Tda1557Q характеристики. TDA1557Q: Характеристики и схема включения мощного двухканального усилителя

Основные элементы схемы включения:

• Входные разделительные конденсаторы 0,33 мкФ
• Выходные фильтрующие конденсаторы 0,1 мкФ
• Электролитический конденсатор в цепи питания 2200 мкФ
• Нагрузка (динамики) с сопротивлением 4-8 Ом

Важно обеспечить хороший теплоотвод для микросхемы, используя радиатор площадью не менее 200 см². При монтаже следует соблюдать правила работы с КМОП-микросхемами для предотвращения повреждения статическим электричеством.

Особенности применения TDA1557Q в аудиотехнике

Микросхема TDA1557Q обладает рядом преимуществ, которые делают ее привлекательной для применения в различных аудиоустройствах:

• Простота схемотехники — минимум внешних компонентов
• Высокая надежность благодаря встроенным защитам
• Широкий диапазон питающих напряжений
• Возможность мостового включения для увеличения мощности
• Хорошее соотношение качества и стоимости

Эти особенности позволяют создавать на базе TDA1557Q компактные и недорогие усилители для портативной акустики, автомобильных аудиосистем, домашних музыкальных центров. При этом качество звучания вполне удовлетворительное для большинства применений.

Рекомендации по выбору компонентов для усилителя на TDA1557Q

При разработке усилителя на базе TDA1557Q следует учитывать ряд рекомендаций:

• Использовать качественные пленочные конденсаторы во входных и выходных цепях
• Обеспечить надежный теплоотвод с помощью массивного радиатора
• Применять качественный источник питания с низким уровнем пульсаций
• Тщательно развести печатную плату, минимизируя длину проводников
• Использовать акустические системы с номинальным сопротивлением 4-8 Ом

Соблюдение этих рекомендаций позволит максимально раскрыть потенциал микросхемы TDA1557Q и получить качественное звучание усилителя.

Варианты улучшения характеристик усилителя на TDA1557Q

Хотя базовая схема усилителя на TDA1557Q обеспечивает неплохие характеристики, существуют способы их дальнейшего улучшения:

• Применение двухполярного питания для расширения динамического диапазона
• Использование высококачественных аудиофильских конденсаторов
• Тщательный подбор режимов работы по минимуму искажений
• Применение дополнительных фильтров в цепях питания
• Оптимизация топологии печатной платы

Эти меры позволят повысить качество звучания усилителя на TDA1557Q и приблизить его характеристики к Hi-Fi уровню. Однако следует учитывать, что возможности улучшения ограничены принципиальными особенностями самой микросхемы.

Сравнение TDA1557Q с аналогами

Для оценки преимуществ и недостатков TDA1557Q полезно сравнить ее с аналогичными микросхемами других производителей:

Как видно из сравнения, TDA1557Q уступает более современным аналогам по некоторым параметрам, но имеет преимущества в простоте применения и широком диапазоне питающих напряжений.

СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ TDA1557, технические характеристики

Простой, симпатичный усилитель на базе микросхемы tda1557q.

Простой, симпатичный усилитель на базе микросхемы tda1557q. Собрал его для друга за один вечер. Аллюминиевый промышленный корпус, с минимальным набором органов управления.

Максимальная выходная мощьность 22W*2 канала, искажения при этом доходят до 10%. Поэтому лучше слушать на небольшой громкости, тогда искажения будут в пределах 0,1%. Напряжение питания от 6V до 18V, поэтому данная микросхема и позиционируется как автомобильная. У tda1557q есть особенность — это большая чувствительность. Из-за этой особенности она усиливает все шумы которые поступают на вход. В своей схеме я благополучно снизил чувствительность благодаря резисторам R1-R4.

Конденсаторы С2 и С4 только пленочные и не меньше 270nF. Если поставить меньше емкость, басы пропадут. С1 и С3 необязательны, они служат для фильтрации НЧ ниже 22Гц. R5 и С6 отвечают за задержку включения, чтобы не было хлопка.  Конденсатор С7 зашунтирован пленкой С8. Если продключаете усилитель к аккумулятору 2200 микрофарад будет более чем достаточно, а если к маломощному трансформатору как у меня то конденсатор С7 должен быть не меньше 10000µ. Конденсатор С5 необязателен, но желателен. На моей печатке его нет т.к. пришлось бы делать её двухсторонней.

Максимальная выходная мощьность 22W*2 канала, искажения при этом доходят до 10%. Поэтому лучше слушать на небольшой громкости, тогда искажения будут в пределах 0,1%. Напряжение питания от 6V до 18V, поэтому данная микросхема и позиционируется как автомобильная. У tda1557q есть особенность — это большая чувствительность. Из-за этой особенности она усиливает все шумы которые поступают на вход. В своей схеме я благополучно снизил чувствительность благодаря резисторам R1-R4.

Конденсаторы С2 и С4 только пленочные и не меньше 270nF. Если поставить меньше емкость, басы пропадут. С1 и С3 необязательны, они служат для фильтрации НЧ ниже 22Гц. R5 и С6 отвечают за задержку включения, чтобы не было хлопка.  Конденсатор С7 зашунтирован пленкой С8. Если продключаете усилитель к аккумулятору 2200 микрофарад будет более чем достаточно, а если к маломощному трансформатору как у меня то конденсатор С7 должен быть не меньше 10000µ. Конденсатор С5 необязателен, но желателен. На моей печатке его нет т.к. пришлось бы делать её двухсторонней.

Файлы схемы и печатки в архиве tda1557q

Прокачанная версия SprintLayout6, в которой я развожу платы — Sprint-Layout_6_RUS_Portable_15200_macros.zip

Двухканальный мостовой усилитель TDA1557Q — Интерлавка

К приимуществам микросхемы TDA1557 можно отнести следующие характеристики:

· Требует минимальное количество навесных компонентов
· Высокоя выходная мощность
· Фиксированное усиление
· Хорошая режекция
· Режим MUTE
· Защита от перегрева.
· Защита от «переполюсовки» питания (я бы не стал проверять ее наличие)
· Защита от статического электричества
· Низко тепловое сопротивление.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МИКРОСХЕМЫ TDA1557

TDA1557Q — монолитный интегральный усилитель класса B в пластмассовом корпусе с 13-ю выводами. Микросхема разрабатывалась для автомобильной аудиоаппаратуры.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МИКРОСХЕМЫ TDA1557Q

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСХЕМЫTDA1557

Схаме включения микросхемы TDA1557

Габаритные размеры TDA1557

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Усилитель на TDA1557-TDA1558

Двухканальные усилители мощности TDA1557Q-TDA1558Q

Усилитель на TDA1557-TDA1558 — бюджетные и широко известные интегральные микросхемы TDA1557Q и TDA1558Q с высокой мощностью на выходе,фиксированным усилением и хорошей режекцией,с защитой от перегрева и неправильного подключения полярности питания,также имеется защита от статического электричества.Микросхемы обладают низким тепловым сопротивлением.Вот именно на этих приборах можно собрать неплохой двухканальный мостовой усилитель мощности низкой частоты, с минимальным количеством навесных электронных компонентов.Ранее при конструировании авто-магнитол широко использовался именно этот интегральный усилитель.Если у кого имеется в наличии старая магнитола,то можно из нее добыть усилитель TDA1557Q.Для этого нужно осторожно,при помощи радио-монтажного фена или паяльника извлечь ее из печатной платы, есть и другой вариант,чтобы не выпаивать микросхему,нужно просто вырезать участок печатки,на котором она расположена.Таким образом вы получите готовый усилитель мощности,который уже обвязан электронными компонентами.Такой усилок можно применять для повышения мощности звука на компьютере, ноутбуке или DVD-проигрывателе и другой технике.

Характеристики TDA1557Q, TDA1558Q

Структурная схема микросхемы TDA1557Q

Габаритные размеры TDA1557Q

Типовая схема включения TDA1557Q

Принципиальная схема включения TDA1557 с задержкой на включение

Цепь задержки включения питания построена на резисторах сопротивлением 100кОм, 1кОм и конденсатора с емкостью 100мкф х 16В ,задержка предназначена для исключения щелчков в акустических системах при включении усилителя.

Монтажная схема типового включения TDA1557

Печатная плата усилителя

Усилитель на микросхеме TDA1558Q

Структурная схема микросхемы TDA1558Q

Монтаж усилителя на TDA 1558Q

Можно производить сборку устройства с использованием навесного монтажа,вместо печатного,в таком случае у микросхемы нужно отрезать незадействованные выводы 4,9,15.Далее осторожно выпрямить выводы,чтобы на них не было изгибов,затем ножки 5,13,14 нужно изогнуть под углом 90° вверх,в сторону лицевой стороны микросхемы,эти выводы используются для подключения к ним положительного напряжения.Теперь такую же операцию нужно проделать с выводами 3,7,11,только изгибать их под углом 90° нужно вниз в сторону подложки,на эти ножки будет подаваться отрицательное напряжение,оно же идет на «землю».После этой подготовки собственно начинается сам процесс монтажа.

Предварительно нужно определить точное место установки микросхемы на теплоотводе,затем просверлить отверстия сверлом диаметром 2,5 мм,нарезать резьбу метчиком М3 и закрепить TDA1557Q на радиаторе винтами М3,через тепло-проводную пасту КТП-8. На снимках показан монтаж с разных ракурсов, но я все таки требует пояснения. Ножки 1 и 2 объединяются пайкой вместе,это входная цепь правого канала с последовательно включенным конденсатором 0.33 мкФ. Такие же действия нужно проделать с выводами 16 и 17. Общим проводом для входа служит минус питания он же «земля».
К выводам 5, 13 и 14 подключите провод положительного напряжения питания. Этот же провод соединяется с плюсовым выводом конденсатора 6800 мкФ. Отогнутые вниз выводы 3, 7 и 11 так же объединяются вместе и припаивается провод,который подается на минусовой вывод конденсатора 6800 мкФ. От конденсатора провода подаются на блок питания.
Выводы 6 и 8 – это плюсовой и минусовой выход правого канала, 6 вывод поступает к положительной клемме динамика, а вывод 8 к минусовой клемме.
Выводы 10 и 12 — это полярные выводы выхода левого канала, вывод 10 подается к плюсу динамика, а вывод 12 на минус.
Конденсатор 0.22 мкФ следует устанавливать параллельно выводам конденсатора 6800 мкФ.

Микросхемы TDA1557-TDA1558 обладают приличной выходной мощностью (22Вт х 2),поэтому чтобы она не сильно нагревалась ее следует устанавливать на радиатор с площадью охлаждения не менее 100кв см. Свободно можно использовать тепло-отвод от процессора.
Во входной цепи,для регулировки уровня громкости,нужно установить сдвоенный потенциометр с сопротивлением 50-100 кОм.Когда усилитель мощности будет уже полностью собран,обязательно перед его включением еще раз проверьте правильность монтажа.

Простой УМЗЧ на TDA1557Q

В литературе встречается немало сведений о всевозможных интегральных УМЗЧ, однако внимание автора привлекла микросхема мостового двухканального усилителя TDA1557Q фирмы PHILIPS, поскольку она требует минимального числа навесных деталей. На ней и был собран усилитель по типовой схеме, рекомендованной изготовителем и изображенной на рисунке.

Переменные резисторы R1 и R2 предназначены для регулировки громкости, то есть выходной мощности усилителя. Конденсаторы C1, C2 — разделительные, ограничивающие полосу пропускания снизу, конденсаторы С3, C4, C7, С8 срезают ненужные ультразвуковые частоты и предотвращают самовозбуждение на высоких частотах. Конденсаторы C9 и C10 использованы как фильтры в цепи питания. Для микросхемы DA1 следует приобрести или изготовить алюминиевый теплоотвод с площадью рассеивающей поверхности не менее 200 см².

Провода, относящиеся ко входу УМЗЧ, следует экранировать. Соединения выходов усилителя и подвод питания желательно выполнить медными многожильными проводами сечением не менее 0,5 мм². При правильном монтаже усилитель не требует налаживания.

Основные технические характеристики:
Максимальная выходная мощность на каждый канал, Вт,
При сопротивлении нагрузки 4 Ом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
при сопротивлении нагрузки 8 Ом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Напряжение питания, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13,6…14
Входное сопротивление каждого канала, кОм, не менее . . . 18
Диапазон воспроизводимых частот, Гц . . . . . . . . . . . . . . . . 40…20000

В случае, если усилитель будет представлять собой самостоятельный аппарат, тогда ему потребуется сетевой блок питания. Схема изготовленного автором блока питания со стабилизатором напряжения приведена на рисунке.

Сетевое напряжение понижает трансформатор T1. Диоды VD1-VD4 образуют мостовой выпрямитель, а конденсатор C1 сглаживает пульсации выпрямленного тока. Стабилизатор напряжения DA1 управляет мощными транзисторами VT1-VT3, включенными по схеме составного эмиттерного повторителя. Подстроечный резистор R2 позволяет в небольших пределах регулировать выходное напряжение.

Трансформатор Т1 подойдет любой, мощностью не менее 60 Вт, напряжением первичной обмотки 220…230 В, а вторичной — 15…16 В. Желательно, чтобы вторичная обмотка допускала ток не менее 4…6 А. Диоды VD1-VD4 КД2995Г можно заменить на КД2995Д и другие из этой серии, а также на диоды КД213А, КД213Б; допустимо использовать Д815А, Д242, Д242А, Д243, Д243А, Д244, Д244А, Д245, Д245А, Д305 и т. п. Интегральный стабилизатор DA1 КР142ЕН8Б следует установить на алюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 10 см², а транзистор VT1 — площадью не менее 30 см². Этот транзистор можно заменить на КТ805АМ. Транзисторы VT2 и VT3 допустимо заменить на КТ819Б, КТ819В, КТ819А, КТ803А, их устанавливают на общий теплоотвод с площадью поверхности 200 см². Резисторы R3-R5 можно изготовить из нихромовой проволоки диаметром 0,6-0,8 мм. Важно, чтобы резисторы R4 и R5, выравнивающие ток мощных транзисторов, имели одинаковое сопротивление.

После сборки блока питания подстроечным резистором R2 устанавливают выходное напряжение, равное 13,6 В. При правильном монтаже и усилитель, и блок питания начинают работать сразу после сборки.

скачать архив

Радиоконструктор 008 — Усилитель мощности низкой частоты на микросхеме TDA1557Q | Maks Puzanov

Вариант №8 «Стереофонический УНЧ на TDA1557Q» Набор аналогичен варианту №7. Особенность микросхемы — минимум деталей обвеса, более высокое качество звука, выходная мощность 2х22 ватта при таком же питании (12-14 вольт).

Рассмотрим схему стереофонического усилителя на микросхеме TDA1557Q, которая представляет собой сдвоенный мостовой усилитель мощности низкой частоты с максимальной выходной мощностью 2х22 Вт (два выхода по 22 Ватта каждый) на нагрузке 4 Ома класса «В». Каждый усилитель имеет тепловую защиту от перегрева (максимальная температура кристалла 150оС), защиту от переполюсовки питания и замыканий на выходе. Наличие четырёх усилителей в одном корпусе позволяет повысить выходную мощность стереофонического сигнала в 2 раза без изменения питающего напряжения за счёт включения усилителей по мостовой схеме. Основные параметры микросхемы: номинальное напряжение питания – 13 В (допускается от 6 до 18 вольт), ток потребления: в покое – 80 мА, максимальный (усиление) – 6А, номинальная выходная мощность при сопротивлении нагрузки в 4 Ом = до 22 Вт (допускается сопротивление нагрузки от 3.2 Ом до 16 Ом), входное напряжение- 40 – 70 мВ (уровень входного сигнала переменной частоты), диапазон рабочих частот- 20 – 20 000 Гц, коэффициент гармоник при выходной мощности до 10 Ватт – 0,1%, до 22 ватт – до 10%. Отличается хорошей режекцией (разделение каналов не менее 40 дБ). Разность коэффициента усиления между каналами не более 1 дБ. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в диапазоне частот 25-20000Гц, не более 1 дБ. Описав в двух словах вышеперечисленные характеристики, можно сказать, что на этой микросхеме можно собрать высококачественный усилитель мощности с минимальным количеством внешних элементов обвязки.

На рис.1 изображена упрощённая функциональная схема, внутренние элементы и внешние подключения TDA1557Q.

На рис.2 принципиальная электрическая схема стереофонического усилителя на микросхеме TDA1557Q. Для работы микросхемы потребуется установка радиатора площадью не менее 250-300 см2 с использованием теплопроводящей пасты КПТ-8. Для регулировки уровня звука между входом микросхемы и источником звука необходимо установить регулятор громкости. Это может быть один спаренный переменный резистор сопротивлением от 47к до 100к или два одиночных (в этом случае каждый канал можно регулировать отдельно). Источник питания усилителя (блок питания или аккумулятор) должен быть с током до 6 ампер (не обязательно стабилизированным). Для этой цели можно использовать трансформатор с диодным мостом и электролитическим конденсатором ёмкостью не менее 4700 МкФ, аккумулятор с автомобиля (или использовать усилитель в автомобиле), мотоцикла, блока бесперебойного питания напряжением 12 вольт или блок питания с отработавшего компьютера. Если сравнить две схемы, то можно заметить, что на рис. 1 вывод 11 обозначен как «выход дежурного режима» («mute\stand-by»). Если этот выход подключить к питающему проводу через выключатель, то можно реализовать функцию «mute» — отключения громкости. В этом режиме потребление тока микросхемой снизится почти до нуля. Ёмкость конденсаторов С1, С2 от 0,1 до 0,68 МкФ. От номинала этих конденсаторов будет зависеть полоса воспроизводимых частот (чем больше ёмкость, тем больше будут воспроизводиться низкие частоты.

При подключении питания усилителя с вниманием отнеситесь к соблюдению полярности подключения питания (минус к 5 и 8 выводам («земля»), плюс – к 3, 10, 11 выводам). Хотя микросхема и имеет защиту от переполюсовки, таких экспериментов лучше не проводить. В настоящем наборе имеются динамики мощностью 3 ватта, т.е. с ними нельзя включать усилитель на полную мощность, иначе динамики просто сгорят. Если вы решите использовать собранный усилитель с максимальными возможностями, то вам необходимо будет (во избежание провалов в моменты пиковых нагрузок) увеличить ёмкость конденсатора не менее чем до 4700 МкФ и увеличить размеры радиатора микросхемы (при установке на радиатор применять теплопроводящую пасту КПТ-8 обязательно, нанеся небольшое количество на обратную металлическую сторону микросхемы. Закреплять микросхему равномерно с двух сторон, не допустив механического повреждения корпуса от излишнего усилия.). Источник питания должен обеспечивать ток не менее 6 ампер, а совокупное сопротивление подключенных динамиков на один канал должно быть 4 Ома (с меньшим сопротивлением может сработать защита микросхемы от короткого замыкания, а с большим – будут тише работать). При подключении динамиков необходимо соблюдать полярность подключения динамиков в группе (при последовательном соединении «плюс» одного соединяют с «минусом» другого, а при параллельном – «плюсы» соединяют вместе в общий «плюс», «минусы» вместе в общий «минус»). Если динамики подключены к микросхеме правильно, то при подаче питания на микросхему диффузоры динамиков должны вытолкнуться вперёд. В противном случае необходимо поменять полярность подключения динамиков.

Для регулировки уровня входного сигнала необходимо подключить к входу микросхемы регулятор громкости (спаренный переменный резистор рис. 3).

Особенность данной микросхемы ещё заключается в том, что вывод 2 микросхемы может быть соединён с остальными «земляными» выводами (как в настоящем варианте печатной платы. При этом чувствительность схемы увеличивается), а может и не соединяться, а использоваться только как общий провод для источника входного сигнала. Эксперимент с таким соединением можно провести, если у вас в динамиках появятся посторонний фон. Необходимо разобраться с источником фона. Если он появляется при подключении входных проводов от источника сигнала, то надо заменить провода на экранированные, попробовать установить между входами (перед конденсаторами) и 2 выводом резисторы на 100к. Если источник фона – источник питания (фона не может быть от аккумулятора или батареек), надо попробовать увеличить ёмкость конденсатора С3. Если это уменьшит уровень фона, можно в разрыв плюсового провода питания поставить дроссель, например от неисправного компьютерного блока питания, намотанный медным проводом на ферритовом кольце, подключив фильтрующий конденсатор (С3) перед и после дросселя. Возможен вариант, когда всю схему надо поместить в металлический корпус, соединив его с общим проводом («землёй»). Собранная правильно схема в настройках не нуждается.

Купить набор можно по ссылке:

Метод оценки нелинейности амплитудной характеристики УМЗЧ.

1 Метод оценки нелинейности амплитудной характеристики УМЗЧ. А.И. Пахомов г. Зерноград, Ростовская обл. Загадка «транзисторного» звучания усилителей мощности ЗЧ волнует умы уже не один десяток лет. За это время предложены многочисленные конструкции УМЗЧ с «малыми искажениями», «высокими динамическими характеристиками» и т.д. Сегодняшней тенденцией является выпуск ИМС, представляющих собой практически готовый усилитель ЗЧ, вплоть до самых мощных и высококачественных TDA7294, LM3886 и др. В этих условиях на первый план выходят методы оценки УМЗЧ. Почему один усилитель «звучит», другой нет, хотя, казалось бы, его параметры лучше? О некоторых характеристиках транзисторных УМЗЧ и нестандартном подходе к оценке их качества пойдет речь в настоящей статье. Как известно, качество звуковоспроизведения с помощью электронных усилителей мощности, особенно транзисторных, оставляет желать лучшего. Всякий, кто слышал «живое», не отягощенное электроникой, звучание струнного или духового оркестра, ощутил мощное эмоциональное воздействие естественного звука, когда, казалось бы, звучит само пространство, в то же время различимы все инструменты, слышны малейшие нюансы партитур, исполнение которых сливается в яркие по красоте созвучия. Последующее воспроизведение электронной копии даже через УМЗЧ с хорошими характеристиками и качественной акустикой, не дает такого эффекта и скорее похоже на впечатление от смазанной фотографии, когда все узнаваемо, но не то… Начиная с 70-х годов прошлого столетия, были предложены десятки конструкций транзисторных УМЗЧ, высказаны диаметрально противоположные мнения по поводу оценки их качества. Сторонники традиционного подхода вполне обоснованно считают, что усилитель не должен создавать новых гармонических и интермодуляционных составляющих тех, которые присутствуют на выходе, но отсутствуют на его входе, т.е. тех составляющих, которые, собственно, и являются искажениями. С этой целью линеаризуют все звенья усилителя, вводят глубокие и сверхглубокие ООС, значения Kr и K И доводят до сотых и тысячных долей процента. Примером такого подхода является тщательно разработанная конструкция сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС [1]. Однако существует и другое мнение, суть которого заключается в том, что значения Kr и K И вовсе не являются решающими для качества звучания. Самым веским аргументом здесь является тот общепризнанный факт, что ламповые усилители при Kr до 2…3% звучат лучше транзисторных, у которых данный показатель на два-три порядка ниже. Объясняют «ламповый» звук более узким спектром гармоник, мягким характером ограничения, повышенным выходным сопротивлением [2]. Но только ли в этом дело? Указанные противоречия послужили пищей для многолетней дискуссии на страницах радиолюбительских изданий. Единой, всеми признанной, истины так и не найдено до сих пор, как и не установлено однозначной связи между коэффициентом гармоник и качеством звучания УМЗЧ. Но поскольку «природа не терпит пустоты», основными показателями качества усилителей по-прежнему считают коэффициенты Kr и K И, определяемые в стационарных режимах по известным методикам. Между тем давно замечено, что некоторые транзисторные усилители, простые по конструкции и имеющие в традиционном представлении плохие параметры, звучат лучше сложных высоколинейных. Типичный пример популярный в 80-х годах параллельный усилитель [3]. Собранный на одном ОУ и 4-х транзисторах, имеющий по современным меркам большой Kr, он показывает отличные по качеству звучания результаты, подтвержденные испытаниями в редакции журнала «Радио» и при повторениях радиолюбителями. Существуют и другие подобные примеры: например, часто хорошим звуком отличаются УМЗЧ, собранные на старых германиевых транзисторах [4]. И это

2 несмотря на их скверную линейность и другие, не выдерживающие никакой критики, параметры! Таким образом, можно предположить, что действуют некие неучтенные факторы, серьезно влияющие на качество звучания УМЗЧ, но постоянно упускаемые из виду при их проектировании и оценке. Обратимся к свойствам основных элементов транзисторных УМЗЧ транзисторам. Как известно, биполярные транзисторы в принципе нелинейные приборы с экспоненциальным характером передаточной функции. Относительной линейностью обладает лишь некоторая область ВАХ в окрестностях рабочей точки, задаваемой с этим условием в режиме A. В области больших токов за границей линейности наступает насыщение и ВАХ приобретает резкий излом, что в УМЗЧ приводит к ограничению (клиппированию) сигналов на верхнем участке амплитудной характеристики (АХ). Клиппирование сопровождается резким ростом нелинейных искажений. Чтобы избежать или хотя бы сгладить его, конструкторы снабжают УМЗЧ встроенными системами «мягкого» ограничения или внешними ограничителями. Эти меры существенно улучшают звучание при больших уровнях громкости или недостаточном запасе мощности УМЗЧ. В то же время значительной нелинейностью обладает и начальная область ВАХ, где находится перегиб характеристики транзистора при переходе из закрытого состояния в открытое. В двухтактных каскадах, работающих в режиме В, по этой причине возникают известные искажения пресловутая «ступенька». «Ступенька» хорошо заметна на обычном стационарном сигнале как искажение формы синусоиды при переходе через ноль. Для ее уменьшения выходной каскад переводят в режим АВ с точкой покоя (постоянной или плавающей), лежащей за пределами перегиба ВАХ, а также охватывают усилитель глубокой ООС. Все это уменьшает «переключательные» искажения, снижает Kr, однако отнюдь не приводит к полной линеаризации амплитудной характеристики УМЗЧ. Особенности транзисторов проявляются в значительной нелинейности амплитудной характеристики приборов, т.е. зависимости выходного напряжения U Э (для эмиттерных повторителей) от входного Uб. На рис.1 показаны экспериментальные АХ мощных транзисторов КТ819 и П214, снятые в одинаковых условиях: по схеме включения с ОК, сопротивлении нагрузки 6 Ом, напряжении питания 10 В. Кривые наглядно характеризуют различие в нелинейности АХ кремниевых и германиевых приборов. Зоной относительной линейности для кремниевого транзистора КТ819 является область выходных напряжений, больших 100 мв. Ниже этого уровня имеет место резкий излом с переменной кривизной. Много лучшая характеристика у устаревшего германиевого транзистора П214: его зона линейности гораздо шире, начинается с напряжений U Э»20 мв, излом в начальной области имеет малую протяженность и носит более плавный характер. Негативным проявлением нелинейности биполярных транзисторов является и нестабильность статического коэффициента усиления h 21Э. Вследствие переменной кривизны излома ВАХ приращение коллекторного тока не пропорционально приращению тока базы, следовательно, коэффициент h 21Э не остается постоянным и изменяется в зависимости от тока коллектора (или эмиттера). Этот факт наглядно демонстрирует график, показанный на рис.2. Зависимость h 21Э от Iк для транзистора КТ818 носит ярко выраженный экстремальный характер, при этом максимум статического усиления приходится на ток коллектора около 0,4 A [5]. Как при уменьшении, так и при увеличении этого тока наблюдается спад усиления с переменной крутизной. Следствием такой характеристики в выходных каскадах УМЗЧ является уменьшение усиления малых по амплитуде сигналов, что, как будет показано ниже, является серьезным недостатком. Причем, в отличие от «ступеньки», устранить спад усиления не удается даже увеличением тока покоя до ма. Аналогичную зависимость коэффициента статического усиления от тока, естественно, при разном положении точки максимума, имеют практически все кремниевые транзисторы: КТ825, КТ819, КТ816, КТ502, КТ503 и др. [5]. У низкочастотных германиевых транзисторов П214 (и некоторых других) зона относительной стабильности h 21Э гораздо шире, равномерное усиление в малосигнальной области достигается при токе покоя ма («ступенька»

3 исчезает еще раньше). Для сравнения на рис.3 показаны характеристики высококачественных кремниевых транзисторов фирмы ZETEX, разработанных специально для выходных каскадов УМЗЧ. Они представляют собой комплементарную пару в мини-корпусе [6]. Благодаря особой технологии здесь удалось получить высокое постоянство коэффициента h 21Э при малых токах коллектора и обеспечить гораздо более плавный спад в сильноточной области. Для качественного звука это имеет первостепенное значение. При работе УМЗЧ соответственно статической изменяется и динамическая характеристика мощных каскадов. Если применены кремниевые транзисторы с типовой зависимостью h 21э (а это как правило), то в усилителе нарушается пропорциональность между входным и выходным напряжениями, значит, искажается амплитудная характеристика устройства, а Ku=Uвых/Uвх const во всем динамическом диапазоне. Подобный эффект, естественно, совершенно незаметен при стандартных стационарных испытаниях УМЗЧ, когда на вход усилителя подается один или несколько неизменных по амплитуде и частоте сигналов. Специальных же измерений АХ и Ku, как правило, не проводят, эти характеристики остаются «за кадром». Ошибочно считают, что амплитудную характеристику УМЗЧ полностью линеаризует ООС. На самом деле ООС не исправляет данную нелинейность, так как в принципе линейная система регулирования, воздействуя на нелинейное звено передачи, лишь масштабирует его переходную характеристику, пропорционально уменьшая коэффициент передачи в каждой точке. Визуальный эффект спрямления кривой Ku = f(uвх) при воздействии ООС вызван только уменьшением абсолютной величины отклонений, относительная величина которых остается практически постоянной. При этом кривая Ku = f(uвх) повторяет ход зависимости h 21Э от Iк в уменьшенном масштабе. Нелинейность АХ и нестабильность Ku подтверждаются при экспериментальных испытаниях реальных УМЗЧ, для чего разработана специальная методика. Но об этом чуть позже. Следствием нелинейности АХ является обогащение выходного спектра УМЗЧ гармониками выше третьей. Этот факт известен, однако существуют и другие последствия, на которые раньше не обращали внимания. Из-за непропорционального усиления динамически изменяющихся по амплитуде сигналов их огибающая на выходе УМЗЧ не повторяет огибающую на входе, т.е. возникают особые искажения! Обратимся к структуре реального музыкального сигнала, который является сложным по гармоническому составу и амплитудной динамике. Мы прекрасно отличаем одну и ту же ноту октавы (частота основного тона одинакова), когда она взята на скрипке или фортепиано. Это происходит по той причине, что человеческий слух способен улавливать не только основной тон, но и его гармоники, а также их огибающие форманты. Именно благодаря гармоникам и формантам все окружающие нас звуки приобретают окраску, тембр, а звучание каждого музыкального инструмента индивидуально и неповторимо. Если УМЗЧ неверно передает амплитудную динамику звуковых колебаний, он искажает форманты естественных гармоник. Подобные искажения, как нестационарные, весьма заметны на слух, человеческое ухо воспринимает их как посторонние призвуки, «грязный» звук. Так как гармонические составляющие находятся в верхней части звукового спектра, искажения амплитудной динамики проявляются, в первую очередь, на высоких частотах как ухудшение разборчивости, чистоты, «прозрачности» верхнего регистра. В [7] подобные искажения названы форматными и рассматриваются как искажения выходного сигнала УМЗЧ в части его собственных гармоник. Разумеется, УМЗЧ, как и другие звенья тракта, вносит собственные гармонические искажения из-за конечного значения Kr. Однако в выходном спектре транзисторного усилителя с хорошей симметрией и высокой линейностью (на стационарном сигнале) присутствуют, в основном, нечетные гармоники весьма малой амплитуды, которая, к тому же, уменьшается по мере роста их частоты. Например, при частном коэффициенте гармоник K r5 =0,1% и сигнале первой гармоники U 1 = 10 В напряжение пятой гармоники составит U 5 = U 1 =

4 K r5 /100 = 0,01 В = 10 мв, а при K r5 = 0,01% U 5 =1 мв. Тем не менее, несмотря на столь малые уровни, собственные гармоники УМЗЧ считаются очевидным злом, а их заметность не подвергается сомнению. Возникает законный вопрос: почему богатейший гармонический состав естественного звучания музыкального инструмента, например, скрипки, не воспринимается как искажения, а незначительные собственные гармоники УМЗЧ «режут» слух? Весьма вероятным ответом является уже упомянутое обстоятельство: важна не только и не столько амплитуда гармоник, сколько верность воспроизведения их огибающих формант. При этом, в первую очередь, следует говорить не об искажениях искусственных, т.е. создаваемых самим УМЗЧ, гармоник, а об искажениях формант естественных гармоник, уже присутствующих в реальном музыкальном сигнале, который представляет собой сумму множества гармонических составляющих. Именно неверная передача амплитудной динамики естественного гармонического ряда и приводит к неестественному звучанию УМЗЧ. На важность воспроизведения амплитудной динамики сигнала обращалось внимание и ранее, но в связи с борьбой с так называемыми динамическими искажениями. В [8] отмечена особая критичность момента нарастания атаки звука, по которому слуховой аппарат распознает тембры звучащих инструментов. Очевидно, что амплитудные искажения, о которых идет речь, вызывают деформацию фронта сигнала, причем независимо от динамических характеристик усилителя, понимаемых как скорость изменения выходного напряжения. Не это ли тот самый «скрытый» фактор, вызывающий «транзисторное» звучание? При нелинейности АХ УМЗЧ собственный коэффициент гармоник на стационарном сигнале, как и скорость нарастания выходного напряжения, оказываются малозначимыми факторами, так как не влияют на верность передачи огибающих спектральных составляющих музыкального сигнала, в том числе, и в наиболее критичной фазе атаке звука. Если исходить из этого, то становится понятным, почему высокий Kr и «плохие» характеристики ламповых усилителей совершенно не препятствуют их мягкому, «бархатному» звучанию. Важно выяснить, почему амплитудным искажениям в наибольшей степени подвергаются именно огибающие гармоник. Причина проста: амплитуда гармоник такова, что попадает в малосигнальную область УМЗЧ, где максимально проявляется рассмотренная выше нелинейность АХ и передаточной функции усилителя. Основной же сигнал (первая гармоника) лежит в области на порядки (!) больших выходных напряжений и токов. При этом, если выходные транзисторы выбраны со значительным запасом по мощности или включены параллельно, то спада усиления в сильноточной области можно и избежать, но нелинейность в слаботочной для обычных кремниевых транзисторов области неизбежно остается! Результат несовпадение законов усиления первой и высших гармоник, что в динамике проявляется как отличия в форме их огибающих. Указанные обстоятельства являются «ключиком» к теории форматных искажений [7], в которой простой по сути факт малой амплитуды гармоник загроможден сложными рассуждениями об их особых свойствах (АХГ, АЧХГ). Читателя также вводят в заблуждение графики гармоник, приведенные в одном масштабе с основным сигналом без оцифровки осей. Из «особых» свойств гармоник делается вывод, что их надо выделять из основного сигнала для выявления форматных искажений. На самом деле гармоники это обычные колебания малой амплитуды, и искажаются их огибающие точно так же, как и первой гармоники, если привести ее к тем же уровням. Таким образом, для оценки форматных искажений не нужны сложные системы подачи линейно модулированного входного сигнала, выделения гармоник и их огибающих, сравнения огибающих первой и высших гармоник [7]. Достаточно обычного ряда дискретных, но точных измерений, цель которых построить начальный участок АХ и передаточной функции УМЗЧ. Высказанные предположения были проверены экспериментально, при этом отработана методика измерений и компьютерной обработки результатов. Для проведения измерений достаточно генератора звуковых частот, единственным требованием к которому является

5 стабильность амплитуды, и цифрового вольтметра, как можно более точного. Шкальные аналоговые милливольтметры малопригодны из-за большой погрешности измерений. Автор воспользовался пятиразрядным цифровым прибором В7-38 с автоматическим выбором предела измерений. В качестве генератора однотонного сигнала не исключено применение компьютерных программ SpectraLab и других, имеющих встроенный тестовый генератор. Методика измерений заключается в следующем. Испытуемый УМЗЧ нагружается на мощный резистор равного с нагрузкой сопротивления. Общий провод цифрового вольтметра подключают к общему проводу усилителя, а сигнальный к переключающему контакту тумблера, который в одном положении соединяет вход вольтметра с выходом УМЗЧ, в другом с его входом. Переключатель и сигнальные провода должны быть тщательно экранированы, чтобы уменьшить влияние наводок и помех. При высокой чувствительности УМЗЧ ее следует уменьшить входным делителем до коэффициента усиления, равного примерно 10 (20 дб). Перед проведением измерений включают УМЗЧ и дают ему прогреться в течение получаса. Затем при включенном и настроенном на частоту 1 кгц генераторе его выходной сигнал уменьшают до нуля. В этом положении измеряют напряжение на входе и на выходе усилителя, переключая тумблер. Вольтметр при этом показывает паразитные напряжения: на входе за счет наводок на неэкранированные части входных цепей и первые каскады усилителя, на выходе в результате усиленных наводок, остаточных пульсаций (фона) и собственных (не взвешенных) шумов УМЗЧ. Принимая измеренные уровни Uвх(0), Uвых(0) за относительный ноль, заносят их в таблицу Microsoft Excel в ячейки A3, B3 (см. таблицу). Затем, постепенно увеличивая напряжение генератора, проводят ряд дискретных измерений Uвх, Uвых в диапазоне Uвх до 1 мв с шагом 0,1 мв. Результаты также заносят в таблицу в столбцы C и D. Дальнейшая обработка проводится средствами табличного процессора. Суть расчетов ясна из таблицы, где для наглядности показан режим отображения формул. В столбцах E и F рассчитываются приведенные значения напряжений U’вх, U’вых, в столбце G коэффициент усиления Ku. Естественно, в обычном режиме Ms Excel в указанных столбцах будут видны результаты вычислений. При работе с таблицей пользуются стандартными приемами данного программного обеспечения: формулы набирают один раз в строке 3 и затем копируют на всю таблицу автозаполнением. Окончательным этапом является построение графиков с помощью встроенного мастера диаграмм Ms Excel. Возвращаясь к качеству звучания УМЗЧ в его корреляции с рассматриваемыми искажениями, следует еще раз подчеркнуть роль выходных транзисторов. Безусловно, положительный результат даст применение транзисторов с малой зависимость h 21Э от тока, что соответствует более линейной АХ и уменьшению искажений. Только лучшей АХ германиевых транзисторов можно объяснить хорошее звучание некоторых старых усилителей, применяемых в бытовой аппаратуре х годов прошлого века. По многим обстоятельствам германиевые транзисторы сегодня уходят в прошлое, однако отличной альтернативой им являются уже упоминавшиеся специальные кремниевые транзисторы [4]. В то же время ситуация не однозначна и для УМЗЧ, собранных на обычных кремниевых транзисторах. Дело в том, что линейность АХ и стабильность Ku в определенной мере зависят от схемотехники усилителя. Иногда, по большей части из-за случайного стечения обстоятельств, нелинейность передаточной функции выходного каскада компенсируется обратной нелинейностью тех или иных элементов усилителя или общей нелинейностью ООС. Следует заметить, что для достижения физиологически верного воспроизведения вовсе не обязательно соблюдение условия Ku = const. Достаточно, если зависимость Ku = f(uвх) будет близка к дуге, т.е. иметь постоянную кривизну излома. В этом случае закон усиления первой и высших гармоник совпадает, форма их огибающих не отличается. Подобную характеристику имеют, например, ламповые усилители за счет более плавной ВАХ электронных ламп. Не претендуя на истину в последней инстанции, автор провел испытания по

6 описанной методике двух УМЗЧ: усилительного блока [3] (25-ваттный вариант) и современного интегрального УМЗЧ на ИМС TDA1557Q. Выбор обусловлен, во-первых, их хорошей «репутацией», подтвержденной при многочисленных повторениях, во-вторых, близкими характеристиками в части выходной мощности и нелинейных искажений. Результаты измерений представлены в виде графиков на рис.4. Как видно, усилительный блок [3] (кривые расположены ниже соответствующих кривых для УМЗЧ в интегральном исполнении) имеет значительно более высокую линейность АХ и стабильность Ku. Несмотря на прочие равные характеристики сравниваемых электроакустических трактов, в субъективной оценке это проявилось как преимущественное звучание в области высоких частот без шумоподобности и металлических призвуков, с хорошей «прорисовкой» и мягкостью звука. Разница в сравнении с УМЗЧ на TDA1557Q, таким образом, заключалась не в количестве высоких частот (их уровень был одинаков), а в качестве. На графиках УМЗЧ на TDA1557Q (верхние кривые), особенно при увеличении, легко увидеть характерный прогиб в начальной области при U’вых = мв, совпадающий по форме с амплитудными характеристиками гармоник (АХГ), описанными в [7]. При желании можно даже определить коэффициент форматных искажений. Это еще раз подтверждает сказанное по поводу теории форматных искажений и методов их оценки. Литература: 1.Агеев А. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС// Радио ; , 2, Алейнов А., Сырицо А. Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧгромкоговоритель/ Радио Агеев А. Усилительный блок любительского радиокомплекса// Радио Шихатов А. Старое, но золотое. shikhman/arts/oldamp.htm. 5.Полупроводниковые приборы: справочник. Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, Сучков-Русси О. Форматные искажения в УМЗЧ. 8.Феклистов А., Клопов В. О влиянии динамических искажений на восприятие тембра// Радио

PHILIPS TDA1557Q

Загрузить

ФИЛИПС TDA1557Q