Усилитель на MOSFET транзисторах

 В процессе конструирования данного  усилителя я не задумывался о стоимости компонентов, поэтому некоторые решения могут быть не самыми оптимальными с точки зрения затрат.

Обзор возможностей

  • Контролируемый микроконтроллером предусилитель с возможность управления ИК пультом. Для сохранения параметров громкости и др. в энергозависимой памяти, есть запасное питание от батарейки.
  • Символьный ЖК дисплей 2*16 для индикации громкости и т. д.
  • Три универсальных линейных входа, один вход и выход для магнитофона.
  • Стерео усилитель 70Вт на основе MOSFET транзисторов.
  • Выход на наушники.
  • Питание + /-38V на 4А и + /-5В при 500 мА питания.

Блок микроконтроллера

На микроконтроллере PIC16F84A реализовано управление усилителем и индикация параметров. К микроконтроллеру подключены следующие периферийные устройства:

  • LM1973 цифровой аттенюатор.
  • DS1302 часы реального времени (RTC).
  • 2x16 LCD в режиме ввода символов с помощью регистра сдвига 74HC163.
  • CD4094 регистр сдвига, действующий в качестве общих выходных портов. Эти порты подключены к аналоговому мультиплексору CD4052, переключателю режимов чтения и прослушивания сигнала с магнитофона и режимом подъема частотной характеристики басов. Также к этому регистру подключен  ЖК-дисплей и релейная схема отключения колонок.
  • TSOP1736 ИК-приемник.
  • Три кнопки управления.
  • Контакт переключателя от гнезда для наушников (вынут штекер – одно положение, включен – другое) используется для указания на MCU, что наушники подключены и надо отключить колонки.

16F84 дешевый, быстрый и имеет достаточное количество памяти. Он не имеет достаточного количества портов ввода / вывода, поэтому мне пришлось использовать регистры сдвига для хранения данных разосланных по SPI интерфейсу. SPI шина должна была быть использована в любом случае, для работы с RTC.

Блок микроконтроллера

Разъем JP2 подключают к предусилителю с μPot. ЖК-дисплей подключают по стандартной схеме. Некоторые модели дисплеев имеют разъем 2x8 вместо 1x16, тогда их подключают согласно цоколевке.
16F84 работает на частоте 4 МГц, выполняя примерно 1 млн. операций в секунду, а этого более чем достаточно. Он имеет 1k внутренней флэш-памяти, 64 байт EEPROM и 68 байт памяти. Программа написана на ассемблере. Все необходимые для программирования выводы выведены на разъем. Программное обеспечение (. ASM-файл) прилагается к статье. Часть кода имеет комментарии на английском языке. Код в настоящее время не имеет никаких известных ошибок.

DS1305 RTC тактируется кварцем 32кГц. В основном она используется потому, что имеет 96 байт энергозависимой памяти, которая служит для сохранения текущей громкости и др., даже когда питание выключено (за счет резервного питания). Можно было использовать EEPROM контролера для этого, но он имеет ограниченное кол-во циклов записи. Контроллер обменивается информацией с RTC через шины SPI (SCLK, SDI и SDO контакты). DS1305 включает в себя программируемое зарядное устройство, которое может быть настроено через шину SPI.

CD4094 является регистром сдвига с сохранением значения. Данные из микроконтроллера  передаются по последовательному интерфейсу через D и CLK контакты. Когда CD4094 получает сигнал, данные из регистра сдвига фиксируется и подаются на выходы. Это гарантирует, что значение не изменится, когда другое устройство будет использовать SPI шину (RTC, μPot и т.д.). 74LS164N является 8-разрядным регистром сдвига. Он ведет себя, как 4094, но без сохранения значений т.к. она управляет ЖК-дисплеем, который имеет свою память для сохранения значения.

Предусилитель

Предусилитель основан на аудио ОУ MAX414 с низким уровнем шума.
Предусилитель обеспечивает усиление до  +6 дБ, регулятор громкости и два режима подъема частотной характеристики басов.

Предусилитель

В первом каскаде используются IC1A и IC1B (DD1.1 и DD1.2) не инвертирующие усилители. С8 обеспечивает подавление помех, C11 и R8 ведет себя как ФНЧ, и устанавливает входной импеданс предусилителя на 100k. R10 и R15 устанавливают коэффициент усиления этого каскада на 2 (6 дБ). C1, C5, C6 и C10 являются фильтрующими. С1 и С10 необходимо разместить возле микросхемы.

В дополнение к входному каскаду, эта схема включает в себя пару буферов (IC1C и IC1D (DD1.3 и DD1.4)), используемых на выходе μPot, который имеет высокий выходной импеданс.

Цифровой регулятор громкости

LM1973 μPot является цифровой микросхемой регулятора громкости. Он содержит три цифровых регулируемых аудио аттенюатора с  максимальным значением 78dB, и выключающихся при значении > 100 дБ. Он принимает изменения настроек через SPI-совместимый интерфейс шины. В схеме, JP5 подключается к JP2 на плате контроллера. Он имеет одно неоспоримое преимущество по сравнению с аналогичными устройствами - использование раздельного питания, что исключает возможность помех от других частей схемы.

Схема подъема частотной характеристики басов

Схема подъема частотной характеристики басов  имеет два переключаемых режима. Первый аудиовход проходит через ФНЧ, частота среза которого составляет 100Гц. ФНЧ построен на IC2C и IC2D (DD2.3 и DD2.4), выход с ФНЧ подается на мультиплексор на основе CD4052. Этим мультиплексором можно переключать земли, ослабленный и полный выход с ФНЧ. Выбранный выход суммируется с оригинальным аудио сигналом, и подаются на конечную стадию усиления.

Построечные резисторы R21 и R25 используются, чтобы установить уровень басов. Как правило, это около 50% - 70% оборота резистора. Он может быть скорректирован по своему вкусу. На IC2A и IC2B (DD2.1 и DD2.2) сделан суммирующий усилитель и драйвер выходного каскада. 100Ω резисторы R11 и R16 являются защитой для конденсаторов от возможных помех идущих с IC2A и IC2B (DD2.1 и DD2.2).

Выбор входного сигнала

Выбор входного сигнала

Выбор входного сигнала основан на двух аналоговых мультиплексорах CD4052. IC2 используется для выбора источника входного сигнала (CD/AUX1/AUX2) и IC3 используется для выбора либо источника, выбранного выше, либо сигнал с магнитофона, либо сигнал с магнитофона после динамического шумоподавления(DNR) LM1894. JP1-3 являются источником входа, JP5 на вход магнитофона. R1 регулирует уровень DNR. Он регулируется, так, чтобы были хорошо слышны высокие и низкие частоты. JP4 и JP7 приходят из платы микроконтроллера, и используется для выбора входов и индикатора магнитофона. JP8 является магнитофонным выходом, а также имеет выбранный вход. JP6 подключен к плате предусилителя (питание и сигнал). 1 МОм резистор предусмотрен для того, чтобы конденсаторы  не давали помехи, когда входы переключаются с одного источника на другой.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников базируется на чипе LM4880. Это уменьшило размеры усилителя. Описания схема не требует, т.к. взята из документации.

Основной УМЗЧ

Усилитель

Эта схема из журнала Мир электроники (август 2001). В ней в качестве выходных использованы недорогие полевые транзисторы. Общая отрицательная обратная связь используется для установки коэффициента усиления 27 дБ и уменьшения искажений.

Входные PNP транзисторы 2SA970 с низким уровнем шума и высоким коэффициентом усиления. У них максимально  низкое напряжения эмиттера, поэтому их напряжение питания снижается с помощью стабилитрона ZD1 и его обвязки C3 и R3. T1 используется в качестве источника тока. Поскольку максимальный ток сток-исток изменяется в зависимости от производственного процесса, вы должны выбрать резистор для каждого BF245 так, чтобы ток сток-исток был равен 1мА. С1 - фильтрующий входной конденсатор, но замкнут перемычкой, так как конденсатор уже присутствует в предусилителе. R1 и R2, а также C2 составляют сеть подавления помех на входе. R2 устанавливает входной импеданс  47kΩ. R4 и R5 это коллекторная нагрузка для Т2 и Т3. ZD2 (2,7 стабилитрон), C4 и C5 предотвратят базу Т4 от получения напряжения свыше 2,7 V в случае отключения усилителя, поломки колонки и т.д.

T9 и T10 формируют напряжение каскада усиления. В оригинальной схеме рекомендуется использовать 2SD756, которые я не мог найти, поэтому были использованы BF420. Это стадия дифференциала, источник постоянного тока образованный T6, T7, LD1, LD2, R10 и R11. T4, T5, D1, R8 и R9 выступают в качестве коллекторной нагрузки для T9 и T10, обеспечивая максимальное усиление. T8, R13-15, RV1 D2 и D3 формируют напряжения смещения на выходе устройства класса AB. RV1 устанавливается ток смещения. T8 должны быть прикручены к радиатору. R10 и R19 используются для ограничения тока. С6 и С7 являются конденсаторами ОС. R16, R17, C8 и С10 выступают в качестве ФНЧ для фильтрации питания.

D4, D5, ZD3 и ZD4 образуют элементарную защиту от короткого замыкания для выходных транзисторов. C11, C12, C14 и C15 являются конденсаторами развязки питания. С12 и С15 должны быть размещены рядом с MOSFET транзисторами. C13 и R20 используются для компенсации роста импеданса динамика. L1 это 10 витков на резисторе 10 Ом 1 Вт соединённая с ним параллельно. Это используется для предотвращения нестабильности усилителя вызванной ёмкость аудио кабеля.

R7 и R6 формируют обратную связь. Это устанавливает коэффициент усиления 27 дБ. Обратите внимание на разделение земли сигнала и земли питания. К входному каскаду приведена GNDA земля.  Конденсаторы  поставлены к земле питания (GND). Также отметим, что выход сети Цобель ссылается на третью землю GNDIO. GNDIO должен быть подключен к колонкам, которые затем подключаются напрямую к блоку питания через толстый провод заземления.

Блок питания

Блок питания

Блок питания состоит из двух частей: низковольтной и высоковольтной. Высокое напряжение производит нерегулируемые + / - 38В для усилителя мощности. Низкое напряжения + / - 5В для аналоговой секции (предусилитель, селектор входов, и т.д.) и +5 В для цифровой секции (MCU, ЖК-дисплей и т.д.). Используется трансформатор с 3 обмотками: 30-0-30 - 4A и 12-0-12 - 500mA вспомогательной обмотки. Третья 0-12 обмотка предназначена для управления реле отключения динамиков. Входное напряжение подключается к + 35А диодного моста и  блоков предохранителей, были использованы на 5А. Разъем с маркировкой JP1 подключается к вспомогательным обмоткам трансформатора (12-0-12) . 100nF конденсаторы С7-С12 должны быть размещены рядом с соответствующими микросхемами. C13-15 танталовые конденсаторы. Три светодиода служат в качестве индикатора наличия напряжения. Кроме того, они ведут себя, как минимальная нагрузка на БП.

Отключение колонок

Отключение колонок

Схема отключения колонок, представленные здесь, использует микроконтроллер для включения динамиков после небольшой задержки. Время задержки может быть запрограммировано. При выключении напряжения питания (0-12  со вспомогательной обмотки трансформатора) выключается очень быстро, выключая реле. Разъем для наушников включает переключатель для отключения колонок, это воспринимается MCU (через порт RB7), который затем отключает динамик. Высокий логический уровень на J1.2 (JP5.3, на плате микроконтроллера) включает реле, а значит, и динамики. Реле, используемые должны быть на 10А. Стабилитрон (ZD1) используется на 12V.

Изготовление

Все кроме УМЗЧ было построено на макетной плате.  УМЗЧ был сделан на текстолите FR4, с правильной разводкой земли и т.д.  Усилитель был вставлен в стандартный корпус старого усилителя. Однако, необходимы значительные изменения для этого корпуса. Пришлось делать отверстия для дисплея, светодиодов, радиатора, кнопок и т.д.

Ниже вы можете скачать исходник ASM

Список радиоэлементов

ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазин
Блок микроконтроллера
IC1МК PIC 8-бит
PIC16F84A
1Поиск в магазине Отрон
IC2Сдвиговый регистр
CD4094B
1CD4094NПоиск в магазине Отрон
IC3Сдвиговый регистр
SN74LS164
1Поиск в магазине Отрон
IC5Часы реального времени (RTC)
DS1305
1Поиск в магазине Отрон
D1Выпрямительный диод
1N4148
11N4148UПоиск в магазине Отрон
C1, C2Конденсатор33 пФ2Поиск в магазине Отрон
C3-C6Конденсатор4Поиск в магазине Отрон
R1Резистор
2.2 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R2Подстроечный резистор5 кОм1Поиск в магазине Отрон
R3-R5Резистор3Поиск в магазине Отрон
Q1Кварц4 МГц1Поиск в магазине Отрон
Q2Кварц32768 Гц1Поиск в магазине Отрон
G1Элемент питания3 В1Поиск в магазине Отрон
JP1Разъём16 контактов1LCDПоиск в магазине Отрон
JP2, JP5Разъём4 контакта2PREAMP CTL, TapeMon/Spkr MuteПоиск в магазине Отрон
JP3Разъём3 контакта1IR-RCVПоиск в магазине Отрон
JP4, JP7, JP8Разъём2 контакта3BASS CTL, PWR, INPUT SПоиск в магазине Отрон
 
IR-RCVИК-приёмникTSOP17361Поиск в магазине Отрон
KBOКнопказамыкающая5Поиск в магазине Отрон
Блок предусилителя
IC1МикросхемаMAX414CPD1Разместить рядом с корпусом микросхемыПоиск в магазине Отрон
C1, C10Конденсатор100 нФ2Разместить рядом с корпусом микросхемыПоиск в магазине Отрон
C5, C6Электролитический конденсатор4.7 мкФ2Поиск в магазине Отрон
C7, C8Конденсатор100 пФ2Поиск в магазине Отрон
C11, C14Конденсатор1 мкФ2Поиск в магазине Отрон
R9, R10, R14, R15Резистор
10 кОм
4Поиск в магазине Отрон
R12, R13Резистор
1 кОм
2Поиск в магазине Отрон
R1, R18Резистор
100 кОм
2Поиск в магазине Отрон
R19, R20Резистор
1.5 кОм
1Поиск в магазине Отрон
JP1Разъём3 контакта1PWRПоиск в магазине Отрон
JP2Разъём5 контактов1Вход аудиосигнала и питанияПоиск в магазине Отрон
Блок управления уровнем сигнала
IC3МикросхемаLM19731Поиск в магазине Отрон
C17, C20Конденсатор100 нФ2Поиск в магазине Отрон
R23Резистор
2.2 кОм
1Поиск в магазине Отрон
JP5Разъём4 контакта1К контроллеру (JP2)Поиск в магазине Отрон
Блок Bass Booster и выходной драйвер
IC2МикросхемаMAX414CPD1Поиск в магазине Отрон
IC4МикросхемаCD4052N1Поиск в магазине Отрон
C1, C2, C3, C12, C18, C19Конденсатор100 нФ6Поиск в магазине Отрон
C9, C13, C15, C16Конденсатор1 мкФ4Поиск в магазине Отрон
C21, C22Конденсатор330 нФ2Поиск в магазине Отрон
R1-R4, R7, R8, R22, R24, R26, R27Резистор
10 кОм
10Поиск в магазине Отрон
R5, R6Резистор
2.2 кОм
2Поиск в магазине Отрон
R11, R16Резистор
100 Ом
2Поиск в магазине Отрон
R21, R25Переменный резистор10 кОм2Поиск в магазине Отрон
JP3Разъём3 контакта1Выход аудиосигналаПоиск в магазине Отрон
JP4Разъём2 контакта1Bass Boost SelectorПоиск в магазине Отрон
Блок выбора входного сигнала
IC1МикросхемаLM1894N1Динамический шумоподавительПоиск в магазине Отрон
IC2, IC3МикросхемаCD4052N2Поиск в магазине Отрон
C1, C4, C8, C9Конденсатор1 мкФ4Поиск в магазине Отрон
C2Электролитический конденсатор100 мкФ1Поиск в магазине Отрон
C3Электролитический конденсатор1 мкФ1Поиск в магазине Отрон
C5, C10Конденсатор3.3 нФ2Поиск в магазине Отрон
C6Конденсатор47 нФ1Поиск в магазине Отрон
C7, C11Конденсатор100 нФ2Поиск в магазине Отрон
C12Катушка индуктивности1 нФ1Поиск в магазине Отрон
C13, C14Электролитический конденсатор47 мкФ2Поиск в магазине Отрон
C21, C22Конденсатор2Поиск в магазине Отрон
R1Переменный резистор1 кОм1Уровень подавления шумаПоиск в магазине Отрон
R8, R9Резистор
1 МОм
2Поиск в магазине Отрон
JP1-JP3, JP5, JP8Разъём3 контакта5AUX1, CD, AUX2, TapeПоиск в магазине Отрон
JP4, JP7Разъём2 контакта2К контроллеруПоиск в магазине Отрон
JP6Разъём5 контактов1К предусилителюПоиск в магазине Отрон
Блок усилителя для наушников
IC4Аудио усилитель
LM4880
1LM4880NПоиск в магазине Отрон
C15, C16Конденсатор1 мкФ2Поиск в магазине Отрон
C17, C18Электролитический конденсатор470 мкФ2Поиск в магазине Отрон
C9Электролитический конденсатор1 мкФ1Поиск в магазине Отрон
C20Конденсатор?1Поиск в магазине Отрон
R2-R5Резистор
20 кОм
4Поиск в магазине Отрон
JP9, JP10Разъём3 контакта2Поиск в магазине Отрон
Основной УМЗЧ (один канал)
T1Полевой транзисторBF2451Поиск в магазине Отрон
T2, T3Транзистор2SA9702Поиск в магазине Отрон
T4, T5Транзистор2SB7162Поиск в магазине Отрон
T6Биполярный транзистор
2N5401
1Поиск в магазине Отрон
T7Биполярный транзистор
2N5551
1Поиск в магазине Отрон
T8Биполярный транзистор
BD139
1Необходим радиаторПоиск в магазине Отрон
T9, T10Биполярный транзистор
BF420
2Замена 2SD756Поиск в магазине Отрон
T11, T14MOSFET-транзистор
IRF640
2Поиск в магазине Отрон
T12, T13MOSFET-транзистор
IRF9640
2Поиск в магазине Отрон
ZD1Стабилитрон15 В1Поиск в магазине Отрон
ZD2Стабилитрон2.7 В1Поиск в магазине Отрон
ZD3, ZD4Стабилитрон8.2 В2Поиск в магазине Отрон
D1-D5Выпрямительный диод
1N4004S
5Поиск в магазине Отрон
LD1, LD2Светодиод2Поиск в магазине Отрон
C1Перемычка1Разделительный конденсатор есть в предусилителеПоиск в магазине Отрон
C2Конденсатор47 пФ1Поиск в магазине Отрон
C3Электролитический конденсатор100 мкФ1Поиск в магазине Отрон
C4, C8, C10, C11, C14Электролитический конденсатор470 мкФ5Поиск в магазине Отрон
C5, C9, C15Конденсатор100 нФ5C12 и C15 - разместить рядом с MOSFET-транзисторамиПоиск в магазине Отрон
C6, C7Конденсатор22 пФ2Поиск в магазине Отрон
R1Резистор
2.2 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R2Резистор
47 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R3-R5Резистор
4.7 кОм
3Поиск в магазине Отрон
R6Резистор
1 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R7Резистор
22 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R8, R9, R12, R18, R19Резистор
100 Ом
5Поиск в магазине Отрон
R10, R11Резистор
280 Ом
2Поиск в магазине Отрон
R13Резистор
1.5 кОм
1Поиск в магазине Отрон
R14, R16, R17Резистор
22 Ом
3Поиск в магазине Отрон
R15Резистор
330 Ом
1Поиск в магазине Отрон
R20Резистор
10 Ом
1Поиск в магазине Отрон
L1Резистор с катушкой10 витков на резисторе 10 Ом 1 Вт1Поиск в магазине Отрон
RV1Подстроечный резистор1Поиск в магазине Отрон
JP1Разъём2 контакта1Вход аудиосигналаПоиск в магазине Отрон
OUTРазъём2 контакта1Выход аудиосигналаПоиск в магазине Отрон
POWERРазъём3 контакта1ПитаниеПоиск в магазине Отрон
Блок питания
IC1, IC3Линейный регулятор
LM7805
2Поиск в магазине Отрон
IC2Линейный регулятор
LM7905
1Поиск в магазине Отрон
B1Диодный мост112 В 0.5 АПоиск в магазине Отрон
D1-D3Светодиод3Поиск в магазине Отрон
C1, C2Электролитический конденсатор4700 мкФ 50 В2Поиск в магазине Отрон
C3, C4Электролитический конденсатор1000 мкФ 25 В2Поиск в магазине Отрон
С5-С12Конденсатор100 нФ8Поиск в магазине Отрон
C13-C15Электролитический конденсатор4.7 мкФ 16 В3Поиск в магазине Отрон
R1-R3Резистор
1 кОм
3Поиск в магазине Отрон
F1, F2Плавкий предохранитель5 А2Поиск в магазине Отрон
JP1Разъём3 контакта1Вход +/- 12 В с трансформатораПоиск в магазине Отрон
JP2Разъём5 контактов1Выход +/- 5 ВПоиск в магазине Отрон
X1, X2Разъём3 контакта2Вход +/- 30 В с трансформатора, выход +/- 30 ВПоиск в магазине Отрон
X3Разъём2 контакта1Поиск в магазине Отрон
KK1-KK3РадиаторSK95-2M33Для стабилизаторов IC1-IC3Поиск в магазине Отрон
ТрансформаторПервичная обмотка - 220 В. Вторичные обмотки - 2x30 В 4 A. 3x12 В 0.5 A1Поиск в магазине Отрон
Блок отключения колонок
T1Биполярный транзистор
BD140
1Поиск в магазине Отрон
T2Биполярный транзистор
BC547
1Поиск в магазине Отрон
D1Выпрямительный диод
1N4148
1Поиск в магазине Отрон
B1Диодный мост112 ВПоиск в магазине Отрон
D2/ZD1Стабилитрон12 В1Поиск в магазине Отрон
K1, K2РелеG5LE212 В 10 АПоиск в магазине Отрон
C1Электролитический конденсатор100 мкФ1Поиск в магазине Отрон
R1-R3Резистор
1 кОм
3Поиск в магазине Отрон
J1Разъём4 контакта1Поиск в магазине Отрон
X1, X2Разъём2 контакта2Отключение колонокПоиск в магазине Отрон

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

Отправить комментарий

0 Комментарии