Усилитель низкой частоты вашего ПК. Часть 2
В КГ №10 (13 марта 2006 г.) была напечатана статья "Усилитель низкой частоты вашего ПК". Неожиданно для меня эта публикация получила достаточно многочисленные отклики. Сегодня радиолюбительство не столь распространено, как лет десять назад. Тем не менее, "гильдия" существует, пока существуют стойкие в своем увлечении люди. Этим материалом я постараюсь ответить на наиболее часто задаваемые вопросы и высказать новые пожелания.
Рисунок печатной платы
Выслать его — самая распространенная просьба. Описание любого законченного электронного устройства должно содержать разводку плат и расположение монтажных элементов. Исправляю свое упущение и привожу ссылки, по которым можно найти эту информацию. Печатная плата усилителя мощности на микросхеме TDA 7294 из набора Master Kit (именно этот набор использован в конструкции) — сайт . В представленном варианте принципиальной схемы есть несущественные различия по сравнению с типовой схемой из документации производителя. Несколько иначе выглядит цепь бесшумного включения питания. Данная плата трассирована для принципиальной схемы, опубликованной в 10-м выпуске КГ. Типовую распайку навесных элементов и топологию печатной платы от производителя TDA 7294 (второй вариант) можно скачать по адресу сайт . Документ также содержит схему дополнительных комплиментарных транзисторных каскадов на выходе для доведения выходной мощности до 180 W, схему мостового включения нагрузки для двух усилителей в одном канале, подробное описание параметров и многочисленные диаграммы. Рисунок печатной платы предварительного усилителя с электронными регулировками на микросхеме LM 1036 можно скачать с сайта сайт . В рассмотренной ранее конструкции использован иной вариант с установкой потенциометров непосредственно на плату. Тем не менее, я не выполнял трассировку, и потому, чтобы не нарушать авторских прав, не привожу иллюстрации с топологией, а ограничиваюсь указанием ссылок, где можно ее найти.
Заменяемость элементов
Что можно рекомендовать вместо TDA 7294 и LM 1036? Очень близкие характеристики имеет микросхема TDA 7293, которая также позволяет передать в нагрузку мощность 100 W, но у TDA 7294 лучше репутация по надежности. С другой стороны, если пожертвовать выходной мощностью, можно найти десятки различных оконечных усилителей интегрального исполнения. Неплохие усилители можно построить на TDA 2050 (32 W), TDA 1557 либо TDA 1553 (22 W). Последние разрабатывались как автомобильные и запитываются однополярным напряжением 14 V, что упрощает схему блока питания. Все усилители интегрального исполнения стандартизированы по входной чувствительности, поэтому можно комбинировать различные сочетания предварительных и оконечных усилителей. Тем не менее, я выбрал схему с более высоким и именно двухполярным питающим напряжением, потому что его величина накладывает ограничения на максимально возможную мощность. Для однополярного напряжения 14 V даже используя в каждом канале по два усилителя с противофазным включением стандартной четырехомной нагрузки 22 W — это предел. Несколько отвлекаясь от вопроса, следует отметить, автомобильная акустика может найти свое компьютерное применение. Сегодня в продаже большой выбор весьма агрессивных по дизайну и привлекательных по характеристикам автомобильных динамиков. Дальше желание и фантазия... Можно собрать любой вариант усилителя и самостоятельно изготовить пассивную акустическую систему по вкусу и возможностям (в этом случае желательно поискать методику расчета габаритов колонок, фазоинвертора, фильтров). Весьма оригинально будут смотреться динамики, встроенные непосредственно в компьютерный стол! За возможный ущерб, причиненный движимому имуществу вследствие нарушения технологии столярных работ, равно как и по причине ошибок в техническом проекте на упомянутые работы, автор статьи ответственности не несет:).
Теперь о предварительном усилителе. Его можно собрать не только на микросхеме LM 1036 (коэффициент гармоник < 0,1%, напряжение шумов 30 mkV). В качестве замены подойдет предварительный усилитель на TDA 1524 (коэффициент гармоник < 0,3%, относительный уровень шумов 80 dB). Выбирая элементную базу оконечных и предварительных усилителей, стоит внимательно ознакомиться с их характеристиками. Рекомендуемые для замены микросхемы имеют неплохие, но более скромные параметры по сравнению с LM 1036 и TDA7294. Экономия почти всегда отражается на качестве.
Блок питания
Я говорил ранее о некритичности его исполнения. Фон не будет существенно увеличен, если уменьшить номинал конденсаторов. В многочисленных схемах усилителей с нестабилизированными блоками питания емкость колеблется в диапазоне от 4000,0 mkF до 10.000,0 mkF. Однако золотое правило — чем больше, тем лучше. Для выпрямителя подойдут диоды Д242, Д243, Д245 и т.п. Замена трансформатора ТПП268 не только возможна, но и желательна. Вместо него лучше использовать ТПП322 (2х32,5 V, 3,2 A), ТПП323 (2х40 V, 2,4 A), либо найти другой подходящий, либо перемотать вторичные обмотки на напряжение 35-40 V и допустимый ток нагрузки 3-4 А. В этом случае от усилителя можно получить максимальную отдачу. Напряжение питание 40 V для микросхемы TDA7294 является предельным. Мне нравятся именно унифицированные трансформаторы за их "молчаливый характер". Если вы используете любой из перечисленных выше трансформаторов, ничего не нужно менять в схеме включения. Вся серия ТПП имеет идентичное расположение выводов и отличается только габаритами сердечника и сечением провода в обмотках.
Конструкция и компоновка
Каждый радиолюбитель размещение конструктивных элементов чаще всего делает на свой вкус. Приятно отметить, что ряд читателей указывали на удачное конструктивное исполнение с пожеланием более подробно его описать. Можно дать несколько очевидных, но полезных советов. Разводку печатных плат в случае самостоятельного проектирования удобно выполнить с помощью пакета PCAD. В этом случае дорожки, идущие к выводам 7, 8, 13, 14, 15, желательно прорисовать по возможности более широкими. Вписаться в габариты корпуса флоппи-диска либо CD-ROM 14х145х200 достаточно просто как при самостоятельной трассировке плат, так и при использовании готовых наборов (не только на представленной элементной базе). До сборки усилителя стоит определить его компоновку в корпусе. Имея четыре позиции под установку CD-ROM, первые две я отвел под блок питания, в третьей разместил собственно CD-ROM, в четвертой — усилитель. Радиаторы не случайно вынесены в глубину корпуса.
При указанной компоновке остается свободное пространство за приводом флоппи-диска 3,5". Это место можно использовать для установки дополнительных вентиляторов, если планируется доведение мощности до номинальной (в моем варианте она понижена). При мощности 100 W размеры радиаторов внутри выбранных габаритов без дополнительного охлаждения будут недостаточными. Рекомендуемая площадь охлаждающей поверхности — 600 см2. Платы оконечных усилителей компактные и легкие, что допускает их крепление единственным винтом за микросхему к радиатору. Аналогично можно крепить плату предварительного усилителя (за потенциометры к передней панели), однако в этом случае теряется эффект "заводского изготовления". Я не поленился прикрутить эту плату к корпусу привода (шасси), а оси потенциометров вывел через минимальные отверстия в передней панели. Внешние разъемы, как отмечалось ранее, закреплены на стандартной аудиопланке. Входные используются по назначению. Использовать такие же разъемы или разъемы игрового порта для подключения колонок нежелательно. Следуя правилу, согласно которому выход усилителя обязательно когда-нибудь подключится к джойстику либо линейному выходу аудиоадаптера, я закрепил два разъема типа "тюльпан" на отдельной пластине в той позиции, где раньше был разъем игрового порта. При распайке выходных разъемов и цепей питания следует использовать провод повышенного сечения.
Модернизация усилителя
Любое устройство можно улучшить. В предыдущей публикации я говорил о возможности доработки усилителя элементами управления и индикации. Однако, монтируя именно компьютерный усилитель, разумно ограничиться стандартами аппаратуры подобного вида. Аудиоутилиты операционной системы и прикладные мультимедийные программы уже предусматривают возможность различной индикации и регулировки уровня, тембра, баланса. Но, поскольку хорошая серийно выпускаемая компьютерная акустика все-таки их содержит, я тоже вывел эти регулировки на панель усилителя. С другой стороны, это действительно удобно, особенно для пассивных колонок напольного исполнения, которые размещаются не возле компьютера, а в оптимальных точках помещения. Если же ставится обратная задача — упростить устройство и исключить регулировки, — то вместо блока на микросхеме LM 1036 можно использовать обычный операционник по стандартной схеме включения на коэффициент усиления 4.
По моему скромному мнению, доработка компьютерного усилителя интереснее в другом направлении. Не стоит превращать компьютерный усилитель в универсальный — лучше попытаться поднять качественные характеристики на той элементной базе, которой мы располагаем. Например, собрать многополосной усилитель. Речь не о четырех- или шестиканальных системах, а о двухканальном усилителе трехполосного исполнения. Подобные устройства, собранные на транзисторах, можно найти в старых радиолюбительских изданиях. Применение интегральных усилителей и, тем более, готовых наборов значительно упрощает построение. Основная идея трехполосных систем заключается в том, что разделение спектра на высокие, средние и низкие частоты выполняется не фильтрами пассивной акустики, а активными фильтрами между предварительным и оконечными усилителями. Несложно собрать активные фильтры высокого порядка — например, шестого — и подключить каждую полосу к отдельному усилителю мощности.
В трехполосных системах значительно снижаются искажения — в частности, интермодуляционные и динамические. Аудиоаппаратура не нормируется по этим показателям, а на качество работы они оказывают весьма существенное влияние. Другая немаловажная особенность — возможность очень глубокой регулировки тембра. Если классический темброблок с фильтрами второго порядка обеспечивает подъем/завал АЧХ на 12-16 dB, то полосовые фильтры 6-го порядка — уже в районе 80-90 dB, т.е. фактически можно получить глубину регулировки тембра на уровне динамического диапазона усилителя. Наконец, подключение высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных динамиков непосредственно к выходам полосовых оконечных усилителей исключает потери в пассивных фильтрах и позволяет получить дополнительное увеличение акустической мощности (звуковое давление) при равной электрической.
На этом можно закончить и пожелать успешных результатов при повторении усилителя.
Сергей Андросенков, ses@minsktrans.by
Рисунок печатной платы
Выслать его — самая распространенная просьба. Описание любого законченного электронного устройства должно содержать разводку плат и расположение монтажных элементов. Исправляю свое упущение и привожу ссылки, по которым можно найти эту информацию. Печатная плата усилителя мощности на микросхеме TDA 7294 из набора Master Kit (именно этот набор использован в конструкции) — сайт . В представленном варианте принципиальной схемы есть несущественные различия по сравнению с типовой схемой из документации производителя. Несколько иначе выглядит цепь бесшумного включения питания. Данная плата трассирована для принципиальной схемы, опубликованной в 10-м выпуске КГ. Типовую распайку навесных элементов и топологию печатной платы от производителя TDA 7294 (второй вариант) можно скачать по адресу сайт . Документ также содержит схему дополнительных комплиментарных транзисторных каскадов на выходе для доведения выходной мощности до 180 W, схему мостового включения нагрузки для двух усилителей в одном канале, подробное описание параметров и многочисленные диаграммы. Рисунок печатной платы предварительного усилителя с электронными регулировками на микросхеме LM 1036 можно скачать с сайта сайт . В рассмотренной ранее конструкции использован иной вариант с установкой потенциометров непосредственно на плату. Тем не менее, я не выполнял трассировку, и потому, чтобы не нарушать авторских прав, не привожу иллюстрации с топологией, а ограничиваюсь указанием ссылок, где можно ее найти.
Заменяемость элементов
Что можно рекомендовать вместо TDA 7294 и LM 1036? Очень близкие характеристики имеет микросхема TDA 7293, которая также позволяет передать в нагрузку мощность 100 W, но у TDA 7294 лучше репутация по надежности. С другой стороны, если пожертвовать выходной мощностью, можно найти десятки различных оконечных усилителей интегрального исполнения. Неплохие усилители можно построить на TDA 2050 (32 W), TDA 1557 либо TDA 1553 (22 W). Последние разрабатывались как автомобильные и запитываются однополярным напряжением 14 V, что упрощает схему блока питания. Все усилители интегрального исполнения стандартизированы по входной чувствительности, поэтому можно комбинировать различные сочетания предварительных и оконечных усилителей. Тем не менее, я выбрал схему с более высоким и именно двухполярным питающим напряжением, потому что его величина накладывает ограничения на максимально возможную мощность. Для однополярного напряжения 14 V даже используя в каждом канале по два усилителя с противофазным включением стандартной четырехомной нагрузки 22 W — это предел. Несколько отвлекаясь от вопроса, следует отметить, автомобильная акустика может найти свое компьютерное применение. Сегодня в продаже большой выбор весьма агрессивных по дизайну и привлекательных по характеристикам автомобильных динамиков. Дальше желание и фантазия... Можно собрать любой вариант усилителя и самостоятельно изготовить пассивную акустическую систему по вкусу и возможностям (в этом случае желательно поискать методику расчета габаритов колонок, фазоинвертора, фильтров). Весьма оригинально будут смотреться динамики, встроенные непосредственно в компьютерный стол! За возможный ущерб, причиненный движимому имуществу вследствие нарушения технологии столярных работ, равно как и по причине ошибок в техническом проекте на упомянутые работы, автор статьи ответственности не несет:).
Теперь о предварительном усилителе. Его можно собрать не только на микросхеме LM 1036 (коэффициент гармоник < 0,1%, напряжение шумов 30 mkV). В качестве замены подойдет предварительный усилитель на TDA 1524 (коэффициент гармоник < 0,3%, относительный уровень шумов 80 dB). Выбирая элементную базу оконечных и предварительных усилителей, стоит внимательно ознакомиться с их характеристиками. Рекомендуемые для замены микросхемы имеют неплохие, но более скромные параметры по сравнению с LM 1036 и TDA7294. Экономия почти всегда отражается на качестве.
Блок питания
Я говорил ранее о некритичности его исполнения. Фон не будет существенно увеличен, если уменьшить номинал конденсаторов. В многочисленных схемах усилителей с нестабилизированными блоками питания емкость колеблется в диапазоне от 4000,0 mkF до 10.000,0 mkF. Однако золотое правило — чем больше, тем лучше. Для выпрямителя подойдут диоды Д242, Д243, Д245 и т.п. Замена трансформатора ТПП268 не только возможна, но и желательна. Вместо него лучше использовать ТПП322 (2х32,5 V, 3,2 A), ТПП323 (2х40 V, 2,4 A), либо найти другой подходящий, либо перемотать вторичные обмотки на напряжение 35-40 V и допустимый ток нагрузки 3-4 А. В этом случае от усилителя можно получить максимальную отдачу. Напряжение питание 40 V для микросхемы TDA7294 является предельным. Мне нравятся именно унифицированные трансформаторы за их "молчаливый характер". Если вы используете любой из перечисленных выше трансформаторов, ничего не нужно менять в схеме включения. Вся серия ТПП имеет идентичное расположение выводов и отличается только габаритами сердечника и сечением провода в обмотках.
Конструкция и компоновка
Каждый радиолюбитель размещение конструктивных элементов чаще всего делает на свой вкус. Приятно отметить, что ряд читателей указывали на удачное конструктивное исполнение с пожеланием более подробно его описать. Можно дать несколько очевидных, но полезных советов. Разводку печатных плат в случае самостоятельного проектирования удобно выполнить с помощью пакета PCAD. В этом случае дорожки, идущие к выводам 7, 8, 13, 14, 15, желательно прорисовать по возможности более широкими. Вписаться в габариты корпуса флоппи-диска либо CD-ROM 14х145х200 достаточно просто как при самостоятельной трассировке плат, так и при использовании готовых наборов (не только на представленной элементной базе). До сборки усилителя стоит определить его компоновку в корпусе. Имея четыре позиции под установку CD-ROM, первые две я отвел под блок питания, в третьей разместил собственно CD-ROM, в четвертой — усилитель. Радиаторы не случайно вынесены в глубину корпуса.
При указанной компоновке остается свободное пространство за приводом флоппи-диска 3,5". Это место можно использовать для установки дополнительных вентиляторов, если планируется доведение мощности до номинальной (в моем варианте она понижена). При мощности 100 W размеры радиаторов внутри выбранных габаритов без дополнительного охлаждения будут недостаточными. Рекомендуемая площадь охлаждающей поверхности — 600 см2. Платы оконечных усилителей компактные и легкие, что допускает их крепление единственным винтом за микросхему к радиатору. Аналогично можно крепить плату предварительного усилителя (за потенциометры к передней панели), однако в этом случае теряется эффект "заводского изготовления". Я не поленился прикрутить эту плату к корпусу привода (шасси), а оси потенциометров вывел через минимальные отверстия в передней панели. Внешние разъемы, как отмечалось ранее, закреплены на стандартной аудиопланке. Входные используются по назначению. Использовать такие же разъемы или разъемы игрового порта для подключения колонок нежелательно. Следуя правилу, согласно которому выход усилителя обязательно когда-нибудь подключится к джойстику либо линейному выходу аудиоадаптера, я закрепил два разъема типа "тюльпан" на отдельной пластине в той позиции, где раньше был разъем игрового порта. При распайке выходных разъемов и цепей питания следует использовать провод повышенного сечения.
Модернизация усилителя
Любое устройство можно улучшить. В предыдущей публикации я говорил о возможности доработки усилителя элементами управления и индикации. Однако, монтируя именно компьютерный усилитель, разумно ограничиться стандартами аппаратуры подобного вида. Аудиоутилиты операционной системы и прикладные мультимедийные программы уже предусматривают возможность различной индикации и регулировки уровня, тембра, баланса. Но, поскольку хорошая серийно выпускаемая компьютерная акустика все-таки их содержит, я тоже вывел эти регулировки на панель усилителя. С другой стороны, это действительно удобно, особенно для пассивных колонок напольного исполнения, которые размещаются не возле компьютера, а в оптимальных точках помещения. Если же ставится обратная задача — упростить устройство и исключить регулировки, — то вместо блока на микросхеме LM 1036 можно использовать обычный операционник по стандартной схеме включения на коэффициент усиления 4.
По моему скромному мнению, доработка компьютерного усилителя интереснее в другом направлении. Не стоит превращать компьютерный усилитель в универсальный — лучше попытаться поднять качественные характеристики на той элементной базе, которой мы располагаем. Например, собрать многополосной усилитель. Речь не о четырех- или шестиканальных системах, а о двухканальном усилителе трехполосного исполнения. Подобные устройства, собранные на транзисторах, можно найти в старых радиолюбительских изданиях. Применение интегральных усилителей и, тем более, готовых наборов значительно упрощает построение. Основная идея трехполосных систем заключается в том, что разделение спектра на высокие, средние и низкие частоты выполняется не фильтрами пассивной акустики, а активными фильтрами между предварительным и оконечными усилителями. Несложно собрать активные фильтры высокого порядка — например, шестого — и подключить каждую полосу к отдельному усилителю мощности.
В трехполосных системах значительно снижаются искажения — в частности, интермодуляционные и динамические. Аудиоаппаратура не нормируется по этим показателям, а на качество работы они оказывают весьма существенное влияние. Другая немаловажная особенность — возможность очень глубокой регулировки тембра. Если классический темброблок с фильтрами второго порядка обеспечивает подъем/завал АЧХ на 12-16 dB, то полосовые фильтры 6-го порядка — уже в районе 80-90 dB, т.е. фактически можно получить глубину регулировки тембра на уровне динамического диапазона усилителя. Наконец, подключение высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных динамиков непосредственно к выходам полосовых оконечных усилителей исключает потери в пассивных фильтрах и позволяет получить дополнительное увеличение акустической мощности (звуковое давление) при равной электрической.
На этом можно закончить и пожелать успешных результатов при повторении усилителя.
Сергей Андросенков, ses@minsktrans.by
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 14 за 2006 год в рубрике железо
