 150 градусов происходит переход в режим ожидания. Все выводы микросхемы TDA7294 защищены от электростатики.

Усилитель мощности

Просто, доступно каждому, а самое главное — дешево. Буквально за несколько часов вы можете собрать очень хороший усилитель звуковой частоты. Причем большую часть времени вы потратите на то, чтобы осуществить травление платы. Структура всего усилителя состоит из блоков питания и управления, а также 2-х каналов УНЧ. Старайтесь как можно меньше проводов использовать в конструкции усилителя. Придерживайтесь простых рекомендаций:

1. Обязательное условие — это подключение источника питания проводами к каждой плате УЗЧ.

2. Свяжите питающие провода в жгут. С помощью этого получится немного компенсировать магнитное поле, которое создается электрическим током. Для этого необходимо взять все три питающих провода — «общий», «минус» и «плюс», с небольшим натяжением сплести их в одну косичку.

3. Ни в коем случае не используйте в конструкции так называемые «земляные петли». Это случай, когда общий провод, соединяющий все блоки конструкции, замыкается в петлю. Провод массы необходимо подводить последовательно, начиная от входных далее к плате УЗЧ, и заканчиваться должен на выходных разъемах. Крайне важно входные цепи подключать при помощи экранированных проводов в изоляции.

Блок управления режимами ожидания и приглушения

В этой микросхеме имеется и приглушения. Осуществлять управление функциями нужно при помощи выводов «9» и «10». Включение режима происходит в том случае, если на этих ножках микросхемы нет напряжения, либо оно менее полутора вольт. Чтобы включить режим, необходимо подать на ножки микросхемы напряжение, значение которого превосходит 3,5 В. Чтобы управление платами усилителя происходило одновременно, что актуально для схем, построенных по типу моста, собирается один блок управления для всех каскадов.

Когда усилитель включается, в блоке питания заряжаются все конденсаторы. В блоке управления также один конденсатор накапливает заряд. При накапливании максимально возможного заряда происходит отключение режима ожидания. Второй конденсатор, применяемый в блоке управления, отвечает за функционирование режима приглушения. Он заряжается немного позже, поэтому режим приглушения отключается вторым.

Ну вот да - не сошлось у нас сейчас номер части и количество каналов - что уж тут поделаешь.
Теперь мы поговорим о 4-х канальных усилителях. В массе своей, они применяются для автомобильного использования, но, в принципе, ничто не мешает использовать их и дома - характеристики у них вполне приличные, особенно у последнего поколения.
Начнем с TDA7560 , производства SGS-Thomson . Как обычно - это мостовой усилитель класса АВ со всевозможнейшими защитами, функциями Mute и StanBy , а так же, как вы увидите на схеме - практически полным отсутствием навесных элементов.
Ну и еще эта микросхема замечательно работает на нагрузку в 2 Ома.

Схема включения:

То есть фактически, вы берете микросхему, присобачиваете к ней входы-выходы, и уже все работает. Сказка.
Выпускается это создание в корпусе Flexiwatt25 - опять же с полудырками по бокам.

Следующий наш пациент - микросхема TDA8571J от Philips Semiconductors . С этим усилителем товарищи решили повыпендриваться и сделали его мостовым, как и все, но при этом - класса В. А в остальном, как обычно - полный набор защит выхода и температурная защита. Причем, как и у прошлого препариуемого - навесных элементов практически не требуется.

Основные характеристики следующие:

Схема включения:

А усилок то - голый.
Ну если только заходите что на вход Mute повесить. Все это щасте в корпусе SOT411-1 , опять же с полудырками по бокам.

Все - по последней и хватит.
На этот раз последним будет усилитель TDA8591 все той же Philips Semiconductors. По своим характеристикам она похожа на предыдущего оратора, однако умеет работать с 2-х Омной нагрузкой и несколько мощнее. Плюс, у нее есть довольно хитрая схема обнаружения постоянного напряжения на выходе.

Основные характеристики следующие:

Схема включения:

Ну в общем, особо страшного ничего, надо только учесть, что для работы усилителя кнопку S1 необходимо замкнуть. Иначе он будет партизански молчать.
Что касается схемы обнаружения постоянного напряжения на выходе, то если она вам не нужна - можно выкинуть чуть ли не половину пассивных компонентов из схемы. Перечислим этих героев поименно: R1-R6, C14 . А 26 вывод микросхемы подключаем к общему проводу.

Ну вот, пока и все. Разумеется, тему Бриджампов мы на этом не заканчиваем - фактически, мы её только начали.

Мостовое включение - подключение усилителя к громкоговорителям, при котором каналы стереоусилителя работают в режиме моноблочных усилителей мощности. Они усиливают один и тот же сигнал, но в противофазе. При этом громкоговоритель включается между двумя выходами каналов усиления.

Мостовое включение позволяет значительно увеличить мощность усилителя.

Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 1,5 - 4 раза больше, чем у отдельно взятого усилителя. По такой схеме выполнены усилители мощности современных головных аппаратов. Возможность мостового включения предусматривается практически во всех моделях дополнительных усилителей.

Наряду с достоинством - большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки.
В первую очередь - повышенный примерно в 1,2-1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования (при неизменном сопротивлении нагрузки). Теоретически коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже одинаковых) усилителей. Ухудшение демпфирования также понятно - выходные сопротивления усилителей сложились.

Один из способов увеличить выходную мощность усилителя при низком напряжении питания - включить его по мостовой схеме . Два одинаковых каскада или усилителя включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Громкоговоритель подключается непосредственно к мостовой схеме без использования разделительных конденсаторов. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 4 раза больше, чем у отдельно взятого усилителя. По такой схеме выполнены усилители мощности современных головных аппаратов. Возможность мостового включения предусматривается практически во всех моделях дополнительных усилителей.

Наряду с достоинством - большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки. В первую очередь - повышенный примерно в 1,2-1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования (при неизменном сопротивлении нагрузки). Теоретически коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже одинаковых) усилителей. Ухудшение демпфирования также понятно - выходные сопротивления усилителей сложились.
Выходы встроенных усилителей головных аппаратов имеют потенциал Uпит/2 относительно массы. Поэтому случайное замыкание нагрузки на массу приводит к выходу усилителя из строя, если он не имеет систем защиты. Впрочем, к звуку это уже имеет весьма отдаленное отношение, об этом нужно помнить при монтаже. Однако это свойство можно использовать. Так, входы высокого уровня дополнительных усилителей нередко оборудованы датчиком напряжения, и постоянное напряжение на выходе головного устройства используется как сигнал включения дополнительного усилителя.

Принципиальная схема мощного мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, выход 20 Ватт на нагрузке 4 Ома. Микросхема типа TDA2005 весьма устаревшая микросхема интегрального УНЧ. Но, тем не менее, именно благодаря устарелости, её зачастую можно приобрести по очень невысокой цене. К тому же, у многих она может быть в старых запасах.

По сравнению с современными ИМС УМЗЧ TDA2005 конечно проигрывает в сложности схемы, потому что требует значительного количества навесных деталей. Но по параметрам идет вполне себе «ноздря в ноздрю» и с более современными.

Однажды автору пришлось ремонтировать старенький музыкальный центр непонятного еще индийского производства. Задача была поставлена не столько восстановить работоспособность, сколько сделать из данного аппарата что-то вроде активной акустической системы для работы с персональным компьютером.

Собственный УНЧ был неисправен, и не было никакого желания заниматься его восстановлением, так как и «при жизни» в нем было мало чего выдающегося. Решено было заменить УНЧ на два модуля на микросхемах TDA2005, поскольку таковые уже давно лежали без дела. При этом, увеличить мощность, повысить качество звука.

Конечно, это повлекло за собой и изменения в источнике питания, - но это другая тема.

Принципиальная схема

Рис.1. Принципиальная схема мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, 20 Ватт при нагрузке 4 Ома.

Схема одного из каналов УНЧ показана на рисунке 1. Второй канал точно такой же. УНЧ микросхемы включены мостом для получения большей мощности и лучшего качества воспроизведения НЧ.

По такой схеме, при напряжении питания 14V усилитель обладает следующими характеристиками:

• Мощность при сопротивлении акустической системы 4 Ом - 20W.
• При мощности 4 W на нагрузке 4 Ом КНИ не более - 0,2%.
• Диапазон рабочих частот 20-20000 Гц.
• Чувствительность входа 200 mV.
• Рабочее напряжение питания в пределах от 8 до 18 V.
• Ток потребления при максимальной мощности 3,5 А (одного канала).

Входной сигнал проступает через резистор регулятор громкости R1. На схеме он показан, но на печатной плате его нет, так как он есть на передней панели музыкального центра.

Резистор R2 в принципе можно не устанавливать, его задача в том чтобы уровнять стереоканалы по усилению если это необходимо. Кроме того, его можно заменить переменным для регулировки стереобаланса.

Цепь R3-C2 очень полезна, если данный усилитель будет работать с цифровым источником сигнала, например, с выходом звуковой карты персонального компьютера. Эта цепь представляет собой простейший пассивный фильтр ВЧ, который подавляет ВЧ помехи от работы цифро-аналогового преобразователя цифрового источника сигнала.

Вывод 3 микросхемы А1 - это блокировка. В данном случае он используется для плавного пуска микросхемы, чтобы не было броска тока при включении через акустическую систему. Цепь R5-C9 несколько задерживает подключение выхода УНЧ, после того как подается питание.

Как уже сказано, напряжение питания может быть от 8 до 18V. При этом, желательно чтобы все конденсаторы были на напряжение не ниже полтора от напряжения питания. В этой схеме все электролитические конденсаторы на 25V.

Печатная плата и монтаж

Монтаж выполнен на компактной печатной плате (рис.2). Рисунок печатных дорожек показан, как если смотреть на дорожки. Если предполагается делать плату фотоспособом или «лазерным утюгом», этот рисунок нужно будет сделать зеркальным (это можно сделать со скана в любом графическом редакторе).

Рис. 2. Печатная плата для схемы мостового усилителя мощности с микросхемой TDA2005.

Но, на мой взгляд, такую простую разводку можно нарисовать и вручную -перманентным маркером. Микросхеме для работы необходим радиатор. Даже временно включать без радиатора не рекомендую. Эту плату УНЧ можно использовать и по другому назначению, не только как ремонтный модуль, но и как автомобильный УНЧ.