Стрелочный индикатор уровня звука на К157УД2. Микросхема К157УД2 схема включения Усилитель низкой частоты на микросхеме TDA7384

Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя
“Усилитель низкой частоты на микросхеме TDA7384″

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю вам первую конкурсную работу (второго конкурса сайта) начинающего радиолюбителя Ruslana Volkova :

Усилитель низкой частоты на микросхеме TDA7384

Всем радиолюбителям привет!

Представляю Вам свою первую работу:
“Усилитель низкой частоты на микросхеме TDA7384″

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA7384, содержащей четыре идентичных УНЧ по 40 ватт.

Технические характеристики усилителя:
Uпит……………….9-18 V
F выхода………….20-20000Hz
I покоя…………….250mA
I потр. макс………10А

Микросхему я выпаял из сломанной магнитолы “Kenwood”, модель, уже, не помню какая. Для начала нашел в “инете” datasheet на TDA7384. Потом определился, где я буду использовать этот усилитель, и приступил к созданию затеянного.
Первым делом выпаял из старых плат нужные детали, затем нашел в интернете печатную плату TDA 7384.lay и приступил к делу.

Схема усилителя низкой частоты на TDA7384:

Печатная плата усилителя в формате.Lay:

Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Конструкция предусматривает подключение усилителя как к стереофоническому источнику, с последующим раздвоением каждого канала, так и к квадрофоническому источнику.
Квадрофонический источник необходимо подключать к входам Вход 1, Вход 2, Вход 3, Вход 4.
Стереофонический источник подключается к замкнутым контактам Вход 1/Вход 2 и Вход 3/Вход 4:

Схема подключения усилителя в режиме “Стерео”

Микросхему нужно установить на теплоотвод площадью не менее 400 кв. см или 150-200 кв. см с кулером!
Выполнив вышесказанные условия, получилась вот такая плата с радиатором и кулером от старого ПК:

Плата получилась не очень, делал при помощи принтера, утюга и хлорного железа.

Вход на усилитель стерео (подключается к замкнутым контактам Вход 1/Вход 2 и Вход 3/Вход 4), выход – квадрофонический (необходимо подключать к входам Вход 1, Вход2, Вход3, Вход4), маленький штекер – питание кулера = 12 вольт:

Теперь надо найти для него 12 вольтовый источник питания. Я использовал блок питания от компьютера, так как он достаточно мощный и занимает мало места.

Удалил все не нужные провода, оставив 12 вольт – жёлтый провод (у меня красный) и запуск БП – зелёный провод:

Подключил БП к усилителю, ничего не задымилось, значит всё сделано правильно, можно пробовать подключать колонки (звуковой сигнал я взял от ПК):

Передние: задние:

Подключил, всё заработало, УРА!!! Но громкость на передних и задних колонках разная, что делать?

Порывшись в “инете”, нашёл схему предварительного усилителя на микросхеме К157УД2, её можно заменить на К157УД3:

Нарисовал на листе бумаги А4 будущую плату с подбором нужных деталей:

После этого отсканировал и отредактировал в программе Paint Net, вот что получилось:

Я думаю, что получилось не хуже чем в других программах. Такой способ будет полезным тем, у кого не получается работать в программах созданных для рисования плат.
Вот что у меня получилось:

Плата получилась немного лучше предыдущей, я думаю что всё дело в хлорном железе, буду пробовать травить платы в чём то другом.

Если будете использовать четыре канала на входе усилителя, нужно будет сделать две такие платы, регулировка будет на все четыре канала. В моём варианте регулировка осуществляется одновременно по двум передним и по двум задним колонкам.

Собираем всё в подходящий корпус и подключаем:

После подключения построчными резисторами R7, R8 регулируем громкость на колонках и пользуемся.
Чтобы не разбирать усилитель, при подключении других колонок, или другого входного звукового сигнала, подстрочные сопротивления можно заменить на переменные и вывести их на переднюю панель.

Описанный в УМЗЧ высокой верности разрабатывался для субъективной экспертизы звучания цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков (ПКД).

При проведении экспертизы к выходу УМЗЧ подключались мощные высококачественные акустические системы (АС), а его вход соединялся С выходом ПКД с целью обеспечения минимальных фазовых и нелинейных искажений, а также снижения уровня шумов посредством простейшего резистивного делителя напряжения, в качестве которого использовался проволочный переменный резистор СП5-21-А-2 сопротивлением 15 кОм.

Этим делителем можно установить громкость 90—94 фон, необходимую для проведения субъективной экспертизы, поскольку при такой громкости обеспечивается нормальный баланс спектра и нет необходимости в дополнительной частотной коррекции. В дальнейшем регулировка осуществлялась только при смене типа АС или отличии номинального выходного напряжения испытуемого ПКД от стандартного (2 В эфф).

При использовании описанного УМЗЧ в качестве базового усилителя высококачественного звуковоспроизводящего комплекса его необходимо дополнить тонкомпенси-рованным регулятором громкости и регулятором тембра, имеющим чувствительность 150...200 мВ. Описание такого блока регулировки, разработанного автором, и приводится в публикуемой ниже статье.

Основные технические характеристики

• Входное сопротивление, кОм - 150
• Номинальное входное напряжение, мВ - 150
• Номинальное выходное напряжение, м В - 800
• Относительный уровень собственных шумов: взвешенное значение - 94дБА, невзвешенное значение - 88дБ
• Глубина регулирования громкости, дБ - 36
• Глубина регулирования тембра, дБ + 10...—10
• Коэффициент гармоник, %, при номинальном уровне ВЫХОДНОГО сигнала.<0,001 %
• Перегрузочная способность, дБ 4-18.

Принципиальная схема и принцип работы

Принципиальная схема блока приведена на рис. 1. Первый его каскад собран на ОУ DA1.1 (DA2.1) и выполняет функции регулятора стереобаланса. Резистором R21 коэффициент усиления каждого канала можно изменять в пределах ±4 дБ.

Второй каскад блока собран на ОУ DA1.2 (DA2.2) и представляет собой модификацию активного тонкомпенсирован-ного регулятора громкости, подробно описанного в .

Принцип частотной компенсации этого регулятора в области НЧ основан на изменении при регулировании громкости постоянных времени цепей ООС, охватывающих ОУ — C3R5R7.1 и R7.1R9C6 (C15R26R7.2 и R7.2R30C18), а также изменении АЧХ частотно-зависимого делителя R5R6C4 (R26R27C16) при перемещении движка регулятора громкости R7.1 (R7.2).

Частотную компенсацию в области высших частот обеспечивает цепь C5R8 (C17R28), включенная параллельно части резистора R7.1 (R7.2). В крайнем левом (по схеме) положении движка R7.1 (R7.2) выполняется условие C3R5 = C6(R9+R7.1) (C15R26 = C18(R30+R7.2)).

Принципиальная схема высококачественного регулятор громкости, баланса и тембра ВЧ/НЧ.

Цепь C4R6 (C16R27) зашунтирована согласно принципу виртуального замыкания входов ОУ, а цепь C5R8 (C17R28) шунтирует соответствующая секция резистора R7.1 (R7.2), поэтому каскад имеет единичный и частотнонезависимый (в звуковом диапазоне) коэффициент передачи.

АЧХ, формируемые каскадом в крайних и среднем положениях регулятора громкости R7, показаны на рис. 2 и мало отличаются во всем диапазоне регулирования от идеальных кривых тонкомпен-сации, построенных на основании кривых равной громкости Флетчера — Мансона .

Особенность описанного регулятора громкости — близкая к экспоненциальной зависимость коэффициента передачи на средних частотах при линейной функциональной зависимости сопротивления от угла поворота оси резистора R7.

Это обеспечивает максимальную плавность регулирования, так как повороту оси на один и тот же угол соответствуют равные приращения громкости. Электронные коммутаторы на транзисторах VT1.1. и VT1.2 (VT1.3 и VT1.4) позволяют отключить тонкомпен-сацию.

На ОУ DA3.1 (DA3.2) выполнен активный регулятор тембра низших R13.1 (R13.2) и высших R14.1 (R14.2) частот . На рис. 3 показаны АЧХ, формируемые этим каскадом в разных положениях регуляторов. Как видно из рисунка, максимальная глубина коррекции составляет 10 дБ, что вполне достаточно для звуковоспроизводящего комплекса высокой верности.

В то же время ограничение глубины коррекции позволило уменьшить рассогласование АЧХ и ФЧХ правого и левого каналов до уровней соответственно не более 0,2 дБ и 3 град, в диапазоне частот 20...20 000 Гц в любом положении регуляторов (то же самое относится и к регулятору громкости), что важно для сохранения неизменного положения кажущихся источников звука при натуральном стереозвучании.

Применение активных регуляторов громкости и тембра позволило обеспечить требуемый динамический диапазон устройства в целом достаточно простыми средствами.

Для измерения коэффициента гармоник применялась методика с подавлением первой гармоники, описанная в . На рис. 4 приведены спектрограммы сигнала на выходе блока регулировки громкости и тембра при подаче на его вход сигнала от генератора, спектр которого показан на рис. 5 (первая гармоника частотой 1 кГц на обеих спектрограммах подавлена на 60 дБ).

Относительный уровень наибольшей второй гармоники составляет —108 дБ, что соответствует коэффициенту нелинейных искажений по второй гармонике 0,0004 %, а с учетом высших гармоник общий коэффициент гармоник не превышает 0,001 %.

Вследствие падения петлевого усиления ОУ на высших звуковых частотах уровень интермодуляционных искажений устройства несколько выше. На рис. 6 показаны спектрограммы выходного сигнала при подаче на вход устройства суммы двух синусоидальных напряжений частотой 19 и 20 кГц.

На спектрограмме уровни полезных составляющих (19 и 20 кГц) подавлены на 45 дБ, относительный уровень интермодуляционной составляющей разностной частоты (1 кГц) равен —92 дБ, что соответствует коэффициенту интермодуляционных искажений 0,0025 %.

Конструкция и детали

Блок регулировки питается от стабилизаторов напряжения, выполненных на транзисторах VT2, ѴТЗ и стабилитронах VD2, VD3 и подключенных непосредственно к шинам нестабилизированного источника питания УМЗЧ.

В устройстве применены постоянные резисторы MJ1T-0,125, сдвоенные переменные проволочные прецизионные резисторы СП5-21А-2 (R7, R13, R14) и СП5-21Б (R21). С несколько худшими результатами можно применять СПЗ-30г (R7, R13, R14) и СПЗ-30а (R21). В этом случае разбаланс громкости и АЧХ не будет превышать 2 дБ. В качестве оксидных конденсаторов используются К50-16, остальные КМ-4, КМ-5, КМ-6, К73-11.

Номиналы всех постоянных резисторов и конденсаторов СЗ-С6, С9, С15-С18, С21 не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 5 %, конденсаторов С8, С10, С20, С23 - более чем на 10 %, остальных — на 20...80 %.

Замена ОУ К157УД2 на другие нежелательна ввиду их хороших шумовых свойств и высокой линейности, а также возможности работать на сравнительно низкоомную нагрузку.

Оба канала устройства собраны на печатной плате из стеклотекстолита. Рисунок печатных дорожек показан на рис. 7, а, а расположение деталей — на рис. 7, 6.

При пониженных требованиях к разбалансу громкости АЧХ и ФЧХ пределы регулирования громкости и тембра могут быть расширены.

Так, чтобы довести глубину регулирования громкости до 60 дБ, следует изменить номиналы четырех резисторов (R6 = R27 = 470 Ом, R9—R30= 1 кОм) и двух конденсаторов (С4 = С16 = 1 мкф), а чтобы увеличить пределы регулирования тембра до ±16 дБ, нужно уменьшить сопротивления восьми резисторов (R15 = R16 = R33 = R34 =300 Ом, R12—R17 = R32 = R36 = 2,7 кОм).

Печатная плата для высококачественного регулятора громкости, баланса и тембра.

Налаживание

Налаживания правильно собранный блок регулировки громкости и тембра не требует. Печатные платы темброблока поставляются кооперативом «Маяк» (см. «Радио» 1990, № 7, с. 80).

Н. СУХОВ. г. Киев, Украина.

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55— 57.
2. Сухов Н., Бать С., Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 27, рис. 2.8. 6.
3. Newcomb A., Young R. Practical loudness: ап active circuit design approach.— Journal of the Audio Engineering Society, 1976, Vol. 24, N I, pp. 32—35, fig. 1.
4. Сухов H., Бвть С., Колосов В., Чупаков А. Техника высоко-качественного звуковоспроизведения.— Киев: Тэхника, 1985, с. 35, рис. 2.17.
5. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 7, с. 59, рис. 7.

Промышленность выпускает микросхемы, которые в одном корпусе содержат два операционных усилителя, в частности К157УД2. Хотя микросхема предназначена для низкочастотных устройств, она неплохо работает в радиоприемниках прямого усиления на СВ и ДВ и, что очень важно, при низком напряжении питания 2...3 В. Это позволяет построить миниатюрный радиоприемник, который не нуждается в предварительном макетировании. Схема такого приемника приведена на рис. 19.12. Для простоты приемник имеет фиксированную настройку на одну радиостанцию, наиболее лучше слышимую в данной местности. Можно конечно ввести и плавную настройку на радиостанцию, установить конденсатор переменной емкости, как в предыдущей конструкции приемника, но тогда габариты приемника возрастут. Ток, потребляемый приемником, составляет около 3 мА.

Рис. 19.12. Принципиальная схема радиоприемника на микросхеме К157УД2

Приемник содержит: входные цепи, усилитель радиочастоты, диодный детектор, усилитель звуковой частоты. Входные цепи приемника состоят из магнитной антенны WA1 и катушки связи с усилителем радиочастоты на операционном усилителе DA1.1. Сигнал радиостанции, выделенный входным контуром L1, С1, через катушку связи и конденсатор С2 поступает на вход ОУ DA1.1 (УРЧ). После усиления сигнал с вывода 13 подается на детектор, собранный на диодах VD1, VD2, включенных по схеме удвоения выходного напряжения. Нагрузкой детектора по постоянному току служит обратное сопротивление его диодов. С выхода детектора сигнал звуковой частоты через разделительный конденсатор С6 поступает на вход усилителя звуковой частоты, собранного на ОУ DA1.2. С выхода УЗЧ сигнал через конденсатор С8 подается на наушники BF1.

Детали

Детали в приемнике используются малогабаритные. Резисторы МЛТ-0,125, конденсатор С8 К50-6, остальные КМ-5. Для магнитной антенны используется ферритовый стержень длиной 55 мм и 08 мм. Катушка L1 содержит 80 витков провода ЛЭШО 10x0,07, катушка связи L2 имеет 15 витков провода ПЭЛШО 0,12. Для питания приемника используется два последовательно соединенных аккумулятора типа Д-0,06. Выключатель питания может быть любого типа, малогабаритный.

Большая часть деталей, радиоприемника смонтирована на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Вид печатной платы и размещение на ней деталей показано на рис. 19.13.

Рис. 19.13. Печатная плата и размещение на ней деталей радиоприемника на микросхеме К157УД2

Правильно собранный приемник при использовании исправных радиокомпонентов наладки не требует и после включения питания начинает сразу работать. Необходимо только изменением емкости конденсатора С1 настроиться на требуемую радиостанцию. Приемник не имеет регулятора громкости. Для изменения громкости звука необходимо вращать корпус приемника.

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

При разборе хлама в шкафу я случайно нашел свою прошлогоднюю (осень 2013-го) поделку — стрелочный индикатор уровня звука на микросхеме К157УД2. Почему-то тогда она у меня работать не захотела, и я ее забросил куда подальше. А сейчас решил окончательно разобраться — в чем же дело? Ведь сделанный тем же летом первый экземпляр устройства до сих пор исправно работает.
Статья, в которой описывается схема усилителя на микросхеме, находится , вариант 2, «Схема с однополярным питанием». Там же можно посмотреть цоколевку микросхемы К157УД2. Я же прилагаю схему со своими номиналами, главной частью которой является индикатор М68501 и его обвязка.

Сразу замечу, что ее можно подключать как на выход усилителя звука, так и на вход . В первом случае стрелочный индикатор будет показывать мощность выходного сигнала (и, соответственно, при уменьшении громкости регулятором стрелка будет «падать»), а во втором — мощность входного, что иногда бывает полезнее (например, визуально контролировать мощность подводимого сигнала, так как если ее приходит слишком много, то сигнал может начать искажаться). В схеме некоторые номера ножек микросхемы указаны в скобках — это значит, что можно собрать два идентичных усилителя на одной микросхеме, и, соответственно, подключить два индикатора: на правый и левый канал (или на вход и выход усилителя).
Оказалось, что пушки не стреляли по двадцати причинам, и первая из них — не было снарядов. А если говорить о микросхеме, то с ее питанием были серьезные проблемы. Так же пришлось заменить оба электролитических конденсатора (в те времена я еще не закупал их ведрами, поэтому поставил откуда-то вытащенные), разобраться с отпадающей ногой конденсатора 22 нФ и правильно подключить его. После этого схема заработала, хотя я еще не знаю, куда ее можно приспособить.
Диоды — Д311. Чуть хуже будут Д18.
Резистор R5 подстроечный и со «звездочкой» — это значит, что мало того, что его придется подкрутить под уровень сигнала (чтобы, например, при нормальной громкости усилителя стрелка болталась в районе 75% от шкалы), так еще не факт, что 47 кОм подойдет для всех случаев.
Если увеличить номинал резистора R4 (470 — 910k), то можно поднять коэффициент усиления микросхемы и заставить ее «чувствовать» более слабые сигналы (это как раз пригодится, если индикатор подключать ко входу усилителя звука). Например, мне для наблюдения выхода звука с плеера пришлось установить резистор в 1 МОм.
Немного фотографий моей схемы:





И демонстрация работы, когда производится наблюдение за выходом «ВЭФ 216»:

Особенностью схемы является невысокая чувствительность к высокочастотным сигналам (стрелка с бОльшим удовольствием приходит в движение от барабанов и бас-гитары, нежели от голоса и гитарных соло).
А на ночь глядя я встроил в корпус индикатора два синих пятимиллиметровых светодиода. Нормально светят от пяти вольт, если меньше — то работает только один, второй оказался подгоревшим. Для совместимости с другими питающими напряжениями подсветка включена через подстроечный резистор 500 Ом — можно легко запитывать всю схему от 5 — 9 вольт, надо только подкорректировать напряжение.