No title

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

Historie integrovaných zesilovaèù zaèíná v dobì asi pøed tøiceti lety, kdy se první z této nyní poèetné rodiny objevil na trhu. Do této doby byly používány výhradnì konstrukce s diskrétními souèástkami. Výhody integrovaných zesilovaèù, jako napø. vysoká hustota souèástek a tím i minimální rozmìry, vysoká spolehlivost a jednoduchá montហpøispìly k jejich rychlému rozšíøení. K tomu dále pøispìla jejich masová produkce a tím i stále se snižující ceny. Používání integrovaných zesilovaèù vedlo dále ke zlepšování technických parametrù pøístrojù spotøební elektroniky, k jejich vyšší spolehlivosti, zmenšování jejich rozmìrù a pomìru výkonu k cenì. Pro konstruktéry pøedstavuje použití integrovaných výkonových zesilovaèù také snížení celkového poètu elektronických souèástek. Všechny tyto výhody však konèí na výstupních výkonech, kterých je možno s použitím integrovaných zesilovaèù dosáhnout. I zde se hranice možností posouvá k vyšším výkonùm, které dnes dosahují hodnot 60–100 W v mùstkovém zapojení. Pokud se však zajímáme o nejmenší možné zkreslení nízkofrekvenèního zpracovávaného signálu, pøípadnì frekvenèního rozsahu zesilovaèe, budeme parametry integrovaných zesilovaèù v tomto ohledu ponìkud zklamáni. Nejvyšších kvalitativních parametrù lze dosáhnout pouze v zapojení s diskrétními souèástkami. Tuto tøídu zesilovaèù pak oznaèujeme jako High-End. Pøesto tvoøí zaøízení s integrovanými zesilovaèi nejpoèetnìjší skupinu konstrukcí, a to i amatérských, právì z dùvodu jednoduchosti a pøijatelné ceny. Na blokovém schématu (obr. A1) si objasníme, co se v pouzdru integrovaného zesilovaèe skrývá a jak funguje. Všeobecnì nalezneme za vstupní svorkou obvodu pøedzesilovaè, následovaný budicím a koncovým stupnìm. K tomu pøipoèteA

NF ZESILOVAÈE – 2. DÍL INTEGROVANÉ

Z E S I L O V A È E

Integrované výkonové zesilovaèe

VÝKONOVÉ ZESILOVAÈE

5

Obr. A1

Blokové schéma integrovaného zesilovaèe

me èetné ochrany, napø. proti pøepìtí, zkratu a teplotnímu pøetížení, jakož i napájecí, pøíp. stabilizaèní obvody nìkterých zesilovacích stupòù. Vnitøní zapojení integrovaných zesilovaèù se podobá mnohdy zapojení operaèních zesilovaèù ovšem s rozdíly odpovídajícími požadovaným parametrùm, jako jsou napø. výstupní výkon a frekvenèní rozsah. První skupina integrovaných zesilovaèù, která se pøed 20 až 30 lety na trhu objevila, dosahovala výkonù do max. 5 W, pøièemž o nìjaké kvalitì reprodukce nemohla být øeè. Tím byl položen základ k vývoji výkonnìjších integrovaných zesilovaèù. Dnes nejpoužívanìjší skupina integrovaných zesilovaèù dosahuje výkonu okolo 20 W pøi celkem slušných hodnotách zkreslení (bìžnì v desetinách %). Zvyšování jmenovitého výkonu zesilovaèù mìlo za následek i zvyšování ztrátového výkonu, což pøedstavuje problém s dostateèným odvodem tepla, vznikajícího na nepatrné ploše èipu. Toto musí být odvedeno s minimálním teplotním odporem na chladiè a vyzáøeno do okolí. U prvních integrovaných zesilovaèù v pouzdrech typu DIL se vznikající teplo odvádìlo plochými vývody, které se pøipájely na mìdìné plošky plošného spoje, nebo se pouzdro pøipevnilo na malý chladiè (viz napø. rùzné varianty obvodu MBA810). Touto metodou odvodu tepla však nemohl být dosaženo vyššího výstupního výkonu, než zmínìných 5 W. Vložením mìdìné destièky s èipem do pouzdra DIL mohl teplotní odpor pouzdra dále klesnout až asi na 3 K/W (napø. obvod MDA2020). Výpoèty chladièù jsou zde již prakticky shodné s návrhy chladièù pro diskrétní obvody. 6

ZDENÌK KOTISA

A

Protože stávající pouzdra integrovaných zesilovaèù již nevyhovovaly napø. pro komplikovaný zpùsob montáže, vznikly nové druhy pouzder, jako SIL (Single In Line) s vývody v jedné nebo dvou øadách nebo varianty pouzdra TO220 (Pentawatt, Multiwatt) s pìti nebo jedenácti vývody (napø. TDA2005). Teplotní odpory, kterých je zde dosahováno bývají v relacích 2–3 K/W, což umožòuje bezproblémové chlazení odpovídajícím profilovým chladièem nebo kouskem plechu, eventuálnì pøímou montហna zadní plechový panel zesilovaèe. Pøi požadavku na maximální výstupní výkon zesilovaèe mùžeme použít tzv. mùstkového zapojení, jehož princip si nyní objasníme. Jak je tomu s definicí výstupního výkonu jednoduchého zesilovaèe ukazuje obr. A2. Na ohmické zátìži o jmenovitém odporu RL vznikne úbytek napìtí U.

Obr. A2

Mìøení vstupního výkonu zesilovaèe

Výstupní výkon pak vypoèítáme dle jednoduchého vztahu:

3=

8 5/

kde: P je výkon ve W, U napìtí ve V, RL odpor v W. Pro úplnost je nutno dodat, že se jedná o špièkovou hodnotu napìtí a tím i špièkovou hodnotu výkonu. Pro zapojení zesilovaèù do mùstku potøebujeme dva shodné zesilovaèe (viz obr. A3). A

NF ZESILOVAÈE – 2. DÍL INTEGROVANÉ VÝKONOVÉ

ZESILOVAÈE

7

Obr. A3

Mùstkové zapojení zesilovaèe

Tímto zapojením zvýšíme výstupní výkon 4× jak vyplyne z následujícího textu. Špièkový výkon P vypoèítáme nyní ze vztahu:

3=

8 5/

kde: P je výstupní špièkový výkon, U je výstupní špièkové napìtí, RL zatìžovací odpor. K výkladu zvýšení výkonu si vezmeme obr. A3a. Na levém vývodu zatìžovacího odporu bude napìtí dle obr. A3b, mìøené proti zemi, zatímco pravý konec tohoto odporu je pøipojen na výstup zesilovaèe Z2, kde je napìtí v protifázi (obr. A3c). Napìtí na zátìži je tedy rovno výstupním napìtím obou zesilovaèù Z1 a Z2 (viz obr. A3d). Jelikož se výkon dle Ohmova zákona vyjadøuje jako druhá mocnina napìtí, bude pøi dvojnásobku napìtí výkon zvýšen ètyøikrát. Po tomto krátkém úvodu již následují konkrétní stavební návody.

8

ZDENÌK KOTISA

A

ZESILOVAÈ 0,5 W S OBVODEM LM386

Integrovaný obvod LM386 fy National Semiconductor je integrovaný zesilovaè v pouzdøe DIL8 s výstupním výkonem 0,5 W. Výkon je to zdánlivì malý, vyhovuje však napø. pro bateriovì napájené zesilovaèe malých rozhlasových pøijímaèù (klidový proud jen nìkolik mA), nebo jej s výhodou malých rozmìrù lze použít k pøipojení ke zvukové kartì poèítaèe, do rùzných interkomù a podobných zaøízení. Napájecí napìtí se mùže pohybovat v rozmezí 4–12 V, zesílení je možno mìnit volbou externích souèástek v  rozmezí 20–200, viz obr. 1.1, obr. 1.2 a obr. 1.3. Typická vstupní impedance je asi 40 kW, na výstup pøipojujeme 8ohmový reproduktor. Z dùvodù jednoduchosti nemá tento obvod vnitøní ochranu proti pøetížení, nedoporuèuje se proto nižší impedance reproduktoru, než zmínìných 8 W.

Obr. 1.1

A

Zapojení zesilovaèe s obvodem LM386 se zesílením = 20

NF ZESILOVAÈE – 2. DÍL INTEGROVANÉ

Z E S I L O V A È E

1

VÝKONOVÉ ZESILOVAÈE

9

Obr. 1.2

Zapojení zesilovaèe s obvodem LM386 se zesílením = 200

Obr. 1.3

Zapojení zesilovaèe s obvodem LM386 se zesílením = 50

Pro nastavení hlasitosti použijeme logaritmický potenciometr 10 kW, kde jeden krajní vývod uzemníme, na druhý krajní vývod pøivedeme signál a bìžec potenciometru pøipojíme na vstup IN zesilovaèe. Pokud použijeme zapojení dle obr. 1.1, vynecháme souèástky C4, R2, v zapojení dle obr. 1.2 zapojíme pouze kondenzátor C4, rezistor R2 nahradíme drátovou propojkou. Vstupní signál je pøiveden na neinvertující vstup zesilovaèe. Kondenzátor C1 blokuje dodateènì napájecí napìtí, kombinace R1, C3 je tzv. Boucherotùv èlen a setkáme se s ním prakticky u všech výstupù zesilo10

ZDENÌK KOTISA

A

Obr. 1.4

Plošný spoj zesilovaèe s obvodem LM386 – BEN 074

Obr. 1.5

Osazovací výkres zesilovaèe s obvodem LM386

vaèù. Má za úkol zabránit rozkmitání zesilovaèe, které by mnohdy mohlo vést až k jeho znièení. Kondenzátor C2 je výstupní kondenzátor, na jehož kladném vývodu se nastavuje automaticky napìtí rovné polovinì napìtí napájecího. Seznam souèástek R1 R2 C1 C2 C3 C4 IC1

A

10R rezistory v miniaturním provedení 1k2 100n keramický kondenzátor 220 µF/16 V radiální elektrolytický kondenzátor 47n keramický kondenzátor 10 µF/25 V radiální elektrolytický kondenzátor integrovaný obvod LM386

NF ZESILOVAÈE – 2. DÍL INTEGROVANÉ VÝKONOVÉ

ZESILOVAÈE

11