Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Wzmacniacz stereofoniczny z subwooferem

AVT2995
kit
Prezentowany tutaj wzmacniacz pracuje w standardzie 2+1 (stereo + subwoofer). Oparty jest na popularnych układach scalonych z serii TDA20x0. W projekcie modelowym pracuje TDA2050, co daje moc wyjściową około 30W na kanał przy impedancji obciążenia równej 4Ω i zasilaniu ±22V.
Article Image

Układ nadaje się do współpracy z dowolnym źródłem sygnału, takim jak odtwarzacz mp3 bądź komputer, gdyż został wyposażony w stereofoniczny przedwzmacniacz z regulacją barwy dźwięku. Sygnał trafiający na subwoofer jest dodatkowo kształtowany za pomocą dolnoprzepustowego filtru aktywnego drugiego rzędu. Składowe sygnału powyżej 200Hz są obcinane, po czym sygnał trafia na wzmacniacz mocy. Układ może być zasilany napięciem symetrycznym nie większym niż ±25V – górna granica zasilania zależy od tego, czy jako wzmacniacz mocy będzie pracował TDA2030, TDA2040 czy TDA2050.

Opis układu

Schemat ideowy wzmacniacza przedstawiony został na rysunku 1. Sygnał wejściowy podawany jest na złącze InP (kanał prawy, w kanale lewym jest to złącze InL) i trafia prosto na filtr górnoprzepustowy CR złożony z C1 (1uF) oraz R1 (100kΩ) o częstotliwości granicznej około 1,5Hz, co skutecznie wycina składową stałą i najniższe częstotliwości. Dalej sygnał trafia na wzmacniacz nieodwracający U3A (NE5532), a rezystory R6 (10kΩ) i R11 (4,7kΩ) zapewniają wzmocnienie sygnału około 1,5x. Kondensator C6 zapobiega wzbudzeniom, natomiast C2 (1uF) separuje wstępny wzmacniacz U3A od układu regulacji tonów, zbudowanego na wzmacniaczu U4A (NE5532).

Rys.1 Schemat ideowy wzmacniacza stereo z subwooferem

Regulacja tonów zbudowana jest w sposób klasyczny. Elementy modyfikujące charakterystykę znajdują się w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza U4A. Gdy suwaki obu potencjometrów znajdują się w położeniu centralnym, impedancja X1 między wejściem sygnału a wejściem odwracającym wzmacniacza U4A jest równa impedancji X2 między wyjściem wzmacniacza U4A a jego wejściem odwracającym. W efekcie wzmocnienie A, wyrażone zależnością A = –X2/X1, jest równe –1 dla całego zakresu częstotliwości pracy układu. Ma on wtedy płaską charakterystykę przenoszenia (nie powoduje osłabienia ani wzmocnienia żadnej częstotliwości sygnału).

Na impedancję X1 składają się kondensatory C17 (4,7nF), C20 (33nF) oraz rezystor R7 (10kΩ), "połowa" potencjometrów P1A (100kΩ), P2A (100kΩ) i elementów R8 (10kΩ) i R13 (3,3kΩ). Impedancję X2 stanowią kondensatory C18 (4,7nF), C21 (33nF), rezystor R9 (10kΩ), "połowa" potencjometrów P1A, P2A i elementów R8 i R13. Rysunek 2 będzie pomocny w zrozumieniu działania regulatora tonów.

Rys.2 Zasada działania regulatora tonów

Gdy którykolwiek z suwaków potencjometrów P1A lub P2A zostanie przestawiony ze swojego położenia środkowego, spowoduje to zmianę wartości X1 oraz X2, a tym samym wartość wzmocnienia A staje się różna od –1 i zaczyna zależeć od częstotliwości.

Potencjometr P1A odpowiedzialny jest za regulację tonów niskich. Dla dużych częstotliwości sygnału kondensatory C20 i C21 stanowią zwarcie (3 końcówki potencjometru zwierane są do siebie przez zależną od częstotliwości impedancję), więc regulacja potencjometrem nie daje żadnego efektu dla tych częstotliwości. Potencjometr P2A pozwala na regulację tonów wysokich, a dzięki kondensatorom C17 i C18 nie ma on wpływu na regulację basu. Dla niskich częstotliwości kondensatory C17 i C18 stanowią rozwarcie, przez co potencjometr zostaje odłączony od układu i jego wpływ na regulację staje się znikomy.

Sygnał z wyjścia regulatora tonów trafia za pomocą R12 (4,7kΩ) na potencjometr do regulacji głośności P3A (100kΩ) i dalej na kolejny stopień wzmacniający na układzie U5A (NE5532). Elementy R14 (15kΩ) i R15 (33kΩ) konfigurują U5A do pracy w roli wzmacniacza odwracającego o wzmocnieniu około –2 (–33kΩ/15kΩ). Z wyjścia U5A sygnał poprzez filtr R17 (100Ω), C3 (1uF) i R4 (100kΩ) trafia na wejście wzmacniacza mocy. Drugi kanał przedwzmacniacza stereofonicznego (lewy) działa analogicznie, elementy bierne w nim występujące oznaczone zostały dodatkowo literą "a", a potencjometry i wzmacniacze operacyjne mają oznaczenie "b".

Dodatkowym podukładem w przedwzmacniaczu jest sumator i aktywny filtr dolnoprzepustowy zbudowany za pomocą wzmacniacza operacyjnego U6 (NE5532). Sygnał, ukształtowany w tej części obwodu, wykorzystywany jest po odpowiednim wzmocnieniu do napędzania subwoofera. Sygnał z obu wyjść przedwzmacniacza trafia za pośrednictwem C22–C23 (220nF) i R2–R3 (100kΩ) na wejście odwracające U6A.

Potencjometr P4 (220kΩ) umożliwia regulację wzmocnienia w odniesieniu do głównego poziomu głośności sterowanej za pomocą P3. P4, R2 i R3 wraz z układem U6A tworzą razem wzmacniacz sumujący o wzmocnieniu regulowanym w zakresie 0...2,2. Drugi wzmacniacz operacyjny (U6B) umożliwił zbudowanie filtru aktywnego dolnoprzepustowego w konfiguracji Sallen-Keya. Wartości elementów są tak dobrane, że układ pracuje jako filtr Butterwortha drugiego rzędu o częstotliwości granicznej w pobliżu 200Hz. Sygnał z wyjścia filtru poprzez obwód C24 (220nF), R5 (100kΩ) trafia na wejście wzmacniacza mocy.

Cały wzmacniacz zasilany jest napięciem symetrycznym o wartości w granicach ±7...±25V. Napięcie zasilania dla wzmacniaczy operacyjnych uzyskiwane jest za pomocą stabilizatorów U1 (78L15/78L12) i U2 (79L15/78L12) i filtrowane za pomocą pojemności C4–C5 (100uF) i C7–C8 (47uF). Dodatkowo zasilanie każdego z czterech wzmacniaczy operacyjnych wygładzane jest za pomocą kondensatorów C9–C16 (100nF). Po dwa kondensatory leżą blisko każdego ze wzmacniaczy.

Wzmacniacz mocy zbudowany jest w oparciu o układ U7 (TDA2050). Jest to bardzo popularny monolityczny wzmacniacz audio pracujący w klasie AB. Przy całkowitych zniekształceniach harmonicznych na poziomie 0,5% pozwala on osiągnąć moc rzędu 30W na obciążeniu 4Ω. Kondensator C28 (1uF) odcina składową stałą sygnału i jednocześnie stanowi filtr górnoprzepustowy na wejściu. R20 (22kΩ) ustala rezystancję wejściową wzmacniacza mocy.

W sprzężeniu zwrotnym pracują rezystory R21 (680Ω) i R22 (22kΩ), zmiana ich stosunku powoduje zmianę wzmocnienia, przy czym zmniejszenie R22 lub zwiększenie R21 powoduje redukcję wzmocnienia. W karcie katalogowej układu TDA2050 producent zastrzega, iż wzmocnienie powinno być zawsze większe niż 24dB. Kondensator C29 (22uF) odcina składową stałą na wejściu odwracającym wzmacniacza. Rezystor R19 (2,2R) oraz kondensator C32 (470nF) zapobiega wzbudzaniu się wzmacniacza. Zasilanie końcówki mocy filtrują kondensatory C26– C27 (2200uF) i C30–C31 (100nF). Pozostałe dwa kanały działają analogicznie, a elementy w nich użyte zostały oznaczone dodatkowo literą "b" oraz "c".

Montaż i uruchomienie

Wzmacniacz został zaprojektowany na jednostronnej płytce drukowanej, co zmniejsza koszty wykonania. Pomocą w konstrukcji wzmacniacza będzie schemat montażowy dostępny na rysunku 3. W pierwszej kolejności dobrze jest wlutować wszystkie zworki, zwracając uwagę na fakt, iż zworki zasilania końcówek mocy powinny być wykonane grubszym drutem. W dalszej kolejności można przystąpić do lutowania rezystorów. Wszystkie są typowe o mocy 0,25W i montowane w pozycji leżącej. Następnie mocujemy na płytce podstawki pod wzmacniacze operacyjne i lutujemy kondensatory stałe.

Rys.3 Schemat montażowy - wzmacniacz stereo z subwooferem

Na samym końcu umieszczamy na płytce stabilizatory napięcia, kondensatory elektrolityczne i potencjometry. Przy zakupie potencjometrów należy zwrócić uwagę na długość ich ośki, gdyż wlutowane w płytkę muszą wystawać poza nią na długość umożliwiającą poprawne zamontowanie w obudowie. Przy montażu potencjometrów należy zwrócić uwagę, aby były one w jednej linii ze względów estetycznych. Metalowe obudowy potencjometrów należy podłączyć do masy za pomocą odcinków przewodów. Powoduje to ekranowanie potencjometrów, a tym samym zmniejszy zakłócenia i przydźwięk sieciowy przy dotykaniu pokrętła potencjometru.

Montaż końcówek mocy należy rozpocząć od elementów najmniejszych, rezystorów i kondensatorów stałych. Na samym końcu trzeba wlutować układy scalone U7 i kondensatory elektrolityczne filtrujące zasilanie. Wszystkie TDA2050 mogą być przykręcone do wspólnego radiatora, jednak będzie na nim potencjał ujemnej szyny zasilania. Wtedy należy uważać, aby nie zewrzeć radiatora do ewentualnej metalowej obudowy wzmacniacza. Aby tego uniknąć, konieczne będzie zastosowanie podkładek izolacyjnych, ale wtedy zwiększa się rezystancja termiczna, co może ograniczyć ciągłą moc wyjściową.

W miejsce złączy głośnikowych chyba lepiej wlutować przewody bezpośrednio w płytkę. Można to zrobić od strony druku lub elementów, w zależności od tego, gdzie będą zamocowane złącza głośnikowe i jak będzie łatwiej ominąć przewodami radiator. W roli złącza zasilającego także najlepiej sprawdzą się przewody wlutowane w płytkę.

Układ wzmacniacza najlepiej zasilać z zasilacza symetrycznego niestabilizowanego złożonego z transformatora o mocy około 120W i napięciu 2x16V, mostka prostowniczego i dwóch kondensatorów filtrujących, zgodnie z rysunkiem 4.

Rys.4 Zasilacz symetryczny niestabilizowany

W pierwszej fazie uruchomienia dobrze jest nie wkładać w podstawki wzmacniaczy operacyjnych i po włączeniu zasilania sprawdzić, czy na każdej z podstawek występują poprawne napięcia zasilania. Po zmontowaniu wszystkiego przystępujemy do uruchomienia całości. Potencjometr głośności powinien być skręcony na minimum (maksymalnie w lewo), a na wejście należy podać sygnał z odtwarzacza mp3, radia, komputera itp. Wzmacniacz dobrze pracuje zarówno z głośnikami (kolumnami głośnikowymi) o impedancji 4Ω, jak i 8Ω.

Możliwość zmian

W roli końcówek mocy w projekcie modelowym pracują układy TDA2050. Porównując jednak karty katalogowe układów TDA2030, TDA2040 i TDA2050 można dostrzec, iż schematy aplikacyjne wszystkich tych kostek są prawie takie same. W projekcie można więc użyć dowolnego z tych układów w zależności od potrzeb, zapewniając sobie moc wyjściową odpowiednio 14W, 20W lub 30W na kanał. W przypadku zamiany na TDA2030 (14W) należy wlutować R19a o wartości 1Ω i kondensator C32a o pojemności 220nF, pozostałe elementy bez zmian. Gdy chcemy zastosować TDA2040 (20W), to R19a powinien mieć wartość 4,7Ω, a kondensator C32a pojemność równą 100nF.

W pozostałych dwóch kanałach należy dokonać takiej samej zmiany elementów. Nie zawsze wszystkie końcówki mocy muszą być jednakowe. Można zamontować słabsze układy w roli wzmacniacza stereo, a silniejszy wzmacniacz do subwoofera. Pozwoli to podbić jeszcze bardziej najniższe częstotliwości. Należy jeszcze zwrócić uwagę na istotny fakt dotyczący zasilania końcówek mocy. Wymiana układu TDA na inny pociąga za sobą ograniczenie w wysokości napięcia zasilania. Dla TDA2030 maksymalne napięcie pracy to ±18V, a dla TDA2040 będzie to ±20V.

Płytka drukowana

Stabilizatory napięcia U1 i U2 dostarczają symetrycznego napięcia zasilania ±15V. Można też z powodzeniem zastosować tutaj stabilizatory na napięcie 12V lub nawet 9V. Nie spowoduje to zmian w działaniu przedwzmacniacza. Taki zabieg będzie konieczny w przypadku, gdy chcemy zasilać wzmacniacz niższym napięciem niż około ±18V. Stabilizatory 7815 i 7915 mogą nie chcieć pracować dobrze z małym spadkiem napięcia.

Częstotliwość graniczną filtru do subwoofera można dostosować do swoich potrzeb, korzystając z dostępnego w sieci oprogramowania i stosownie zmieniając wartości elementów. Można też wykorzystać ogólnie znane wzory na wartości rezystancji przy założonych wartościach pojemności dla filtru o charakterystyce Butterwortha i konfiguracji Sallen-Keya.

 

Wykaz elementów
InL,InP
Listwa Goldpin 1x2
R10,R10a
1kΩ
C28,C28a,C28b
elektrolit,1uF
C1,C1a,C2,C2a,C3,C3a
1uF
R19,R19a,R19b
2,2Ω
R13a
3,3kΩ
R13
3,3kΩ
R11,R11a,R12,R12a
4,7kΩ
C17,C17a,C18,C18a,C19
4,7nF
R6,R6a,R8,R8a,R9
10kΩ
R7,R7a,R9a
10kΩ
C6,C6a
10pF
R14,R14a,
15kΩ
R20,R20a,R20b,R22,R22a,R22b
22kΩ
C25
22nF
C29,C29a,C29b
elektrolit, 22uF
R15,R15a
33kΩ
C20,C20a,C21,C21a
33nF
C7,C8
elektrolit, 47uF
R16
68kΩ
U1
78L15
U2
79L15
R17,R17a
100R
P1,P2,P3
potencjometr, 100kΩ
R1,R1a,R2,R3,R4a
100kΩ
R4,R5
100kΩ
C9,C10,C11,C12,C13,C14,C15,C16,C30,C30a,C30b
100nF
C31,C31a,C31b
100nF
C4,C5
elektrolit, 100uF
R18
150kΩ
P4
220kΩ
C22,C23,C24
220nF
C32,C32a,C32b
470nF
R21,R21a,R21b
680Ω
C26,C26a,C26b,C27,C27a,C27b
elektrolit, 2200uF
U3,U4,U5,U6
NE5532
U7,U7a,U7b
TDA2050
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich grudzień 2011
Udostępnij
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"