Admin

Усовершенствованный УМЗЧ на основе двух LM4780TA в мостовом включении

А. КУЗЬМИНОВ, г. Москва

В статье описан усовершенствованный вариант УМЗЧ, который собран на основе двух сдвоенных мощных усилителей LM4780TA, включённых в мостовом режиме работы и управляемых инструментальным усилителем AD8295. Показано, что эти усовершенствования существенно повысили качество и надёжность работы УМЗЧ.
Мостовое включение двух мощных усилителей, например, LM3886 или его сдвоенного аналога LM4780, не пользуется особой популярностью по следующим причинам.

• 1. Подобное включение требует двух усилителей вместо одного, работающего в стандартном режиме. А эти микросхемы достаточно дороги — LM3886 сейчас можно приобрести за 500...600 руб., a LM4780 стоит в полтора раза дороже. Поэтому в подавляющем большинстве случаев экономия является одним из негативных моментов, препятствующих использованию мостового режима работы. Но, как известно, скупой платит дважды.
• 2. Схема включения двух усилителей в мостовом режиме работы, приведённая, например, в справочной документации на LM4780, использует один из них как инвертирующий, а второй — как неинвертирующий. Но для мостового включения требуются строго одинаковый коэффициент усиления и входное сопротивление обоих усилителей, иначе на выходе будут сильные искажения. Добиться одинакового коэффициента усиления (Ку) у такого включения иногда бывает сложно, поскольку резисторы, определяющие Ку, у обоих усилителей разные, а формулы
• для Ку у инвертирующего и неинвертирующего режимов работы различаются.
• 3. Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) у усилителя, включённого в неинвертирующем режиме работы, как правило, больше КНИ усилителя, включённого в инвертирующем режиме. Это дополнительно добавляет искажения в случае мостового включения, схема которого приведена в справочной документации на LM4780.

Устранить негативные причины можно, если включить два усилителя по схеме рис. 1. Как видно из этой схемы, оба усилителя включены абсолютно идентично и работают в инвертирующем режиме. Их Ку также будет одинаков и равен 10, если использовать номиналы резисторов, указанные на рис. 1, а сами резисторы применить с допуском 1 % (а лучше 0,1 %). Кроме того, КНИ у такого включения также будет наименьшим, если Ку находится в пределах 10...20.
В схеме рис. 1 использован предварительный усилитель с Ку = ±2, формирующий два противофазных сигнала, которые подаются на вход двух мощных усилителей. Как будет видно из дальнейшего изложения, такой усилитель-формирователь просто собрать на микросхеме AD8295, в состав которой входят инструментальный усилитель (ИУ) и два дополнительных ОУ (см. далее).
Здесь следует особо отметить, что, в отличие от стандартного, мостовое включение двух мощных усилителей обладает двумя свойствами.


Первое состоит в следующем. Если амплитудное значение синусоидального выходного напряжения каждого из усилителей, показанных на рис. 1, равно, например, 8 В, то амплитудное значение выходного напряжения, поданного на акустическую систему (АС), будет равно уже 16 В. Другими словами, выходное напряжение в мостовом включении удваивается. Если, например, сопротивление АС равно 4 Ом, то максимальная мгновенная выходная мощность, как нетрудно подсчитать, равна 162/4 = 64 Вт, а мощность, подсчитанная по действующему значению (RMS) выходного напряжения, — 32 Вт. При амплитуде выходного напряжения 9 В действующее значение выходной мощности — 40,5 Вт.
При положительной полуволне выходного напряжения, поданного на АС, минусовый вывод АС оказывается под потенциалом, близким к минусовому напряжению источника питания (ИП), а плюсовой вывод АС — к плюсовому. Насколько близко?
Здесь следует сделать некоторое отступление относительно возможности усилителя LM4780 воспроизвести максимальное выходное напряжение в зависимости от напряжения питания. Эти усилители, как и множество других, неспособны воспроизводить выходные напряжения (положительные и отрицательные), равные напряжениям питания. Разность по абсолютной величине между напряжением питания и максимальным выходным напряжением, которое способен воспроизвести усилитель, называется напряжением отсечения или отсечки (Clipping Voltage). Например, при напряжении питания ±14 В и нагрузке 4 Ом это напряжение отсечки равно приблизительно 2,5 В (см. справочную документацию на LM4780). Другими словами, при питании ±14 В максимальная амплитуда выходного напряжения усилителя равна 14 В - 2,5 В = 11,5 В при соответствующем входном напряжении. Если увеличить входное напряжение, то верхушки синусоид будут обрезаться на уровне ±11,5 В, т. е. будут иметь место существенные искажения выходного сигнала. Теперь вернёмся к прерванной последовательности изложения.

Таким образом, при напряжении питания ±14 В и амплитуде выходного напряжения каждого из усилителя, равной 9 В, соответствующей амплитуде всего сигнала моста в 18 В и действующему значению выходной мощности 40,5 Вт, имеем запас по выходному напряжению: 11,5 В - 9 В = 2,5 В. Этот запас очень важен, поскольку сигнал практически любой фонограммы представляет собой смесь большого числа гармоник с амплитудами не более 30 % от максимальных и отдельных вкраплений, так называемых иголок, амплитуда которых превышает среднее значение в три-четыре раза. В основном это звук барабанов, тарелок и т. п. И если амплитуда этих иголок выходит за рамки, например 9 В (т. е. она больше 9 В на 1...2В), то они воспроизводятся без искажений, поскольку имеется вышеуказанный запас в 2,5 В.
Теперь посмотрим, какое напряжение питания потребуется усилителю, включённому в стандартном режиме работы, чтобы он воспроизводил выходное напряжение, например, с той же амплитудой 18 В. Во-первых, с учётом запаса напряжение питания должно быть примерно удвоено. Во-вторых, напряжение отсечки при напряжении питания равно не 2,5 В, а около 3,5 В (см. справочную документацию на LM4780). То есть напряжение питания должно быть как минимум увеличено до ±24 В.


Теперь сравним, что дешевле: добавить две микросхемы LM3886 стоимостью около 600 руб. (т. е. 1200 руб.) или одну микросхему LM4780 стоимостью около 900 руб. для получения мостового режима работы или потратить дополнительно несколько тысяч рублей для работы в стандартном включении? На взгляд автора, ответ очевиден.
Второе свойство двух микросхем, включённых в мостовом режиме, состоит в том, что для такого режима работы не требуется силовой "земли".
Если же усилитель включён в стандартном режиме работы, для него требуется уже двухполярный ИП, из которого в усилитель передаются два напряжения питания (например, +24 В, -24 В) и силовая "земля", т. е. используются три провода.

При работе усилителя в мостовом режиме, как будет видно из дальнейшего изложения, потребуется однополярный ИП, и усилитель подключается к нему только двумя проводами. Но в ОУ LM3886 и LM4780 имеется "земляной" вывод (GND). Это так называемая вспомогательная "земля". К ней, в частности, подключены блокировочные конденсаторы, конденсатор RC-цепи для сигнала Mute, сигнальная "земля" и ещё некоторые компоненты (см. далее). Потребление тока такой вспомогательной "земли" не особенно большое и равно не более 0,3...0,4 А. Потенциал этой вспомогательной "земли" равен среднему значению напряжения питания. Например, если напряжение питания ИП равно 28 В, потенциал вспомогательной "земли" равен 14 В. Другими словами, напряжения питания относительно такой вспомогательной "земли" будут равны ±14 В. А раз так, то такую вспомогательную "землю" можно легко создать с помощью относительно мощного ОУ (см. далее).


По мнению автора, такая вспомогательная "земля" будет свободна от сетевых наводок. Экспериментальная проверка подтвердила это мнение. Предлагаемый УМЗЧ был запитан от двухполярного ИП напряжением ±14 В и от однополярного ИП напряжением 28 В с формирователем вспомогательной "земли". В случае однополярного питания с формирователем в перерывах между фонограммами или во время пауз, даже при установке регулятора громкости на максимум, на выходе АС 35АС-016 "Орбита" была практически полная тишина, если не учитывать слабое сипение ВЧ-головки и слабое шипение СЧ-головки, в отличие от двухполярного питания, когда в АС прослушивался небольшой фон.
Основные технические параметры УМЗЧ

• Диапазон воспроизводимых частот, Гц 0...20000
• Выходная мощность, Вт 40
• Сопротивление нагрузки, Ом 4
• Напряжение питания, В 28
• Перейдём теперь к описанию схемных решений.

Схема одного канала (условно, канала А) усилителя мощности (рис. 2) построена, как конгломерат, из нескольких схем, взятых из справочной документации на микросхему LM4780, к которым добавлены некоторые усовершенствования. Схема второго канала (В) идентична, поэтому не приводится.
Оба усилителя LM4780TA (DA1) включены в инвертирующем режиме работы с коэффициентом усиления для канала А+, равным Ку (А+) = R3/R1 = 20/2 = 10, для канала А- Ку (А-) = R13/R11 = 20/2 = = 10.
RC-цепи R2C2 и R12C10, рекомендуемые производителем микросхемы, предназначены для блокировки самовозбуждения усилителя на высоких частотах. Резисторы R7 и R10 предназначены для устранения напряжения смещения, как это обычно принято для любого ОУ. Их номинал равен: R7 = R3||R1 = 20II2 = 1,8 кОм. Аналогично R10 = R131 | R11 = 1,8 кОм. Установка конденсаторов С1 и С9 и RC-цепей R4C3 и R14C11 также рекомендуется производителем.
Если усилитель работает в стандартном режиме, производитель рекомендует выход подключать к АС через параллельно соединённые резистор сопротивлением 10 Ом и катушку индуктивности 0,7 мкГн. Но поскольку в данном случае оба усилителя работают в мостовом режиме, для получения того же эффекта и симметрии автор разбил эти номиналы на два. А в связи с тем что при последовательном соединении номиналы резисторов и индуктивностей складываются, к выходу каждого из усилителей подключены катушка индуктивности (L1 и L2) 0,35 мкГн и параллельно ей резистор (R5 и R15) сопротивлением 5,1 Ом (т. е. их номиналы в два раза меньше). На месте R5 и R15 автор использовал резисторы С2-29В-1Вт размерами 20x8,3 мм и сопротивлением 5,11 Ом. На них были намотаны восемь витков (получено расчётным путём) провода ПЭТВ-2 диаметром 1 мм. Измеренная прибором (измеритель
RLC АКИП-6107) индуктивность на частоте 10 кГц равна 0,4 мкГн. Вместо С2-29В-1Вт можно использовать двухваттные резисторы МЛТ-2, размеры которых чуть меньше.


Для устранения щелчков и тресков в АС при включении питания производитель рекомендует устанавливать RC-цепь R8R9C8, которая подключается к обоим входам MuteA и MuteB. Однако их номиналы, указанные в справочной документации (15 кОм, 8,2 кОм и 10 мкФ соответственно), по опыту автора, работают только при включении питания, а при выключении в АС всё равно возникают щелчки и трески. В связи с этим номиналы этих компонентов были изменены. В результате, как при включении питания, так и при его выключении, щелчки и трески в АС полностью отсутствуют.
Блокировочные конденсаторы С4— С7 подключают между плюсовым напряжением питания и общим проводом, С12—С15 — между минусовым и общим проводом.
Оксидные конденсаторы С7, С8 и С15 желательно использовать с низким импедансом (Limp). В крайнем случае подойдут конденсаторы с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (L ESR). Автор использовал конденсаторы Limp компании Nichicon. Остальные конденсаторы, кроме СЗ и С11, — керамические для поверхностного монтажа типоразмеров 0805 и 1206. Конденсаторы СЗ и С11 — выводные плёночные на номинальное напряжение 250 В.

Резисторы R4, R6, R14 и R16 — выводные металлофольговые (MF). Остальные резисторы — для поверхностного монтажа типоразмера 0603.
Питание на плату подаётся по двум проводам, которые впаяны в плату, сечением около 1,4 мм2. Общий провод сечением 0,5 мм2 также впаян в плату. Все эти монтажные провода припаяны к клеммам карболитового пятиконтактного клеммника. В связи с простотой на рис. 2 он отсутствует, но его можно заметить на фотографии корпуса устройства со снятой верхней крышкой (см. далее). К кклеммнику с другой стороны припаяны оба провода (каждый на два крайних контакта в параллель) от
ИП — двухжильного провода ПУГНП сечением каждой жилы 4 мм2. Этот провод пропущен через переходную втулку (PG9) на задней стенке корпуса (см. далее). На втором конце провода распаян четырёхконтактный разъём — розетка XS20JK-4P, которая вставляется в ответный разъём на ИП. К среднему контакту клеммника, к которому припаян общий провод, с другой стороны припаян общий провод, идущий от формирователя искусственной "земли" (см. далее).
Два выходных кабеля впаяны в плату к контактам А+ и А-. Эти кабели — экранированные монтажные провода, которые имеют сечение внутренней жилы 1,4 мм2. Экран — свитые между собой медные лужёные нити, он подключён к "земляным" контактам. Чтобы экран не касался оголённых контактов компонентов платы, поверх него двойным слоем намотана фторопластовая плёнка (фум-лента). Вторые концы этих выходных кабелей (их внутренние жилы) припаяны к двум контактам разъёма XS16JK-2P, укреплённым на задней стенке корпуса (см. далее). К этому разъёму ответной частью подключают два провода сечением 4 мм2, вторые концы которых подключаются к АС.
Оба входных взаимно инверсных сигнала ("Вход А-" и "Вход А+") и сигнальная "земля" поступают на плату с штыревых цанговых разъёмов PSLM-2. К этим разъёмам ответными гнёздами SIP-2 подключаются кабели, идущие от предварительного усилителя-преобразователя (см. далее). Эти кабели — экранированные с внутренней многопроволочной медной жилой сечением 0,2...0,3 мм2. Поверх экрана расположена оболочка из ПВХ.
Для получения цанговых штыревых разъёмов (PSLM-2, PSLM-3) можно приобрести 40-контактную линейку из цанговых штырей, от которой ручным лобзиком с тонкой пилкой, которую можно приобрести в любом магазине ювелирных инструментов, отрезать необходимое число штырей. А вот для получения цанговых гнёзд (SIP-2, SIP-3) необходимо использовать цанговые панели для микросхем, поскольку цанговые гнёзда, отрезанные от линейки из цанговых гнёзд, легко соскакивают с цанговых штырей.

Здесь следует отметить, что двухканальный мостовой усилитель на основе четырёх микросхем LM3886, опубликованный автором в [1], показал хорошую работу. Однако идентичность двух усилителей в LM4780 существенно выше, чем идентичность ОУ у двух разных микросхем LM3886, в связи с чем некоторый, правда небольшой, разбаланс двух ОУ у LM4780 существенно ниже, чем у двух ОУ LM3886.
Разводка платы мостового усилителя не отличается особой сложностью, поэтому она легко разводится и имеет размеры всего 23x48 мм (рис. 3). С одной стороны платы установлены выводные детали, с другой — детали для поверхностного монтажа (рис. 4). Все выводы элементов навесного монтажа, штыревые разъёмы и концы проводов необходимо пропаять с двух сторон платы. Это же касается всех выводов микросхемы LM4780TA.
Общий вид платы одного канала усилителя мощности показан на рис. 5 и рис. 6.
Формирователь искусственной "земли". Этот формирователь на основе мощного ОУ LM1875T показал надёжную работу и подробно описан в [2]. Его схема (рис. 7) не претерпела каких-либо изменений и приводится здесь для общности, а вот разводка его печатной платы (рис. 8) несколько отличается. Имеются два изменения.


1. Для того чтобы конденсатор С7 не касался корпуса микросхемы LM1875T, нижняя часть проводников сдвинута вниз.
2. Для того чтобы не подгибать выводы подстроечного резистора R2, отверстия для него установлены в одну линию. В этом случае резистор более плотно вставляется в плату.
Расположение деталей на плате в масштабе 2:1 показано на рис. 9. На одной стороне платы установлены выводные детали, на другой — детали для поверхностного монтажа.
Общий вид формирователя (рис. 10) показан, когда он уже закреплён на теплоотводе с использованием теплопроводящей пасты, например КПТ-8. Вместо керамической изолирующей прокладки автор использовал более дешёвую слюдяную. Здесь ещё раз следует отметить, что конденсаторы С5—С7 обязательно должны быть низкоимпедансными (Limp). Применение стандартных конденсаторов и даже конденсаторов с низким последовательным сопротивлением (L ESR) исключено.
Предварительный усилитель-формирователь взаимно инверсных сигналов. Назначение этого усилителя-формирователя двоякое.
1. Формирование из входного сигнала двух взаимно инверсных сигналов, усиленных по амплитуде чуть более чем в два раза (Ку « 2,15).
2. Возможность регулировки небольшого постоянного напряжения в интервале примерно от 0,3 В до +0,3 В между двумя взаимно инверсными сигналами с помощью подстроечного многооборотного резистора. Это требуется для устранения небольшого смещения по напряжению у двух ОУ усилителя мощности, входящих в состав LM4780, описанного выше. Другими словами, если входы предварительного усилителя соединить с общим проводом, а к двум выходам LM4780 подключить нагрузку в виде мощного резистора сопротивлением 4 Ома, на этом резисторе будет некоторое постоянное напряжение (= ±0,1 В). Для устранения, в том числе, этого разбаланса служит предварительный усилитель-формирователь.
Схема одного канала двухканального предварительного усилителя (рис. 11) существенно упрощена по сравнению с похожей схемой, опубликованной в [1].
В схеме сделаны следующие изменения по сравнению с [1].

1. Изменены напряжения двуполярного питания с ±9 В (в [1]) на ±5 В.
2. Исключён дополнительный сдвоенный ОУ (в [1]), формирующий два образцовых напряжения (VrA и VrB). Теперь эти напряжения формируются с помощью подстроечного резистора R2, входящего в состав делителя напряжения R2R3R4, подключённого к напряжениям питания ±5 В.
Основа предварительного усилителя — микросхема AD8295 (DA1). В её состав входят инструментальный усилитель (ИУ) и два обычных ОУ, один из которых имеет два прецизионных резистора сопротивлением 20 кОм, подключённых к его инвертирующему входу.

Как известно, выходное напряжение ИУ определяется следующей формулой:
VoutHy = (Vin+ - Vin-) х Ку + Vref, (1) где УосЛИУ — выходное напряжение ИУ; Vin+ — напряжение на неинвертирущем входе; Vin напряжение на инверти-
рующем входе; Vref — образцовое напряжение; Ку — коэффициент усиления ИУ. Для AD8295 Ку = 1 + 49,4 (kOm)/R1 (кОм) (см. справочную документацию), где R1 — резистор, подключённый к входам R1 (выводы 2 и 3 DA1). При R1 =43 кОм, как на схеме рис. 11, Ку = 1 + + 49,4/43 = 2,149 = 2,15. Таким образом, при входном напряжении —0,3 В (действующее значение) выходное напряжение будет ~0,3 В х 2,15 = -0,645 В, а его амплитудное значение будет в V2 раз больше (0,912 В = 0,9 В).


Если соединить с общим проводом один из входов ИУ, например неинвертирующий (Vin+ = 0), то, с учётом того, что R1 = 43 кОм, формула (1) упрощается и принимает вид
VoutHy = -Vin- х 2,15 + Vref. (2)
Как видно из (2), выходное напряжение является инверсным по отношению ко входному; кроме того, регулируя напряжение Vref, можно в небольших пределах регулировать постоянную составляющую на выходе ИУ
Как видно из рис. 11, выходное напряжение ИУ DA1 на выходе OUTA- (вывод 15) поступает на инвертирующий вход одного из ОУ через внутренний резистор сопротивлением 20 кОм (вход R1, вывод 10), а выход этого ОУ (вывод 7) соединён с его инвертирующим входом через второй внутренний резистор сопротивлением 20 кОм (вывод 8). К неинвертирующему входу этого ОУ подключён резистор R5, который соединён с общим проводом. Сопротивление этого резистора равно: R5 = 20 кОм| 120 кОм = 10 кОм. Таким образом, этот ОУ является классическим инвертирующим с Ку = -1, а его выходной сигнал (выводы 7 и 8) является строго инверсным по отношению к сигналу на выходе OUTA-. Резистор R5 устраняет напряжение смещения этого ОУ, как это обычно принято для стандартного инвертирующего ОУ.
Второй ОУ, входящий в состав DA1, включён как повторитель напряжения, его выход подключён к инвертирующему входу. На его неинвертирующий вход (вывод 14) поступает напряжение с движка подстроечного резистора R2, входящего в состав делителя, который подключён к плюсовому и минусовому напряжениям питания (±5 В). Поскольку вход REF (вывод 6) — относительно низкоимпедансный (около 20 кОм), производитель микросхемы AD8295 настоятельно рекомендует подключать образцовое напряжение, снятое с высокоимпедансного выхода, строго через повторитель напряжения, выход которого — низкоимпедансный, чтобы вход REF не влиял на напряжение с движка подстроечного резистора, что и сделано.
Вход ИУ, на который поступает входной сигнал (вывод 1), имеет огромный импеданс (100 ГОм, 2 пФ), поэтому он абсолютно не влияет на сигнал, снятый с выхода регулятора громкости (см. далее).
Второй канал усилителя-формирователя устроен аналогично, поэтому в обсуждении не нуждается.
Питание на плату (±14 В) поступает с разъёма ХР4. Резисторы R6 и R7 совместно с блокировочными конденса- торами С1 и С2, подключёнными к входам стабилизаторов DA2 (L78L05) и DA3 (L79L05), образуют своеобразный RC-фильтр, снижающий помехи от источника питания. Конденсаторы СЗ— С8 — блокировочные. Второй канал усилителя-формирователя получает питание от стабилизаторов DA2, DA3.


Входной сигнал поступает на плату со штыревого цангового разъёма ХР1. К этому разъёму ответной частью (цанговое гнездо SIP-2) подключают экранированный кабель, второй конец которого также разъёмом SIP-2 соединяют с выходным разъёмом регулятора громкости (см. далее).
Выходные сигналы VoutA-, VoutA+ поступают на штыревые цанговые разъёмы ХР2 и ХРЗ. К этим разъёмам ответными частями (цанговые гнёзда SIP-2) подключают экранированные кабели, вторые концы которых также разъёмами SIP-2 соединяют с входным штыревым разъёмом усилителя мощности.
Все резисторы на плате (кроме подстроечных) — для поверхностного монтажа типоразмера 0603. Все конденсаторы (кроме С1 и С2) — керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805, кроме С7 и С8, типоразмер которых 0603. Подстроечный резистор R2 — многооборотный марки 3296W. Оксидные конденсаторы С1 и С2 — низкоимпедансные (L Imp).
Как можно заметить из рис. 2 и рис. 11, ни в усилителе мощности, ни в предварительном усилителе-формирователе не используются разделительные конденсаторы. Причина в том, что для того чтобы пропускать низкие частоты (20...30 Гц), такие конденсаторы, во-первых, должны быть достаточно большой ёмкости (20...50 мкФ), т. е. быть оксидными и, кроме того, неполярными. А такие конденсаторы на высоких частотах (от 10 кГц и выше) дают существенно заметные искажения. Поэтому усилитель мощности и усилитель-формирователь сконструированы так, чтобы они имели возможность работать и с постоянной составляющей, т. е. их нижняя частота — 0 Гц. Но для этого необходима относительно точная настройка выходного напряжения (близкого к нулевому значению) усилителя в отсутствие входного сигнала.
Налаживание усилителя мощности (см. рис. 2) производится так:

• 1. К выходным разъёмам усилителя, предназначенным для соединения с АС, необходимо подключить мощные (мощностью не менее 20 Вт) резисторы сопротивлением 4 Ом.
• 2. На входные разъёмы усилителя-формирователя надеть цанговые перемычки или, другими словами, замкнуть оба входных сигнала.
• 3. К мощным резисторам подключить цифровой вольтметр или цифровой мультиметр так, чтобы их минус соединялся с контактами сигналов А-(или В-), а плюс — с контактами сигналов А+ (или В+), затем установить максимальное разрешение (желательно в милливольтах).
• 4. Включить питание и после пятиминутного прогрева отвёрткой, желательно с керамическим наконечником, вращая движок подстроечного резистора R2, добиться показания мультиметра (цифрового вольтметра) +1...+2мВ.

Меньше устанавливать не рекомендуется во избежание перекрытия выходных сигналов усилителя мощности. Многооборотные подстроечные резисторы позволяют настраивать выходное напряжение усилителя мощности с точностью до 0,1 мВ.
Разводка платы предварительного усилителя достаточно проста, в связи с чем плата имеет размеры всего 19x32 мм (рис. 12). В отверстия, отмеченные на рис. 13 чёрными точками, необходимо вставить отрезки лужёного провода и пропаять их с двух сторон платы. Позиционные обозначения деталей второго канала предварительного усилителя имеют знак Четыре боковых вывода AD8295 (контактные площадки, расположенные по углам) имеют внутреннее соединение с минусовым напряжением питания. Это свойство использовано в разводке. Общий вид собранной платы показан на рис. 14, рис. 15.
Назначение пик-детектора — сигнализация о превышении амплитуды выходного сигнала предварительного усилителя порогового значения 0,95 В с помощью двух светодиодов (для каждого канала) красного свечения, установленных на корпусе устройства (см. далее). При таком значении порогового напряжения в предварительном усилителе амплитуда выходного напряжения усилителя мощности будет равна 19 В и приближаться к максимальному выходному напряжению, которое способен воспроизводить усилитель мощности без искажений.


Схема пик-детектора была опубликована автором в [1] и приводится здесь для общности (рис. 16). Единственное изменение схемы, по сравнению с [1], — вместо двухканального ОУ TL052 использован более точный ОУ TL032 (DA1).
ОУ DA1 выполняет функцию компаратора напряжений (сигналы InA и InB соответственно для каналов А и В), поданных на его неинвертирующие входы. А на инвертирующие входы поступает пороговое напряжение 0,95 В. Если входное напряжение, например InA, превышает пороговое, как известно, выходное напряжение компаратора скачком переключается на напряжение, близкое к плюсовому напряжению питания, в данном случае +5 В. В противном случае выходное напряжение остаётся на уровне минусового напряжения питания -5 В. Но если входное напряжение находится на уровне, приблизительно равном пороговому, и в некоторые достаточно короткие промежутки времени превышает пороговое напряжение, то на выходе компаратора будут наблюдаться короткие и частые скачки напряжения с -5 В на +5 В. И если выход компаратора непосредственно подключить через ограничивающие ток резисторы к светодиодам, из-за малой их инерционности они будут часто мигать, что недопустимо. Для исключения этого эффекта используется триггер Шмитта (DD1), имеющий гистерезис. RC-цепи R1C2 и R6C3 сглаживают пульсации таких скачков, а выпрямительные диоды VD1 и VD2 препятствуют проникновению минусовых напряжений на входы триггера Шмитта DD1, поскольку напряжение его питания только положительное (+5 В). Выходы триггера Шмитта через токоограничивающие резисторы R2 и R7 подключены к светодиодам (сигналы LEDA- и LEDB-).

Это подключение осуществляется с помощью двух двухконтактных цанговых штыревых разъёмов Х1 и Х2, на которые выведены сигналы LEDA-, LEDA+ (+5 В) и LEDB-, LEDB+ (+5 В). К этим разъёмам ответными частями (двухконтактными цанговыми гнёздами) подключают двухпроводные кабели, вторые концы которых непосредственно соединены со светодиодами.
Для формирования порогового напряжения (+0,95 В) используется делитель напряжения R3—R5, с движка подстроечного резистора R3 которого и снимают это напряжение.
Питание на плату (+14 В, -14 В и общий провод) поступает со штыревого цангового трёхконтактного разъёма ХР2. Для получения напряжений +5 В и -5 В применены стабилизаторы L78L05 (DA2) и L79L05 (DA3). Конденсаторы С4—С7 — блокировочные, необходимые для штатной работы стабилизаторов. Конденсаторы С1, С8, С9 — также блокировочные. Входные сигналы поступают на плату с штыревого цангового разъёма ХР1. К этому разъёму ответной частью (SIP-3) подключают два экранированных кабеля, которые своими вторыми концами соединяются с контактами разъёмов ХР2 и ХРЗ, расположенных на плате предварительного усилителя (см. рис. 11).


В связи с простотой схемы плата (рис. 17) изготовлена из одностороннего стеклотекстолита и имеет размеры 24x24 мм. Расположение элементов в масштабе 2:1 показано на рис. 18, с одной стороны установлены выводные детали, с другой — детали для поверхностного монтажа. Вид собранной платы показан на рис. 19, рис. 20.
Здесь следует добавить, что использование пик-детектора в усилителе является весьма условным и не всегда обязательным. Существуют устройства, которые показывают уровень выходного напряжения каждого канала усилителя. Это могут быть так называемые VU-метры, основанные на стрелочных малоинерционных вольтметрах, некоторые из которых оснащены подсветкой циферблата миниатюрными лампами накаливания (в стиле "ретро" — слева сверху на рис. 21), некоторые — без подсветки, проградуированные в децибелах (справа сверху на рис. 21). У подобных VU-метров на циферблате присутствует красная зона, при заходе стрелки на которую у усилителя могут быть искажения выходного сигнала. Подобные VU-метры (вместе с платой индикации) можно приобрести на Aliexpress по цене от 1000 руб. и выше. Такой двухканальный VU-метр был установлен автором на два мостовых усилителя на основе LM3886 (рис. 22). Третий усилитель был без VU-метра, поэтому там пик-детектор был единственным индикатором перегрузки. Хотя даже при установке VU-метра пик-детектор существенно заметнее показывает перегрузку, и мигание светодиодов сразу бросается в глаза, что невольно приводит к вращению ручки громкости в обратную сторону для снижения громкости. Бывают и дисплейные индикаторы (рис. 21 внизу), хотя их стоимость начинается от 2000 руб.

Закономерно может возникнуть идея: а нельзя ли изготовить подобный дисплейный индикатор своими силами? Можно, если в качестве дисплея использовать малоинерционный OLED-ин-дикатор, например, OLED-1306 с высокоскоростным интерфейсом SPI и разрешением 128x64 пикселя, у которого верхняя (примерно %) часть состоит из светодиодов жёлтого свечения, а нижняя — из светодиодов синего, верхнюю часть можно использовать в качестве "красной зоны" или зоны перегрузки, а нижнюю — как работу в штатном режиме. В качестве уровня громкости в этом случае можно использовать что-то типа гистограммы, а для двух каналов — две гистограммы, высота которых соответствует уровню громкости. Если такой или подобный ему дисплей подключить к высокоскоростному (до 75 МГц) микроконтроллеру (МК), например EFM8LB12, имеющему в своём составе также высокоскоростной АЦП (до 900000 преобразований в секунду), то подобное устройство вполне можно использовать в качестве недорогого индикатора уровня громкости, поскольку такой дисплей можно приобрести за 150...200 руб., а стоимость МК — не более 200...250 руб. Такой МК с OLED-1306 автор в своё время применил в миллиомметре, описанном в [3]. Но это, как говорят, уже другая история и тема для отдельной разработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузьминов А. Усовершенствованный УМЗЧ на базе ИУ и мощных ОУ. — Современная электроника, 2019, № 5, с. 38—42.
2. Кузьминов А. Необычное использование аудиоусилителя LM1875T — Радио, 2021, № 10, с. 34-42.
3. Кузьминов А. Цифровой миллиомметр с ЖКИ или OLED-индикатором. — Радио, 2021, №2, с. 33-40.
(Продолжение следует)

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК