5. Общетехническое обоснование разработки устройства

Темой дипломного проекта был выбран усилитель звуковой частоты повышенной мощности. Данный усилитель относится к Hi-Fi классу аппаратуры. Его элементная база подбиралась исходя из параметров и принадлежности к Hi-Fi классу каждого блока в отдельности.

В усилителе предусмотрена настройка звука по низкой и по высокой частотам (тембр НЧ и ВЧ). Схема регулировки тембра, баланса и громкости выполнена на микросхеме AN5836. Почему именно она? В ее пользу, по сравнению с другими микросхемами, при выборе элементной базы, были такие преимущества как:

• доступность;

• дешевизна как самой микросхемы, так и схемы в целом;

• простота в исполнении и настройке;

• малое потребление электроэнергии;

• ее хорошие характеристики по сравнению с другими схемами такого же класса.

Так же для более тонкой настройки в усилителе присутствует шестиполосный эквалайзер с регулировкой частот в шести интервалах: 30 Гц, 100 Гц, 330 Гц, 1 кГц, 3,3 кГц и 10 кГц. Схема эквалайзера выполнена на микросхеме BA3822LS. Эта микросхема была выбрана из-за того, что эквалайзер, сделанный на ней, отличается от большинства подобных способностью не перегружаться, даже при полном подъеме всех регуляторов. Также добавлена еще одна полоса регулировки тембра: сверхнизких частот - 30Hz Лучшим подтверждением высокого качества этой микросхемы является использования её в почти всех компонентах магнитол "PANASONIC".

Также данная схема может быть с легкостью преобразована из шести полосного эквалайзера в пятиполосный:

1) Элементы R8, R22, R23, C27, C28, C29 и С30 на плату не ставятся.

2) С15 и С26 ставятся не 0,47 mF (0,68), а 1 mF - таким образом, резонанс этого сдвигается со 100 до 63Hz.

Некоторые технические характеристики микросхемы:

1. Uпит = +4…+16V

2. Uпит оптимальное +9…+14V

3. Uвх = до 500mV

4. Uвых до 1mV

5. Fраб = 10….25000Hz (+-3 dB)

6. Кгарм = 0,05%

7. Iпотр = 7...12mA

8. Ксигнал/шум > 80dB

9. Rвх = 100кОм

10. Rвых = 10 кОм

11. Кусил = 1 (при линейной АЧХ)

12. Переходные затухания между каналами > 45dB

13. Диапазон регулировок тембра = +-12dB

Данная микросхема согласуется своими выходными параметрами с входными параметрами предусилителя, в частности по напряжению. Этот факт избавляет от необходимости включения в цепь делителя напряжения.

Конструирование самого же усилителя низкой частоты, так сказать сердце разрабатываемого устройства, всегда было задачей не простой. К счастью, в последнее время, появилось много интегрированных решений, облегчающий жизнь. Используя эти решения был выбран усилитель на микросхеме TDA7294 от SGS-THOMSON MICROELECTRONICS. В его пользу говорили его:

• простота в сборке и настройке;

• качество звука;

• стабильность работы;

• его достаточно высокая выходная мощность (до 100 Вт);

• высокие технические характеристики (малые искажения, низкий уровень шума, широкий диапазон рабочих частот и т.д.);

• возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений;

• естественно низкая стоимость по сравнению с аналогами.

Таблица 5.1 – Основные характеристики TDA7294

Параметр	Условия	Минимум	Типовое	Максимум	Единицы
Напряжение питания		±10		±40	В
Диапазон воспроизводимых частот	сигнал 3db Выходная мощность 1Вт	20-20000				Гц
Долговременная выходная мощность (RMS)	коэф-т гармоник 0,5%: Uп = ± 35 В, Rн = 8 Ом Uп = ± 31 В, Rн = 6 Ом Uп = ± 27 В, Rн = 4 Ом	60 60 60	75 75 75		Вт
Пиковая музыкальная выходная мощность (RMS), длительность 1 сек.	коэф-т гармоник 10%: Uп = ± 38 В, Rн = 8 Ом Uп = ± 33 В, Rн = 6 Ом Uп = ± 29 В, Rн = 4 Ом		100 100 100		Вт
Общие гармонические искажения	Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1-50Вт; 20-20000Гц		0,005	0,1	%
	Uп = ± 27 В, Rн = 4 Ом: Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1-50Вт; 20-20000Гц		0,01	0,1	%
Температура срабатывания защиты		145				0C
Ток в режиме покоя		20	30	60	мА
Входное сопротивление		100			кОм
Коэффициент усиления по напряжению		24	30	40	дБ
Пиковое значение выходного тока		10				А
Рабочий диапазон температур		0		70	0C
Термосопротивление корпуса				1,5	0C/Вт

Эта ИМС представляет собой УНЧ класса АВ. Одной из основных особенностей этой микросхемы является применение полевых транзисторов в предварительных и выходных каскадах усиления. Кроме того, у неё есть внутренняя защита от короткого замыкания в нагрузке и защита от перегрева. Также в ней реализованы функция приглушения (используется для предотвращения щелчков при включении) и функция режима ожидания (когда нет сигнала).

В таблице 5.2 приведены основные сравнительные характеристики с похожей микросхемой усилителя низкой частоты построенного на микросхеме LM3886.

Таблица 5.2 – Сравнительные характеристики микросхем

ПАРАМЕТР	TDA7294	LM3886
Максимальное напряжение питания, В	+- 27 на нагрузке 4 Ом +- 31 на нагрузке 6 Ом +- 38 на нагрузке 8 Ом	+- 42 максимальная +- 27 на нагрузке 4 Ом +- 35 на нагрузке 8 Ом
Заявленная максимальная выходная мощность, Вт	75 (100) при КГ=0.5% (10%)	68 (135) при КГ=0.1%
КГ	0.005% f=1кГц	0,03% 20 Гц<= f <= 20 кГц
Скорость нарастания выходного напряжения	10 вольт/ мкс	19 без и 8 с цепью компенсации ООС вольт/мкс
Выходные транзисторы	полевые	биполярные

Из документации производителя на эти микросхемы приведены сравнительные графики (рисунок 5.1 и рисунок 5.2).

Как видно из сравнительной таблице то: у 3886 несколько больше допустимое напряжение питания и максимальная выходная мощность. Но и искажения больше. Зависимость коэффициента гармоник от выходной мощности заставляет предположить, что у 3886 довольно заметные искажения типа "ступенька" - большой шаг в направлении "транзисторного" звучания. У 7294 графики более ровные, что означает меньшую зависимость нелинейности от частоты и выходной мощности, т.е. микросхема "более одинаковая" - это хорошо.

Проанализировав все выше изложенную информацию, мы пришли к заключению, что усилитель низкой частоты построенный на базе микросхемы TDA7294 обеспечит наилучшие показатели цена-качество. Не стоит забывать, что его большая мощность является скорее резервной, чем необходимостью. Это можно объяснить тем, что сегодня вы найдете квартиру в которой были бы столь большие комнаты для правильного соотношения мощности музыкальной установки к площади комнаты. Так же чем меньше громкость прослушивания, тем меньше в звуке искажений.

Этот усилитель подойдет тем, кто любит дома послушать качественные звуковые дорожки, посмотреть фильм в стерео режиме, либо порадовать своих друзей на вечеринке.