Сабвуферный усилитель класса D на основе TL494

Новости

Проекты

Разное

Ссылки

О себе

Гостевая книга

Написать автору

Данная конструкция изначально создавалась просто для того, чтобы понять, что в действительности можно получить от усилителя класса D. Конечно, первая мысль была - найти какой-нибудь прототип, но длительные поиски в интернете не дали ничего кроме фраз "Да сделай ты это на TL494!", но нигде не было никаких схем. Собирать на специализированной интегральной схеме (TDA8920) не представлялось возможным из-за ее дороговизны и дефицитности и ограниченной выходной мощности такого усилителя. В общем, пришлось придумывать свое.

Сначала я хотел сделать усилитель, взяв за основу UC3842/3843 и использовать мощный выходной каскад на полевых транзисторах разной структуры, например, как в известной книге Шкритека (стр. 231). Подобный выходной каскад применен и в конструкции, публиковавшейся не так давно в журнале "Радио". Очевидное преимущество такого каскада - простота, но есть и существенные недостатки. Во-первых, необходимо двуполярное питание, во-вторых, возможно протекание сквозного тока через транзисторы, в третьих, транзисторы разной структуры имеют разное сопротивление канала в открытом сосотоянии, что требует, по-хорошему, применения разного количества транзисторов в плечах (транзисторов с p-каналом нужно ставить больше), а это приводит к существенному усложнению конструкции. Все перечисленное приводит к тому, что реально от такого выходного каскада большую мощность не получить.

Учитывая изложенные причины, было принято решение делать мостовой выходной каскад на транзисторах с n-каналом. Несмотря на то, что такой каскад требует применения достаточно дорогостоящих драйверов (я применил IR2110), он свободен от всех недостатков простого выходного каскада, в частности, пользуясь такой схемой можно увеличивать выходную мощность, повышая напряжение питания, при этом при напряжении питания выходного каскада до 70-80 вольт можно применять дешевые ключевые транзисторы, например, IRF540, и снимать с выходного каскада мощность в несколько сотен Вт.

Что касается собственно ШИМ-модулятора, то здесь, рассматривалось 2 варианта - UC3843 и TL494. UC3843 очень неплох, т.к. используя его можно получить высокие тактовые частоты, но, к сожалению, он имеет однофазный выход, так что для того, чтобы использовать его для питания двухтактного каскада пришлось бы ставить еще несколько внешних элеменов для инвертирования выходного сигнала, в простейшем случае транзисторный ключ, а лучше еще один корпус логики. В противоположность UC3843, TL494 не позволяет получить тактовые частоты выше 300КГц (по паспорту, а реально и на 100КГц уже все не так гладко), но содержит внутри себя все необходимое, для постороения узла управления, позволяя ограничиться несколькими пассивными компонентами в обвязке. Поэтому, поразмыслив, я решил сделать усилитель все-таки на основе TL494.

Схема собранного прототипа здесь. Тактовая частота генератора равна 100кГц, можно и больше, но при этом минимальная длительность импульса получается более 6% от периода колебания, что на мой взгляд, маловато. Конденсаторы С5 и С6 можно не устанавливать - достаточно 0.1мкФ. Как видно, схема не содержит обратной связи. С одной стороны, это делает ее чувствительной к изменению напряжения питания выходного каскада, с другой стороны, не стоит забывать, что это всего лишь макет прототипа, от него многого и не требовалось, лишь бы работал:) Схема отмакетирована, но печатная плата не разрабатывалась. Налаживание сводится к установке нуля на выходе подстроечным резистором.

Испытания проводились на низкочастотный громкоговоритель, представляющий из себя две параллельно соединенные головки 10ГД30 в ящике объемом около 50л, фильтр на выход усилителя не подключался, громкоговоритель был подключен к усилителю парой свитых проводов. Выходные транзисторы на радиаторы не устанавливались, т.к. совершенно не грелись. Самое удивительное, что работает это неплохо и без обратной связи. Изначально планировалось использовать такой выходной каскад в мощном сабвуфере (и действительно, для построения сабвуфера такой усилитель подходит идеально), но после того, как я послушал, как это играет, мне показалось, что у такого усилителя есть достаточно высокий потенциал и при использовании в среднечастотном звене. Существенный момент - для того, чтобы такой усилитель нормально работал, полосу сигнала на входе нужно ограничить с помощью ФНЧ. Лучше, если частота среза будет не более одной десятой от тактовой (а лучше и еще меньше). Жаль, что не удалось поднять повыше тактовую частоту, может и на высоких было бы неплохо. Если позволит время, которого почти нет:(, попробую сделать на основе этого усилителя законченную конструкцию.

Если решите собирать такой усилитель, необходимо сразу задуматься о защите громкоговорителя от постоянного напряжения на выходе, т.к. схема не содержит никаких средств поддержания нуля на выходе. Несмотря на то, что скважность определяется напряжением, привязанным к выходу опорного напряжения TL494 и поддерживается довольно точно, предусмотреть защиту все-таки следует. Что касается защиты от короткого замыкания в нагрузке, то при малых мощностях будет достаточно плавкого предохранителя, а при больших надо строить отдельную схему защиты - для этого можно использовать входы SD (Shutdown) драйверов IR2110. Для увеличения выходной мощности выходные ключи можно (и нужно) запитывать от отдельного источника напряжения. Примененные драйверы позволяют поднимать напряжение питания выходных ключей до 500В (я, правда, не могу себе представить, кому это может понадобиться), необходимо будет только применить диоды, рассчитанные на соответствующее напряжение, примененные SF12 имеют допустимое обратное напряжение 200В. Диоды D4-D7 обязательно должны быть диодами Шоттки. Наконец, в качестве дайверов можно применить IR2113 без внесения изменений в схему.

Полная схема выложена здесь.