Немножко звуковой техники



	Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме РадиоКот >Конкурсы >пкпч2014 >

Технологии Переводчик
Теги статьи: Добавить тег
Индикатор уровня звукового сигнала Автор: *Trigger*
Опубликовано 22.08.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса “Поздравь Кота по-человечески 2014” Предисловие Давно уже я хотел сделать индикатор уровня звукового сигнала (ИУС). Индикаторы на светодиодах уже надоели. Поэтому я купил два линейных газоразрядных индикатора ИН-13 с “тёплым неоновым светом”:

Принцип действия индикаторов Индикатор ИН-13 состоит из трёх электродов – анода в виде сетки, катода в виде стержня и вспомогательного катода в виде точки, помещённых в наполненный неоном стеклянный баллон. При подаче напряжения на анод и катод неон вокруг катода начинает светиться. Длина светящегося “столбика” при этом зависит от тока катода. Вспомогательный катод служит для зажигания разряда в начале катода. Разряд с него как бы перетекает на катод, и это не дает разряду на катоде появиться в его середине. Например, в индикаторах ИН-9 вспомогательный катод отсутствует, и они известны тем, что разряд может возникнуть в случайном месте. Схема устройства Основная часть ИУС представлена на схеме ниже: На схеме изображено два совершенно одинаковых канала, поэтому опишу один из них, например, левый (на схеме изображён сверху). Звуковой сигнал поступает через разъём J1 и переменные резисторы RP1.1, RP2.2, R1, а также через разделительный конденсатор C1 на усилитель напряжения, выполненный на двух ОУ микросхемы OP1. К выходу усилителя напряжения подключена интегрирующая цепочка R13VD1C5R17. На транзисторе VT1 выполнен усилитель тока. Резистор R22 задаёт ток вспомогательного катода индикатора H1. Переменные резисторы RP1 и RP2 – сдвоенные. R1 и R2 – подстроечные типа 3362P или аналогичные. Все постоянные резисторы мощностью 0,25Вт. Электролитические конденсаторы, кроме C7 и C8, на напряжение не меннее 16В. C7 и C8 на напряжение не менее 250В. Диоды VD1, VD2 можно заменить на любые маломощные кремниевые, но желательно одинаковые в обоих каналах. Стабилитроны VD3-VD6 – импортные, маломощные. Транзисторы VT1, VT2 заменимы на любые маломощные NPN с максимальным допустимым напряжение КЭ не менее 250В. Для получения напряжения +150В для питания индикаторов используется преобразователь напряжения на микросхеме MC34063:

Пояснять особо нечего. VT2R1VD1 – цепочка для разряда затвора VT1. Конденсатор C4 устанавливается в случае неправильной работы стабилизации напряжения (не регулируется выходное напряжение подстроечным резистором R4). Постоянные резисторы, кроме R2, мощностью 0,25Вт. R2 – мощностью 2Вт. Подстроечные резистор R4 – импортный типа 3362P. Напряжение электролитических конденсаторов указано на схеме. Неполярные конденсаторы – керамические. Дроссель L1 – “гантелька” индуктивностью не менее 220мкГн и током насыщения не менее 1А. Диод VD1 можно заменить на любой маломощный кремниевый. Диод VD2 заменим на любой “быстрый” (Fast recovery) диод с прямым током не менее 1А и обратным напряжением не менее 300В. Транзистор VT2 – любой маломощный кремниевый PNP. Преобразователь напряжения и усилитель питаются от простейшего трансформаторного БП, схема которого представлена ниже:

Схема абсолютно стандартная. Трансформатор T1 – любой с напряжением вторичной обмотки от ~8,5В до ~12В и допустимым током не менее 0,7А. Диодный мост Br1 – DB107 или аналогичный с обратным напряжением не менее 100В и током не менее 1А. Конденсатор C1 – электролитический на напряжение не менее 25В. C2 – керамический. Все микросхемы следует установить в панельки. Печатная плата Печатная плата устройства выполнена методом ЛУТ. Ниже изображение этой платы со стороны проводников и монтажная схема. Файл ПП в формате SL5.0 можно скачать внизу страницы. Небольшое пояснение: на ПП подписаны контакты K1, K2, A. Они служат для подключения индикатора ИН-13. В таблице ниже указано соответствие этих обозначений номерам выводов на схеме: Обозн. на ПП № вывода K1 2 K2 3 A 1 Фото готовой ПП с установленными компонентами ниже:

Настройка устройства Первый запуск производится без микросхем в панельках. Следует измерить напряжение на конденсаторе фильтра (С1 на схеме БП). Оно должно быть в пределах от 10 до 15В. Далее отключаем устройство от сети и устанавливаем MC34063 в панельку. Включаем. Вращая подстроечный резистор R4, устанавливаем 150В на конденсаторе C6 (см. схему преобразователя напряжения). Если при вращении R4 напряжение не меняется, следует установить конденсатор C4 со стороны проводников на ПП, после чего настроить преобразователь. Теперь устанавливаем в панельки обе МС LM358 (естественно, отключив устройство от сети). Регулятор “Баланс” устанавливаем в среднее положение, “Уровень” – в левое по схеме положение. Подстроечные резисторы R1 и R2 (см. основную схему) следует установить в верхнее по схеме положение. Затем на оба входа устройства подаём с генератора синусоидальный сигнал частотой 1кГц. Амплитуду сигнала постепенно увеличиваем, пока более короткий столбик на индикаторе не дойдёт до его середины. Затем вращением подстроечного резистора того канала, в котором столбик получился выше, добиваемся одинаковой высоты столбиков. На этом процесс настройки можно считать законченным. Скорость реакции индикатора можно регулировать подбором конденсаторов C5 и C6. После изменения номиналов конденсаторов следует повторить настройку уровня сигнала, описанную выше. Корпус Устройство собрано в корпусе от старых часов “Янтарь”.

Индикаторы закреплены с помощью подставок из оргстекла:

Сзади устройство выглядит так:

Надписи около элементов управления напечатаны на струйном принтере и приклеены скотчем:

Общий вид внутри:

Монтаж элементов управления и входного разъёма:

Напоследок, видео работы устройства: https://www.youtube.com/embed/IN_ql8qMBdo?rel=0 На этом всё. Удачи в сборке! Внимание! В устройстве присутствует высокое напряжение, при внесении любых изменений в схему отключайте устройство от сети и разряжайте высоковольтный конденсатор!
Файлы:
Печатная плата в формате Sprint Layout 5.0

Все вопросы в Форум.

https://vk.com/widget_like.php?app=3794987&width=100%25&_ver=1&page=0&url=https%3A%2F%2Fwww.radiokot.ru%2FkonkursCatDay2014%2F02%2F&type=button&verb=0&color=&title=%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%9A%D0%BE%D1%82%20%3A%3A%20%D0%98%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%20%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D1%8F%20%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D0%B8%D0%B3%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B0&description=&image=&text=&h=22&startWidth=100&referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F&178a3ed9473 https://web.facebook.com/plugins/like.php?app_id=&channel=https%3A%2F%2Fstaticxx.facebook.com%2Fx%2Fconnect%2Fxd_arbiter%2F%3Fversion%3D46%23cb%3Df2db19c46bdfad%26domain%3Dwww.radiokot.ru%26origin%3Dhttps%253A%252F%252Fwww.radiokot.ru%252Ff132b07a3c64064%26relation%3Dparent.parent&container_width=100&href=https%3A%2F%2Fwww.radiokot.ru%2FkonkursCatDay2014%2F02%2F&layout=button_count&locale=ru_RU&sdk=joey&send=false&show_faces=true&width=200 https://www.pcbway.ru/Invite/quotebox?code=radiokot.ru12 Как вам эта статья? Заработало ли это устройство у вас? 55 11 3 4 0 0

Новости Акустика Электроника Справочники Программы Ссылки О себе

Усилитель на N-канальных полевиках.
Автор оригинальной схемы Alex Nikitin. Его усилителю посвящена ветка на форуме Немного звукотехники. К сожалению, использованные автором транзисторы сложно достать, но если внести в схему некоторые изменения можно использовать более доступные транзисторы. Огромная благодарность автору – Алексу Никитину и участникам форума, чьими творческими усилиями родился предложенный ниже вариант принципиальной схемы.

Принципиальная схема:

Крупное изображение принципиальной схемы

Печатная плата усилителя:

Монтажка:

Плата блока питания:

Плата блока питания с двумя диодными мостами

Некоторые рекомендации автора (Алекса Никитина) по настройке усилителя, взятые с форума.
[Авторский вариант принципиальной схемы]
Это переработанный вариант на основе схемы разработанного мной и уже давно снятого с производства усилителя Creek 4330 (выпуска примерно 1997 года) . Почти в точности такая схема у усилителя, который я и сейчас использую дома. Как видите, схема довольно простая с небольшим количеством деталей. Выходная мощность при питании +/- 35 Вольт примерно 40 Вт на 8 Омах, 65-70 Вт на 4 Ом. Не показаны на схеме цепи питания, в том числе питания ОУ ( +/-15В) . Основной блок питания может быть от +/-25 до +/-35 Вольт с ёмкостью сглаживающих конденсаторов от 6800 до 10000 мкФ на два канала, защищённый плавкими предохранителями на 3-4 А (“медленными”, с буквой Т) на ВХОДЕ выпрямительного моста, то есть последовательно с каждой половиной вторичной обмотки трансформатора. Выходные транзисторы помещены на теплоотвод с тепловым сопротивлением не больше 1-1,5 градусов на Ватт, закреплены прижимом сверху алюминиевым блоком 10х10х45мм, изоляция ОБЯЗАТЕЛЬНО слюдяная с теплопроводящей смазкой с обеих сторон. Q9 должен иметь хороший тепловой контакт (со смазкой) с теплоотводом выходных транзисторов и лучше всего прямо между ними. Величина R15 определяет крутизну температурной компенсации и может быть слегка изменена для другого типа выходных транзисторов. Теплоотвод желательно заземлить. В целом рекомендую на выход поставить ещё последовательно цепь из резистора 3Вт 1 Ом параллельно с намотанными на него 10 витками эмалированного провода диаметром 1 мм. Это, в целом, обеспечит хорошую стабильность на реактивной нагрузке даже при не слишком удачной разводке.

К сожалению, выходные транзисторы ни на что заменять не рекомендую. Можно поставить HUF76633P3, но при этом лучше ограничить мощность 30 Ваттами на канал. ZVP3310 опять же нежелательно заменять, я так и не нашёл вполне полноценной замены. Это в целом. На полном безрыбье можно поставить IRF9610 вместо ZVP3310 и другие MOSFET-ы на выход – требования простые – низкое напряжение открывания (“logic level”), мощность рассеяния не меньше 120 Вт, максимальный ток не меньше 20-25А . Но любые замены выходных транзисторов могут повлиять на ряд параметров, в том числе на стабильность и на сопротивляемость короткому замыканию – показанный на схеме вариант при правильной сборке и разводке может выдержать КЗ на выходе вплоть до перегорания предохранителей в цепях вторичной обмотки трансформатора. Повторять это часто тем не менее не рекомендуется BC640 можно заменить на BD140 (только Филипс) . Опять же другие замены возможны, но так как я их не проверял, то рекомендовать не могу.

Выходной каскад (начиная с Q8) прекрасно работает и без ОООС, имеет низкое выходное сопротивлением (около 0,1 Ом) и искажения порядка 0,2% на 8 Ом нагрузки при токе покоя в 100 мА. При увеличении тока покоя искажения резко уменьшаются. Никакой асимметрии выходного сопротивления плеч здесь нет в силу местной петли ООС. Это хороший повторитель и без ОООС, поэтому он неплохо работает и при замкнутой петле, поскольку он не “опирается” на неё для достижения высокой линейности и низкого выходного сопротивления. Полюс тоже не очень низкий – если мне не изменяет память, искажения в этой схеме начинают расти где-то с 2-3 кГц. Естественно, более высокий полюс был бы лучше, но привёл бы к усложнению схемы. Также и насчёт класса АВ – за эти деньги получить 40 Вт в классе А было бы трудновато . Кстати, этот каскад при наличии хорошего теплоотвода и пониженного питания можно вполне сместить ближе к классу А. Интересное свойство этого выходного каскада – это симметричное ограничение по току, но для весьма больших значений – 30-35А в пике для показанных на схеме транзисторов.

Питание – тороидальный трансформатор на 120 Вт габаритных, 2 вторички по 25В, затем предохранители на 3 А (Т) , мост, с диодами шунтированными 10нФ (или Шоттки без шунтирования – это лучше) , и примерно 10000 мкФ сглаживающих конденсаторов (ставили 3 по 3300х35В в параллель в каждом плече). Питание общее для двух каналов.
Можно использовать обычные (не logic-level) полевые транзисторы типа IRFP240, но они потребуют существенного повышения тока через Р-канальный полевик и источник тока. Кроме этого, сильно увеличится падение напряжения на “верхнем” выходном транзисторе и для симметричного ограничения надо увеличивать напряжение питания источника тока. В качестве Р-канального транзистора и в источнике тока я применил IRF9610 на радиаторах, с током источника порядка 60 мА. Кроме этого, у “нормальных” полевиков с отсечкой в районе 3,5 Вольт другой температурный коэффициент напряжения отсечки, и надо компенсировать его по-другому. Я ставил в эмиттер транзистора-датчика температуры (на место R15 в обсуждаемой схеме) источник опорного напряжения на 1,2 В (“band-gap reference”) – и температурная компенсация получалась практически точной. Короче говоря, применение не “logic level” транзисторов требует существенного изменения схемы. Уж лучше применить что-то типа IRL540/640 если HUF недоступны.

Я решил детально исследовать процессы, происходящие в выходном каскаде при КЗ и поставил эти два резистора (R21, R22) просто как токовые датчики, правда по 0,05 Ома. Когда я посмотрел в деталях, что происходит, оказалось, что иногда возникает очень кратковременная перегрузка нижнего транзистора по напряжению на затворе – “игла” напряжения, которая, как выяснилось и приводила к разрушению транзисторов в серийных аппаратах. Похоже, что это было связано с кратковременным самовозбуждением при КЗ. Резисторы полностью убрали возможность возникновения этого эффекта, плюс они принимают на себя основную мощность теплового удара при КЗ. Я довольно скоро выяснил, что при увеличенных до 0,33-0,47 Ом номиналах этих резисторов выходной каскад не сгорает при относительно длительном КЗ. Я сначала ставил 3-х ваттные проволочные, но они выдерживали не больше 2-3 тепловых ударов, потом перегорали. С 6-ваттными “Meggit” импульсная рассеиваемая мощность оказалась достаточна для многих циклов работы в таком режиме. После того, как мы начали ставить эти резисторы в выходной каскад, у нас практически сошли на полный ноль отказы выходного каскада в эксплуатации, которые до этого были хотя и невелики в процентном отношении, но регулярны, в основном как результат КЗ на выходе.

По поводу IRFP150N. Вкратце – их вполне можно применить, но потребуется изменение схемы – увеличение питающего напряжения для источника тока и УН, увеличение тока ИТ до 30-50 мА, замена R15 на ИОН 1,2В для корректной температурной компенсации тока покоя, соответствующее изменение R18, R20. С ними как раз придётся применить IRF9610, поскольку возрастёт рассеиваемая мощность. Полезно и Q10 заменить на такой же IRF9610 на радиаторе. Какие минусы в применении IRF9610 вместо ZETEXа кроме бОльших межэлектродных емкостей? В принципе, вроде, ничего существенного. Соответственно несколько увеличиваются требования к УН, но в целом такая замена работает.

Кроме возможных очевидных проблем (сервоканал не должен добавлять шумов и искажений, нормально реагировать на перегрузку УМ, в том числе и асимметричным сигналом, иметь достаточный диапазон регулировки и т.д.), полезно ещё настроить серво на слух под конкретные усилитель и блок питания – проще всего в обсуждаемой схеме путём замены R28 на переменник 47К (лучше сдвоенный для настройки двух каналов одновременно), последовательно с ограничивающим минимальное значение сопротивления резистором (скажем 4К7). Кроме того, в некоторых случаях можно попробовать фильтр второго порядка, поставив конденсатор в 100-220 нФ параллельно R27, подобрав его по отсутствию выброса на АЧХ в области инфранизких частот или по хорошей форме меандра на 20-30 Гц. Вообще настроить серво не так просто, поскольку это должна быть последняя “точная” настройка на слух, после того, как правильно выбраны основные параметры и компоненты блока питания, установлен оптимальный ток покоя выходного каскада и т.д. В некоторых случаях можно улучшить согласование конкретной пары “акустика-усилитель” путём регулировки серво. На усилителе мощности Creek A52SE настройка серво была выведена на переднюю панель как раз для этого.

В качестве р-канального транзистора можно использовать ещё ZVP2110 или 2120 – это будет получше, чем 9610. Может потребоваться подбор в небольших пределах R15 (150-330 Ом) для правильной температурной компенсации тока покоя. Если ток покоя с нагревом увеличивается, то сопротивление надо уменьшить. и наоборот. Лучше сделать небольшой отрицательный наклон, чтобы с прогревом теплоотвода ток покоя бы слегка уменьшался – процентов на 10-15 после работы на полной мощности в течение некоторого времени.

Из приведенных выше цитат можно почерпнуть для себя некоторые полезные моменты, необходимые для настройки усилителя.
Свой вариант усилителя я настраивал следующим образом:
Выкрутил в сторону наибольшего сопротивления регулировочные резисторы RP1, RP2. Включил питание и проверил напряжения питания +/-32В на резисторах R36, R37. Проверил по падению напряжения на резисторах R36 и R37 потребляемый усилителем ток. Проверил питание +/-12В на операционном усилителе, выводы 4 и 8. Проверил постоянное напряжение на выходе усилителя. Получил 2-3мВ. Выставил на резисторе R28 падение напряжения, равное 1.1В, вращая подстроечный многооборотный резистор RP1. Вращая подстроечный многооборотный резистор RP2, выставил на резисторе R36 падение напряжения, соответствующее току через него около 75мА, предварительно дав усилителю прогреться. Рассеиваемая мощность в режиме покоя у моего варианта усилителя получилась около 9Вт. Радиаторы, площадью 1000кв.см, нагревались немного выше температуры тела. Подал на вход тестовый сигнал, установил нужный уровень громкости и провел измерения коэффициента гармоник, интермодуляционных искажений. Посмотрел реакцию усилителя на прямоугольный импульс и т.д. Подключил акустическую систему, подал на вход сигнал с проигрывателя и послушал несколько любимых и знакомых композиций. Послушал тестовые композиции, музыку разных жанров. Получил море удовольствий и приятных впечатлений оттого, что усилитель заиграл просто замечательно 🙂 Чуть позже я провел субъективное, на слух, сравнительное тестирование усилителя на N-канальных полевых транзисторах и усилителя на микросхеме LM3886. Усилитель на микросхеме, бесспорно, проиграл по качеству звука. Самые существенные впечатления от звука усилителя на N-канальных полевиках у меня такие: в звучании появилась хорошая глубина сцены, отчетливо слышны реверберации помещения, в котором делали запись, звук поражает своей детальностью, совсем не утомляет при прослушивании, даже на большой громкости остается мягким и прозрачным.

Фото собранного усилителя и подробно одного канала:

Собранный усилитель

Фото печатной платы блока питания
Фото печатной платы усилителя
Фото блока питания
Переделка держателя предохранителей

Related Images: