Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Остальные элементы схемы — вспомогательные. Конденсаторы С4—С7 — развязывающие по питанию, их надо устанавливать прямо у выводов микросхемы. Причем разработчики учли, что емкость электролитических конденсаторов снижается с ростом частоты, поэтому в целях лучшей защиты от помех и повышения устойчивости схемы здесь рекомендуется устанавливать неполярные (например, керамические) конденсаторы (С4 и С6) параллельно с электролитическими (С5 и С7). Цепочка R5, С3 устанавливается для повышения линейности усилителя при работе на индуктивную нагрузку. Диоды VD1, VD2 служат для предотвращения возможного выхода из строя выходных каскадов микросхемы при индуктивных выбросах напряжения (например, при включении питания) — ох, до чего же нежные эти западные транзисторы!). Все электролитические конденсаторы — на напряжение не менее 16 В.

Если усилитель все же «загудит» (хотя и прямо об этом в тексте фирменной инструкции не сказано), здесь рекомендуется параллельно резистору обратной связи R4 установить цепочку из последовательно включенных резистора и конденсатора, которые ограничат полосу частот. При номиналах всех остальных компонентов, таких как указаны на схеме, резистор должен быть равен 2,2 кОм, а конденсатор — не менее 0,5 нФ. Увеличение емкости конденсатора сверх этой величины ведет к ограничению полосы частот, но и к повышению устойчивости схемы.

Сама микросхема TDA2030 выпускается в корпусе Т0220, знакомом по мощным транзисторам, только имеет он не три вывода, а пять (см. Приложение 3 ). Разводка выводов приведена на схеме, а для того, чтобы определить их расположение, нужно положить микросхему маркировкой вверх, тогда вывод номер 1 будет находиться первым слева (в однорядных корпусах микросхем ключ для определения начала отсчета выводов часто отсутствует, но первый вывод всегда расположен именно так, как указано).

Заметки на полях

Рекомендованная в инструкции площадь охлаждающего радиатора для выходной мощности 14 Вт должна составлять 350–400 см 2, однако, на мой взгляд, эта величина завышена как минимум вдвое. Впрочем, подобное заключение я могу подтвердить, кроме весьма приблизительных расчетов из главы 5 , только личным опытом и оно не должно быть воспринято, как руководство к действию — это совет из той самой серии «на ваш страх и риск». Скорее всего, разработчики из фирмы ST Microelectronics взяли запас специально, чтобы уменьшить уровень искажений при больших мощностях из-за встроенного механизма тепловой защиты.

На рис. 6.14 показано, как можно построить усилитель с удвоенной выходной мощностью при тех же напряжениях питания и используемых деталях. Это так называемая мостовая схема, которая представляет собой два идентичных усилителя, работающих на одну нагрузку в противофазе: когда на выходе одного усилителя положительный максимум напряжения, то на другом отрицательный.

Рис. 6.14. Схема мостового усилителя звуковой частоты

Таким образом, амплитуда и действующее значение напряжения на нагрузке возрастает ровно в два раза, соответственно растет и мощность, которая здесь составит при условии неискаженного сигнала почти 30 Вт. Для того чтобы усилители работали именно так, как указано, обычный (неинвертирующий) вход второго усилителя заземляется, а входной сигнал для него поступает на другой (инвертирующий) вход, туда же, куда и заведена его обратная связь. Сам этот входной сигнал берется с того места, куда поступает сигнал от первого усилителя (с левого по схеме вывода динамика) и ослабляется в той же степени, в которой оно было усилено первым усилителем, поскольку номиналы резисторов цепочки обратной связи R4, R3, задающей коэффициент усиления первого усилителя, и делителя Rд, R3' равны. Это означает, что на вход 2 второго усилителя поступает фактически то же самое входное напряжение, но, т. к. вход противоположной полярности, то на выходе второго усилителя повторится сигнал на выходе первого, только в противофазе, чего мы и добивались. Мощность источника питания, естественно, должна быть повышена.

Микроусилитель мощности

Не так уж редко возникает задача вывести звуковой сигнал на маломощный динамик или на головные наушники. Кроме очевидных применений вроде воспроизведения музыки, такой усилитель пригодился бы, скажем, в многочисленных конструкциях металлоискателей (их полно в Сети и в радиолюбительской литературе), в сигнальных устройствах. Одно из применений вы увидите в главе 19 , когда мы заставим «разговаривать» микроконтроллер Существует поистине необъятное множество типов микросхем от разных производителей, которые осуществляют усиление звукового сигнала с возможностью выхода на низкоомную нагрузку. Здесь мы остановимся на одной из самых популярных — МС34119 (выпускается не только фирмой Motorola, как можно было бы заключить из названия, но и другими производителями, возможно, с другими буквенными префиксами). Микросхема выпускается в обычном корпусе всего с восемью выводами (DIP-8) и никаких радиаторов не требует.

Усилитель (рис. 6.15) обладает весьма неплохими характеристиками:

• напряжение питания 2—16 В (однополярное);

• сопротивление нагрузки 8 Ом (минимальное);

• частота единичного усиления: 1,5 МГц;

• выходная мощность 250 мВт (при напряжении питания 6 В и нагрузке 32 Ом);

• коэффициент гармоник 0,5–1 %;

• время готовности после включения питания не более 0,36 с.

Рис. 6.15. Вариант типовой схемы включения микросхемы МС34119

Самое главное — не надо думать, все уже придумано за вас. Коэффициент усиления задается двумя резисторами R1 и R2, и равен их отношению R2/R1 (в данном случае 25). Максимальная мощность в нагрузке 0,5 Вт обеспечивается при нагрузке 32 Ом (головные наушники) при питании 12 В. В других сочетаниях нагрузки и питания такая мощность не достигается, в том числе потому, что недопустимо увеличиваются искажения. Обратите внимание, что динамик не имеет соединения с «землей» (что естественно для схемы с однополярным питанием). Имеется также интересная возможность выключения усилителя с помощью сигнала от логических микросхем (например, от микроконтроллера) — если подать на вывод 1 напряжение питания, микросхема выключится и будет потреблять ток не более нескольких десятков микроампер.

Отметьте, что по сути и микросхема TDA2030, и МС34119, и базовая схема по рис. 6.11, и даже разобранные нами в главе 4 интегральные стабилизаторы, представляют собой не что иное, как узкоспециализированные ОУ — общие закономерности работы у них совершенно одинаковы. Что, если вдуматься, вполне логично, не так ли?