Усилитель direct digital своими руками
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 19.09.2024
Подошло время к разводу ТВ кабеля. У меня планируется много телевизоров. До города 40км. До транслятора еще дальше. Задача обеспечить телевизоры устойчивым приемом DVB-T2 сигнала. Буду использовать делители сигнала, которые еще ослабят сигнал принятый антенной. Появляется необходимость использовать антенный усилитель DVB-T2. Так как частоты обоих пакетов DVB-T2 лежат в диапазоне ДМВ, то антенну присмотрел направленную, пассивную под ДМВ диапазон с коэффициентом усиления 14дБ.
Большое расстояние до транслятора и деление сигнала на несколько телевизоров сильно ослабит сигнал, поэтому без антенного усилителя ДМВ он же усилитель DVB-T2 не обойтись. Решил сделать антенный усилитель для DVB-T2 своими руками и посмотреть, что из этого получиться.
Так как стандартные делители сигнала в том числе и те что приобрел я не пропускают электрический ток, питание усилителя по кабелю не подойдет (или питание нужно пустить по кабелю до делителя).
Схема двухкаскадного малошумящего антенного усилителя DVB-T2.
Усиление от 30дБ в зависимости от выбранных транзисторов. Питание усилителя 12 вольт.
Я использовал транзисторы BFR193. Они очень дешевые и обладают хорошими характеристиками. Высокий коэффициент усиления 50-200. Высокая граничная частота работы до 8000МГц. SMD исполнение. Обладают низким уровнем собственного шума.
Конденсаторы керамические. Выводы конденсаторов и резисторов делаем, как можно короче. Можно использовать SMD, я просто делал из того что было под рукой.
Катушка L1 делается из отрезка медного провода длиной 3,5см диаметром 0.8мм. Ее диаметр 4мм и содержит два с половиной витка. Я намотал ее на гладкой части сверла 3,3мм (сама катушка получиться около 4мм).
Изготовление антенного усилителя DVB-T2 (ДМВ) своими руками.
Плату можно изготовить без травления, просто вырезав контактные площадки. Смотрим рисунок.
Плату делаем из двухстороннего стеклотекстолита. Верхний и нижний слои соединяем четырьмя штырями и припаиваем.
Блок питания я использовал трансформаторный, чтобы меньше помех гнал, со стабилизацией напряжения на 12 вольт. Усилитель потребляет около 12мА.
У меня все сразу нормально заработало без настройки. Настройка сводиться в подборе резисторов R1 и R3 так чтобы токи на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 были 3,5мА и 8мА соответственно.
Испытания провел на работе. В глубине помещения. Двор колодец. В качестве антенны кусок провода ШВВП. Результат без усилителя – ничего не показывает вообще. Подключаю усилитель и как любят говорить в рекламе, результат превзошел все мои ожидания, стабильная картинка без намека на срыв.
Список деталей самодельного антенного усилителя DVB-T2 (ДМВ).
При всем разнообразии схемотехнических решений, применяемых в усилителях звука, между ними можно без труда проследить преемственность и постепенное, эволюционное развитие. Сначала был класс А, потом В, потом АВ и все следующие за ним, которые по сути своей являются дальнейшим развитием класса АВ или А со всеми прилагающимися к этому достоинствами и недостатками. Но как же хорошо, что среди производителей Hi-Fi есть настоящие новаторы, которые не боятся внедрять смелые технологические решения! Иначе мы с вами никогда бы и не узнали о существовании усилителей класса D.
История
В самом начале, когда велись главным образом теоретические изыскания, судьба класса D казалась безоблачной. Его расчетные характеристики в буквальном смысле достигали предела совершенства. Однако, первая коммерческая реализация 1964 года выявила массу слабых мест, главное из которых — невозможность добиться по-настоящему достойного качества звучания на элементной базе того времени.
Производители не оставляли надежд, и в семидесятых годах попытки вывести усилители класса D на рынок предпринимали такие гиганты Hi-Fi-индустрии, как Infinity и Sony. Обе затеи провалились по той же самой причине, что и в первый раз. Подходящие по быстродействию и классу точности транзисторы стали производиться серийно лишь в восьмидесятых годах, после чего качественная реализация усилителей класса D и стала реальностью. В наше время усилители класса D можно встретить в совершенно различных устройствах: от смартфонов и бытовой аппаратуры до студийного оборудования и High End-систем.
Принцип работы
В основе принципа работы усилителей класса D и любых его модификаций, в том числе имеющих самостоятельные буквенные обозначения (классы T, J, Z, TD и другие), лежит принцип Широтно-Импульсной Модуляции или, сокращенно, ШИМ. Модуляция сигнала как метод существует довольно давно и используется как способ хранения и передачи информации. Суть ее заключается в том, чтобы модулировать полезным сигналом некую несущую частоту. Частота выбирается таким образом, чтобы ее было удобно передавать или записывать на носитель. Процесс воспроизведения подразумевает обратную последовательность: выделение полезного сигнала из модулированной несущей частоты. По такому принципу работает и цифровая техника, и радиосвязь, и теле-радиовещание. Тонкость состоит в том, что в случае с ШИМ преследуется совершенно иная цель. Модуляция позволяет привести сигнал в такой вид, чтобы его усиление было максимально простым и эффективным процессом.
В основе схемотехники класса D лежит генератор СВЧ-импульсов (исчисляемых сотнями МГц) несущей частоты и компаратор — устройство, модулирующие эти импульсы, соответственно форме входящего аналогового сигнала. Далее все просто. Модулированный сигнал имеет форму импульсов равной амплитуды, но разной продолжительности, которые усиливаются с помощью пары симметрично включенных быстродействующих транзисторов типа MOSFET. Далее в схеме используется простейший LC-фильтр, демодулирующий усиленный сигнал, а также отсекающий несущую частоту и сопутствующий высокочастотный шум.
Все, что требуется в таком режиме от транзистора — максимально быстро реагировать на изменение уровня сигнала, а поведение его на промежуточных значениях амплитуды не имеет значения. Кроме того, данный режим работы транзистора крайне положительно сказывается на энергоэффективности усилителя, доводя его теоретический КПД до 100%.
Именно по этой причине цифровые входы интегрированных усилителей, работающих в классе D, используют вполне традиционную схему ЦАПа, с аналогового выхода которой сигнал и поступает на вход платы усилителя мощности. Таким образом, аналоговый сигнал является основным и естественным входящим сигналом для усилителей класса D.
Впрочем, существуют и исключения, которые, если разобраться более детально, ничего не меняют в общей картине, а лишь дополняют типовую схемотехнику класса D. Небезызвестный Питер Лингдорф, еще будучи разработчиком в компании NAD, успешно реализовал схему прямого преобразования PCM-потока напрямую в формат ШИМ без традиционной процедуры цифроаналогового преобразования. Эта технология получила название Direct Digital, или говоря по-русски: прямое усиление цифрового сигнала.
Таким образом удалось сократить протяженность и понизить сложность звукового тракта, а единственное цифроаналоговое преобразование в подобной схеме производится непосредственно перед акустическими клеммами. Однако стоит заметить, что для работы такого усилителя с аналоговым сигналом он должен также иметь и классический входной каскад, использующийся в традиционных усилителях класса D.
Плюсы
Главный плюс усилителей класса D, ради которого и затевалась история с модуляцией сигнала — энергоэффективность. Причем и в теоретических выкладках, и в реальных цифрах это дает такой прирост КПД, с которым хоть как-то может сравниться разве что переход от класса А к классам В и АВ, а все достижения класса G и прочих на его фоне кажутся довольно слабой попыткой.
Работая в импульсном режиме, половину времени транзистор проводит в полностью закрытом состоянии, а значит имеет нулевой ток покоя и не потребляет энергии. При этом в момент включения транзистор работает на полную мощность, перенаправляя всю энергию, поступающую от блока питания, на выход усилителя.
В итоге, эти самые теоретические 100% КПД при практической реализации дают действительно превосходные значения порядка 90–95%. А поскольку лишь единицы процента энергии расходуются на нагрев транзисторов, радиаторы можно использовать исчезающе малого размера. Для получения на выходе 100–200 Вт на канал усилитель класса АВ должен иметь радиаторы, занимающие одну или обе боковых стенки корпуса, а усилитель класса D обойдется кусочком алюминия размером в один-два спичечных коробка.
Кстати, то же самое можно сказать о размере платы усилителя мощности: в классе D она получается в разы компактнее, даже если собирается не на микросхемах, а на дискретных элементах. Ну и в завершение всего, усилители класса D имеют меньшую себестоимость, нежели сопоставимые по мощности модели других классов. Впрочем, последнее касается скорее DIY-проектов — производители же предпочитают вкладывать сэкономленные деньги в повышение качества звучания и прочие усовершенствования, тем более что в классе D и вправду есть что улучшать.
Минусы
Обладая совершенно убийственными преимуществами, класс D не завоевал рынок Hi-Fi целиком и полностью лишь потому, что имеет свои слабые места, которые для многих ценителей качественного звука выглядят куда более значительными, нежели энергоэффективность. Наличие в схеме высокочастотного генератора само по себе является потенциальным источником электромагнитных помех, негативно влияющих на звучание самого усилителя и на работу соседствующих с ним компонентов звукового тракта.
Неподготовленный слушатель, возможно, не заметит данного эффекта или не придаст ему значения, но в индустрии Hi-Fi и High End, когда всякая мелочь имеет значение, такое соседство не приветствуется и вынуждает инженеров совершенствовать фильтрующие схемы и идти на прочие ухищрения, чтобы исключить влияние вредоносного СВЧ-генератора несущей частоты на воспроизводимый аудиосигнал.
Высокий КПД усилителей класса D стал причиной одной специфической особенности: высокой зависимости качества и характера звучания от блока питания. Если производитель решит использовать импульсный источник питания и не озаботится достаточным количеством фильтрующих схем, часть шумов обязательно проникнет в колонки и подпортит впечатление от звучания. Плохой блок питания, конечно, и классу АВ на пользу не пойдет, но именно в классе D эта проблема проявляется наиболее остро.
Особенности
Описание плюсов и минусов схемотехники класса D дают совершенно недвусмысленные намеки на то, чем в первую очередь должны заниматься разработчики, которые стремятся добиться от усилителей максимального качественного звука.
Проблему питания усилителей класса D разработчики решают двумя способами. Одни идут проверенным путем, используя классические линейные блоки питания с огромными тороидальными трансформаторами и прочими классическими решениями. Но есть и другой путь, которым идет меньшая часть разработчиков. При должном умении вполне можно создать малошумящий импульсный блок питания, пригодный для установки в усилителях высшего класса качества. И именно они способны дать фору самым мощным и солидным линейным блокам питания за счет лучшего КПД и быстродействия, а как следствие — лучшей динамики звучания и мгновенной реакции усилителя на большие перепады уровней сигнала.
Что же касается специфики работы самого усилителя класса D, его схемотехника обеспечивает существенно более высокий коэффициент демпфирования в сравнении с классом АВ и другими схемотехническими решениями. Это гарантирует не только стабильную работу со сложной нагрузкой, быстрый, четкий бас и большой динамический диапазон, но также обеспечивает меньший уровень искажений, отсутствие каши, вялой атаки или смазывания фронтов и самое главное — способность усилителя одинаково справляться с совершенно разноплановой музыкой.
Практика
Почетная обязанность отстаивать честь усилителей класса D в нашем исследовании выпала усилителю Marantz PM-KI RUBY. Этот аппарат имеет образцово-показательную компоновку, демонстрирующую, как нужно создавать современные усилители. Два модуля Hypex NCore 500, работающие в классе D, питаются от специального малошумящего импульсного блока питания. При этом в конструкции усилителя присутствует классический предварительный каскад, выстроенный на дискретных элементах, согласно фирменной технологии HDAM от Marantz, которая использовалась и в традиционных усилителях класса АВ.
Предварительный каскад питается от линейного блока питания, тороидальный трансформатор которого, судя по размерам, имеет многократный запас мощности, чтобы никоим образом не повлиять на динамику и чистоту звучания. Другими словами, в одном корпусе сочетаются два подхода: классический для предварительного усилителя и современный для усилителя мощности.
Все это обильно приправлено типичным для High End-моделей вниманием к мелочам вроде омедненного шасси, улучшенной виброразвязки, сокращения путей сигнала, симметричной топологии плат, строгого отбора деталей по параметрам и т.п.
В результате, мы имеем едва ли не самый совершенный с технической точки зрения аппарат с коэффициентом демпфирования 500, искажениями менее 0,005% и энергопотреблением 130 Вт при выходной мощности до 200 Вт на канал при 4 Ом нагрузки. Впрочем, всякую претензию на совершенство в мире звука надлежит проверить практикой.
Подключение к усилителю Marantz PM-KI RUBY акустики разной мощности, с разной чувствительностью и разным импедансом дало вполне ожидаемый результат: отсутствие какой либо выраженной реакции на изменение этих параметров. С любой стереопарой усилитель справлялся одинаково уверенно.
Даже на самой сложной нагрузке и на высокой громкости на удивление стабильно воспроизводились нижние ноты контрабаса — они звучали абсолютно четко, без гула, с натуральной передачей ощущения вибрирующей струны и откликающейся на эту вибрацию деки инструмента. Одним словом, все происходило ровно так, как и должно происходить с усилителем, имеющим заявленное сочетание мощности и коэффициента демпфирования.
Выводы
Все основные преимущества класса D вполне подтверждаются практикой. Но если с точки зрения энергопотребления и других измеряемых характеристик ситуация абсолютно очевидная и бесспорная, звучание по-прежнему остается вопросом дискуссионным. Класс D в чистом виде дает максимально качественный и, как следствие, — нейтральный, не окрашенный звук. Такое придется по вкусу далеко не всем и с наименьшей степенью вероятности порадует тех, чьи предпочтения формировались через прослушивание ламповой и прочей ретро-техники. С этой точки зрения разработчики Marantz продемонстрировали житейскую мудрость, придав своему усилителю фирменный характер звучания путем установки оригинальных модулей предварительного усиления. Одновременно с этим существуют другие производители, в том числе адепты максимально точного и нейтрального звучания, которые используют потенциал класса D, согласно своим представлениям о прекрасном.
В целом же, вывод такой: если производитель не экономил на ключевых элементах схемы, в результате мы получаем усилитель максимально близкий к совершенству. Остальное — дело вкуса.
Сегодня мы рассмотрим как на одной микросхеме сделать усилитель мощности звука для телевизора
Цифровые телевизоры обеспечивают прекрасное изображение, но звуковое сопровождение передач, особенно в недорогих телевизорах, оставляет желать лучшего.
В старых ламповых телевизорах была плохая картинка, но громкий и четкий звук. Большие динамики стояли на лицевой панели телевизора и были направлены на зрителя. В новом, например, ВВК динамики спрятаны внизу телевизора и направлены в пол. Стоит поставить телевизор на салфетку, как звук буквально уходит в подушку. Кроме того, маленькие динамики, без схемных ухищрений, по определению не могут воспроизводить низкие частоты (бас). Такие динамики называли пищалками.
И, наконец, корпус телевизора! Раньше он делался из дерева, а теперь это пластмасса, что тоже ухудшает акустику.
В результате звучание получается хрипловатым и визгливым, особенно на высокой громкости, которой тоже явно не хватает.
Вот, что пишут об этой проблеме покупатели.
Можно, конечно, купить эту колонку, но придется заплатить 2675 рублей, а самый дешевый телевизор bbk стоит около 5000р.
Получается, что мы заплатим за изображение 5000 рублей и отдельно за звук 2675 рублей. Стоило ли тогда покупать дешевый телевизор?
Но, есть другой способ решить проблему – сделать приставку самостоятельно.
Попробуем просто и доходчиво показать, что сделать ее сможет даже совсем не искушенный в радиотехнике человек.
По существу, такая приставка- это усилитель звука. Мы выбрали одну из простых схем, хорошо зарекомендовавших себя в работе.
Вот перечень деталей для сборки одной из двух предложенных ниже схем. В перечне указано обозначение детали на схеме, ее общий вид и торговое обозначение (для магазина).
В перечне нет необходимой для приставки детали — -динамика.
Покупать его бессмысленно. Очень дорого. Если вы, при замене телевизора, еще не выбросили старый, то вам повезло. Динамик, который можно снять с него – это то, что надо.
Теперь об изготовлении. Ключевой элемент усилителя— микросхема TDA 2003 разработана для установки на печатную плату.
В таком виде использовать микросхему для навесного монтажа невозможно, поэтому доработаем ее. Выпрямим ножки и к каждой из них припаяем удлинители. Их можно изготовить из нескольких витков тонкой проволоки, навитой на иголку.
Микросхему установим на плоский радиатор 1, выполненный из алюминиевой пластины толщиной 4…6 мм. и площадью не меньше десяти квадратных сантиметров. Площадь это суммарный размер пластины с обеих сторон.
На эту же пластину установлен регулятор громкости 2. При достаточно больших размерах пластины такой радиатор может служить лицевой панелью усилителя.
Монтаж усилителя выполнен на монтажной колодке ПС10-10. Можно подобрать что- то подобное. У радиолюбителей в развалах наверняка найдется. Ошибиться в сборке практически невозможно. Нужно просто припаять детали в гнезда колодки, руководствуясь монтажной схемой. Не забудьте о перемычке! Именно из- за нее часто не работает усилитель.
Ниже показаны две монтажные схемы. Одна – только что описанная – вторая упрощенная без регулятора громкости. Действительно, можно обойтись без регулятора, так как громкость в самом телевизоре регулируется с пульта. Чтобы усилитель по этой схеме не заорал при включении, предварительно максимально уменьшите громкость на пульте телевизора.
Можно немного уменьшить усиление изменив соотношение резисторов 10 и 1000 ом. Коэффициент усиления К= 1+ 1000/10. Увеличив резистор 10 ом мы уменьшим усиление.
Была проверена еще более простая схема усилителя на той же микросхеме. Полная наверху и упрощенная снизу.
Основной вариант, первая схема, понравилась больше. Лучше звук.
Мощность усилителя существенно зависит от сопротивления звуковой катушки динамика. При сопротивлении 8 ом мощность-2.5ватт, при 4 омах – 5 ватт, а для 3.2 и 2 омах – 8 и 10 ватт. Для телевизионного усилителя с избытком достаточна мощность 2.5 вт., то есть стоит применять динамики с сопротивлением катушки 8 ом. Это, кроме всего прочего, снизит нагрев радиатора.
Динамик обычно помещают в отдельном от усилителя корпусе. Там же стоит поместить и блок питания (выпрямитель). В таком варианте усилитель можно соединить с блоком питания трехпроводным шнуром, который применяется во всех бытовых аппаратах.
На последнем фото показан усилитель, собранный по описанной технологии.
Собрать усилитель за несколько минут без всякой пайки можно на колодке ЗВИ-3 1-2.5кв.мм 12пар ПВХ ИЭК UZV3-003-04
Детали, в процессе налаживания, легко заменять, что трудно сделать в паяном варианте. Чтобы избежать окисления контактов всю конструкцию можно залить герметиком. Не ремонтоспособно?
Невелика беда. Весь комплект деталей стоит 160р.
Автор статьи “Усилитель звука для телевизора своими руками” Георгий Меньшиков
Схема УНЧ на микросхеме TDA1013
Тщательно изучив интересующий объект, выпаять по периметру детали сопредельных узлов. Мало того, что они не нужны, они мешают.
И вот, наконец, нужное добыто. Осталось припаять несколько проводов. Чтобы понять каких и куда, находим паспорт той микросхемы TDA1013. Нужна схема подключения.
Припаиваем всё необходимое, но перед этим не забываем подработать платку по периметру напильником.
Подсоединяем штатный (от разобранного телевизора) динамик, подключаем источник звука (любой, но помним про 44-69 mV), блок питания подойдёт на 12V и 100 mA (лучше конечно 14V).
Видео - УМЗЧ из ТВ
Форум по обсуждению материала УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА ИЗ ТЕЛЕВИЗОРА
Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.
В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.
Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.
Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.
Читайте также: