Световое и звуковое оборудование для дискотеки цветомузыка и ламповые микрофоны

световое оборудование | звуковое оборудование

барахолка распродажа аппаратура недорого объявления

Автомобильные усилители мощности

Наши предложения по усилителям мощности для клубов и дискотек

Автомобильные усилители мощности

      Первые автомобильные усилители ("бустеры") представляли собой мостовые варианты выходных каскадов обычных усилителей мощности звуковой частоты. При напряжении питания 12В максимальная мощность на нагрузке 4 Ом составляла 15...20 Вт на канал. В некоторых конструкциях, подобно "домашним" усилителям, имелись собственные регуляторы громкости и тембра, эквалайзеры, а также линейные входы. Первоначально дополнительные усилители выполняли на дискретных элементах, затем — на микросхемах.
      Возросшие требования к качеству звуковоспроизведения заставили конструкторов автомагнитол повысить выходную мощность встроенных усилителей. Почти во всех моделях они стали мостовыми с выходной мощностью 15...20 Вт на канал. Дальнейшее улучшение качественных показателей автомобильных усилителей (и в первую очередь — выходной мощности) потребовало применения повышенного напряжения питания. Так появились автомобильные усилители с преобразователями напряжения питания. Можно отметить, что в массовой аппаратуре "гонка мощностей" магнитол и внешних усилителей не закончилась и теперь. В 2000 году, например, появились магнитолы, в которых встроенный усилитель снабжен преобразователем напряжения, обеспечивающим номинальную выходную мощность до 30 Вт на канал.

Структура автомобильных усилителей мощности

      По своей схемотехнике автомобильные усилители мощности практически не отличаются от "домашних". Однако область применения придает им ряд специфических особенностей, что и выделяет их в совершенно самостоятельный класс устройств.
      Во-первых, это наличие импульсного преобразователя напряжения. Напряжение питания усилителя должно быть двухполярным (чтобы исключить разделительный конденсатор на выходе) и иметь значение в интервале ±25...50 В. В усилителях высокого класса блок питания для каждого канала или группы каналов отдельный — это снижает взаимное влияние и помехи.
      Во-вторых, автомобильные усилители представляют собой усилители мощности с развитой системой регулировок. В большинстве конструкций имеются встроенные фильтры. Они отсутствуют или в простейших моделях, или в профессиональных, предназначенных для работы с внешними активными фильтрами (электронными кроссоверами). Назначение фильтров — разделение частотного диапазона при создании многополосных систем. Как правило, встроенные фильтры усилителей имеют крутизну спадов АЧХ 12 дБ на октаву, реже — 18 и выше. В простых моделях фильтры нерегулируемые, в более сложных можно изменять частоты среза (плавно или ступенчато) и менять характер работы фильтра (НЧ/ВЧ). Если фильтры не нужны, допустимо их отключить.
      В-третьих, во многих моделях усилителей, помимо обычных линейных входов (входное сопротивление 10—20 кОм, чувствительность 0,5—1,5 В), имеются также входы высокого уровня (High Input). Эти входы предназначены для использования усилителей с головным аппаратом (например, магнитолой), не имеющим отдельного линейного выхода. В таком случае сигнал приходится снимать с выходов на громкоговорители, поэтому чувствительность входов высокого уровня составляет 2,5—10 В, а входное сопротивление небольшое: 50...200 Ом. В некоторых моделях усилителей входы высокого уровня одновременно являются и управляющими. При включении головного аппарата на его выходах появляется постоянное напряжение, которое и используется для включения усилителя.
      Помимо этого, возможно наличие диф-ференциальных(балансных) входов, у которых значительно снижена чувствительность к наводкам и помехам. Естественно, что для полного использования их преимуществ головной аппарат должен иметь балансные линейные выходы. Поскольку в последнее время появилась устойчивая тенденция к повышению напряжения на линейном выходе головного аппарата до 4 В, линейные входы большинства современных усилителей также рассчитаны на такое напряжение.
      Структура автомобильных усилителей достаточно разнообразна — однока-нальные, двухканальные, четырех, пяти и шестиканальные. Усилители с большим числом каналов обычно допускают работу в различных вариантах включения усилительных каналов и нагрузки и чаще всего используются в системах с многополосным усилением.
      Одноканальные усилители с развитой системой регулировок используются для работы с сабвуфером, двухканальные — для фронтальной АС с пассивными фильтрами либо в мостовом включении — с сабвуфером. В некоторых установках высокого уровня для левого и правого каналов используют отдельные двухканальные усилители в мостовом включении.
      Четырехканальные усилители, пожалуй, можно считать самыми распространенными. В аудиосистемах начинающих их чаще всего используют в конфигурации "2+1", когда два канала, включенных мостом, работают на сабвуфер, а два осг тавшихся — на фронтальную АС с пассивными разделительными фильтрами. Иногда, правда, встречается распределение каналов "фронт—тыл" (как в магнитоле). Используют их и в установках с многополосным усилением. В этом случае одна пара каналов используется для усиления сигналов полосы НЧ, вторая — для полосы СЧ—ВЧ. Частота раздела обычно выбирается в диапазоне 250...600 Гц.
      Пяти- и шестиканальные усилители обладают широкими возможностями и предназначены для создания развернутых аудиосистем среднего и высокого класса при минимальных затратах на установку и дополнительное оборудование. Многоканальный усилитель занимает меньше места, уменьшается количество межблочных соединений, поэтому помехозащищенность и надежность такой системы выше. Недостаток многоканальных усилителей по сравнению с независимыми устройствами — невысокое переходное затухание между каналами, вызванное связью через общий блок питания. Поэтому в современных многоканальных усилителях все чаще встречаются отдельные блоки питания для каждого канала.
      Пятый канал пятиканальных усилителей специально рассчитан на работу с сабвуфером и обычно имеет в 2—3 раза большую мощность. В современных изделиях усилитель мощности звуковой частоты этого канала обычно работает в импульсном классе D. Чтобы исключить влияние пятого канала на работу остальных, для него предусматривается самостоятельный блок питания. Такой усилитель фактически представляет собой два независимых устройства в общем корпусе. Остальные каналы, как правило, используются для двухполосного усиления, реже — в конфигурации "фронт—тыл". Шестиканальные усилители могут работать в различных вариантах включения с обычным и мостовым подключением нагрузки.
      В качестве примера на рис. приведена структура левой группы каналов простого шестиканального усилителя "Quipix QA-8900". Он снабжен встроенными фильтрами, позволяющими использовать его в различных конфигурациях, в том числе и с линейной АЧХ.

структура шестиканального усилителя мощности

Структура левой группы каналов шестиканального усилителя Quipix QA-8900

Усилители левого канала выполнены инвертирующими, что позволяет использовать мостовое включение нагрузки. В усилителях правого канала отсутствуют инверторы, в остальном схемы идентичны. Для каждой пары каналов можно независимо задать режим работы. Каналы 1 и 2 предназначены для работы с одним или двумя сабвуферами с частотой среза ФНЧ 80 или 120 Гц. Каналы 3 и 4 также могут работать с сабвуфером с частотой среза ФНЧ 80 Гц или с мидбасом с частотой среза ФВЧ 120 Гц. Каналы 5 и 6 могут работать с частотой среза ФВЧ 120 Гц (мидбас) или 5 кГц (пищалки).
      СХЕМОТЕХНИКА усилителей мощности звуковой частоты
      Весьма интересен один из первых автомобильных усилителей с преобразователем напряжения питания — "Monacor HPB 150" (рис.). Он был выпущен в Германии во второй половине 80-х годов и поныне используется в достаточно мощных системах. Максимальная выходная мощность усилителя на нагрузке 4 Ом порядка 40 Вт на канал в обычном включении. В мостовом включении выходная мощность на той же нагрузке составляет около 150 Вт.

усилитель мощности звука с преобразователем напряжения питания

Автомобильный усилитель с преобразователем напряжения питания Monacor HPB 150

      Схема усилителя — пример остроумных и простых технических решений. На входе установлен коммутируемый переключателем SA1 делитель напряжения из резисторов R2—R6. Коммутация обеспечивает выбор трех уровней чувствительности усилителя — 150, 250 и 500 мВ при входном сопротивлении около 20 кОм. Кроме линейного входа имеется также вход высокого уровня XS1, рассчитанный на подключение магнитолы как с обычным, так и с мостовым усилителем мощности. Чувствительность усилителя с этого входа — около 2,5 В, входное сопротивление — порядка 150 Ом.
      Первый каскад усилителя мощности звуковой частоты дифференциальный, напряжение в цепи эмиттеров стабилизировано на уровне -12В общим для обоих каналов параметрическим стабилизатором R8VD101. Второй каскад — усилитель напряжения с ПОС по питанию ("вольтодобавкой") и двухтактный выходной каскад на комплементарных составных транзисторах. В выходном каскаде применена защита по току за счет нелинейной ООС. Ток выходного каскада контролируется по падению напряжения на резисторах R24, R25 в цепи эмиттеров транзисторов VT9,VT10.
      Характерная особенность усилителя в мостовом включении, не встречающаяся в современных схемах, — переключение левого усилительного канала в инвертирующий 'режим с единичным коэффициентом передачи выходного сигнала правого канала. Секция переключателя SA2.2 замыкает на общий провод вход левого канала, а секция SA2.3 через резистор R115 подключает базу транзистора VT2 к выходу правого канала. Вход левого канала в мостовом режиме отключается, суммирование сигналов левого и правого каналов в этом режиме не предусмотрено. Нет в усилителе и активных фильтров.
      При повторении конструкции в выходном каскаде можно использовать комплементарные пары транзисторов серий КТ818 и КТ819, в предоконечном — КТ816 и КТ817. Цепи защиты можно исключить — при разумной эксплуатации это никак не скажется на надежности.
         На входе каждого канала усилителя мощности установлен линейный усилитель (драйвер), выполненный на ОУ DA1 (рис., нумерация элементов условная). Коэффициент усиления переменным резистором R5 изменяется на 20 дБ. Это позволяет регулировать чувствительность усилителя в диапазоне 0,15...1,5 В. Питание ОУ осуществляется от простейшего параметрического стабилизатора напряжения на стабилитронах VD1, VD2.

линейный усилитель драйвер на входе канала

Установленный на входе канала линейный усилитель (драйвер)

      Схема усилителя мощности полностью симметрична от входа до выхода, что способствует уменьшению искажений сигнала. В выходном каскаде использованы параллельно включенные транзисторы. Для линеаризации характеристик выходного каскада при малом уровне сигнала введена глубокая местная ООС за счет резисторов сопротивлением 10 Ом в эмиттерах выходных транзисторов. При увеличении падения напряжения на этих резисторах до 0,7 В они шунтируются диодами и на работу усилителя при большом сигнале влияния не оказывают.
      Такое построение выходного каскада обеспечивает глубокую местную ООС при малых уровнях сигнала, что положительно сказывается на качестве звучания. Обычно в усилителях классов В и АВ с малым током покоя наблюдается резкий рост искажений сигналов низкого уровня, что приводит к потере "прозрачности" звучания и детализации звуковых образов (в слуховых тестах усилителей подобные искажения описываются как "смазанный звук"). Для уменьшения искажений приходится увеличивать ток покоя выходного каскада. Примененное решение позволяет сохранить экономичность усилителя и повысить качество "первого ватта".
      Фильтр R1 R2C2 на входе УМ с частотой среза порядка 100 кГц предотвращает попадание в тракт радиопомех и наводок от встроенного преобразователя напряжения питания. Корректирующие конденсаторы С5—С7 обеспечивают устойчивость работы усилителя. С этой же целью на его выходе установлена традиционная цепочка R22C10. Конденсатор С8 снижает искажения сигнала на верхних частотах диапазона.
      Усилитель смонтирован в массивном алюминиевом корпусе с ребрами, выполняющем функцию теплоотвода. Транзистор VT7 и терморезистор R15 с положительным ТКС (так называемый позистор) имеют тепловой контакт с корпусом. Защита от перегрузки усилителя осуществляется в блоке питания.
      Указанные на схеме транзисторы ВС546В и ВС556В можно заменить соответственно на КТ3102Ж и КТ3107Б, ВС639 и ВС640 — на КТ645А и КТ644А, 2SC2389 — на любой из серии КТ315. У составных транзисторов выходного каскада TIP142 и TIP147 прямых аналогов нет, но их могут заменить соответственно КТ827 и КТ825 с любым буквенным индексом и дополнительные защитные диоды КД213 (их подключают между коллектором и эмиттером в обратной полярности). При повторении конструкции имеет смысл отказаться от предварительного усилителя на ОУ и регулировать коэффициент усиления изменением глубины ООС усилителя мощности звуковой частоты.
      У четырехканального усилителя "PPI 4240" (4x60 Вт) аналогичная структура (рис.). На входе каждого канала установлен предварительный усилитель на ОУ DA1 с общим для каждой пары каналов регулятором уровня входной чувствительности VR1 (сохранена заводская нумерация элементов). Коэффициент передачи предварительного усилителя изменяется от -6 до +20 дБ, что обеспечивает широкий диапазон регулировки чувствительности — от 150 мВ до 3 В. Для работы каналов усилителя в мостовом включении предусмотрен инвертор на ОУ микросхемы DA2, включаемый в один из каналов каждой пары.

Структура четырехканального усилителя предварительный усилитель с общим регулятором

Структура четырехканального усилителя PPI 4240

      Ключи на полевых транзисторах VT1, VT2 блокируют вход усилителя мощности звуковой частоты на время переходных процессов при включении и выключении источника сигнала, обеспечивая "бесшумную" коммутацию. Это необходимо, поскольку усилитель имеет открытый по постоянному току вход. Сигнал для управления ключами и блоком питания формируется отдельным каскадом.
      Усилитель мощности имеет симметричную структуру. На входе установлен двойной дифференциальный каскад. Для расширения динамического диапазона дифференциального каскада в эмиттеры транзисторов VT3—VT6 включены резисторы R17, R18, R21, R22. Цепи эмиттеров дифференциальных каскадов питаются от дополнительного источника напряжения (на схеме не показан). Второй каскад — усилитель напряжения с местной ООС. Третий каскад — двухтактный эмиттерный повторитель на составных транзисторах. Корректирующие конденсаторы С4, С6, С7 обеспечивают устойчивость усилителя. Ток выходного каскада контролируется на резисторе R31. При увеличении его до 5 А транзистор VT14 открывается и включает триггерную защиту блока питания. Работа преобразователя напряжения блокируется. Для снятия блокировки после устранения перегрузки нужно выключить и вновь включить усилитель.
      Рассмотренные усилители мощности звуковой частоты выполнены на дискретных компонентах. Во многих усилителях ОУ используют не только в каскадах предварительного усиления, но и для "раскачки" транзисторов выходного каскада.
      Пример такого схемотехнического решения — усилитель мощности "Hifonics Mercury" (рис.). Его особенность — применение многопетлевой ООС. Первый каскад усилителя выполнен на ОУ DA1.1 и через цепь R2R3 охвачен петлей ООС, устанавливающей его усиление 35 дБ. Второй и третий каскады усиления — двухтактные на комплементарных парах транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4, включенных по схеме с ОЭ. Для обеспечения работы транзисторов VT1 ,VT2 на линейном участке характеристики их базовые цепи подключены к цепочке сдвига уровня из последовательно включенных диодов VD1 — VD4. Выходной каскад построен по традиционной схеме на составных эмиттерных повторителях. Его особенность — наличие "выравнивающего" резистора R21 в цепи смещения выходных транзисторов.

схема усилителя мощности

Схема усилителя мощности Hifonics Mercury

      Эти каскады усилителя мощности звуковой частоты также охвачены петлей ООС, снижающей их усиление до 15 дБ. Напряжение обратной связи подается с выхода усилителя на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 через независимые цепи R10R11СЗи R12R13C4. Помимо этого, весь усилитель охвачен общей ООС через резистор R4. Для обеспечения устойчивости усилителя при многопетлевой ООС в выходных каскадах использована коррекция (конденсаторы СЗ—С9). Примененные решения позволяют получить очень низкий коэффициент гармоник усилителя — менее 0,05 % при выходной мощности 2x50 Вт на нагрузке 4 Ом.
      Рассмотренный канал усиления — инвертирующий. Для работы усилителя с мостовым включением нагрузки второй канал выполнен неинвертирующим. С этой целью там использовано соответствующее включение ОУ первого каскада (рис.). Остальная часть схемы отличий не имеет.

схема оу первого каскада

Схема включения ОУ первого каскада

      Рассмотренные в статье модели усилителей обеспечивают выходную мощность до 50 Вт на канал. Для большинства автомобильных аудиосистем этого более чем достаточно. С учетом уровня шумов в салоне, чувствительности АС и динамического диапазона сигнала средняя выходная мощность обычно не превышает 3...5 Вт на канал. Запас мощности требуется только для неискаженной передачи кратковременных пиков сигнала. Поэтому многие недорогие модели усилителей спроектированы с учетом этого фактора и долговременная мощность блока питания не соответствует максимальной мощности усилителя. Перегрузочная способность таких усилителей при большой выходной мощности зависит не от схемотехники УМ, а от энергетических возможностей блока питания.
      Создать усилитель большой мощности не так уж сложно. Намного труднее обеспечить ему надежное питание. Без преувеличения можно сказать, что качественные показатели автомобильного усилителя в режиме большой мощности определяются исключительно блоком питания. Недостаточность мощности преобразователя приводит к дополнительным искажениям пиков сигнала, ухудшению разделения каналов, повышению выходного сопротивления усилителя и, следовательно, снижению демпфирования. В случае работы усилителя на сабвуфер последнее обстоятельство имеет решающее значение. Словом, надежный блок питания — это больше, чем "пол-усилителя".
      СХЕМОТЕХНИКА БЛОКОВ ПИТАНИЯ
      Преобразователь напряжения, как и любой источник питания, имеет некоторое выходное сопротивление. При питании от общего источника между каналами усилителя возникает взаимосвязь, которая тем больше, чем выше выходное сопротивление источника питания. Оно, в первом приближении, обратно пропорционально мощности п реобразователя.
      Одной из составляющих выходного сопротивления блока питания становится и сопротивление питающих проводов. В моделях высокого класса для питания выходных каскадов усилителя используют медные шины сечением 3...5 мм . Это наиболее простое решение энергетических проблем усилителя, улучшающее динамику и точность передачи сигнала.
      Конечно, повысив мощность источника питания, взаимное влияние каналов можно уменьшить, но полностью исключить его нельзя. Если же использовать для каждого канала отдельный преобразователь, проблема снимается. Требования к отдельным источникам питания при этом можно заметно снизить. Обычно уровень переходного затухания усилителей с общим блоком питания составляет для бюджетных моделей 40...55 дБ, для более дорогих — 50...65 дБ. Для усилителей с раздельными блоками питания этот показатель превышает 70 дБ.
      Преобразователи напряжения питания делятся на две группы — стабилизированные и нестабилизированные. Нестабилизированные заметно проще и дешевле, но им свойственны серьезные недостатки. На пиках сигнала выходное напряжение преобразователя снижается, что приводит к увеличению искажений. Если увеличить мощность преобразователя, это снизит экономичность при малой выходной мощности. Поэтому нестабилизированные преобразователи применяются, как правило, в недорогих усилителях с суммарной мощностью каналов не более 100... 120 Вт. При более высокой выходной мощности усилителя предпочтение отдается стабилизированным преобразователям.
      Как правило, блок питания смонтирован в одном корпусе с усилителем (на рис. показана моноплата усилителя 'UBL ВРЗОО" с преобразователем напряжения), но в некоторых конструкциях он может быть выполнен в виде отдельного модуля. Для включения рабочего режима усилителя используется управляющее напряжение от головного аппарата (вывод Remote). Потребляемый ток по этому выводу минимален и ни как не связан с мощностью усилителя. В автомобильных усилителях обязательно используется защита от короткого замыкания в нагрузке и от перегрева. В ряде случаев имеется также защита нагрузки от постоянного напряжения в случае выхода из строя выходного каскада усилителя. Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой, отличаясь иногда незначительными изменениями.

моноплата усилителя с преобразователем напряжения

Моноплата усилителя UBL ВРЗОО с преобразователем напряжения

      Автомобильные усилители имеют еще одну особенность. Обычно компоненты аудиосистемы удалены друг от друга и для их соединения используются относительно длинные сигнальные кабели. Чтобы исключить образование чувствительного к наводкам паразитного контура (длина "земляных" проводников в автомобиле может достигать 10 м и более), приходится принимать специальные меры. Прежде всего нужно стремиться к тому, чтобы в системе была единственная точка соединения с корпусом (кузовом), но это условие не всегда можно выполнить. Для уменьшения уровня помех общий провод входных цепей блока питания и общий провод его выходных цепей имеют полную гальваническую развязку или связаны через резистор R1 сопротивлением порядка 1 кОм, как показано на рис. В зависимости от места и способа монтажа усилителя, линий питания и связи для достижения минимального уровня наводок может понадобиться и непосредственное соединение первичных и вторичных цепей.

схема развязки проводов усилителя

Гальваническая развязка проводов цепей блока питания и проводов выходных цепей

      В первых автомобильных усилителях использовались преобразователи напряжения, выполненные полностью на дискретных элементах. Пример такой конструкции — стабилизированный блок питания рассмотренного выше усилителя "Monacor HPB 150" (рис. 9). На схеме сохранена заводская нумерация элементов.
      Задающий генератор выполнен на транзисторах VT106 и VT107 по схеме симметричного мультивибратора. Работой задающего генератора управляет ключ на транзисторе VT101. Транзисторы VT103, VT105 и VT102, VT104 — двухтактные буферные каскады, улучшающие форму импульсов задающего генератора. Выходной каскад выполнен на параллельно включенных транзисторах VT111, VT113 и VT110, VT112. Согласующие эмиттерные повторители на VT108 и VT109 питаются пониженным напряжением, снимаемым с части первичной обмотки трансформатора. Диоды VD106 — VD111 ограничивают степень насыщения выходных транзисторов. Для дополнительного ускорения закрывания этих транзисторов введены диоды VD104. VD105. Диоды VD102, VD103 обеспечивают плавный запуск преобразователя. С отдельной обмотки трансформатора напряжение, пропорциональное выходному, подается на выпрямитель (диод VD113, конденсатор С106). Это напряжение обеспечивает активное закрывание выходных транзисторов и способствует стабилизации выходного напряжения.
      Недостаток биполярных транзисторов — высокое напряжение насыщения при большом токе. При токе 10... 15 А это напряжение достигает 1 В, что значительно снижает КПД преобразователя и его надежность. Частоту преобразования не удается сделать выше 25...30 кГц, в результате растут габариты трансформатора преобразователя и потери в нем.
      Применение полевых транзисторов в блоке питания (MOS Powered) повышает надежность и экономичность. Частота преобразования во многих блоках превышает 100 кГц. Появление специализированных микросхем, содержащих на одном кристалле задающий генератор и цепи управления, значительно упростило конструкцию блоков питания.
      Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания четырехканального усилителя "Jensen" приведена на рис. (нумерация элементов условная).

схема преобразователя напряжения питания усилителя мощности

Преобразователь напряжения питания четырехканального усилителя Jensen

      Задающий генератор собран на микросхеме KIA494P (отечественный аналог — КР1114ЕУ4). Цепи защиты на схеме не показаны. В выходном каскаде, помимо указанных на схеме типов приборов, можно использовать мощные полевые транзисторы КП812В, КП850, IRF150, IRFP044 и IRFP054. Диоды 1 N4118 можно заменить на КД522Б. Диоды выпрямителя КД2994, КД213 необходимо снабдить теплоотводом. В конструкции использованы отдельные диодные сборки с общим анодом и с общим катодом, смонтированные через изолирующие прокладки вместе с выходными транзисторами усилителя на общем теплоотводе.
      Трансформатор можно намотать на ферритовом кольце К42х28х10 или К42х25х11 с магнитной проницаемостью 2000. Первичная обмотка намотана жгутом из восьми проводов диаметром 1,2 мм, вторичная — жгутом из четырех проводов диаметром 1 мм. После намотки каждый из жгутов разделен на две равные части, и начало одной половины обмотки соединено с концом другой. Первичная обмотка содержит 2x7 витков, вторичная — 2x15 витков, равномерно распределенных по кольцу.
      Дроссель L1 намотан на ферритовом стержне диаметром 16 мм и содержит 10 витков эмалированного провода диаметром 2 мм. Дроссели L2, L3 намотаны на ферритовых стержнях диаметром 10 мм и содержат по 10 витков провода диаметром 1 мм. Длина каждого стержня 20 мм.
      Подобная схема блоков питания с незначительными изменениями используется в усилителях с суммарной выходной мощностью до 100...120 Вт. Варьируются число пар выходных транзисторов, параметры трансформатора и устройство цепей защиты. В преобразователях напряжения более мощных усилителей вводят обратную связь по выходному напряжению, увеличивают число выходных транзисторов.
      Для равномерного распределения нагрузки и уменьшения влияния разброса параметров транзисторов в трансформаторе токи мощных транзисторов распределяют на несколько первичных обмоток. Например, в преобразователе усилителя "Lanzar 5.200" использовано 20(!) мощных полевых транзисторов, по 10 в каждом плече. Повышающий трансформатор содержит 5 первичных обмоток. К каждой из них подключено по 4 транзистора (параллельно по два в плече). Для лучшей фильтрации высокочастотных помех возле транзисторов установлены индивидуальные фильтрующие конденсаторы суммарной емкостью 22000 мкФ. Выводы обмоток трансформатора подключены непосредственно к транзисторам, без использования печатных проводников.
      Поскольку автомобильным усилителям приходится работать в очень тяжелом температурном режиме, для обеспечения надежной работы в некоторых конструкциях используются встроенные вентиляторы, продувающие воздух через каналы теплоотвода. Управление вентиляторами осуществляется с помощью термодатчика. Встречаются устройства как с дискретным управлением ("включен-выключен"), так и с плавной регулировкой скорости вращения вентилятора.
      Наряду с этим, во всех усилителях используется термозащита блоков. Чаще всего она реализуется на основе термистора и компаратора. Иногда применяют стандартные компараторы в интегральном исполнении, но в этой роли чаще всего используют обычные ОУ. Пример устройства данного узла в уже рассмотренном четырехканальном усилителе "Jensen" приведен на рис. Нумерация деталей условная.

схема усилителя мощности термозащита блоков

Термозащита блоков в усилителе Jensen

      Термистор Rt1 имеет тепловой контакт с корпусом усилителя вблизи выходных транзисторов. Напряжение с термистора подано на инвертирующий вход ОУ Резисторы R1 — R3 вместе с термис-тором образуют мост, конденсатор С1 предотвращает ложные срабатывания защиты. При длине проводов, которыми термистор подключен к плате, около 20 см уровень наводок от блока питания достаточно велик. Через резистор R4 осуществляется положительная обратная связь с выхода ОУ, превращающая ОУ в пороговый элемент с гистерезисом. При нагреве корпуса до 100 °С сопротивление термистора снижается до 25 кОм, компаратор срабатывает и высоким уровнем напряжения на выходе блокирует работу преобразователя.
      Выходные транзисторы усилителя и ключевые транзисторы преобразователя чаще всего применяют в пластиковых корпусах, аналогичных ТО-220. К теплоотводу их крепят либо винтами, либо пружинными клипсами. У транзисторов в металлических корпусах тепло-отвод несколько лучше, но монтаж их намного сложнее, поэтому используют их редко, только в самых дорогих моделях.
      ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ФИЛЬТРЫ
      Предварительные усилители и встроенные кроссоверы практически во всех современных моделях автомобильной аудиоаппаратуры выполнены на микросхемах. Использовать в их конструкции дискретные транзисторы сложнее и дороже, а прибавка в качестве звучания не стоит этого. Как правило, в усилителях применяют фильтры на повторителях (фильтры Саллена—Ки). Остальные узлы обычно выполняют по типовым схемам "иэ учебника", хотя встречаются и оригинальные. Эти решения защищены не только патентами. В них используют заказные микросхемы, маркировка типовых элементов уничтожается, принципиальные схемы отсутствуют. Поэтому даже тщательное изучение монтажа не всегда помогает понять принцип работы тех или иных каскадов.
      Как уже упоминалось, обязательный набор фильтров для простого усилителя — ФВЧ и ФНЧ. В самых простых устройствах, предназначенных для работы в режиме "2+1", ФВЧ может отсутствовать. Чаще всего применяют фильтры Баттервор-та второго порядка. Причем, наряду с дискретным изменением частоты среза, в последнее время все шире используется плавная перестройка. В усилителях высокого класса, помимо фильтров более высокого порядка, применяют также дополнительные корректирующие звенья, расширены и возможности коммутации.
      Так, в двухканальном усилителе "Lanzar 5.200" предусмотрена развитая система регулировок. Кроме регулировки чувствительности глубиной более 32 дБ, есть и плавная подстройка фазы сигнала (подробно об этом — в следующей части статьи). Имеются также пара линейных выходов для наращивания системы и два независимых кроссовера четвертого порядка (24 дБ на октаву, ФВЧ — 40...230 Гц, ФНЧ — 65...240 Гц). Это позволяет применить дополнительный усилитель без кроссовера. Сигнал на линейном выходе можно получить как с плоской АЧХ, так и после прохождения фильтров. Причем если в основном тракте включен ФВЧ, то на линейный выход сигнал идет через ФНЧ (и наоборот). За счет независимой регулировки частот среза можно исправить некоторые дефекты АЧХ в области стыка полос, не прибегая к эквалайзеру.
      Для точной коррекции АЧХ в диапазоне "наиболее вероятных проблем" предусмотрено одно звено параметрического эквалайзера с регулируемой добротностью, центральная частота которого перестраивается в диапазоне 28...320 Гц. В зависимости от выбранного распределения частот между усилительными каналами корректор можно использовать как бас-бустер (в области частот 35...50 Гц) для подавления резонанса салона (120... 160 Гц) или для компенсации провала АЧХ на частотах 250...350 Гц.
      В усилителе "INFINITY Kappa 102a" частота среза встроенного кроссовера плавно перестраивается в пределах декады (32...320 Гц). Для сигнала, поступающего далее на усилитель, и для сигнала, поступающего на линейный выход, можно независимо установить режимы ФНЧ, ФВЧ и полной полосы. Фактически это два кроссовера в одном усилителе, однако регулировка частоты среза у них синхронная. Анализ схемы показал, что ФВЧ первого порядка реализован как фильтр дополнительной функции. Такое построение при создании многополосных усилительных систем обеспечивает автоматическое сопряжение частот раздела, но не позволяет корректировать АЧХ за счет их взаимного смещения. Впрочем, эквалайзер в системах такого уровня — компонент почти обязательный.
      При использовании усилителя с сабвуфером вместо эквалайзера можно воспользоваться фирменной разработкой — динамическим оптимизатором баса. По принципу действия он имеет сходство с параметрическим эквалайзером и содержит звено ФВЧ, частота среза и добротность которого регулируются. Изменение добротности фильтра позволяет, как известно, регулировать вид частотной характеристики на частоте среза — увеличение добротности приводит к появлению характерного пика. Однако в отличие от обычного эквалайзера, величина коррекции для динамического оптимизатора не постоянна, а зависит от уровня сигнала. При больших сигналах подъем низких частот ограничивается, что исключает перегрузку усилителя и сабвуфера. Диапазон перестройки частоты среза — 20...80 Гц. Величина коррекции превышает +6 дБ, причем с увеличением степени коррекции растет и подавление внепо-лосных сигналов (рис).

сигналы усилителя мощности

График внеполосных сигналов

      Для перестройки частоты среза фильтров в широком диапазоне необходимо использовать многосекционные переменные резисторы с хорошим согласованием характеристик. Так, для двухка-нального фильтра второго порядка требуются четырехсекционные резисторы. Кроме того, сопротивления секций в ряде случаев должны отличаться (например, для ФВЧ Баттерворта — в два раза). Поскольку изменение частоты среза обычно требуется только один раз при настройке системы, во многих конструкциях используют резисторные матрицы. В случае фильтров высокого порядка это не только удешевляет конструкцию, но и повышает ее надежность и точность настройки. Набор резисторов для нужной частоты среза можно приобрести вместе с усилителем либо смонтировать их самостоятельно. В последнее время в автомобильных усилителях все чаще применяют двухзвенные фильтры переменной крутизны, состоящие из звена второго порядка с фиксированной граничной частотой среза и плавно перестраиваемого звена первого порядка. Благодаря такой структуре обеспечиваются прекрасные фазовые характеристики в полосе пропускания (соответствуют фильтрам первого порядка) и хорошее подавление внеполосных сигналов (как у фильтров второго—третьего порядка). Изменение крутизны фильтра в полосе пропуекания можно оценивать с разных позиций, но более гладкая фазовая характеристика, по сравнению с традиционными вариантами, делает фильтры переменной крутизны особенно привлекательными в том случае, когда частота раздела полос НЧ и СЧ—ВЧ лежит в области 400...900 Гц. В этом диапазоне локализация звуковых образов основана на разности фаз сигналов, поэтому для сохранения четкой звуковой картины фазовые искажения желательно минимизировать. Пример схемной реализации таких фильтров — предварительный усилитель и кроссовер рассмотренного выше усилителя "Hifonics Mercury".
      На рис. приведена упрощенная схема одного канала. Нумерация элементов условная, цепи питания не показаны.

схема канала усилителя мощности

Схема канала усилителя Hifonics Mercury

      На входе установлены сдвоенный регулятор уровня R2.1 и буферный усилитель с коэффициентом усиления 6 дБ, выполненный на ОУ DA1.1 в неинвертирующем включении. Другой ОУ этой микросхемы используется во втором канале усилителя. Далее сигнал поступает на фильтры. Переключатель SA1.1 позволяет подать на усилитель мощности звуковой частоты сигнал с выхода одного из фильтров либо непосредственно с выхода предусилителя.
      Фильтр ВЧ переменной крутизны состоит из перестраиваемого звена первого порядка R8.1R9C2 и звена второго порядка с фиксированной частотой среза 80 Гц. Звено выполнено на ОУ DA2.2, включенном повторителем. Частота среза фильтра при перестройке повышается до 1 кГц. Аналогичную структуру имеет и ФНЧ, частота среза которого перестраивается в диапазоне от 20 до 80 Гц. Для получения необходимой добротности фильтра коэффициент усиления ОУ DA2.1 с помощью делителя R16R17 установлен равным 6 дБ. Кроссовер данного усилителя предназначен для работы с сабвуфером или малогабаритными мид-басовыми динамическими головками. Это обуславливает выбор диапазона перестройки фильтров. АЧХ фильтров в крайних положениях регуляторов приведены на рис. 14. Если частоту среза ФВЧ выбрать в пределах 150...250 Гц, за счет спада АЧХ можно в некоторой степени скомпенсировать акустический резонанс салона.
      Для коррекции АЧХ сабвуфера предусмотрен бас-бустер. На ОУ DA3.1 выполнен повторитель, а на ОУ DA3.2 — эквивалент последовательного колебательного контура с частотой настройки 45 Гц. Переменный резистор R20.1 регулирует степень включения контура в цепь ООС DA3.1, влияя на коэффициент усиления  каскада на частоте настройки. Глубина регулировки изменяема от 0 до +12 дБ.
      Рассмотренная схема в различных вариантах характерна для двух- и четы-рехканальных усилителей начального уровня. Но такие усилители могут работать с сабвуфером только в закрытом акустическом оформлении. Для таких вариантов, как фазоинвертор, пассивный излучатель и полосовой громкоговоритель высокого порядка, смещение диффузора головки ниже частоты настройки порта ограничивается только жесткостью подвижной системы. Чтобы ограничить амплитуду колебаний, необходимо исключить из сигнала составляющие с частотами ниже 25...30 Гц. Традиционные RC-цепочки для этой цели непригодны, поскольку не обеспечивают нужной степени подавления инфраниз-ких частот. В специализированных сабвуферных усилителях для этой цели используют активные фильтры четвертого—шестого порядков (si/toson/c). Они могут быть отключаемыми либо неотключаемыми, с фиксированной частотой среза или с плавной ее перестройкой.
      На рис. приведена схема кроссовера одного из специализированных усилителей для работы с сабвуфером. Сохранена нумерация элементов, использованная изготовителем; цепи питания не показаны.

Схема кроссовера усилителя для работы с сабвуфером

Схема кроссовера усилителя

      Первый каскад — буферный на сдвоенном ОУ DA102. Далее сигнал поступает на ФВЧ второго порядка, выполненные на ОУ микросхемы DA101. Применение фильтров позволяет исключить перегрузку малогабаритных АС нижними частотами диапазона. Частота среза ФВЧ перестраивается в полосе 30...600 Гц четырех-секционным переменным резистором VR101. Поскольку для ФВЧ Баттерворта сопротивление резисторов первого и второго звеньев должны отличаться в два раза, параллельно одной из секций подключены резисторы R104 (R204). У такого решения есть особенность — характеристика Баттерворта сохраняется в достаточно узкой полосе перестройки {примерно до 100 Гц). Далее пропорциональность сопротивлений нарушается, и в верхней границе диапазона фильтр превращается в равнокомпонентный. В отличие от фильтров Баттерворта, равнокомпонентные фильтры имеют более плавный перегиб АЧХ, а спад начинается относительно далеко от частоты среза (рис.). С выхода фильтров сигнал через буферные повторители на сдвоенных ОУ DA106, DA107 поступает на линейные выходы фронтальных и тыловых каналов к внешнему усилителю.

схемы усилителей мощности

Равнокомпонентные фильтры

      Оставшаяся часть устройства формирует сигнал для сабвуфера. С выхода буферных каскадов на DA102 сигнал через сумматор на резисторах R106, R206 поступает на ФВЧ четвертого порядка ("Subsonic"), выполненный на сдвоенном ОУ DA103. Частота среза изменяется в интервале 10... 130 Гц четырехсекционным переменным резистором VR102. Затем сигнал подается на ФНЧ третьего порядка на ОУ DA104.1, частота среза которого изменяется в интервале 20...200 Гц четырехсекционным резистором VR103. Выбранное сочетание частот среза позволяет получить практически любую результирующую АЧХ — вплоть до колоколообразной. Некоторые варианты АЧХ фильтров приведены на рис.

АЧХ фильтры усилителей мощности

Варианты АЧХ фильтров

      После фильтрации сигнал через регулятор уровня VR105 поступает на корректирующий усилитель (DA104.2). В цепи ООС этого каскада включен эквивалент последовательного колебательного контура — на DA105.1, аналогичный показанному (DA3.2). Переменный резистор VR104 (регулятор подъема басов, называемый "X-bass или "Super bass") изменяет степень включения контура в цепь ООС, повышая коэффициент усиления каскада на частоте 45 Гц в интервале 0...+18 дБ.
      Последний каскад на ОУ DA105.2 — фазовый корректор. Необходимость его применения вызвана тем, что в фильтрах высокого порядка возникает значительный сдвиг фазы сигнала. Кроме того, поскольку в подавляющем большинстве автомобилей сабвуфер устанавливают в багажнике или задней части салона, излученный им сигнал задержан относительно сигнала фронтальной АС. Совокупное воздействие этих факторов вызывает воспринимаемое на слух "отставание" баса. Особенно заметен этот эффект, если сабвуфер воспроизводит частоты выше 70...80 Гц. В ряде случаев "состыковать" полосы по фазе удается простой сменой полярности подключения динамической головки сабвуфера, но для более точной настройки необходим фазовый корректор.
      На рис. 18 приведены фазочастотные характеристики этого каскада для различных значений сопротивления резистора VR106. Частота, на которой вносимый корректором сдвиг фазы составляет 90 град., определяется постоянной времени цепи C118VR106. Линейный участок ФЧХ простирается примерно на одну октаву вверх и вниз от частоты настройки.

характеристики каскадов усилителя

Фазочастотные характеристики каскада

      Применение фазового корректора оправдано не только для сабвуфера — введение сдвига фазы на средних частотах позволяет скорректировать звуковую сцену. Поэтому аналогичный узел входит в состав некоторых усилителей и внешних кроссоверов, предназначенных для многополосного усиления.
Внешние кроссоверы выполняются практически по тем же схемам, что и встроенные, но отличаются развитой системой коммутации и более узкой специализацией. В кроссоверах широкого применения наиболее часто используются фильтры второго порядка, перестраиваемые резисторами. В кроссоверах, предназначенных для профессиональной установки (с соответствующей измерительной аппаратурой), обычно применяют фильтры четвертого порядка, для настройки которых используют резисторные сборки.       Питание большинства внешних кроссоверов — двухполяр-ное, поэтому в конструкцию входит преобразователь напряжения бортовой сети. Однополярное питание — только в самых дешевых конструкциях, рассчитанных на источники сигнала с выходным напряжением не более 0,5 В. Отказ от универсальности, свойственной встроенным кроссоверам большинства усилителей, значительно изменил многие их характеристики. Так, пределы плавной перестройки частоты двухполосных кроссоверов нередко ограничены двумя-тремя октавами в наиболее часто используемых полосах частот 50...800 Гц и 2... 10 кГц, разбитых на несколько интервалов.
      Смена множителя частоты в "многодиапазонных" конструкциях производится переключением частотозадающих конденсаторов. Если ограничить ширину полосы регулирования одной-двумя октавами, то в фильтрах второго порядка можно перестраивать только одно звено. При этом добротность и форма АЧХ фильтра практически не изменяются, но в конструкции допустимо применение недорогих двухсекционных переменных резисторов.
      В трехполосных кроссоверах используются те же схемотехнические решения. Основные отличия связаны с организацией канала средних частот. Для расширения области их применения во многих конструкциях отключают входящие в полосовой фильтр средних частот ФВЧ или ФНЧ, чтобы обеспечить возможность изменения фазировки каналов при настройке системы, нередко придусмат-ривают дополнительные инвертирующие каскады и переключатели полярности сигнала. Встречаются и плавные регуляторы фазы, подобные рассмотренному выше.

        Конечно, рассмотреть в рамках журнальной статьи все особенности применения автомобильных усилителей весьма сложно — слишком динамично развивается эта область электроакустики. Устройства с новыми функциональными возможностями появляются практически ежемесячно, поэтому рассмотрены только те решения, которые на настоящий момент стали классическими.
      Буквально за три-четыре года произошла кардинальная смена идеологии построения автомобильной аудиосистемы — переход от коаксиальных динамических головок в задней полке к трехполосной фронтальной АС, от пассивных фильтров — к активным. Увеличивается выходная мощность усилителей, появляются новые технические решения. Наряду с импульсными усилителями класса D, все чаще применяются более совершенные усилители класса Т, разработанные фирмой Tripath Technology. Но схемотехника импульсных усилителей — тема отдельной статьи.

     По материалам статьи А. Шихатова (г. Москва)

Смотри также:
Вокальные радиомикрофоны и эстрадные беспроводные радиосистемы
Микшеры и активные микшерские пульты
Аренда и прокат светового и звукового оборудования в Петербурге: комплекты звукоусилительной аппаратуры, свет и звук для вечеринок, концертов, дискотек, корпоративов, свадеб
Предложения дилерам и оптовым покупателям звукового и светового оборудования

Rambler's Top100
© 2005-2016 Adada.ru
 
консультант по оборудованию
в Санкт-Петербурге :
( 812 ) 922 62 67
с 10.30 до 19.30 по мск
+7 911 922 62 67