Усилитель класса d для сабвуфера схема

Схема усилителя класса D 4500Вт

Схема усилителя класса D — в этой статье хочу поделится с вами схемой усилителя D класса сверх высокой мощности, он способен отдать в нагрузку 4Ом 3000Вт а на нагрузку 2Ом 4500Вт. Такой усилитель можно использовать как на соревнованиях по автозвуку так и на разных эстрадных мероприятиях на открытом воздухе.

Схема усилителя:

Усилитель построен с использованием всем известного драйвера IR2110 выход которого усилен транзисторами BD139/BD140. На выходе используется 3 пары выходных транзисторов типа IRFP260 что дает возможность усилителю, работать на мало омные нагрузки.

Такой мощности усилитель обязательно нуждается в хорошей защите от перегрузок и коротких замыканий на выходе. В этой схеме защита построена с использованием таймера NE555 и быстрого компаратора LM311 что обеспечивает быстрое срабатывание защиты не приводя к выходу из строя выходных транзисторов и драйвера.

Печатная плата усилителя:

Настройка усилителя сводится к установки срабатывания защиты переменным резистором RV1. Напряжение питания усилителя двухполярное от 32В до 100В. В выходном каскаде усилителя можно использовать транзисторы типа: IRFP260, IRFP4227, IRFP4242 и другие подобные, транзисторы следует обязательно закрепить на радиатор.

Список деталей:

Резисторы
R1, R3, R4, R9, R13, R18, R19, R20= 1K
R2, R16, R39= 100K
R5, R6= 10R
R7, R8=6K8/2W
R10, R21, R26, R27=4K7
R11, R17=6K8
R12=100R
R14, R15=4R7
R22, R23, R24, R25, R31, R33=47R
R28, R29, R30=0,1R/2W
R36, R38=22R/2W
R40=1K5/5W
R41=10R/2W
RV1=10K

Конденсаторы
C1=10uF/16V
C2=10N
C3, C4=1N
C5=470uF/16V
C6=220uF/16V
C7, C9, C11, C12, C13, C15, C16, C18, C19=100N MKP
C8=470uF/16V
C10, C14, C17=100uF/16V
C20=10uF/50V
C21, C22, C23=220N/475V
C24, C25, C26=470uF/180V
C27, C31, C33=100N/275V
C28, C29, C30=470uF/180V
C32=470N/250V

Диоды
D1, D2, D5, D10, D11= 1N4148
D3, D4= ZD5V6
D6, D18, D19= MUR460
D7= LED (RED) OCP
D8= ZD5V6
D9= LED (BLUE)
D12,D13,D14,D15,D16,D17= 1N5819

Транзисторы
Q1= 2N5401
Q4, Q6= BD139
Q5, Q7= BD140
Q8, Q9, Q10, Q11, Q12, Q13= IRFP260

Микросхемы
U1= TL071
Q2= CD4049
Q3= IR2110
U2= NE555
U3= LM311

Фото собранного усилителя:

Изготовление печатной платы усилителя:

Тест усилителя:

Ничего необычного в схеме модуля (рис 1) нет. Выполнен он по классической схемотехнике автогенерирующего модулятора, меняющего свою частоту и ширину импульсов в зависимости от амплитуды и частоты звукового (речевого, музыкального) сигнала на входе.


рис 1 (схема полного усилителя класса D с гипотетическим вариантом схемы питания)

Схема состоит из активного полосового фильтра (АПФ), собранного на операционном усилителе (ОУ) U1, преобразователя уровня (ПУ) на транзисторе Q1, одновходового полумостового интегрального драйвера на микросхеме U2, симметричных буферных эмиттерных повторителей на биполярных транзисторах (БТ) различной проводимости Q3-Q6 и пары силовых ключей на полевых транзисторах (ПТ) Q2, Q3. Автогенерация осуществляется с помощью положительной обратной связи (ПОС) путем подачи части выходного напряжения с точки соединения сток-исток ПТ Q2, Q3 на инвертирующий вход (ОУ) U1. Таким образом, все перечисленные элементы схемы являются звеньями одного генератора, где частота его определяется собственно компонентами АПФ (C3, C4, R6), и цепью ПОС (R2, R3, R9, C6). Интегральный драйвер U2 (как и большинство микросхем такого класса) разработан для работы с однополярным питанием и для корректной подачи сигнала на его вход использован ПУ (Q1) – транзистор Q1, обеспечивая кроме согласования уровней еще и значительное усиление по напряжению, необходимое для нормализации уровня сигнала на входе драйвера U2 (не ниже амплитуды логического КМОП- уровня). Резистор R7 обеспечивает определенное входное сопротивление для низкоомного "эмиттерного" входа каскада на Q1, разгружая по току выход ОУ, резистор R8 – нагрузочный для Q1 и от его номинала, а, так же, от напряжения питания ОУ будет зависеть уровень сигнала на входе U2 (прямого, относительно выхода ОУ) и симметрия выходных импульсов, нарушаемая при недостаточной амплитуде сигнала. Диод D3 является защитным от превышения положительного постоянного напряжения на входе U2 относительно напряжения питания самого драйвера (+12В относительно минусовой шины питания усилителя). Эмиттерные повторители на БТ Q3-Q6 умощняют выходы драйвера U2, т.к. максимальный выходной ток микросхемы составляет всего 200мА в "зарядном" режиме и 420мА – в "разрядном" (имеется ввиду заряд-разряд затвора ПТ). Выбор ПТ, способных работать в усилителе, благодаря этому, существенно увеличивается. Резисторы R12, R15 используются для предварительного создания некоего потенциала на верхнем плече драйвера при подаче напряжения питания в схему, облегчая запуск генератора, хотя модуль, собранный именно по этой схеме, с успехом обходится и без них.

Читайте также:  Рецепт салата с говядиной и грецкими орехами

Модуль может использоваться практически автономно с впаянными ПТ непосредственно в плату модуля и с подачей на него необходимых питающих напряжений, так, как показано на схеме. Можно отказаться от использования стабилитронов D1, D2, резисторов R4, R5 и подавать стабилизированные значения напряжений с любого симметричного источника, развязанного гальванически от силовых шин питания усилителя и связанного лишь общим проводом с силовой схемой. Модуль, однако, предпочтительней использовать в составе кросс-платы с грамотной разводкой силовых компонентов, элементов блока питания.

Правильно собранный модуль в настройке практически не нуждается. При первом тестировании не следует подавать для питания силовых ПТ рабочие напряжения. Для первого запуска достаточно наличие напряжений от +/-15. 25В. Проводные соединения между модулем и БП должны быть минимальной длины. Лампа накаливания (галогенная) мощностью 50-150Вт для страховки может быть включена в цепь первичной обмотки трансформатора питания (или импульсного БП) – простая, но весьма эффективная мера в случае КЗ в силовых соединениях, например. Нагрузка при первом включении должна отсутствовать. Форма и частота импульсов контролируется в точке соединения сток-исток силовых ПТ. Четкий меандр с частотой 160-240кГц – признак правильной работы генератора. Частота регулируется подстроечным резистором R3 в цепи ПОС. После возникновения генерации в указанном диапазоне частот, можно подключить фильтр Dr1/C16 (за пределами модуля) и посмотреть на возможные изменения по частоте, температуре силовых ПТ. Частота может несколько возрасти, но ПТ должны оставаться холодными. Если так, то можно подключить нагрузку или ее эквивалент. При использовании правильно рассчитанных компонентов фильтра, силовые ПТ должны оставаться холодными и при подключенной нагрузке. В динамиках не должно быть абсолютно никакого шума (скрежета, свиста) при работе усилителя без подачи сигнала, кроме небольшого фона от "стандартных" наводок на открытом входе, характерного и для аналоговых усилителей. После всех подключений на вход усилителя подается сигнал звуковой синусоидальной формы произвольной частоты. В зависимости от интенсивности входного сигнала, частота и ширина импульсов будут меняться. Контроль осциллографом параллельно нагрузке должен показать неискаженную синусоиду в заявленном диапазоне частот (ниже).

Читайте также:  Картины из нескольких элементов

Полоса практически равномерно воспроизводимых частот для данного усилителя – от 5 до 8000Гц; Максимальная выходная мощность определяется типом силовых ключей, напряжением используемого блока питания; Искажения не измерялись и качество звучания определялось лишь на слух при мощности не превышающей 50Вт при напряжении питания силовых ключей +/-35В от импровизированного БП (в правой части схемы); осциллограммы неискаженной синусоиды получались при мощности 150Вт при фиксированной частоте входного сигнала 400Гц/1000Гц на резистивный эквивалент нагрузки сопротивлением 8Ом. Модуль был подключен проводами к импровизированному БП, но фона при отсутствии сигнала практически не было заметно. Силовые ПТ, используемые при тестировании модуля: IRF4227, IRF3710, IRF540, 31N20, IRF640. Тестируемые ОУ в макетном варианте: СА3130 с корректирующими конденсаторами; КР544УД2 (показавший наилучшие результаты при тестировании); КР574УД1А (неплохой выбор) с корректирующими конденсаторами; TL081 (хорошо); КР140УД608 (ради интереса) при почти двухкратном снижении частоты генерации, но тоже – звучал неплохо; К140УД8А – не хуже прочих, хотя его быстродействие значительно уступает той же КР574УД1А. Дроссели при испытании использовались в самых различных вариантах от 22 до 1500 микроГенри. Максимальная частота генератора, подбираемая с помощью цепи ПОС, составила 240кГц с транзисторами IRF640. Наилучшее звучание (субъективно) было обеспечено при частоте генератора 160кГц с дросселем 150мкГн. Никаких серьезных расчетов для выходной LC-цепи не производилось, т.к. в планы входило только изготовление и тестирование модуля. Расчет дросселя необходим все же для конкретной конструкции. Магнитопроводы дросселей (кольцевые), как и готовые дроссели, выбирались из имеющихся в "коллекции" от старых компьютерных БП, – различных марок (судя по цвету) и размеров.

Размеры платы модуля 28Х50мм.


рис 2 печатная плата модуля со стороны установки компонентов


рис 2.1 печатная плата модуля со стороны пайки


рис 3 модуль усилителя класса D в сборе

Всем привет, сегодня я хочу рассказать о самостоятельной постройке простого и бюджетного усилителя низких частот, предназначенного для работы с сабвуфером. Корпус хотел сделать компактным и без D-класса тут не обошлось. За основу взял проверенную и надёжную схему усилителя Алексея Королькова "Палник". Схема простая, при отсутствии ошибок в монтаже заводится с первого раза.

Прежде чем собирать, я стал искать необходимые детали для усилителя, и чтобы не переплачивать барыгам, решил комплектующие заказать из Китая через известный сайт. Меньше чем через месяц мне приходит вот такая коробка, набитая разными деталями, разложил их, посчитал, китайцы не доложили 2 транзистора, но ничего страшного, остальное было все в полном объёме.

Сначала был рассчитан силовой трансформатор.
Далее намотал необходимое количество витков первичной обмотки, затем изолировал обычным лейкопластырем, поверх намотал вторичные обмотки. В итоге у меня получилось 2 первичных и 6 вторичных обмоток (да, Карл, 6 штук, 4 из которых силовые и 2 слаботочные для питания блока фильтров). Затем зачистил все концы обмоток от лака ножиком и залудил. Проверил правильность намотки и фазировку обмоток с помощью компьютера путём измерения индуктивности каждой.

Читайте также:  Шуруповерт stanley fatmax 18v отзывы

Далее намотал силовые дроссели. Ну и напоследок изготовил выходной дроссель, без которого усилитель не сможет работать. Его также рассчитывал в программе и мотал на Ш-образном сердечника с зазором.

Проектирование и сборка печатной платы заняли у меня больше всего времени, я решил все элементы усилителя расположить на одной плате, как в заводских автоусилителях. Сложные элементы замерил штангель-циркулем и нарисовал в программе Sprint-Layot, потом скомпоновал элементы на плате и развел дорожки.
На плате размером 130* 200мм удалось разместить преобразователь напряжения 12-2*55В, усилитель, фильтр и блок защит.
Далее рисунок платы распечатал на лазерном принтере и перенес горячим утюгом на зачищенную медную поверхность текстолита. Смыл бумагу водой, плату вытравил в подогретом растворе хлорного железа, просверлил отверстия и все, плата готова.

Далее залудил, разместил детали согласно схемы и припаял — тут все просто

Первый раз блок питания запускал путем подачи 12В не напрямую, а через токоограничивающий резистор 2 ома, чтобы ничего не спалить в случае короткого замыкания. ПН завелся не сразу, но непротравленный участок удалось быстро найти и устранить. Запустил, замерил напряжение на выходе: +-48в, -+12 в, все отлично.
Далее подал питание от преобразователя на усилитель, но тоже через резисторы 100ом в каждом плече, подключил динамик, включил. Ура! Завелся! Осталось только настроить защиту усилителя.
Система защит состоит из 3-х блоков:
1. Защита от короткого замыкания в нагрузке, отключающая усилитель при превышении выходного тока.
2. Защита от постоянного напряжения на выходе, отключающая динамик с помощью двух запараллеленных реле.
3. Защита от клиппа на выходе. Это, наверное, самая необычная функция, придумал я её сам. Она заключается в следующем: в нормальном режиме усилитель работает как положено, но стоит на нагрузке при большой мощности появится малейшим искажениям сигнала, защита мгновенно глушит усилитель на несколько секунд, давая понять водителю, что нужно убавить немного громкость, и через 5 секунд усилитель снова входит в рабочий режим. Тем самым спалить динамик клиппом просто не удастся.

Фильтр построен на двух операционных усилителях NE5532, имеется фиксированный сабсоник, регулируемый фильтр низких частот 4-го порядка ну и регулировка чувствительности (Gain). Питается фильтр стабилизированными +-12В.

Для изготовления корпуса долго искал у нас в городе алюминий, и тут случайно заехал в пункт приёма цветного металлолома.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *