Усилитель 2 x 120W на STK411-240E

STK-411-240E_1.jpgSTK-411-240E_2.jpgSTK-411-240E_3.jpg

Дата 04 августа 2020 г.

Автор Вашкалюк Н.Н. для www.mariolla.com

В данной статье описан УМЗЧ, построенный на гибридной интегральной схеме (ГИС), работающей в высокоэффективном режиме G. Схема имеет двухуровневое питание, где основным напряжением выступает VL (низковольтная часть), а VH (высоковольтная часть) подключается кратковременно при превышении заданного порога выходного напряжения. Такой способ управления питанием позволяет существенно уменьшить тепловыделение усилителя в номинальном режиме работы и увеличить выходную мощность.

Основные параметры усилителя
Выходная мощность (THD = 0.8%) 2 x 120 Вт
THD (POUT= 120 Вт, F = 20 Гц … 20 кГц, RLOAD = 8 Ом) 0.4%
Полоса усиления (+0 … - 3 дБ) 20 Гц … 50 кГц
Входное сопротивление 55 кОм
Ток покоя по шине VL = ± 40 В 100 мА (max)
Ток покоя по шине VH = ± 65 В 50 мА (max)
Выходное смещение ± 70 мВ (max)
Максимально допустимое время КЗ нагрузки* 0.3 сек.

* STK411-240E не имеет защиты от КЗ на выходе и при аварии на максимальной выходной мощности выходит из строя за 0.3 секунды (значение из datasheet). Используйте источник питания с защитой от перегрузки, или, на крайний случай, установите быстродействующие предохранители в цепи питании ГИС.

Sch STK411 240E

Рис. 1. Схема усилителя на STK411-240E

На входе усилителя установлен ФНЧ первого порядка R2C1 (у второго канала R7C6) для фильтрации высокочастотных помех. Коэффициент усиления схемы приблизительно равен 32 (или 30 дБ) и определяется соотношением сопротивлений K = R5/R4 + 1 или R10/R9 + 1.

Таблица соответствий значения напряжения питания в зависимости от сопротивления нагрузки усилителя приведена ниже.

RLOAD  VH typ VL typ VH max VL max
4 Ом  ± 43 В  ± 25 В  ± 62 В  ± 36 В
 6 Ом  ± 48 В  ± 29 В  ± 70 В  ± 42 В
 8 Ом  ± 54 В  ± 33 В  ± 78 В  ± 48 В

Качество звука напрямую зависит от установленных конденсаторов C2 и C7: желательно использовать пленочные, бумажные или фторопластовые. Электролитические конденсаторы использовать только в крайнем случае, а керамические (особенно многослойные) — категорически не рекомендуется. Печатная плата рассчитана на установку качественной «пленки» от EPCOS B32523Q3225 (2.2 мкФ 250В, шаг выводов 22.5 мм, размеры 10.5 × 16.5 × 26.5 мм).

Резистор R1 обеспечивает развязывание земляной петли между сигнальной и силовой общими проводами. Индуктивности L1 и L2 – катушки с внутренним диаметром 10 мм, имеющие по 15 — 20 витков проводом 1.2 мм. Кстати, не советуется наматывать подобные катушки на мощных демпфирующих резисторах (включенных обычно параллельно — подобно R14 R17 на схеме), как это делают многие любители и даже профессиональные разработчики. Дело в том, что корпус резистора для электромагнитного поля может обладать некоторой нелинейностью, которая может негативно сказаться на звуке.

Несколько слов про цепь Цобеля (С15 R13, C16 R18). В datasheet на данную STK (и не только), а так же во многих других схемах усилителей антизвонная цепь Цобеля находится после выходного дросселя. На мой взгляд, это в корне неверно. Работа данной цепи заключается в улучшении устойчивости усилителя в области ВЧ при работе на большую индуктивную нагрузку (звуковая катушка громкоговорителя, фильтр акустической системы) и, подключая цепь Цобеля после выходной катушки, мы к ее работе добавляем индуктивность, что приводит к уменьшению глубины обратной связи на ВЧ, которая может привести к возбуждению и выходу из строя выходного каскада усилителя.

STK411-240E имеет встроенный температурный датчик, подключенный к выводам 12-13 (модель NTH5G2M36B103J04TE производства Murata Manufacturing), с номинальным сопротивлением 10 кОм при 25 0С и параметром B = 3650. Датчик может быть подключен к внешней схеме термоконтроля для организации защиты от перегрева или управления вентилятором принудительного обдува. При этом, следует помнить, что, во избегании саморазогрева датчика, а следовательно и увеличению погрешности измерения, максимальный ток терморезистора должен быть ограничен 1.7 мА, а рассеиваемая мощность не должна превышать 20 мВт. На рис. 2 представлен один из возможных примеров использования датчика.

Sch TCTR

Рис. 2. Схема термоконтроля, использующая внутренний датчик ГИС (RK1)

Схема питается напряжением 12 В и обеспечивает две ступени термоконтроля: первая собрана на ОУ DA1a и имеет только визуальную индикацию нагрева радиатора до 57 ... 60 0С (светодиод LD1), вторая ступень (ОУ DA1b) включает индикацию (светодиод LD2) и вентилятор принудительного обдува радиатора по достижении температуры 72 ... 75 0С. Изменением сопротивлений R3 и R5 можно сместить порог срабатывания первой и второй ступени соответственно.

 Зависимость температуры включения компараторов от сопротивления резистора R3 (R5)
 Температура
Сопротивление R3 (R5)
55 0С 3K39
60 0С 2K87
65 0С 2K46
70 0С 2K1
75 0С 1K81
80 0С 1K57
85 0С 1K36
90 0С 1K18

Резисторы R6 и R7 обеспечивают гистерезис около 10 градусов в работе каждого из компараторов. При увеличении сопротивлений этих резисторов гистерезис уменьшается. Например, при R6 или R7 равным 100 кОм, данное значение будет около 5 град. Транзистор Q1 – практически любой N-канальный MOSFET с током не менее 500 мА. Резистор RK1 – это тот самый терморезистор, расположенный внутри STK411-240E.

При креплении к радиатору корпус ГИС изолировать не требуется. При этом сам радиатор желательно подключить к общему проводу.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ должен иметь 4 выходных напряжения: ± VL и ± VH. Пример схемы с использованием классического трансформатора показана на рис. 3.

 Sch PS

Рис. 3. Источник питания усилителя, работающего в классе G

Указанные на схеме напряжения рекомендованы для усилителя, работающего с нагрузкой 8 Ом. Мощность трансформатора T1 должна быть не менее 150 Вт, оптимально 200 Вт. RK1 – мощный NTC термистор, предназначенный для ограничения пускового тока блока питания.

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА выполнена в ПО Designer Spark PCB 8.1 и имеет размеры 95.9 x 58.4 мм. На нижней части находится гибкая перемычка проводом 0.5 мм2. Резистор R1A для надежности дублирует R1.

PCB1

Рис. 4. Схема подключения усилителя

Все SMD резисторы типоразмера 1206, SMD конденсаторы 0805 с диэлектриком NPO (X7R, X5R, Y5V и прочее настоятельно не рекомендуется). Электролитические конденсаторы в цепи питания диаметром 13 мм, остальные диаметром 6.3 мм. Клеммники типа DG127 или XY304 с шагом 2.54 мм.

Файл печатной платы, а так же монтажные карты в хорошем качестве находятся в архиве ниже. 

zip icon      STK411-240E.pcb (86 KB)

ПЕРЕВОД ИЗ КЛАССА G В КЛАСС AB

Все STK, работающие в высокоэффективном режиме G, имеют встроенный коммутатор питания, на который подаются два двуполярных напряжения: VH и VL. Перевод в режим AB осуществляется довольно просто — достаточно отключить низковольтное питание VL и подключить туда высокое напряжение VH (рис. 5). При этом следует убедиться что конденсаторы, ранее находящиеся в цепи VL, имеют соответствующий допуск по напряжению.

PCB2

Рис. 5. Схема подключения усилителя для работы в режиме AB

Для чего нужно переводить усилитель в режим AB? Во-первых, такой нехитрый мод может значительно улучшить качество звучание усилителя на средних и высоких мощностях за счет отсутствия коммутационных искажений при срабатывании компараторов переключения питания. Но при этом мы сильно проигрываем в эффективности: даже на малой мощности нагрев усилителя будет значительно выше, что повлечёт за собой необходимость увеличения площади радиатора. Во-вторых, можно использовать более простой, а значит и более дешевый, блок питания.

Copyright © Вашкалюк Н.Н., 2020

Перепечатка (копирование) статьи или ее части только с разрешения автора.

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

Усилитель 2 x 22 Вт на TA8210A

TA8210A SmallВ данной статье пойдет речь об автомобильном усилителе, построенном на TA8210A производства Toshiba. Особенностью данной микросхемы является низкое тепловое сопротивление с внешним радиатором, высокая надежность и отличное звучание.

Микросхема TDA7388. Часть 1 – описание и характеристики

TDA7388 Small

Микросхема TDA7388 представляет новую технологию четырехканальных (4 x 45 Вт) усилителей мощности класса AB для систем HI-END в автомобильных приложениях.

Благодаря полностью комплементарной структуре PNP/NPN выходной сигнал TDA7388 может практически достигать значения питающего напряжения (Rail to Rail) без применения вольтодобавочного конденсатора.

HI-END усилитель мощности F5. Часть 1

F5preПредставляем Вашему вниманию перевод статьи, посвященной мощному усилителю класса А категории HI-END: F5 от замечательного разработчика Нельсона Пасса. В статье описан принцип работы усилителя плюс небольшой учебный материал для новичков.


О нас

Мы являемся небольшой компанией, специализирующейся на разработке и производстве высококачественного HI-FI аудиооборудования.
Первые модели усилителей и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) под маркой Mariolla появились в 2008 году. За эти годы мы накопили огромный инженерный опыт, позволяющий сегодня решать самые смелые технические задачи и производить лучшее (по соотношения цена-качество) оборудование для меломанов и аудиофилов.


400075, г. Волгоград, ул. Жигулевская 14

+7-961-689-4178 Билайн

+7-917-643-0311 МТС, Viber, WhatsApp

ICQ 440-096-339

VNN84@yandex.ru

ПН-ПТ: 10:00 - 21:00 GMT+3


Мы всегда рады Вашему звонку!