Полный усилитель для автомобильного сабвуфера
В очередные выходные просматривая фотографии сделанных мною автомобильных усилителей обратил внимание на то, что все они имеют довольно большие габаритные размеры, оно и понятно , если усилитель работает в классе АВ, то нужны большие теплоотводы, которые естественно увеличивают вес и размеры конструкции, но сами платы тоже не из маленьких, ведь автомобильный усилитель это не только усилитель , а совокупность повышающего преобразователя, фильтра низких частот и усилителя низкой частоты.
В общем был охвачен идеей создать компактный усилитель для среднего автомобильного сабвуфера и быстро сел за компьютер и разработал печатную плату, она получилась довольно компактной и продуманной, никакого лишнего пространства, все заполнено компонентами.
Несколько слов о конструкции.
Это законченный моноблок для автомобильного сабвуфера с фильтром низких частот, который обеспечивает срез порядка 100Гц, выполнен на сдвоенном операционном усилителе BA4558, ценители качественного звука может и будут критиковать за такое решение, мол микросхема не из самых лучших, но эту микру внедряю в самые разные проекты и превосходно работает не один год, к тому же микросхема популярная и найти не составит труда.
фильтр низких частот
Фильтр имеет на входе сумматор для суммирования входного сигнала с обеих каналов, лишь только потом сигнал обрабатывается ОУ, срезаются все частоты выше 100Гц, при желании частоту среза можно сделать ниже.
Усилитель мощности построен на привычной для таких целей микросхеме TDA7294, обеспечивает выходную мощность около 100 ватт (70 ватт номинальная), тут хочу обратить внимание зрителей на тот момент, что указанная мощность является реальной, синусоидальной мощностью, а не то, что пишут китайцы на дешевых усилителях, так, что усилитель на полную может раскачивать такие динамические головки как 75ГДН- именно они находят широкое применение в самодельных автомобильных (да и не только) сабвуферных системах.
Преобразователь напряжения.
Я неоднократно пояснял для чего он нужен, более-менее серьезные усилители нуждаются в двухполярном источнике питания, напряжение которого в разы выше, чем напряжение бортовой сети автомобиля, преобразователь просто повышает напряжение до нужного уровня, для питания микросхемы усилителя.
В этом варианте использована традиционная схематика преобразователя – пуш-пул. Это двухтактный DC-DC преобразователь напряжения, имеется трансформаторная развязка, как и в прочем любом автомобильном усилителе.
Микросхема генератора – TL494 настроена на частоту около 150кГц, это довольно много, с учетом того, что во многих источниках советуется настраивать генератор на частоту в 2-3 раза ниже указанной, но сердечник трансформатора у меня марки epcos N87, в случае наших сердечников не советую увеличивать частоту выше 60кГц.
Полевые транзисторы типа IRFZ44, холостой ход инвертора без выходной нагрузки не более 50мА , с подключенным усилителем и фильтром (без входного сигнала) 250мА – это реальные цифры зафиксированные приборами.
Данные намотки трансформатора будут зависеть исключительно от вашего сердечника, в моем случае кольцо имеет размеры 28х14х10, первичная обмотка 2х5 витков жгутом из 5 проводов по 0,7мм, вторичная – 11 витков, жгут состоит из проводов 0,35мм 6 жил.
Напряжение ХХ около 25-27 вольт, под нагрузкой до 50 ватт почти никакой просадки, при нагрузке 100-120 вольт просадка минимальна.
Не смотря на простоту схематических решений, этот комплекс имеет все, что должен иметь любой автомобильный усилитель.
Микросхемы были установлены на панельки DIP8 и DIP16 для быстрой замены, хотя с учетом того, что усилитель будет работать в автомобиле, а это значит вечные вибрации, то желательно их запаять на плату без использования указанных панелей. Выходные выпрямительные диоды поставил типа UF5408, хотя они на 3 Ампера, но справляются отлично.
Дросселя (входной и выходные) были выдраны из вторичных цепей компьютерного бп, намоточные данные особо не критичны, их можно вообще не ставить (многие производители автомобильных усилителей так и делают).
Тема: Усков. Мощный УМЗЧ для сабвуфера.
Усков. Мощный УМЗЧ для сабвуфера.
Путеводитель по теме:
1. На 1 странице в шапке — двустороняя исправленная плата. Работоспособна.
2. 6 страница, топик №116 — первый предложенный рисунок односторонней печатки:
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=116
3. 7 страница, топик №122 — односторонняя печатка в Eagle_4:
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=122
Редактор Eagle можно скачать по адресу http://www.cadsoft.de/
4. 12 страница, топик 224 — улучшенная и перерисованная, оптимизированная печатка. Но все еще двусторонняя.
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=224
5. 12 страница, 232 пост. То же, что и п.4, но расставил элементы и оптимизировал расположение элементов:
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=232
6. 16 страница, топик 311..313 — Наконец-то разведенная в спринте печатка в одностороннем исполнении. Исправленный рабочий усилитель в 312 топике:
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=312
7. 22 страница, топик 426 — вариант односторонней печатки по 3 транзистора в плечо:
http://forum.vegalab.ru/showpost.php. &postcount=426
Прежде всего, чтобы всем было понятно, о чем пойдет речь
http://u-sound.narod.ru/activesub01.htm
Вчера собрал и опробовал усилитель Ускова для сабвуфера на импорте. Выходные КТ825/827 были заменены на TIP142/147. КТ814/815 на BD139/140. Плата переразложена. В начале установлена только одна пара выходных транзисторов и напряжние +-24В с маломощным (50Вт) трансформатором. Начало испытаний — в режиме В, т.е. движок подстроечного резистора переведен в положение 1 и сопротивление 1-2 равняется 1,5к.
С первого же включения усилитель порадовал отсутствием хлопка — только короткий тихий щелчок. При работе на тестовый 25ГДН, последний только что не рвался. «Ступенек» режима В также не было заметно (в его-то диапазоне частот и уровне собственных искажений). Скажу сразу, он работал с одной парой выходных транзисторов на радиаторе Алексея Сиволобова — от мощных промышленных диодов или иной шушеры. На +-24В и половине мощности (ночь была) трансформатор уже звенел, а радиатор был лишь немного теплым. Для тестовых целей был установлен шаровый К544УД1А, сковырнутый с Кумир 35У-102С темброблока.
Теперь о тонкостях, с которыми пришлось столкнуться при сборке и включении усилителя.
1) УМЗЧ собран на плате из двусторонне фольгированного текстолита. Снизу дорожки, а верхняя часть — оставленная фольга, к которой припаяны «земляные» ножки элементов, кроме электролитов питания 220uF x 50V. Для них снизу предусмотрены небольшие шины, соединяемые с землей через ножку стабилитрона и конденстатора D12 C11 и D11 C10 соответственно, распаянные с обоих сторон платы.
2) Для правильного травления платы и обеспечения удобства последующей сборки, земляную сторону необходимо заклеить скотчем или закрасить цапонлаком, штрихом и т.д. на 30-35мм от нижнего края. Выше ни один элемент не имеет заземления, соответственно и высверливать пятачки придется меньше.
3) Там, где ножки элементов не имеют контакта с землей, необходимо сделать зинковку сверлом более 5мм не острее 120 градусов. Я использовал шарошку d5. Там, где имеют, просто снимаем стружку от сверления и оставляем отверстие без зинковки. Получившиеся «пятачки безопасности» имеют диаметр около 2,5-4мм. Для ОУ придется, естественно, делать меньший диаметр.
4) Дорожки, идущи к эмиттерам выходников необходимо как следует пролудить.
5) 560 Ом 2Вт пришлось заменить на сборку из двух 1,1к, поскольку в Чипе (промать их!), естественно, нужного номинала не было.
6) D11 необходимо одеть в кембрик, чтобы он корпусом не касался земли. Для D12 в этом нет необходимости, корпус все-равно заземлен.
7) Для наибольшей безопасности при работе усилителя, резисторы необходимо устанавливать над основной шиной на расстоянии примерно 0.5мм. Для этого из короткой стороны пластиковой карточки для интернета вырезаем полоску примерно 7мм шириной, и при монтаже подкладываем под резисторы. Когда резистор припаян, ее можно убрать и приступить к следующему. Аккуратность монтажа и надежность работы вам обеспечены!
Сравнительно недешевые D6 и D4 можно вообще убрать, если выходные транзисторы — TIP 142/147, поскольку защитные диоды уже встроены в эти мощные составные транзисторы. Собственно я их и не ставил.
9) И самое интересное — при переводе источника (у меня тестовый — бумбокс) в соседний режим или ожидание, на выходе включенного усилителя появлялась постоянка. Связано это, ИМХО, с присутсвующим на выходе бумбокса постоянным напряжением, которое при прекращении его работы заряжает проходной конденсатор. Этот заряд может сниматься только через входное сопротивление ОУ, которое равно более 2МОМ. Т.о. сделав подборку из формул C=q/U; I=q/t=U/R, получаем t=q/I=qR/U=UCR/U=CR. Т.е. время разряда будет равно произведению емкости конденсатора на сопротивление резистора, через который он разряжается. В нашем случае это более 2с. За 2 секунды при макстимальной мощностии более 200Вт можно спалить почти любой динамик. По моему мнению, импедансозадающий резистор R8 следует перенести после конденсатора, тогда время разряда снизится до 22 миллисекунд.
10) Также кажется весьма спорной емкость C6, сопротивление которой на 20Гц составит -j3 килоома. Т.е. на АЧХ при 20КГц Ку=18,179, а при 20Гц уже Ку=14,2. Для нормализации АЧХ, ИМХО, необходимо, чтобы Xc составляло не более 1.1k, т.е. было на порядок меньше R13. Это соответствует емкости 7,2мкФ, поэтому с чистой совестью можно ставить 10 или 22мкФ. Кроме того, если ОУ калиброванный, то эта емкость вообще не нужна. Ее исключение благоприятно скажется на ФЧХ и нижней границе усиления, которая фактически может составить 2Гц.
После всего сказанного, хотелось бы услышать аргументированную оценку сего усилителя (напомню — он специализирован под сабвуфер!), исправления и замечания относительно описанных выше пунктов, т.к. все они яваляютя по сути лишь домыслами. Особенно п.п. 9 и 10. Приглашаю к обсуждению и доработке схемы всех, и пользователей с начальными знаниями, и великих инквизиторов
Далее решил пришлепнуть все текущие наработки — фотки и файлы спринта
[ADDED=Lincor]1107329205[/ADDED]
Сейчас на ходу перебрал входной фильтр, вот вторая версия
[ADDED=Lincor]1107332348[/ADDED]
Все, окончательно, правильный 2 вариант! Сейчас переставил входной резистор — все стало в порядке. Диффузор выходит и тут хе входит. Процесс около 0.5 с, без всяких фатальных последствий
Усилитель для сабвуферов на основе TPA3255
Как правило, сабвуферы — это законченные устройства, со своим встроенным усилителем, оптимально (ну или почти) подобранным к НЧ драйверу производителем. Иначе обстоит дело с сабвуферами встроенными в инсталляцию домашнего кинотеатра (включая и самые серьезные системы, там принято делать все по отдельности).
В предыдущей статье был приведен вариант возможной реализации встройки НЧ звена ДК. И сразу встал вопрос: какой усилитель использовать для его раскачки? Подавляющее (думаю даже все) современные AV ресиверы не содержат усилителей для сабвуферов, поэтому придется что-то выдумывать.
Какие варианты?
А вариантов то немало.
Самый первый, купить специализированный усилитель, НО цена на них за гранью добра и зла, поэтому сразу НЕТ.
Можно купить просто мощный интегральный стерео усилитель (без фанатизма), мне надо качать два канала, поэтому стерео вариант в самый раз. Вариант хороший, можно поискать и на барахолке приличную модель. Из минусов, все таки устройство не маленькое и надо ему найти место. А также, хорошие интегральники стоят порой не меньше, а и дороже ресиверов (хорошо, если такой усилитель уже есть). Если есть возможность, то лучше подобрать марку и дизайн совпадающий с основным устройством, AV ресивером. Этот вариант я оставил на потом, если ни чего другого не получится.
Можно прикупить специализированные board от готовых сабов. На китайских торговых площадках можно найти большой ассортимент таких девайсов. Возможно неликвид с заводов, а может распродажи остатков снятых с производства.
К примеру, у меня уже есть такая доска
Написано 120 вольт (для США, Японии похоже), но сейчас почти все импульсные блоки питания работают от широкого диапазона напряжений. И эта модель не исключение, прекрасно работает и от нашей сети. Данный вариант решения проблемы пассивного сабвуфера, также интересный. Тут и возможность регулировки усиления, кручения фазы и прочее имеется. В моем случае два таких усилителя можно было разместить на внутренних стенках консоли. Место удобное и не видно их особо и все под рукой. Но надо два, а у меня один. И опять подумалось об еще одном варианте. А этот оставлю для опционального мобильного саба, на будущее.
Микросхема TPA3255
А что если собрать что-то небольшое, что можно спрятать поглубже и не будет бросаться в глаза? Да и просто интересно стало, собрать чтонить такое. Собрать, разумеется из готовых узлов, чтобы быстро и не сложно.
Для сабвуферов, даже в среде аудиофилов, нет особого супротивления к цифровым усилителям D класса. А тут мы еще получаем самый высокий КПД, малые размеры и остальное из этого вытекающее, значит быть классу D.
Среди большого разнообразия таких усилителей у китайцев (а есть и прям специализированные) ни чего мне не приглянулось. Уж не знаю почему. Но, примерно наметился вектор в сторону усилителя на микросхеме от Texas Instruments TPA3255. Характеристики многообещающие, в даташите не постеснялись написать о 260 Ватт с одного мостового канала (там выходит два таких) на 4 Омах и 1% тотал искажений. По отзывам штука еще и достаточно музыкальная.
На Алиэкспрессе можно найти вариант платы близкий к референсному от TI. Но не совсем, не без изъянов.
Именно про эту плату много положительных отзывов. Остается некая неуверенность в качестве части компонентов на ней и вообще правильности их выбора. Кроме того, мне хотелось с блоком питания сразу.
Далее напрашивается вариант от ICEpower, но из Китая идут либо клоны, либо восстановленные платы. Официально же штука совсем не дешевая, хотя вариант точно заслуживает внимания.
И тут, на известном отечественном форуме, обнаружил вариант усилителя на всё той же TPA3255 (не буду указывать, что за форум и кто автор, кто захочет обнаружит быстро).
Решение интересное. Всё на одной плате, сразу подключаем к 220 вольт. Возможность работы как с дифференциальным, так и несимметричным сигналом на входе. Высококачественные компоненты, те же выходные дроссели не в пример того, что ставят китайцы. Микросхема установлена на обратной стороне, усилитель получился компактным и с отличным отводом тепла от TPA, через толстый бэкплейт размером со всю плату. С силовых элементов БП отвод сделан также на этот бэкплейт. Мелочь, а приятно, можно поменять ОУ на входе, они в «кроватках», но изначально стоят уже отличные. И еще один важный момент, в данном усилителе применена ООС дающая, по заверениям автора, приличную прибавку в качестве звучания.
Решение принято, беру такое. Да, и просто захотелось поддержать отечественного разработчика.
Моя реализация в железе
Для своего усилителя выбрал один из самых дешевых корпусов с Алиэкспресс, размером примерно 310х130х55, со стандартным комплектом разъемов. Плата усилителя встала туда идеально. Также у китайцев была куплена плата защиты акустики (автор усилителя заверял, что защита не требуется, но я решил не рисковать) способная работать с мостовыми усилителями и имеющая свой независимый БП от 220 вольт. В качестве регулятора громкости китайский же ALPS на 50кОм, да кнопка включения с подсветкой от 220 вольт. Собственно и всё, остальное по мелочи уже тут и из личных запасов.
Особое внимание уделил разводки земли усилителя. Не подключаем земляной контакт сетевого шнура. Да, вроде как не совсем хорошо по технике безопасности. Но, если мы посмотрим на фирменные усилители, то зачастую этого контакта в разъеме на задней стенке просто нет. На плате усилителя есть отдельный общий контакт (не забываем, что усилитель работает в мостовом режиме и на колонках нет общего), относительно толстым и коротким проводом общий идет на RCA входные разъемы, таким образом исключаем земляную петлю от межблочных кабелей. Далее сигнал от RCA идет по микрофонному кабелю LCM-14 с витой парой внутри. Один провод это собственно сигнал. Второй это общий, его подпаиваем к общему на RCA и там же подключен экран. На другом конце кабеля подключен регулятор громкости, уже только витой парой, экран не подключаем! С ползунков потенциометра сигнал снимаем короткой самопальной витой и сразу на плату, опять общий тут подключен только у источника, со стороны ALPS, на плату идут только сигнальные провода. Так мы избежим земляных петель в усилителе. Дополнительный общий провод, также из единственного места на плате усилителя, подключается к корпусу (разъемы RCA изолированы), при необходимости можно отключить.
На плате усилителя имеются индикаторы клипинга и ошибки, плюс есть разъем для подключения внешней индикации. Этим и воспользовался, подключив двухцветный светодиод на передней панели усилителя (дырка была от китайцев, так ее «залатал»).
В усилителе кабель-менеджмент к разъемам выполнен пайкой, а к платам стандартными коннекторами, как и было спроектировано автором. Соединения эти достаточно надежные, с большой площадью контакта, так что вполне достойное решение, плюс позволяет все быстро разобрать.
Ну и фото, что получилось
На время, данный усилитель потеснил SMSL AD18 на рабочем столе и поигрывает в паре с фунтиками. Нужен дифференциальный вход на звуковой карте, чтобы измерить в RMMA параметры, позже постараюсь это сделать. Субъективные оценки же я пока давать не буду.
Итого
Из-за ремонта, нет возможности подключить и послушать его с сабвуферами, это откладывается. Есть несколько нерешенных вопросов, в частности о дистанционном включении сабжа. Возможно будет добавлена схема от триггера ресивера или это реализую через группу розеток в самой консоли под аппаратуру.
