Armenian English French German Irish Spanish Turkish


JLCPCB -- это крупнейшая фабрика PCB прототипов в Китае. Для более чем 200 000 заказчиков по всему миру мы делаем свыше 8000 онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день!

Прототип платы
всего за $2

Быстрый заказ PCB

Заказать печатную плату

Подписаться на новости Введите свой email адрес:

 

Мы в соцсетях

Качественный усилитель мощности

Немного предыстории. Каждому радиолюбителю суждено сконструировать самому какое-либо изделие, либо собрать его уже на основе готовой и проверенной схемы. Я как один из многих пошел по второму пути. Поставил перед собой задачу собрать качественный усилитель мощности, который будет удовлетворять моим требованиям. И не теряя свободного времени, бросился на поиски электрической схемы. И вот перелопатив множество литературы и широкие просторы интернета, я нашел то с чем мне предстояло пройти тяжелый, кропотливый, но в то же время весьма интересный путь. Мой выбор пал на широко обсуждаемый ранее английский усилитель Quad 405, а именно на его схему в исполнении Ю. Солнцева. Но для того чтобы скомплектовать усилитель необходимо представить его состав, что вскоре я и сделал. Для своего устройства, исходя из установленных требований, я составил следующую структурную схему (рисунок 1), в которой отразил состав УМЗЧ, определил иерархию взаимодействия обособленных узлов, которая должна обеспечить надёжную работу всей электронной конструкции в целом.

Качественный усилитель мощности, cтруктурная схема УМЗЧ

Рисунок 1 – Структурная схема УМЗЧ

На следующем этапе, при выборе принципиальных электрических схем следует обратить внимание на одно важное обстоятельство. Оно заключается в том, что значения параметров отдельных функциональных узлов должны быть подобраны таким образом, чтобы ни один из них в пределах своего уровня не ограничивал характеристики усилительного тракта в целом. Это касается, прежде всего, следующих узлов: предварительный усилитель, эквалайзер, оконечный усилитель мощности.

Эта структурная схема представляет собой 8 автономных функциональных устройств: предварительный усилитель, пятиполосный графический стереоэквалайзер, усилитель мощности (с устройством защиты громкоговорителей), индикация мощности, 4 источника питания (в составе питания УМЗЧ устройство его защиты).

Выбор принципиальных электрических схем

1. Предварительный усилитель

Качественный усилитель мощности, предварительный усилитель

2 Графический стерео эквалайзер

Качественный усилитель мощности, графический стерео эквалайзер

3 Усилитель мощности звуковой частоты

Качественный усилитель мощности, принципиальная схема

4 Индикация мощности в нагрузке

Качественный усилитель мощности, индикация мощности в нагрузке

5 Устройства питания

Качественный усилитель мощности, устройство питания

Несмотря на свою простоту, приведенные выше схемы, позволяют спроектировать усилитель мощности звуковой частоты, который будет удовлетворять поставленным требованиям. Благодаря распространённой и доступной элементной базе создание такого музыкального комплекса будет иметь такие преимущества, как широкую взаимозаменяемость и дешевизну используемых элементов, что в свою очередь повысит ремонтопригодность и позволит ограничить высокую стоимость затрат на изготовление.

Построение виртуальной модели с помощью Multisim 12

Что касается этого пункта, то не углубляясь в подробности, поделюсь положительным опытом работы с программой Multisim 12.

Для чего в основном нужна программа?! Ещё совсем недавно многие расчеты электронных схем производились с использованием математических формул, тем самым, определяя режимы работы электронных компонентов, их предельные значения, чтобы в свою очередь избежать их преждевременный выход из строя, и наоборот обеспечить длительной и стабильной работой. Но благодаря появлению целого ряда программ такой кропотливый труд современному разработчику электронных схем удается избежать. Создав модель электронной схемы, можно проанализировать основные режимы работы, как в целом, так и отдельных её частей, определить возможные причины выхода из строя. Но следует не забывать о том, что электрические параметры используемой элементной базы идеализированы, в сравнении с реальными параметрами элементов, которые могут зависеть от некоторых дополнительных факторов. Также использование готовой модели электрической схемы позволяет понять принцип работы устройства для тех, кто имеет ещё не достаточное о нём представление. Тем не менее, всё-таки создав электрическую модель своего проекта, я убедился в надёжности его работы, определив основные технические характеристики, предельные режимы работы и возможные причины появления тех или иных неисправностей. Пример готовой модели изображен на рисунке 2.

Качественный усилитель мощности, электронная модель УМЗЧ

Рисунок 2 – Электронная модель УМЗЧ

И вот, окончательно убедившись в будущей работоспособности своей схемы, я приступил к самому главному – созданию рисунка проводников на основе взаимного расположения элементов электрических схем. Для разводки печатных плат я использовал не сложную в понимании и не представляющую трудности в работе программу Sprint-Layout 5.0. По окончании разводки плат распечатал рисунки на соответствующей бумаге. На тот момент имелся лишь небольшой опыт по вытравке печатных плат из имеющегося стандартного одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Я думаю, что каждый начинающий радиолюбитель представляет себе этот процесс, поэтому вдаваться в подробности, разумеется, не имеет смысла. С применением утюжной технологии копирования рисунка на область печатной платы и дальнейшей их вытравке в растворе хлорного железа удалось получить свои первые платы довольного неплохого качества. Далее последовал монтаж всех необходимых элементов на печатные платы, без их допустимой замены. Стоит отметить, что монтаж из навесных элементов, которые требовали электрические схемы, получился весьма громоздким, и трудоемким. Но, тем не менее, получив готовые платы, разместив их в выбранный заранее корпус из под старого видеомагнитофона, соединив все необходимые узлы между собой, удалось получить законченное устройство, которое с первого запуска заработало, но, к сожалению не так, как это стоило ожидать. Звук на выходе усилителя вместо чистого, положенного по уровню белого шума выходных транзисторов, содержал целый спектр посторонних шумов, которые были обусловлены взаимным расположением элементов на платах, а также чрезмерными длинами проводников, соединяющих платы между собой. Но, тем не менее, подав входной сигнал, удалось убедиться в общей работе схемы, и работала она четко и отлажено.

Предстояла большая работа над ошибками и эта работа заключалась в умении правильно взаимно расположить как элементы, так и платы между собой.

Выбор корпуса, планирование внутреннего и внешнего дизайна

Отказавшись от предыдущей модели, я приступил к планированию очередного корпуса своего усилителя. В моём случае уже известно около 50% самых емких частей изделия, к которым можно отнести тороидальные трансформаторы и радиаторы охлаждения с рассчитанной рабочей площадью. Остальные 50% свободного пространства будут рассчитаны на размещение печатных плат, и остальных необходимых элементов моей конструкции. Определившись с основными размерами корпуса , я расположил уже имеющиеся в наличие трансформаторы и радиаторы, предварительно оценив свободную область для размещения печатных плат с монтажом. Что касается внешнего оформления усилителя, то на передней панели должны находиться органы управления стереоэквалайзером, два раздельных входа для режима моно и стерео, двухканальная индикация мощности в нагрузке и индикация режима аварии для обоих каналов. На задней панели предполагается разместить выходы обоих каналов усиления, а также разъем для подключения сетевого шнура. На схеме рисунок 3 предварительно показана внутренняя структура усилителя мощности звуковой частоты с предполагаемой площадью под размещение печатных плат.

Качественный усилитель мощности, внутренняя структура УМЗЧ

Рисунок 3 – Внутренняя структура УМЗЧ

 

Разработка и изготовление печатных плат

Определившись ранее со свободным пространством для размещения печатных плат, которое обозначено штриховыми линиями, я приступил к их непосредственной разработке. Но при этом преждевременно нужно продумать размещение функциональных узлов на отдельных платах для удобства их последующего соединения между собой, ограничиваясь небольшими промежутками для коммутации. В моём случае необходимо разработать 4 печатных платы, каждая из которых будет выполнять свои ограниченные функции. Таким образом, одна из плат предназначена для размещения на ней 2-ух симметричных оконечных каналов усиления мощности и будет располагаться на задней панели корпуса. На двух следующих платах будут расположены стабилизаторы напряжения, которые займут свое место поверх радиаторов охлаждения по крайней левой и правой сторонам корпуса рядом с трансформаторами. На оставшейся 4-ой плате будут находиться следующие узлы: предварительные усилители, пятиполосный стереоэквалайзер, 2-ух канальная индикация мощности, а также стабилизированное питание для всех указанных узлов. Последняя же плата будет располагаться в передней части корпуса, с которой будут завязаны органы управления и индикации на передней панели усилителя. Каждой из печатных плат я поочередно присвоил свое наименование: SS001, SS002 1, SS002 2, SS003. Помимо этого понадобится ещё 1 плата, на которой будут располагаться линейки светодиодов для индикации мощности и индикация аварии SS004.

Окончательно определившись с размерами и расположением печатных плат, придерживаясь особых требований схемотехники, я приступил к их непосредственному созданию, используя тот же самый Sprint-Layout 5.0.

Основной упор при проектировании направлен на использование элементной базы поверхностного монтажа. Технология поверхностного монтажа обеспечивает миниатюриза­цию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Поверх­ностные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа, уменьшает массогабаритные показатели, снижает разброс параметров, увеличивает надёжность и ремонтопригодность.

Придерживаясь установленных требований, удалось создать новые платы, которые отличались компактностью расположения элементов и меньшими габаритами. При изготовлении очередных плат была использована технология самоклеящейся пленки, рисунок которой повторял рисунок печатной платы. Немного подробнее об этом способе. Существует множество организаций, которые занимаются изготовлением наружной рекламы. В своей деятельности они практически все используют самоклеющуюся пленку и оборудование, предназначенное для её точной резки, так называемые фрезерные станки. Для того чтобы вырезать разводку платы на подобной плёнке необходимо всего лишь иметь файл в формате JPEG. Обратившись в одну из организаций за оказанием такой услуги, если конечно вам не откажут, вы потратите небольшие деньги и останетесь довольны получившимся результатом. Далее процесс кропотливый, но действует 100 %. Имеющуюся пленку наклеиваем на подготовленный стеклотекстолит и тщательно разглаживаем по поверхности проводника до её плотного прилегания. Удаляем пленку с открытых участков печатной платы, пользуясь рисунком разводки платы, оставляя защищенными наши будущие проводники. После снятия лишней пленки и уже имея рисунок нашей платы, следует всем известный процесс травления в растворе хлорного железа. По окончанию травления платы, тщательно её промываем и избавляемся от уже не нужной нам пленки, обеспечившей защиту нашим проводникам. Осталось только тщательно их залудить и плата готова к последующему монтажу. На готовые платы напаиваем элементы, собираем все в корпус, запускаем устройство. И вот он тот новый результат, к которому я стремился. Новый усилитель заиграл в превосходном качестве, от звука которого невозможно было оторваться.

И тут меня понесло. Появилась идея изготовить печатные платы на профессиональном производстве, для чего необходим только экспорт из Sprint-Layout 5.0. отдельных заготовок (слоев) в файлы форматов .gbr, файлы сверловки .drl и файлы контуров, которые используются при оформлении заказа ПП (печатных плат) на заводе изготовителе. С момента начала моей работы над усилителем прошло 4 года. За это время были заказаны 3 прототипа комплектов печатных плат, каждая из которых из года в год дорабатывалась до своего окончательного вида. Теперь я с легкостью могу сказать, что дальше уже идти некуда, все стоит на своем месте и в совокупности работает как часы. Образцы печатных плат окончательного вида приведены на рисунках ниже.


Конечные результаты проделанной работы, показаны на рисунках ниже.

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS001

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS001

Рисунок 4 – Печатная плата SS001 (сторона TOP и BOT).

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS002 1

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS002 1

Рисунок 5 – Печатная плата SS002 1 (сторона TOP и BOT).

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS002 2

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS002 2

Рисунок 6 – Печатная плата SS002 2 (сторона TOP и BOT).

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS003

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS003

Рисунок 7 – Печатная плата SS003 (сторона TOP и BOT).

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS004

Качественный усилитель мощности, печатная плата SS004

Рисунок 8 – Печатная плата SS004 (сторона TOP и BOT).

Я предпочитаю заказывать платы на заводе изготовителе. Для этого необходимо лишь наличие ранее сформированных файлов из Sprint-Layout 5.0, а также заполненная форма о предпочтении используемых для изготовления плат материалов. Производство текущих плат соответствует ГОСТ 23752-79. Стеклотекстолит фольгированный КВ-6150 (тип FR4) толщиной – 2 мм, облицованный с двух сторон медной фольгой толщиной 35 мкм, с нанесением защитной маски зеленого цвета FSR8000 и белой маркировкой, покрытых финишным покрытием ПОС63 (HAL). Класс огнестойкости стеклотекстолита 94V-0.

Монтаж печатных плат

Всё что нужно на этом этапе работ, это хорошая паяльная станция с паяльником, желательно имеющим плоское жало, флюс, оловянно-свинцовый припой, пинцет, бокорезы и плоские утконосы. Монтаж стоит начать с элементов поверхностного монтажа, они имеют достаточно небольшие размеры, поэтому при дальнейшей пайке навесных компонентов абсолютно не будут создавать помех. При пайке чип элементов нужно иметь определенную сноровку и, разумеется, небольшой опыт. Я не зря уделил внимание плоскому жалу, оно способствует точному захвату необходимого количества припоя, а также обеспечивает достаточно плотное прилегание к плоской части чип элемента и участка его площадки. Как при установке навесных элементов, так и при установке элементов поверхностного монтажа нужно предельно внимательно следить за установкой элементов, имеющих полярность (конденсаторы, диоды, стабилитроны). Как говорится: - «7 раз отмерь, один раз отрежь». При формовке выводов и установке элементов навесного монтажа также необходимо ориентироваться ОСТ 4ГО.010.030. После установки всех компонентов на печатную плату необходимо очистить её от лишних загрязнений, воспользовшись спиртовым раствором, затем тщательно просушить.

Подготовка и сборка отдельных узлов

На очередном этапе происходит расстановка всех комплектующих по своим местам. Сборка изделия представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей и электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в изделии.

В данном изделии используются как разъемные, так и неразъемные соединения деталей. Резьбовые соединения являются основным видом разъемных соединений. Для его осуществления в данном случае используется ручное и полуавтоматическое оборудование.

Пайка является видом неразъемного соединения – это процесс соединения металлов в твердом состоянии с помощью введения в зазор расплавленного припоя, который взаимодействует с основным металлом и образует жидкий металлический слой, кристаллизация которого производиться до образования паяльного шва. Паяные электрические соединения очень широко используются во время монтажа электронной аппаратуры через низкое и стабильное электрическое сопротивление. Примером неразъемных соединений, которые встречаются в процессе сборки изделия, являются клеммы на концах проводов, ЭРЭ монтируемые к проводам и т.п.

Конструкторская схема сборки, показанная на рисунке 9, позволяет увидеть состав, иерархическую структуру и связь конструктивных составляющих технологического объекта.

Качественный усилитель мощности, конструкторская схема сборки

Рисунок 9 – Конструкторская схема сборки.

Объединение всех блоков в одно целое устройство

Имея уже конструктивно собранное устройство, необходимо создать электрические соединения между функциональными узлами. Для этого обычно используются провода, назначение которых в конкретных узлах определяет их основные характеристики, которые и должны быть учтены при их выборе. Осуществив выбор проводов, можно приступить к их подготовке для последующей коммутации отдельных блоков в устройстве. При этом необходимо использовать заранее подготовленные общую электрическую принципиальную схему (рисунок 10) и электромонтажный чертёж (рисунок 11), на котором собственно и показаны основные электрические соединения. Этот этап, как в принципе и остальные требует предельной внимательности, так как в продолжение за этой процедурой подразумевается работа с электрическим током. В случае неправильного подключения возможны замыкания, которые приведут к дальнейшей неработоспособности устройства.

Качественный усилитель мощности, общая электрическая принципиальная схема

Рисунок 10 – Общая электрическая принципиальная схема.

Качественный усилитель мощности, электромонтажный чертёж

Рисунок 11 – Электромонтажный чертёж.

Первый запуск, проверка работоспособности устройства, контроль характеристик, электропрогон

Самым тревожным и волнительным моментом в процессе всей работы над проектированием, является первое включение собранного нами же оборудования. С чего следует начать?! Прежде всего, перед включением готового устройства, необходимо лишний раз убедиться в правильности подключения всех внутренних блоков между собой, а также особое внимание уделить полярности подключенного питания. Только после этого можно с осторожностью включить питание устройства, при этом, не далеко убирая палец от кнопки, чтобы в случае каких-либо непредвиденных неполадок успеть нажать её обратно. Это позволит избежать больших неприятностей, если что-то всё-таки пойдёт не так. Если же первый пуск прошёл успешно и нет никакого повода для волнения, то можно приступить к проверке работоспособности нашего оборудования. Первое, что нужно проверить, это наличие питания устройства и его стабильность. При наличие необходимого питания, дальнейшая работа устройства должна зависеть от его назначения. Но при этом визуально, либо используя тыльную часть ладони или органы обоняния определить отсутствие возможных скрытых дефектов элементов или неправильность их подключения. Визуально можно определить такие отклонения, как потемнение корпусов элементов, либо коррозию проводов под действием высокой температуры, появление дыма и т.д. Тыльной частью можно проверить доступные элементы с не оголенными участками проводников на наличие перегрева, что говорит о неправильности режимов работы схемы, если конечно таковые элементы не предусматривают таких режимов. С помощью органов обоняния также можно почувствовать запах гари, либо оплавления оплетки проводов и другие подобные казусы. Если всего этого удалось избежать, то можно приступать к проверке основных характеристик, которые характеризуют ваше устройство и осуществить длительный электропрогон на выявление возможных скрытых дефектов во время работоспособности устройства.

Что касается моего проекта, то при правильном монтаже и сборке, он не нуждается в дополнительной настройке, за исключением регулировки чувствительности по входу, которая осуществляется подстроечным резистором на плате предварительного усилителя. Но перед тем как подключить все блоки между собой, нужно установить на холостом ходу выходные напряжения каждого стабилизатора в пределах заданной нормы, следя при этом за сетевым напряжением, оно должно соответствовать 220 В.

На данный момент помимо готовых печатных плат к усилителю имеется вся сопутствующая для производства техническая документация и все комплектующие.

Качественный усилитель мощностиКачественный усилитель мощности,

Качественный усилитель мощностиКачественный усилитель мощности

Качественный усилитель мощности,

Качественный усилитель мощности,

Качественный усилитель мощности,Качественный усилитель мощности

Качественный усилитель мощностиКачественный усилитель мощности

Качественный усилитель мощностиКачественный усилитель мощности

Качественный усилитель мощности

Почта автора Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 
 
 
 
Дизайн :

Arduino

Программаторы

Радиоконструкторы

Прочее...