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无线电电子与电气工程百科全书 紧凑型汽车放大器。 无线电电子电气工程百科全书
本文介绍了带有开关电压转换器的简单汽车立体声放大器的设计。 它的加入显着提高了流行的 TDA7293 或 TDA7294 微电路上放大器的功率 - 在 78 欧姆负载下高达 4 W，并且使用现成的外壳大大简化了其制造。 正如人们经常正确指出的那样，汽车主机的声音只能让没有经验的听众满意。 实际上，事实证明，在大多数情况下，PA 无线电的输出功率的实际值在 20 欧姆负载下每通道不会超过 4 W，而当使用电池运行时，功率会降至 16 瓦。 事实上，即使有这样的功率，任何汽车内饰都可以发出高质量的声音，如果不是音乐信号的峰值因数，在某些作品中达到 20 ... 25 dB。 因此，汽车收音机的内置 PA 在不限制动态范围的情况下可以为每个通道提供高达 5 瓦的功率。 随着现代PA参数的质的增长，播放路径的升级问题取决于内置PA最大输出功率对动态范围的物理限制，其扩展的可能性已经被设备制造商耗尽。 由于车内噪音较大（包括来自外部的噪音），动态范围显着减小。 机身的噪音隔离和扬声器声压级的提高有助于增加聆听的动态范围。 在我看来，在现代化的初始阶段安装外部 PA 是最省力的。 需要注意的是，汽车音响系统的精细化必须从安装更好的前置扬声器开始。 现代汽车多媒体设备配备了用于连接外部放大器的线路输出。 业界提供了许多高质量的汽车 PA，但其高成本是升级的重大限制。 在我看来，将 PA 连接到收音机内置放大器的输出端是不可取的。 所提出的器件具有最少的功能，但具有许多积极的特性：强大的不稳定电源、良好的放大器、最小的封装尺寸以及没有低质量输入有源滤波器组件。 标称电源电压为+/-25 V，这使得可以将4欧姆负载下的功率提高至78瓦。 与互联网上描述的许多设计不同，这种双通道 PA 组装在标准、经济实惠且廉价的 Gainta 铝制外壳中，如图 1 所示。 1. 宽度（图 100 中的尺寸 L）- 93,6 毫米。 主板尺寸为 96xXNUMX 毫米，可插入机箱的特殊插槽中。 该项目优先考虑设备的紧凑性，因此使用表面安装部件。
PA 专为特定 CD 播放器而设计，线路输出的标称负载为 10 kOhm。 该器件由一个不稳定电压转换器（PN）和一个基于两个TDA7293微电路（或TDA7294，考虑到引脚排列差异）的PA，以及一个用于外部信号远程信号STBY放大器的控制单元组成。 放大器电路如图所示。 2、具有软启动功能的转换器装配在TL494芯片和场效应晶体管上。 变压器的总功率约为 300 W，并且在转换器的每个支路中使用两对晶体管可以让您向负载提供更多功率。 使用有用的免费程序 EXCELLENIT5000 [1] 进行变压器的计算和磁路的选择。 有人认为，具有不带稳定功能的脉冲 PSU 的 PA 比具有稳定 PSU 的 PA 提供更好的声音。 转换器功率晶体管的栅极电路中包含电阻器（47 欧姆），可缩小逆变器产生的干扰频谱。 在较小的板上有一个加电控制单元和一个 PN 控制器，在较大的板上有 PN 和 PA。 PV 的输出电路未与主电源进行电流连接。
要打开 PA，需要在遥控器输入端提供 12 V 的电源电压和 9 V 以上的控制电压。 来自遥控器输入的电压通过稳压二极管VD1和电阻R7进入晶体管VT2的基极并将其打开。 电容C5用于延迟PA的开启并滤除遥控器输入端的噪声，电阻R8为稳压二极管VD1的工作提供最小电流。 晶体管VT2打开，其集电极上设置约0,7V的电压，HL1 LED点亮，晶体管VT1打开，为DA1芯片供电并启动PN。 需要电阻R5来支持在没有控制信号的情况下基于VT1的关闭电压，并且需要R6来限制晶体管VT2的最大电流。 在存在次级电压PN的情况下，来自发射极VT1通过R1的电压被提供给光耦合器U1的辐射二极管，并且它照亮了光耦合器的光电晶体管。 当电压施加到 DA1 微电路时，其输出（引脚 14）会出现 5 V 电压，该电压通过电容器 C3 馈送到 TL4 脉冲宽度控制的引脚 494。 当 C3 充电时，由于负载电阻 R4，引脚 2 处的电压降低，并且引脚 9、10 处的脉冲宽度增加。 这就是 PN 软启动的组织方式。 还需要电阻器 R2 来防止来自微电路的电流（3 至 2 mA）对电容器 C10 充电。 TL494 中未使用内置误差放大器，同相输入 2、15 DA1 由引脚 5 提供等于 14 V 的电压 ION，反相输入连接到 PN 的公共线。 电阻器 R3、R4 和电容器 C4 将 PN 的开关频率设置为大约 50 kHz。 电路板上预留了电阻器 R4 的位置，以便可以校正 PN 的频率。 电容器 C2 和 C1 可阻挡 RF 干扰。 从DA9的引脚10、1，场效应晶体管（FET）控制信号通过XP/XS1连接器（NINIGI制造的ZL201-10G、ZL262-10SG）馈送到PA主板的FET栅极，进行开关PT并降低开关噪声。 PT 成对连接到变压器 T12 的初级绕组，车辆车载网络的电压通过熔断器 FU4 和 U 形滤波器 C4C13L5C5C19C22C1 提供到变压器 T1 的中点。 电容器C6、C7、C1、C10连接在变压器T13的绕组I的中点附近以减少干扰。 二极管 VD14 用于防止电源极性反接。 来自次级绕组T1的交流电压经二极管组件VD7、VD8整流，经电容器C20-C23滤波，然后馈送到UMZCH微电路。 另外，+24V电压通过电阻R14提供给光耦合器U1的晶体管，如果遥控装置的输入端有电压，则该电压提供给晶体管V73的基极。 R9、VD3、VT3是保证遥控信号丢失后DA2、DA3微电路的STBY、MUTE电路中的电容快速放电所必需的元件。 这是因为当收音机关闭时，其线性输出上会出现明显的电压浪涌，从而导致扬声器发出喀哒声。 在大多数国产设备中，STBY MUTE信号是通过连接到正极电源电路的限流电阻产生的，因此当收音机关闭时，PA不会进入STBY模式，直到电源电路中的电容器放电。 在同一设计中，收音机的遥控信号消失后，PA 几乎立即关闭。 为了保证IP上负载的对称性以及能够工作在桥接模式下，其中一个PA通道工作在反相模式下。 为了最大限度地减少“电源”线上压降引入的干扰，信号和电源电路的公共线仅在低电流部分通过电阻器 R11、R15 连接。 元件 R16、C9、R23、C11、R27 和 R32（R17、C8、R18、C12、R24、R29 和 R31、R33）形成带限滤波器并设置通道增益。 由于包含的微电路DA2、DA3不同，为了均衡通道中的增益，可以调整OOS电阻（R31和R33）的总阻值。 板上没有电阻R31的位置；如果需要，可以将其安装在R33的顶部。 在 Microcap 9 软件包中对运算放大器形式的微电路进行仿真时，该电阻器的电阻为 80 kOhm。 LF 区域的下降（频率为 3 Hz 时为-17 dB）是由于 PA 的范围造成的。 首先，前置扬声器由于其尺寸和声学设计，大大降低了低频时的效率； 其次，汽车内部产生的频率响应通常会在低频区域上升几个分贝。 该变压器组装在由 N29,5 材料制成的 Epcos 19x20x64290 (B756-L87-X87) 环形磁芯上。 初级绕组有8匝直径为0,51毫米的导线，折叠成八股，中间有一个抽头。 初始数据和计算结果如图 3 和 18 所示。 1. 次级绕组包含 23 匝相同的导线，折叠成三股，中间有一个抽头。 线圈均匀分布在环的周边。 扼流圈 L14 缠绕在由铁粉 T9,5-90 微金属制成的尺寸为 52x0,51x75 mm 的环形磁路上，包含八匝 PEV XNUMX 电线，折叠成八个磁芯。 电感器的电感可能会有所不同，重要的是要记住过热超过 XNUMX оC对于这样的节流阀是不可接受的。
设备的组装应从较小的电路板开始（图 4 中的绘图，比例为 2:1），如图 2 所示。 位于其上的 1 个部件用点划线框圈出。 安装完所有部件后，将 12 V 电压源连接到 XP9 连接器的触点。+12 V 必须施加到引脚 1，引脚 4-9 连接到公共电线。 然后闭合触点 10 和 1，LED 应亮起。 VT11 集电极上将建立约 14 V 的电压，引脚 1 DA5 处将出现 4 V 电压，引脚 0,5 处不超过 9 V，引脚 10、11 处出现幅度为 9 V 的蜿蜒。在没有示波器的情况下，输出 10、5 处是否存在脉冲由数字万用表确定为 6 ... XNUMX V 恒定电压。
然后他们组装一块大板（图 5、6），安装除 PA 芯片 DA2、DA3 之外的所有细节。 还需要安装导线（绝缘）跳线。 最好将晶体管焊接在相同的高度，这将有助于它们的紧固。 由于具有共阳极的 TO-220 封装中的耦合二极管很少，因此该板提供了用 DO-27 封装中的二极管替换它们的位置。
使用连接器连接电路板并从电源和远程控制信号向指定区域提供 12 V 电压后，相对于变压器输出绕组中点，电容器 C20 和 C21 上应分别出现 +25 V 和 -25 V 电压，发射极 VT3 上应出现约 +8 V 电压。 此时转换器各部件不应发热，消耗电流不应超过0,3A。检查PN后，焊接DA2、DA3微电路。 未使用的微电路引线缩短 3 ... 4 mm。 将微电路严格垂直于电路板安装非常重要，否则它们将无法整个平面粘附到外壳上并且可能会过热。 为了减少对放大器电路的干扰影响，在微电路的电源引脚附近增加了容量为26uF、低阻抗（低ESR）的附加电容器C28、C30（C32、C470）。 为了减少干扰，TDA7293的初级电源引脚和输出级的走线连接在这些电容器引脚的焊接点处。 然后将电线焊接到板上以连接外部连接器。 电源连接器（Degson Electronics 的端子块 DG58C-A-2P13）需要至少 2 mm 的电线2。 将 50 ... 70 mm 长的一段焊接到板上。 连接具有 RCA 连接器的板的电缆（XS3.1、XS3.2）以相同的方式焊接。 为此，请使用任何软电缆。 以同样的方式，将电线焊接到 X4 输出连接器（Degson Electronics 的端子块 DG58H-A-04P-13）。 输出线的横截面必须至少为 0,5 毫米2。 电线的焊接点必须用热胶加固。 遥控信号线在侧盖上钻一个直径2毫米的孔，从中引出一根约20厘米长的电线，固定时最好从PA壳内打一个结。 接下来，将电路板插入外壳的凹槽中，并标记用于紧固晶体管和微电路的螺钉孔。 这些孔是用直径为 3,6 毫米的钻头打出的，然后埋头孔以安装“沉头”螺钉。 PA 的强大 FET、二极管和输出微电路通过 M7 螺钉通过绝缘云母垫片（使用螺钉绝缘插件）固定在外壳上（图 3 中的照片）。 微电路的垫片必须涂抹导热膏，例如 KPT-8。
然后，将 X4 输出连接器安装在外壳的塑料壁上，并将印刷电路板上的相应电线连接到它们（图 8 中的照片）。 之后，将信号线连接到放大器面板上的连接器（图9），并再次检查整个系统的运行情况； 如果一切正常，建议用热胶将输出连接器和 XP / S1 连接器、整体电容器和变压器上的电线粘合起来，因为它们将在振动条件下工作。 然后车身就完全组装好了。
在安装到汽车上之前，最好运行放大器数十小时以检查其可靠性。 车内直接电源连接必须使用横截面至少为 2,5 毫米的电线2 尽可能短（图10）。 您需要通过 15 ... 20 A 保险丝将它们连接到电池端子，将两根电线从正极和负极端子连接到放大器。 通常，由于汽车中的布线质量较差，为了避免干扰，需要从电池到收音机进行布线。
由于机箱体积小（散热面积约400mm2）在运行期间，PA 加热至 40...50 оC. 这是放大器设备的正常温度，如果在机舱内安装设备时提供空气流通的话。 在汽车中的实际使用中，可以注意到系统声音和放置便利性的显着改善。 即使 Focal Polyglass V1 扬声器在最大功率下长期运行，PA 外壳的温度也不会超过 60 °C。 当然，人们不应该指望这样一款放大器能创造奇迹，但可以肯定的是，它将“重演”较低价格范围的大部分工艺，同时保持 TDA7293 微电路的特性。 PA 的一些参数使用 Right Mark Audio Analyzer 6.0 (RMAA) 计算机程序进行检查。 在电源电压为 15 V、输出功率为 12,6 W 时，通道中的谐波失真分别为 0,045 和 0,019%，互调失真分别为 0,024 和 0,026%。 信噪比约为90 dB。 与互联网论坛上的流行观点相反，微电路的反相包含（在正确的通道中）在测量参数方面显示出最差的结果。 事实证明，使用微电路参考文档中的典型电路 [2] 是最佳选择。 可能的替代品：PN TL494 芯片有类似产品 - YuA7500、MB3759、UPC494、IR3M02、KP1114EU4。 您可以安装任何现代场效应n沟道晶体管来代替IRF3205，例如电压超过44V的IRFZ540、IRF111、BUZ80S、STP06NF1405、IRF50，并且允许仅使用一对晶体管。 BC817晶体管可以用2N5550S、MMBT100、MMBT2222、2SD1484代替，BC807晶体管可以用2STR2160、BCX17、MMBT591、PMBT2907代替。 晶体管BCX51替代BCX52、BCX53、2SB1027、2SB1313、SB1123U。 如有必要，可根据参考书[3]进行晶体管类型的选择。 两个二极管组件VD7、VD8，设计用于至少3A的直流电和超过80V的电压，可以用四个二极管FR302-FR304、UF5404、RGP25G代替。 上图。 图11显示了作者使用的PA单元的前面板和后面板的元件和开关单元的布局图。
文学
作者：Yu. Ignatiev, Ivano-Frankivsk
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