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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Amplificador de coche compacto. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Automóvil. Dispositivos electrónicos El artículo describe el diseño de un amplificador estéreo de automóvil simple con un convertidor de voltaje de conmutación. Su adición aumentó significativamente la potencia del amplificador en los populares microcircuitos TDA7293 o TDA7294: hasta 78 W con una carga de 4 ohmios, y el uso de una caja prefabricada simplificó enormemente su fabricación. Como se ha dicho a menudo y correctamente, el sonido de la unidad principal de un automóvil solo puede complacer a un oyente inexperto. En la práctica, resulta que, en la mayoría de los casos, el valor real de la potencia de salida de la radio PA no supera los 20 W por canal con una carga de 4 ohmios, y cuando funciona con batería, cae a 16 vatios. En realidad, incluso con tal potencia, cualquier interior de automóvil puede sonar con alta calidad, si no fuera por el factor de pico de las señales musicales, que alcanza los 20 ... 25 dB en algunas composiciones. Por lo tanto, el PA incorporado de una radio de automóvil sin limitar el rango dinámico puede entregar hasta 5 vatios por canal. Dado el crecimiento cualitativo de los parámetros de los PA modernos, la cuestión de actualizar la ruta de reproducción se basa en la limitación física del rango dinámico por la potencia de salida máxima de los PA incorporados, y las posibilidades de su expansión han sido agotadas por el equipo. fabricantes Debido al alto nivel de ruido (incluso del exterior) en el vehículo, el rango dinámico se reduce significativamente. El aislamiento acústico del cuerpo y el aumento del nivel de presión sonora de los altavoces ayudan a aumentar el rango dinámico de la escucha. La instalación de un PA externo en la etapa inicial de modernización es, en mi opinión, la que requiere menos mano de obra. Cabe señalar que el refinamiento del sistema de audio del automóvil debe comenzar con la instalación de un mejor altavoz frontal. Los dispositivos multimedia modernos para automóviles están equipados con salidas de línea para conectar amplificadores externos. La industria ofrece muchos PA automotrices de alta calidad, pero su alto costo es una limitación importante para las actualizaciones. Conectar la megafonía a las salidas del amplificador integrado en la radio, en mi opinión, no es recomendable. El dispositivo propuesto tiene una funcionalidad mínima, pero tiene una serie de características positivas: una potente fuente de alimentación no estabilizada, un buen amplificador, un tamaño de paquete mínimo y la ausencia de componentes de filtro activo de entrada de baja calidad. La tensión de alimentación nominal es de +/-25 V, lo que permite aumentar la potencia con una carga de 4 ohmios hasta 78 vatios. A diferencia de muchos diseños descritos en Internet, este PA de dos canales está ensamblado en una caja de aluminio Gainta estándar, asequible y económica, que se muestra en la fig. 1. Ancho (tamaño L en la Fig. 1) - 100 mm. Las dimensiones de la placa principal son 93,6x96 mm, lo que permite insertarla en ranuras especiales de la carcasa. La prioridad en el proyecto se da a la compacidad del dispositivo, por lo que se utilizan piezas montadas en superficie.
El PA fue diseñado para un reproductor de CD específico, para el cual la carga nominal de la salida de línea es de 10 kOhm. El dispositivo consta de un convertidor de voltaje no estabilizado (PN) y un PA basado en dos microcircuitos TDA7293 (o TDA7294, teniendo en cuenta las diferencias en el pinout), así como una unidad de control para un amplificador STBY de señal remota de señal externa. El circuito amplificador se muestra en la fig. 2. El convertidor con la función de arranque suave se ensambla en el chip TL494 y los transistores de efecto de campo. La potencia total del transformador es de aproximadamente 300 W, y el uso de dos pares de transistores en cada pata del convertidor le permite entregar más potencia a la carga. El cálculo del transformador y la elección del circuito magnético se realizó mediante el útil programa gratuito EXCELLENIT5000 [1]. Existe la opinión de que los PA con una fuente de alimentación pulsada sin estabilización proporcionan un mejor sonido que con una fuente de alimentación estabilizada. Se incluyen resistencias (47 ohmios) en los circuitos de puerta de los transistores de potencia del convertidor, lo que reduce el espectro de interferencia creado por el inversor. En la placa más pequeña hay una unidad de control de encendido y un controlador PN, en una placa más grande: PN y PA. Los circuitos de salida del PV no están conectados galvánicamente a la fuente de alimentación primaria.
Para encender el PA, es necesario tener un voltaje de alimentación de 12 V y un voltaje de control de más de 9 V en la entrada del control remoto. El voltaje de la entrada del control remoto a través del diodo zener VD1 y la resistencia R7 ingresa a la base del transistor VT2 y lo abre. El condensador C5 sirve para retrasar el encendido del PA y filtrar el ruido en la entrada del control remoto, la resistencia R8 proporciona la corriente mínima para el funcionamiento del diodo zener VD1. Se abre el transistor VT2 y se establece un voltaje de aproximadamente 0,7 V en su colector, se enciende el LED HL1 y se abre el transistor VT1, que suministra energía al chip DA1 e inicia la PN. Se necesita la resistencia R5 para soportar el voltaje de cierre basado en VT1 en ausencia de una señal de control, y R6 para limitar la corriente máxima del transistor VT2. En presencia de un voltaje secundario PN, el voltaje del emisor VT1 a través de R1 se suministra al diodo radiante del optoacoplador U1 e ilumina el fototransistor del optoacoplador. Cuando se aplica voltaje al microcircuito DA1, aparece un voltaje de 14 V en su salida (pin 5), que, a través del capacitor C3, se alimenta al pin 4 del control de ancho de pulso TL494. A medida que C3 se carga, el voltaje en el pin 4 disminuye debido a la resistencia de carga R2 y el ancho de pulso en los pines 9, 10 aumenta. Así se organiza el arranque suave de la PN. También se necesita la resistencia R2 para evitar que la corriente que fluye desde el microcircuito (de 3 a 2 mA) cargue el capacitor C10. Los amplificadores de error incorporados en TL494 no se utilizan, las entradas no inversoras 2, 15 DA1 reciben un voltaje ION igual a 5 V desde el pin 14 y las entradas inversoras están conectadas al cable común de la PN. Las resistencias R3, R4 y el condensador C4 establecen la frecuencia de conmutación de la PN en unos 50 kHz. El lugar para la resistencia R4 está reservado en el tablero para una posible corrección de la frecuencia de la PN. Los condensadores C2 y C1 bloquean la interferencia de RF. Desde los pines 9, 10 de DA1, las señales de control del transistor de efecto de campo (FET) a través del conector XP/XS1 (ZL201-10G, ZL262-10SG fabricado por NINIGI) se envían a la placa PA principal a las puertas FET en los elementos R12 , VD4, VT4 (R13, VD5, VT5) Los circuitos de recarga de capacitancia de puerta FET están ensamblados Las resistencias R19-R22 reducen la velocidad de conmutación FET y reducen el ruido de conmutación. Los PT están conectados por pares al devanado primario del transformador T1, en cuyo punto medio se suministra la tensión de la red de a bordo del vehículo a través del cartucho fusible FU1 y el filtro en forma de U C6C7L1C10C13C14C18. Los condensadores C10, C13, C14, C18 están conectados muy cerca del punto medio del devanado I del transformador T1 para reducir la interferencia. El diodo VD2 sirve como protección contra polaridad inversa del suministro. El voltaje alterno del devanado secundario T1 es rectificado por los conjuntos de diodos VD7, VD8, filtrado por los condensadores C20-C23 y luego alimentado a los microcircuitos UMZCH. Además, la tensión de +24 V a través de la resistencia R14 se suministra al transistor del optoacoplador U1 y, si hay tensión en la entrada del dispositivo de control remoto, se suministra a la base del transistor V73. Los elementos R9, VD3, VT3 son necesarios para garantizar la descarga rápida de los condensadores en los circuitos STBY, MUTE de los microcircuitos DA2, DA3 después de que se pierde la señal del control remoto. Esto se debe al hecho de que cuando la radio está apagada, aparecen picos de voltaje significativos en sus salidas lineales, lo que provoca clics en los altavoces. En la mayoría de los dispositivos caseros, las señales STBY MUTE se generan a través de una resistencia limitadora conectada al circuito de alimentación positivo, por lo que cuando se apaga la radio, el PA no entra en modo STBY hasta que se descargan los condensadores del circuito de alimentación. En el mismo diseño, el PA se apaga casi inmediatamente después de la desaparición de la señal del control remoto de la radio. Para garantizar la simetría de la carga en la IP y poder trabajar en modo puente, un canal PA opera en modo inversor. Para minimizar la interferencia introducida por la caída de voltaje en los cables de "alimentación", los cables comunes de los circuitos de señal y suministro están conectados solo en la parte de baja corriente a través de las resistencias R11, R15. Los elementos R16, C9, R23, C11, R27 y R32 (R17, C8, R18, C12, R24, R29 y R31, R33) forman filtros limitadores de banda y establecen la ganancia del canal. Dado que la inclusión de microcircuitos DA2, DA3 es diferente, para igualar la ganancia en los canales, puede ajustar la resistencia total de las resistencias OOS (R31 y R33). No hay lugar para la resistencia R31 en el tablero; si es necesario, se instala encima de R33. En la simulación de microcircuitos en forma de amplificador operacional en el paquete de software Microcap 9, la resistencia de esta resistencia resultó ser de 80 kOhm. La disminución en la región LF (-3 dB a una frecuencia de 17 Hz) se debe al alcance del PA. En primer lugar, los altavoces frontales, debido a su tamaño y diseño acústico, reducen mucho la eficiencia a bajas frecuencias; en segundo lugar, la respuesta de frecuencia resultante en el interior del automóvil suele tener un aumento de varios decibeles en la región de baja frecuencia. El transformador está montado sobre un núcleo magnético toroidal Epcos 29,5x19x20 (B64290-L756-X87) fabricado en material N87. El devanado primario tiene 8 vueltas de alambre con un diámetro de 0,51 mm, doblado en ocho hilos, con un toque desde el medio. Los datos iniciales y los resultados del cálculo se muestran en las Figs. 3. El devanado secundario contiene 18 vueltas del mismo cable, doblado en tres hilos, con un toque desde el medio. Las bobinas se distribuyen uniformemente alrededor del perímetro del anillo. Choke L1 está enrollado en un circuito magnético anular que mide 23x14x9,5 mm hecho de hierro en polvo T90-52 Micrometals y contiene ocho vueltas de cable PEV 0,51, plegadas en ocho núcleos. La inductancia del inductor puede diferir, solo es importante recordar que el sobrecalentamiento es superior a 75 оC para tal acelerador es inaceptable.
El ensamblaje del dispositivo debe comenzar con una placa más pequeña (su dibujo en la Fig. 4 en una escala de 2: 1), en el diagrama de la Fig. 2 partes ubicadas en él están rodeadas con un marco de puntos y guiones. Después de instalar todas las piezas, se conecta una fuente de voltaje de 1 V a los contactos del conector XP12. Se deben aplicar +9 V al pin 12 y los pines 1-4 conectados a un cable común. Luego cierre los contactos 9 y 10, el LED debe encenderse. Se establecerá un voltaje de aproximadamente 1 V en el colector VT11, aparecerá un voltaje de 14 V en el pin 1 DA5, no más de 4 V en el pin 0,5 y un meandro con una amplitud de 9 V en los pines 10, 11. En ausencia de un osciloscopio, el multímetro digital determina la presencia de pulsos en las salidas 9, 10 como un voltaje constante de 5 ... 6 V.
Luego ensamblan una placa grande (Fig. 5, 6), instalando todos los detalles, excepto los chips PA DA2, DA3. También es necesario instalar puentes de alambre (aislados). Es deseable soldar los transistores a la misma altura, esto facilitará su fijación. Dado que los diodos emparejados en el paquete TO-220 con un ánodo común son escasos, la placa proporciona lugares para su reemplazo con diodos en el paquete DO-27.
Después de conectar las placas usando el conector y suministrar 12 V a las áreas designadas desde la fuente de alimentación y la señal de habilitación del control remoto, deberían aparecer voltajes de +20 y -21 V en los capacitores C25 y C25, respectivamente, y en el emisor VT3 - alrededor de +8 V con respecto al devanado de salida del punto medio del transformador. En este caso, las partes del convertidor no deben calentarse y el consumo de corriente no debe exceder los 0,3 A. Después de verificar el PN, los microcircuitos DA2, DA3 están soldados. Los cables de microcircuito no utilizados se acortan de 3 a 4 mm. Es importante instalar los microcircuitos estrictamente perpendiculares a la placa, de lo contrario, no se adherirán a la carcasa con todo el avión y pueden sobrecalentarse. Para reducir el efecto de la interferencia en los circuitos del amplificador, se agregaron condensadores adicionales C26, C28 (C30, C32) con una capacidad de 470 uF con baja impedancia (baja ESR) cerca de los pines de alimentación de los microcircuitos. Para reducir la interferencia, las pistas de los pines de alimentación de la etapa preliminar y la etapa de salida del TDA7293 se conectan en los puntos de soldadura de los pines de estos capacitores. Luego, los cables se sueldan en la placa para conectar los conectores externos. El conector de alimentación (bloque de terminales DG58C-A-2P13 de Degson Electronics) requiere al menos 2 mm de cable2. Se suelda un segmento de 50 ... 70 mm de largo en el tablero. Los cables que conectan la placa con conectores RCA (XS3.1, XS3.2) se sueldan de la misma manera. Para hacer esto, use cualquier cable blando. De la misma manera, suelde los cables al conector de salida X4 (bloque de terminales DG58H-A-04P-13 de Degson Electronics). La sección transversal de los cables de salida debe ser de al menos 0,5 mm.2. Los puntos de soldadura de los cables deben reforzarse con pegamento caliente. Para el cable de la señal del control remoto, se perforó un orificio de 2 mm de diámetro en la tapa lateral, por el que se sacó un cable de unos 20 cm de largo. Para fijarlo, se recomienda hacer un nudo desde el interior de la caja del PA. . Luego, la placa se inserta en la ranura de la caja y se marcan los orificios para los tornillos para sujetar transistores y microcircuitos. Los agujeros se hacen con un taladro con un diámetro de 3,6 mm, luego se avellanan para la instalación de tornillos "hundidos". Los potentes FET, diodos y microcircuitos de salida del PA se fijan a la caja (foto de la Fig. 7) con tornillos M3 a través de espaciadores de mica aislantes utilizando insertos aislantes para los tornillos. Las juntas para microcircuitos deben untarse con pasta térmica, por ejemplo, KPT-8.
Luego, los conectores de salida X4 se instalan en las paredes de plástico de la caja y se les conectan los cables correspondientes de la placa de circuito impreso (foto en la Fig. 8). Después de eso, conecte los cables de señal a los conectores en el panel del amplificador (foto en la Fig. 9) y verifique una vez más el funcionamiento del sistema en su conjunto; si todo está en orden, es recomendable pegar los cables de los conectores de salida y el conector XP/S1, condensadores generales y transformador con pegamento caliente, ya que funcionarán en condiciones de vibración. Luego el cuerpo se ensambla por completo.
Antes de la instalación en un automóvil, es conveniente hacer funcionar el amplificador durante varias decenas de horas para verificar su confiabilidad. La conexión eléctrica directamente en el automóvil debe realizarse con cables con una sección transversal de al menos 2,5 mm.2 lo más corto posible (Fig. 10). Debe conectarlos a los terminales de la batería a través de un fusible de 15 ... 20 A, lleve ambos cables al amplificador desde los terminales positivo y negativo. A menudo, debido a la mala calidad del cableado en un automóvil, para evitar interferencias, es necesario tender cables desde la batería hasta la radio.
Debido al pequeño tamaño de la carcasa (área del disipador de calor de unos 400 mm2) durante el funcionamiento, el PA se calienta hasta 40...50 оC. Esta es la temperatura normal para equipos de amplificación, si se proporciona circulación de aire al instalar el dispositivo en la cabina. En uso real en un automóvil, se puede notar una mejora significativa en el sonido del sistema y la facilidad de colocación. Incluso durante el funcionamiento a largo plazo a la máxima potencia de los altavoces Focal polyglass V1, la temperatura de la carcasa del PA no supera los 60 °C. Naturalmente, uno no debe esperar milagros de un amplificador de este tipo, pero definitivamente se puede argumentar que "reproducirá" la mayoría de las artesanías del rango de precios más bajo, manteniendo las características de los microcircuitos TDA7293. Algunos parámetros del PA se verificaron utilizando el programa informático Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA). A una potencia de salida de 15 W con una tensión de alimentación de 12,6 V, la distorsión armónica en los canales es de 0,045 y 0,019 %, y la distorsión de intermodulación es de 0,024 y 0,026 %. La relación señal-ruido es de unos 90 dB. Contrariamente a la opinión popular en los foros de Internet, la inclusión inversora del microcircuito (en el canal derecho) mostró el peor resultado en términos de parámetros medidos. Usar un circuito típico de la documentación de referencia para el microcircuito [2] resultó ser la mejor opción. Posibles reemplazos: el chip PN TL494 tiene análogos: YuA7500, MB3759, UPC494, IR3M02, KP1114EU4. En lugar de IRF3205, puede instalar cualquier transistor de canal n de efecto de campo moderno, por ejemplo, IRFZ44, IRF540, BUZ111S, STP80NF06, IRF1405 para un voltaje de más de 50 V, y está permitido usar solo un par de transistores. Los transistores BC817 se pueden reemplazar por 2N5550S, MMBT100, MMBT2222, 2SD1484 y el transistor BC807 por 2STR2160, BCX17, MMBT591, PMBT2907. Transistor BCX51 reemplaza BCX52, BCX53, 2SB1027, 2SB1313, SB1123U. Si es necesario, la selección de tipos de transistores se puede realizar de acuerdo con el libro de referencia [3]. Dos conjuntos de diodos VD7, VD8, diseñados para una corriente continua de al menos 3 A y un voltaje de más de 80 V, pueden reemplazarse por cuatro diodos FR302-FR304, UF5404, RGP25G. En la fig. En la figura 11 se muestran los planos de disposición de los paneles frontal y posterior del equipo de megafonía de los elementos y conmutadores utilizados por el autor.
Literatura
Autor: Yu. Ignatiev, Ivano-Frankivsk
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