Низковольтные усилители низкой частоты на батарейках. Усилители мощности низкой частоты (ламповые)

Когда речь заходит про усилители звука, мы сразу представляем мощную конструкцию с питанием в десятки вольт и иногда столько же ампер. Но ведь бывают ситуации, когда нужно наоборот понизить питание усилителя до минимально возможного значения, желательно вообще до одной пальчиковой батарейки. Это может быть при использовании такого УНЧ в , мобильном телефоне или другом аналогичном устройстве с низковольтным питанием. Данная и представляет собой бестрансформаторный усилитель низкой частоты, работающий от одного гальванического элемента 1,5В. Часто в таких случаях используют трансформаторный выходной каскад, который позволяет получить бОльшую выходную мощность. Но на дворе 21-й век, поэтому обойдёмся без всяких трансформаторов.

Предлгаемый усилитель рассчитан на работу при питании в пределах 0,9-3В на нагрузку сопротивлением 8 Ом. Конечно мощность получится около 50 мВт, но во многих случаях и этого хватает.



Принципиальная схема усилителя с низковольтным питанием показана на рисунке выше. Для проверки работоспособности собираем УНЧ на макетной плате.




УНЧ состоит из входного каскада на транзисторе BC547 и составного выходного каскада на транзисторах BC557, BC547. Установка тока покоя выходного каскада производится с помощью резистора смещения базовой цепи входного транзистора - 220к. Его уменьшение увеличивает ток покоя, увеличение - уменьшает.



В данном усилителе можно применить любые маломощные кремниевые транзисторы, подходящие по проводимости, в том числе и КТ315-КТ361.


Но для максимального снижения напряжения желательно применить германиевые, с малым напряжениям падения. Например отечественные транзисторы серии МП или аналогичные импортные.





Эксперименты с различным питанием данного усилителя показали, что он сохраняет работоспособность даже при 0,85 вольт! На схеме УНЧ стоит по входу микрофон, так что если нужно подать сигнал с другого источника звука - ставим вместо него регулятор громкости. Для тестирования к УНЧ подключалась динамическая головка на 1 ватт. Стены конечно не тряслись - но слушать музыку было можно:)

Обсудить статью ПИТАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ

12

Большая статья о маленьком усилителе на микросхеме TDA2822M

Старый друг лучше новых двух!
Пословица



Интегральная микросхема TDA2822M благодаря небольшому числу элементов обвязки относится к числу простых усилителей, которые можно собрать за короткое время, подключить к МР3 плееру, ноутбуку, радиоприемнику – и тут же оценить результат своей работы.

Вот как привлекательно выглядит описание :
«TDA2822M - стереофонический, двухканальный низковольтный усилитель для портативной техники и пр.
Возможно мостовое включение, использование в качестве наушникового или контрольного усилителя и многое другое.
Рабочее напряжение питания: от 1,8 В до 12 В , мощность до 1 Вт на канал, искажения до 0,2%. Радиатор не требуется.
Вопреки суперминиатюрным размерам выдаёт честный бас. Идеальный чип для бесчеловечных опытов начинающих».

Своей статьёй я постарался помочь коллегам-радиолюбителям сделать эксперименты с этим интересным чипом более осознанными и гуманными.

Разберемся с корпусом микросхемы

Различают две микросхемы: одну TDA2822, другую с индексом «М» - TDA2822М.
Интегральная микросхема TDA2822 (Philips) предназначена для создания простых усилителей мощности звуковой частоты. Допустимый диапазон питающих напряжений 3…15 В; при Uпит=6 В, Rн=4 Ом выходная мощность составляет до 0,65 Вт на канал, в полосе частот 30 Гц…18 кГц. Корпус микросхемы Powerdip 16.
Микросхема TDA2822M выполнена в ином корпусе Minidip 8 и имеет отличающуюся цоколевку при несколько меньшей максимальной рассеиваемой мощности (1 Вт против 1,25 Вт у TDA2822).

Функциональная схема TDA2822M

приведена в документации . Как видно из рис. 1, каждый канал усилителя по структуре близок к типовой схеме Лина.

Усилители имеют общие функциональные узлы: цепи задания опорного тока I REF для генераторов стабильного тока (ГСТ) в цепях эмиттеров дифференциальных каскадов, цепь задания смещения R3, D6 на базах ключей Q12, Q13 и цепи поддержания токов покоя I0 CONTROL выходных каскадов усилителя.

Данное решение способствует улучшению стабильности работы усилителя в мостовом режиме.
Каждый канал усилителя состоит из дифференциального каскада Q9…Q11 (Q14…Q16), усилителя напряжения Q7 (Q18) и выходного каскада Q1…Q6 (Q18…Q24).


Рис. 1. Функциональная схема TDA2822M из Datasheet

Дифференциальный каскад имеет динамическую нагрузку в виде токового зеркала на элементах Q8, D5 (Q17, D6).

Обратите внимание, что другие цепи встроенной защиты выходного каскада отсутствуют, что сделано из соображений лучшего использования источника питания, к сожалению, в ущерб надежности.

Выводы 5 и 8 микросхемы соединяются с общим проводом по переменному току. В этом случае коэффициент передачи усилителя с отрицательной обратной связью составит:

Ku=20lg(1+R1/R2)= 20lg(1+R5/R4)=39 дБ.

Структурная схема ИС представлена на рис. 2.


Рис. 2. Структурная схема TDA2822M

Экспериментально определено, что сумма сопротивлений резисторов R1+R2 и R5+R4 равна 51,575 кОм. Зная коэффициент усиления, несложно вычислить, что R1=R5=51 кОм, а R2=R4=0,575 кОм.

Чтобы уменьшить коэффициент усиления микросхемы с ООС, обычно последовательно с R2 (R4) включают дополнительный резистор. В данном случае такому схемотехническому приему «мешают» открытые транзисторные ключи на транзисторах Q12 (Q13).

Но даже, если предположить, что ключи не оказывают влияния на коэффициент передачи с обратной связью, маневр по уменьшению коэффициента усиления незначителен – не более 3 дБ; в противном случае не гарантируется устойчивость усилителя, охваченного ООС.

Поэтому можно поэкспериментировать с изменением коэффициента передачи усилителя, учтя, что сопротивление дополнительного резистора лежит в пределах 100…240 Ом.

Стереофонический и монофонический усилители на микросхеме TDA2822M

Широкий диапазон питающих напряжений 1,8…15 В позволяет «приспособить» микросхему для обширного круга портативных устройств с батарейным питанием.

Несложно изготовить как стереофонический усилитель, так и монофонический, с мостовым включением микросхемы.

При этом в стерео варианте выходная мощность при напряжении питания 6 В и использовании двух динамиков с сопротивлением 4 Ом составит 2х0,65 Вт, в мостовом варианте при напряжении питания 9 В и сопротивлении нагрузки 16 Ом позволяет получить 2 Вт выходной мощности. Во всех случаях коэффициент гармоник не превысит 0,2 %.

Эксперименты со стереофоническим усилителем

проводились в соответствии со схемами, изображенными на рис. 3 и 8.
Стереофонический усилитель, показанный на рис. 3, может использоваться как с небольшими акустическими системами, так и с наушниками.

Кратко о назначении элементов. Резисторы R1 и R2 определяют входное сопротивление усилителя.
Конденсаторы С1, С2 в цепи ООС включены последовательно с резисторами R5, R6, которые позволяют в небольших пределах уменьшить коэффициент усиления в каждом из каналов усилителя. Как уже указывалось выше, сопротивление резисторов R5, R6 может находиться в диапазоне 100…240 Ом.

Поскольку на выходах УМЗЧ присутствует постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения источника питания, соединение с нагрузкой выполнено через разделительные конденсаторы С3, С4.

На выходе каждого канала включены цепи Зобеля R3, C6 и R4, C7, обеспечивающие устойчивую работу усилителя. Кстати, без указанных цепей усилитель неработоспособен.

По цепи питания усилителя установлены два конденсатора: керамический С8 и оксидный С5.

Рис. 3. Принципиальная схема экспериментального стереофонического усилителя

Усилитель имеет следующие характеристики:
Напряжение питания Uп=1,8…12 В
Выходное напряжение Uвых=2…4 В
Потребляемый ток в режиме покоя Io=6…12 мА
Выходная мощность Pвых=0,45…1,7 Вт
Коэффициент усиления Ku=36…41 (39) дБ
Входное сопротивление Rвх=9,0 кОм
Переходное затухание между каналами 50 дБ.

С практической точки зрения для надежной эксплуатации усилителя целесообразно установить напряжение питания не более 9 В; при этом для нагрузки Rн=8 Ом выходная мощность составит 2х1,0 Вт, для Rн=16 Ом – 2х0,6 Вт и для Rн=32 Ом – 2х0,3 Вт. При сопротивлении нагрузки Rн=4 Ом оптимальным будет напряжение питания до 6 В (Pвых=2х0,65 Вт).

Коэффициент усиления микросхемы в 39 дБ даже с учетом небольшой корректировки резисторами R5, R6 в сторону уменьшения, оказывается чрезмерным для современных источников сигнала напряжением 250…750 мВ. Например, для Uп=9 В, Rн=8 Ом чувствительность со входа составляет около 30 мВ.

На рис. 4, а показана схема включения усилителя, позволяющая подключить персональный компьютер, MP3 плеер или радиоприемник с уровнем сигнала около 350 мВ. Для устройств с выходным сигналом 250 мВ сопротивления резисторов R1, R2 необходимо уменьшить до 33 кОм; при уровне выходного сигнала 0,5 В следует поставить резисторы R1=R2=68 кОм, 0,75 В – 110 кОм.

Сдвоенным резистором R3 устанавливают необходимый уровень громкости. Конденсаторы С1, С2 – переходные.

Рис. 4. Схема подключения УМЗЧ: а) - к акустическим системам, б) – к головным телефонам (наушникам)

На рис. 4, б показано подключение к усилителю разъема для наушников. Резисторы R4, R5 устраняют щелчки при подключении стереотелефонов, резисторы R6, R7 ограничивают уровень громкости.

В процессе экспериментов я пытал питал УМЗЧ как от стабилизированного блока питания (на интегральной микросхеме и транзисторе BD912), рис. 5, так и от аккумуляторной батареи емкостью 7,2 А ч на напряжение 12 В с источником питания на фиксированные напряжения, рис. 6.

Напряжение питания подается по возможности короткой парой свитых вместе проводов.
Правильно собранное устройство в наладке не нуждается.

Рис. 5. Принципиальная схема стабилизированного блока питания

Рис. 6. Аккумуляторная батарея – лабораторный источник питания

Субъективная оценка уровня шумов показала, что при установке регулятора громкости на максимальный уровень шум едва заметен.
Субъективная оценка качества звуковоспроизведения производилась без сравнения с эталоном. Результат – звук неплохой, прослушивание фонограмм не вызывает раздражения.

Я ознакомился с форумами по микросхеме в Интернете, на которых встретил множество сообщений о поисках непонятных источников шумов, самовозбуждения и других неприятностей.
В результате разработал печатную плату, отличительной особенностью которой является заземление элементов «звездой». Фотовид печатной платы из программы Sprint-Layout показан на рис. 7.

Рис. 7. Размещение деталей на экспериментальной печатной плате

При экспериментах на этой печатке ни с одним из описанных на форумах артефактов встретиться не удалось.

Детали стереофонического УМЗЧ на микросхеме TDA2822M
Печатная плата рассчитана на установку самых распространенных деталей: резисторов МЛТ, С2-33, С1-4 или импортных мощностью 0,125 или 0,25 Вт, пленочных конденсаторов К73-17, К73-24 или импортных МКТ, импортных оксидных конденсаторов.

Я применил недорогие, но надежные электролитические конденсаторы с низким импедансом, большим сроком службы (5000 часов) и возможностью работы при температуре до +105°С фирмы Hitano серий ESX, EHR и EXR. Следует помнить, что чем больше внешний диаметр конденсатора в серии, тем выше срок его службы.

Микросхема DA1 установлена в восьмивыводную панельку. Микросхему TDA2822M можно заменить на KA2209B (Samsung) или К174УН34 (ОАО «Ангстрем», г. Зеленоград) . ЧИП конденсатор С8 (SMD) размещен со стороны печатных дорожек.





R5, R6 - Рез.-0,25-160 Ом (Коричневый, синий, коричневый, золотистый) - 2 шт.,

С3 - С5 - Конд.1000/16V 1021+105°C - 3 шт.,
С6, С7 - Конд.0,1/63V К73-17 - 2 шт.,
С8 - Конд.0805 0,1µF X7R smd – 1 шт.

Многие радиолюбители не без основания полагают, что лучше всего включать микросхемы в соответствии с Datasheet и использовать предлагаемые разработчиками печатные платы.
Ниже приведены схемы и печатные платы, выполненные на основе документации с единственной доработкой - для повышения устойчивости работы усилителя параллельно оксидному конденсатору по цепи питания включен пленочный (рис. 8, 9).

Рис. 8. Типовая схема включения микросхемы в стереофоническом режиме

Рис. 9. Размещение элементов типового стереофонического УМЗЧ

Детали типового стереофонического УМЗЧ
При установке элементов на печатную плату советую воспользоваться простыми технологическими приемами, описанными в Датагорской статье .

DA1 - TDA2822M ST Корпус: DIP8-300 - 1 шт.,
SCS-8 Розетка dip узкая - 1 шт.,
R1, R2 - Рез.-0,25-10к (Коричневый, черный, оранжевый, золотистый) - 2 шт.,
R3, R4 - Рез.-0,25-4,7 Ом (Желтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) - 2 шт.,
С1, С2 - Конд.100/16V 0611 +105°C - 2 шт.,
С3 - Конд.10/16V 0511 +105°C (Емкость может быть увеличена до 470 мкФ) - 1 шт.,
С4, С5 - Конд.470/16V 1013+105°C - 2 шт.,
С6 – С8 - Конд.0,1/63V К73-17 - 3 шт.

Опыты с мостовым усилителем

проводились по схемам, показанным на рис. 10 и 12. На рис. 10 приведена схема экспериментального мостового усилителя.

Рис. 10. Принципиальная схема экспериментального мостового усилителя

В отличие от схемы стереофонического усилителя (рис. 3), в которой предполагается, что разделительные конденсаторы имеются на выходе предыдущего устройства, на входе мостового усилителя включен разделительный конденсатор, определяющий нижнюю частоту, воспроизводимую усилителем.

В зависимости от конкретного применения емкость конденсатора С1 может быть от 0,1 мкФ (fн = 180 Гц) до 0,68 мкФ (fн = 25 Гц) и более. При емкости С1, указанной на принципиальной схеме нижняя частота воспроизводимых частот составляет 80 Гц.

Внутренние резисторы, подключенные к инвертирующим входам усилителя через разделительный конденсатор С2 соединены между собой, что обеспечивает на выходах равные по величине, но противоположные по фазе сигналы.

Конденсатор С3 осуществляет коррекцию частотной характеристики усилителя на высоких частотах.

Поскольку потенциалы выходов усилителя по постоянному току равны, стало возможным непосредственное подключение нагрузки, без разделительных конденсаторов.

Назначение остальных элементов описывалось ранее.

Для стереофонического варианта потребуется два мостовых усилителя на микросхеме TDA2822M. Схему включения несложно получить, взяв за основу рис. 4.

Надежная работа усилителя в мостовом режиме обеспечивается выбором соответствующего напряжения питания в зависимости от сопротивления нагрузки (см. таблицу).

Все детали мостового усилителя размещены на печатной плате размерами 32 х 38 мм из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Чертеж возможного варианта платы изображен на рис. 11.


Рис. 11. Размещение элементов на плате мостового усилителя


DA1 - TDA2822M ST Корпус: DIP8-300 - 1 шт.,
SCS-8 Розетка dip узкая - 1 шт.,


С1 - Конд.0,22/63V К73-17 - 1 шт.,
С2 - Конд.10/16V 0511 +105°C - 1 шт.,
С3 - Конд.0,01/630V К73-17 - 1 шт.,
С4 – С6 - Конд.0,1/63V К73-17 - 3 шт.,
С7 - Конд.1000/16V 1021+105°C - 1 шт.

Принципиальная схема типового мостового УМЗЧ и размещение элементов на печатной плате показаны соответственно на рис. 12 и 13.

Рис. 12. Типовая схема включения микросхемы в мостовом режиме


Рис. 13. Размещение элементов типового мостового УМЗЧ

DA1 - TDA2822M ST Корпус: DIP8-300 - 1 шт.,
SCS-8 Розетка dip узкая - 1 шт.,
R1 - Рез.-0,25-10к (Коричневый, черный, оранжевый, золотистый) - 1 шт.,
R2, R3 - Рез.-0,25-4,7 Ом (Желтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) - 2 шт.,
С1, С3 - Конд.10/16V 0511 +105°C (Емкость С3 может быть увеличена до 470 мкФ) - 2 шт.,
С2 - Конд.0,01/630V К73-17 - 1 шт.,
С4 – С6 - Конд.0,1/63V К73-17 - 3 шт.

Итог

Несомненно, старая и добрая микросхема TDA2822M еще послужит радиолюбителям во многих интересных конструкциях.
Выбирайте любую из предложенных разводок печатных плат. Лично мне по душе печатные платы с радиальным расположением общих проводников.
В настоящее время имеется солидный список «последователей» TDA2822M: TDA7050, TDA7052, TDA7053, TDA7231, TDA7233, TDA7233D, K174УН31 и другие интегральные схемы.

Довольно часто возникает необходимость в усилении электрического сигнала в низковольтных цепях. Ниже представленна принципиальная схема низковольтного УНЧ .

Описание схемы УНЧ

Усилитель состоит из четырех каскадов. Особенностью схемы является отсутсвие каких либо трансформаторных связей. Связь между каскадами осуществляется непосредственно. На транзистрое VT1 и VT2 собран дифференциальный усилитель. Транзистор VT5 подключен по схеме с общим эммитером. VT6 и VT7 фазоинверская пара транзисторов.

Выходной каскад представляет собой двухтактную схему усиления выполненную по схеме с общим эммитером на транзистрах VT8 и VT9 которые работают в режиме "АВ".

Схема низковольтного усилителя низкой частоты

Сопротивления R1-R4 необходима для выбора рабочей точки транзистора VT1. Конденсатор C1 является входным конденсатором первого каскада. C2 "шунтирует" резистор R2 по переменной составляющией сигнала. Данная схема выполнена с отрицательной обратной связью на резисторе R7 и делителя R6 ,С3.

Сигнал подается через конденсатор С1 емкостью 10 нанофарад и поступает на базу транзистора VT1. Схема обладает хорошими усилительными качествами. Все детали вполне доступны и могут с легкостью приобретены в ближаешем магазине радиотоваров.

Схема питаеться от блока питания в 3В.

Данная конструкция - попытка реализовать свою давнюю мечту: сделать бестрансформаторный усилитель низкой частоты, работающий от одного гальванического элемента или аккумулятора.
Конечно, оптимальный вариант для усилителя с таким низким питанием - трансформаторный выходной каскад. Он позволяет получить гораздо большую выходную мощность. Но малогабаритный НЧ трансформатор - весьма нетехнологичная деталь, очень трудоемкая в выполнении. Именно поэтому проектировался бестрансформаторный усилитель.
Еще один момент. Данная схема не собиралась "вживую", а лишь моделировалась в MicroCap8. И хотя испытания в модели показали ее работоспособность, это не исключает проявления каких-либо неожиданных проблем на практике.
Область применения такого усилителя в первую очередь - в громкоговорящих приемниках с низковольтным питанием (конструкция для начинающих радиолюбителей). Низковольтных приемников имеется великое множество, а вот бестрансформаторных усилителей - нет. Подойдет он и для проекта 1-вольтового трансивера немецких радиолюбителей, то, что у них нарисовано - не проще, и не лучше.

Итак, предлагаемый усилитель рассчитан на работу при напряжении питания 1.5 ... 1.1 В на нагрузку в виде динамической головки 8 Ом (и даже 4 Ома).
Мощность на 8-омной головке получится около 30-40 мВт, на 4-омной раза в два больше.

Принципиальная схема:

Усилитель состоит из входного каскада на транзисторах VT1,VT2 и несколько нетрадиционного двухтактного выходного каскада на транзисторах VT3,VT4,VT5,VT6. Весь усилитель охвачен отрицательной обратной связью через резистор R4.
На транзисторах VT7,VT8 собран стабилизатор напряжения величиной 1.1 В (он стабилизирует ток покоя выходного каскада при изменении напряжения питания).
Благодаря отрицательной обратной связи режимы всех транзисторов устанавливаются автоматически. Может лишь потребоваться установка тока покоя выходного каскада (величиной 2...4 мА) с помощью резистора R3. Его уменьшение увеличивает ток покоя, увеличение - уменьшает.
Коэффициент усиления напряжения определяется отношением R4/R1. Его не следует делать слишком большим - возрастут искажения, но до 10-20 довести вполне реально. А надо ли больше усилителю мощности?

Детали.
Поскольку речь идет о мощностях 20-40 мВт, то везде в усилителе можно применить любые современные маломощные кремниевые транзисторы, подходящие по проводимости, или старые добрые КТ315-КТ361 с любой буквой. Однако на месте выходных транзисторов VT5,VT6 желательно применить что-то помощнее, с маленьким напряжением насыщения, может, КТ814-КТ815, или что-то современное.
Возможное возбуждение на высокой частоте можно попытаться устранить подключением конденсатора небольшой емкости (100-2000 пФ) между коллектором и базой транзистора VT1 (VT3,VT4) или между выходом усилителя и общим проводом, и т. д. Это скорее искусство, чем наука.

Результат моделирования в MicroCap при напряжении источника питания 1.2 В.

Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.