Модуль усилителя класса D для сабвуфера на микросхеме IR2111

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.

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).

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

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• УНЧ
• DipTrace