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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kompakter Autoverstärker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Automobil. Elektronische Geräte Der Artikel beschreibt den Aufbau eines einfachen Autoradio-Verstärkers mit Schaltspannungswandler. Sein Zusatz erhöhte die Leistung des Verstärkers auf den beliebten Mikroschaltungen TDA7293 oder TDA7294 deutlich – bis zu 78 W bei einer 4-Ohm-Last, und die Verwendung eines vorgefertigten Gehäuses vereinfachte seine Herstellung erheblich. Wie oft und zu Recht gesagt, kann der Klang der Headunit eines Autos nur einem unerfahrenen Zuhörer gefallen. In der Praxis zeigt sich, dass der reale Wert der Ausgangsleistung des PA-Radios bei einer Last von 20 Ohm in den meisten Fällen 4 W pro Kanal nicht überschreitet und im Batteriebetrieb auf 16 Watt sinkt. Selbst mit einer solchen Leistung kann der Innenraum jedes Autos mit hoher Qualität beschallt werden, wenn da nicht der Spitzenfaktor von Musiksignalen wäre, der in einigen Kompositionen 20 ... 25 dB erreicht. So kann die eingebaute PA eines Autoradios ohne Einschränkung des Dynamikumfangs bis zu 5 Watt pro Kanal liefern. Angesichts des qualitativen Wachstums der Parameter moderner PAs beruht die Frage der Verbesserung des Wiedergabepfads auf der physikalischen Begrenzung des Dynamikbereichs durch die maximale Ausgangsleistung der eingebauten PAs und die Möglichkeiten zu seiner Erweiterung sind gerätetechnisch ausgeschöpft Hersteller. Aufgrund des hohen Geräuschpegels (auch von außen) im Fahrzeug wird der Dynamikumfang deutlich reduziert. Die Geräuschisolierung des Gehäuses und die Erhöhung des Schalldruckpegels der Lautsprecher tragen dazu bei, den Dynamikumfang des Hörens zu erhöhen. Die Installation einer externen PA in der Anfangsphase der Modernisierung ist meiner Meinung nach am wenigsten arbeitsintensiv. Es ist zu beachten, dass die Verfeinerung des Car-Audio-Systems mit dem Einbau eines besseren Frontlautsprechers beginnen muss. Moderne Multimediageräte für Autos sind mit Line-Ausgängen zum Anschluss externer Verstärker ausgestattet. Die Branche bietet viele hochwertige Automobil-PAs an, ihre hohen Kosten stellen jedoch ein erhebliches Hindernis für Upgrades dar. Die PA an die Ausgänge des im Radio eingebauten Verstärkers anzuschließen, ist meiner Meinung nach nicht ratsam. Das vorgeschlagene Gerät verfügt über eine minimale Funktionalität, weist jedoch eine Reihe positiver Eigenschaften auf: ein leistungsstarkes unstabilisiertes Netzteil, einen guten Verstärker, eine minimale Gehäusegröße und das Fehlen minderwertiger aktiver Eingangsfilterkomponenten. Die Nennversorgungsspannung beträgt +/-25 V, was eine Leistungssteigerung bei einer Last von 4 Ohm auf bis zu 78 Watt ermöglicht. Im Gegensatz zu vielen im Internet beschriebenen Designs ist diese Zweikanal-PA in einem standardmäßigen, erschwinglichen und kostengünstigen Gainta-Aluminiumgehäuse montiert (siehe Abbildung). 1. Breite (Größe L in Abb. 1) – 100 mm. Die Abmessungen der Hauptplatine betragen 93,6 x 96 mm, wodurch sie in spezielle Steckplätze im Gehäuse eingesetzt werden kann. Bei dem Projekt wird Wert auf die Kompaktheit des Gerätes gelegt, daher werden Aufputzteile verwendet.
Die PA wurde für einen bestimmten CD-Player konzipiert, bei dem die Nennlast des Line-Ausgangs 10 kOhm beträgt. Das Gerät besteht aus einem unstabilisierten Spannungswandler (PN) und einem PA basierend auf zwei TDA7293-Mikroschaltungen (oder TDA7294, unter Berücksichtigung der Unterschiede in der Pinbelegung) sowie einer Steuereinheit für einen externen Signal-Fernsignal-STBY-Verstärker. Die Verstärkerschaltung ist in Abb. dargestellt. 2. Der Konverter mit Sanftanlauffunktion ist auf dem TL494-Chip und Feldeffekttransistoren aufgebaut. Die Gesamtleistung des Transformators beträgt etwa 300 W, und durch die Verwendung von zwei Transistorpaaren in jedem Zweig des Wandlers können Sie mehr Leistung an die Last liefern. Die Berechnung des Transformators und die Wahl des Magnetkreises erfolgte mit dem nützlichen kostenlosen Programm EXCELLENIT5000 [1]. Es gibt die Meinung, dass PAs mit gepulstem Netzteil ohne Stabilisierung einen besseren Klang liefern als mit stabilisiertem Netzteil. In den Gate-Schaltungen der Leistungstransistoren des Wandlers sind Widerstände (47 Ohm) enthalten, was das Spektrum der vom Wechselrichter erzeugten Störungen einschränkt. Auf der kleineren Platine befinden sich ein Einschaltsteuergerät und ein PN-Controller, auf einer größeren Platine PN und PA. Die Ausgangskreise der PV sind nicht galvanisch mit der primären Stromquelle verbunden.
Zum Einschalten der PA ist eine Versorgungsspannung von 12 V und eine Steuerspannung von mehr als 9 V am Eingang der Fernbedienung erforderlich. Die Spannung vom Fernbedienungseingang gelangt über die Zenerdiode VD1 und den Widerstand R7 in die Basis des Transistors VT2 und öffnet diesen. Der Kondensator C5 dient dazu, das Einschalten der PA zu verzögern und Rauschen am Eingang der Fernbedienung zu filtern. Der Widerstand R8 liefert den Mindeststrom für den Betrieb der Zenerdiode VD1. Der Transistor VT2 öffnet und an seinem Kollektor wird eine Spannung von etwa 0,7 V eingestellt, die HL1-LED leuchtet auf und der Transistor VT1 öffnet, der den DA1-Chip mit Strom versorgt und den PN startet. Der Widerstand R5 wird benötigt, um die Schließspannung basierend auf VT1 bei fehlendem Steuersignal aufrechtzuerhalten, und R6, um den maximalen Strom des Transistors VT2 zu begrenzen. Bei Vorhandensein einer Sekundärspannung PN wird die Spannung vom Emitter VT1 über R1 der Strahlungsdiode des Optokopplers U1 zugeführt und beleuchtet den Fototransistor des Optokopplers. Wenn Spannung an die DA1-Mikroschaltung angelegt wird, erscheint an ihrem Ausgang (Pin 14) eine Spannung von 5 V, die über den Kondensator C3 an Pin 4 der Impulsbreitensteuerung TL494 angelegt wird. Wenn C3 aufgeladen wird, sinkt die Spannung an Pin 4 aufgrund des Lastwiderstands R2 und die Impulsbreite an den Pins 9, 10 nimmt zu. So ist der Sanftanlauf des PN organisiert. Der Widerstand R2 wird außerdem benötigt, um das Laden des Kondensators C3 durch den vom Mikroschaltkreis fließenden Strom (von 2 bis 10 mA) zu verhindern. Die im TL494 eingebauten Fehlerverstärker werden nicht verwendet, die nicht invertierenden Eingänge 2, 15 DA1 werden von Pin 5 mit einer Spannung ION von 14 V versorgt und die invertierenden Eingänge sind mit der gemeinsamen Leitung des PN verbunden. Widerstände R3, R4 und Kondensator C4 stellen die Schaltfrequenz des PN auf etwa 50 kHz ein. Der Platz für den Widerstand R4 ist auf der Platine für eine mögliche Korrektur der Frequenz des PN reserviert. Die Kondensatoren C2 und C1 blockieren HF-Störungen. Von den Pins 9, 10 von DA1 werden Feldeffekttransistor-Steuersignale (FET) über den XP/XS1-Anschluss (ZL201-10G, ZL262-10SG, hergestellt von NINIGI) der Haupt-PA-Platine zu den FET-Gates auf den Elementen R12 zugeführt , VD4, VT4 (R13, VD5, VT5) FET-Gate-Kapazitäts-Aufladeschaltungen sind zusammengebaut. Widerstände R19-R22 reduzieren die FET-Schaltgeschwindigkeit und reduzieren Schaltgeräusche. Die PTs sind paarweise an die Primärwicklung des Transformators T1 angeschlossen, in deren Mittelpunkt die Spannung des Bordnetzes des Fahrzeugs über den Sicherungseinsatz FU1 und den U-förmigen Filter C6C7L1C10C13C14C18 eingespeist wird. Die Kondensatoren C10, C13, C14, C18 sind in unmittelbarer Nähe des Mittelpunkts der Wicklung I des Transformators T1 angeschlossen, um Störungen zu reduzieren. Die Diode VD2 dient als Schutz gegen Verpolung der Versorgung. Die Wechselspannung der Sekundärwicklung T1 wird durch die Diodenbaugruppen VD7, VD8 gleichgerichtet, durch die Kondensatoren C20-C23 gefiltert und dann den UMZCH-Mikroschaltungen zugeführt. Darüber hinaus wird die Spannung von +24 V über den Widerstand R14 dem Transistor des Optokopplers U1 und bei Spannung am Eingang des Fernbedienungsgeräts der Basis des Transistors V73 zugeführt. Die Elemente R9, VD3, VT3 sind erforderlich, um die schnelle Entladung der Kondensatoren in den STBY-, MUTE-Schaltkreisen der DA2- und DA3-Mikroschaltkreise nach Verlust des Fernbedienungssignals sicherzustellen. Dies liegt daran, dass beim Ausschalten des Radios an seinen linearen Ausgängen erhebliche Spannungsstöße auftreten, die zu Klickgeräuschen in den Lautsprechern führen. Bei den meisten selbstgebauten Geräten werden STBY MUTE-Signale über einen Begrenzungswiderstand erzeugt, der an den positiven Stromkreis angeschlossen ist. Wenn das Radio ausgeschaltet wird, wechselt die PA also erst in den STBY-Modus, wenn die Kondensatoren im Stromkreis entladen sind. Im gleichen Design schaltet sich die PA fast sofort nach dem Verschwinden des Fernbedienungssignals vom Radio aus. Um die Symmetrie der Belastung des IP zu gewährleisten und im Bridge-Modus arbeiten zu können, arbeitet ein PA-Kanal im invertierenden Modus. Um die durch den Spannungsabfall an den „Strom“-Leitungen verursachten Störungen zu minimieren, sind die gemeinsamen Leitungen der Signal- und Versorgungskreise nur im Schwachstromteil über die Widerstände R11, R15 verbunden. Die Elemente R16, C9, R23, C11, R27 und R32 (R17, C8, R18, C12, R24, R29 und R31, R33) bilden Bandbegrenzungsfilter und stellen die Kanalverstärkung ein. Da die Einbeziehung der Mikroschaltungen DA2, DA3 unterschiedlich ist, können Sie zum Ausgleich der Verstärkung in den Kanälen den Gesamtwiderstand der OOS-Widerstände (R31 und R33) anpassen. Für den Widerstand R31 ist auf der Platine kein Platz, er wird bei Bedarf auf R33 montiert. Bei der Simulation von Mikroschaltungen in Form eines Operationsverstärkers im Softwarepaket Microcap 9 stellte sich heraus, dass der Widerstand dieses Widerstands 80 kOhm betrug. Der Rückgang im NF-Bereich (-3 dB bei einer Frequenz von 17 Hz) ist auf den Umfang der PA zurückzuführen. Erstens verringern Frontlautsprecher aufgrund ihrer Größe und ihres akustischen Designs die Effizienz bei niedrigen Frequenzen erheblich. Zweitens weist der resultierende Frequenzgang im Fahrzeuginnenraum im Tieftonbereich meist einen Anstieg um mehrere Dezibel auf. Der Transformator ist auf einem Epcos 29,5x19x20 (B64290-L756-X87) Ringkernmagnetkern aus N87-Material montiert. Die Primärwicklung besteht aus 8 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,51 mm, gefaltet in acht Litzen, mit einem Abgriff in der Mitte. Die Ausgangsdaten und Berechnungsergebnisse sind in den Abbildungen dargestellt. 3. Die Sekundärwicklung enthält 18 Windungen desselben Drahtes, gefaltet in drei Litzen, mit einem Abgriff in der Mitte. Die Spulen sind gleichmäßig über den Umfang des Rings verteilt. Die Drossel L1 ist auf einen ringförmigen Magnetkreis mit den Maßen 23 x 14 x 9,5 mm aus pulverisiertem Eisen T90-52 Micrometals gewickelt und enthält acht Windungen PEV 0,51-Draht, gefaltet in acht Kerne. Die Induktivität des Induktors kann unterschiedlich sein. Es ist nur zu beachten, dass die Überhitzung über 75 liegt оC für eine solche Drossel ist inakzeptabel.
Der Zusammenbau des Geräts sollte mit einer kleineren Platine beginnen (deren Zeichnung in Abb. 4 im Maßstab 2:1), im Diagramm von Abb. 2 darauf befindliche Teile sind mit einem strichpunktierten Rahmen eingekreist. Nach der Installation aller Teile wird eine 1-V-Spannungsquelle an die Kontakte des XP12-Steckers angeschlossen. An Pin 9 müssen +12 V angelegt und die Pins 1-4 mit einem gemeinsamen Kabel verbunden werden. Anschließend die Kontakte 9 und 10 schließen, die LED sollte aufleuchten. Am VT1-Kollektor stellt sich eine Spannung von ca. 11 V ein, an Pin 14 DA1 entsteht eine Spannung von 5 V, an Pin 4 maximal 0,5 V und an den Pins 9, 10 ein Mäander mit einer Amplitude von 11 V. In Abwesenheit eines Oszilloskops wird das Vorhandensein von Impulsen an den Ausgängen 9, 10 vom Digitalmultimeter als konstante Spannung von 5 ... 6 V ermittelt.
Anschließend bauen sie eine große Platine zusammen (Abb. 5, 6) und installieren alle Details bis auf die PA-Chips DA2, DA3. Es ist auch notwendig, (isolierte) Drahtbrücken zu installieren. Es ist wünschenswert, die Transistoren auf gleicher Höhe zu verlöten, um ihre Befestigung zu erleichtern. Da gepaarte Dioden im TO-220-Gehäuse mit gemeinsamer Anode knapp sind, bietet die Platine Platz für deren Ersatz durch Dioden im DO-27-Gehäuse.
Nach dem Anschließen der Platinen über den Steckverbinder und der Versorgung der dafür vorgesehenen Bereiche mit 12 V über das Netzteil und das Fernbedienungsfreigabesignal sollten an den Kondensatoren C20 bzw. C21 und am VT25-Emitter Spannungen von +25 bzw. -3 V auftreten. ca. +8 V relativ zur mittleren Ausgangswicklung des Transformators. In diesem Fall dürfen sich die Teile des Wandlers nicht erwärmen und die Stromaufnahme sollte 0,3 A nicht überschreiten. Nach Überprüfung des PN werden die Mikroschaltungen DA2, DA3 verlötet. Nicht verwendete Mikroschaltungsleitungen werden um 3 ... 4 mm gekürzt. Es ist wichtig, die Mikroschaltungen streng senkrecht zur Platine zu installieren, da sie sonst nicht mit der gesamten Ebene am Gehäuse haften und überhitzen können. Um die Auswirkungen von Störungen auf die Verstärkerschaltungen zu reduzieren, wurden in der Nähe der Stromversorgungspins der Mikroschaltungen zusätzliche Kondensatoren C26, C28 (C30, C32) mit einer Kapazität von 470 uF und niedriger Impedanz (niedriger ESR) hinzugefügt. Um Störungen zu reduzieren, werden die Leiterbahnen der Leistungspins der Vorstufe und der Ausgangsstufe des TDA7293 an den Lötpunkten der Pins dieser Kondensatoren verbunden. Anschließend werden Drähte in die Platine eingelötet, um externe Anschlüsse anzuschließen. Der Stromanschluss (Klemmenblock DG58C-A-2P13 von Degson Electronics) erfordert mindestens 2 mm Draht2. In die Platine ist ein 50 ... 70 mm langes Segment eingelötet. Die Kabel, die die Platine mit Cinch-Steckern (XS3.1, XS3.2) verbinden, werden auf die gleiche Weise verlötet. Verwenden Sie dazu ein beliebiges weiches Kabel. Löten Sie auf die gleiche Weise die Drähte an den X4-Ausgangsstecker (Klemmenblock DG58H-A-04P-13 von Degson Electronics). Der Querschnitt der Ausgangsleitungen muss mindestens 0,5 mm betragen2. Die Lötstellen der Drähte müssen mit Heißkleber verstärkt werden. Für die Signalleitung der Fernbedienung wurde in die Seitenabdeckung ein Loch mit einem Durchmesser von 2 mm gebohrt, durch das ein etwa 20 cm langes Kabel herausgeführt wurde. Zur Befestigung empfiehlt es sich, einen Knoten aus dem Inneren des PA-Gehäuses zu machen . Anschließend wird die Platine in die Nut des Gehäuses eingesetzt und die Löcher für die Schrauben zur Befestigung von Transistoren und Mikroschaltungen markiert. Die Löcher werden mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von 3,6 mm gebohrt und anschließend versenkt, um „versenkte“ Schrauben zu montieren. Leistungsstarke FETs, Dioden und Ausgangsmikroschaltungen des PA werden mit M7-Schrauben durch isolierende Glimmer-Abstandshalter mit isolierenden Einsätzen für die Schrauben am Gehäuse befestigt (Foto in Abb. 3). Dichtungen für Mikroschaltungen müssen mit Wärmeleitpaste, zum Beispiel KPT-8, bestrichen werden.
Anschließend werden X4-Ausgangsanschlüsse an den Kunststoffwänden des Gehäuses installiert und die entsprechenden Drähte von der Leiterplatte daran angeschlossen (Foto in Abb. 8). Anschließend schließen Sie die Signalkabel an die Anschlüsse am Verstärkerpanel an (Foto in Abb. 9) und überprüfen noch einmal die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems; Wenn alles in Ordnung ist, empfiehlt es sich, die Drähte an den Ausgangsanschlüssen und am XP/S1-Stecker, den Gesamtkondensatoren und dem Transformator mit Heißkleber zu verkleben, da diese unter Vibrationsbedingungen funktionieren. Anschließend wird die Karosserie komplett zusammengebaut.
Vor dem Einbau in ein Auto ist es ratsam, den Verstärker mehrere Dutzend Stunden lang laufen zu lassen, um seine Zuverlässigkeit zu überprüfen. Der Stromanschluss direkt im Fahrzeug muss mit Leitungen mit einem Querschnitt von mindestens 2,5 mm erfolgen2 so kurz wie möglich (Abb. 10). Sie müssen sie über eine 15 ... 20 A-Sicherung mit den Batterieklemmen verbinden und beide Drähte vom Plus- und Minuspol zum Verstärker führen. Um Störungen zu vermeiden, ist es aufgrund einer mangelhaften Verkabelung in einem Auto häufig erforderlich, Kabel von der Batterie zum Radio zu verlegen.
Aufgrund der geringen Größe des Gehäuses (Kühlkörperfläche von ca. 400 mm2) Im Betrieb erwärmt sich die PA auf 40...50 оC. Dies ist die normale Temperatur für Verstärkergeräte, wenn bei der Installation des Geräts in der Kabine für Luftzirkulation gesorgt ist. Im realen Einsatz im Auto lässt sich eine deutliche Verbesserung des Klangs des Systems und der einfacheren Platzierung feststellen. Auch im Dauerbetrieb bei maximaler Leistung der Lautsprecher Focal Polyglass V1 steigt die Temperatur des PA-Gehäuses nicht über 60 °C. Natürlich darf man von einem solchen Verstärker keine Wunder erwarten, aber man kann durchaus argumentieren, dass er die meisten Handwerke der unteren Preisklasse „nachahmt“ und dabei die Eigenschaften der TDA7293-Mikroschaltungen beibehält. Einige Parameter der PA wurden mit dem Computerprogramm Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA) überprüft. Bei einer Ausgangsleistung von 15 W und einer Versorgungsspannung von 12,6 V beträgt die harmonische Verzerrung in den Kanälen 0,045 und 0,019 % und die Intermodulationsverzerrung 0,024 und 0,026 %. Das Signal-Rausch-Verhältnis beträgt etwa 90 dB. Entgegen der landläufigen Meinung in Internetforen zeigte die invertierende Einbindung der Mikroschaltung (im rechten Kanal) hinsichtlich der gemessenen Parameter das schlechteste Ergebnis. Die Verwendung einer typischen Schaltung aus der Referenzdokumentation für die Mikroschaltung [2] erwies sich als die beste Option. Möglicher Ersatz: Der PN TL494-Chip hat Analoga - YuA7500, MB3759, UPC494, IR3M02, KP1114EU4. Anstelle von IRF3205 können Sie alle modernen Feldeffekt-n-Kanal-Transistoren installieren, zum Beispiel IRFZ44, IRF540, BUZ111S, STP80NF06, IRF1405 für eine Spannung von mehr als 50 V, wobei nur ein Transistorpaar verwendet werden darf. BC817-Transistoren können durch 2N5550S, MMBT100, MMBT2222, 2SD1484 und BC807-Transistoren durch 2STR2160, BCX17, MMBT591, PMBT2907 ersetzt werden. Transistor BCX51 ersetzt BCX52, BCX53, 2SB1027, 2SB1313, SB1123U. Bei Bedarf kann die Auswahl der Transistortypen nach dem Nachschlagewerk [3] erfolgen. Zwei Diodenbaugruppen VD7, VD8, ausgelegt für einen Gleichstrom von mindestens 3 A und eine Spannung von mehr als 80 V, können durch vier Dioden FR302-FR304, UF5404, RGP25G ersetzt werden. Auf Abb. 11 zeigt die Layoutzeichnungen der Vorder- und Rückseite der Beschallungsanlage für die vom Autor verwendeten Elemente und Schalteinheiten.
Literatur
Autor: Ju. Ignatjew, Iwano-Frankiwsk
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