Підсилювач потужності низької частоти для генератора сигналів Г3-118

Підсилювачі потужності низької частоти (УНЧ) в різних варіантах були розроблені для підвищення здатності навантаження генератора сигналів низькочастотного Г3-118 і використовувалися при проведенні дослідів з магнітострикційними перетворювачами різних типів, динамічними головками, низькочастотними і високочастотними випромінювачами звуку, соленоїдами, трансформаторами і т. П. Крім генератора Г3-118 спільно з підсилювачами можуть використовуватися й інші джерела сигналу з відповідними параметрами.

1. Низькочастотний підсилювач потужності 15 Вт

Параметри підсилювача:

• діапазон робочих частот 20 Гц ... 120 кГц при нерівномірності АЧХ не більше 10%
• максимальна вихідна потужність 15 Вт на навантаженні опором 4 Ом при вхідній напрузі 0.7 В еф. (1 В Ампл.)
• коефіцієнт гармонік при максимальній вихідної потужності в діапазоні робочих частот не більше 1%
• вхідний опір не менше 4.7 кОм
• харчування: мережа змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц
• розміри 200 х 230 х 110 мм 3
• маса не більше 2 кг

Схема електрична принципова підсилювача потужності 15 Вт

Електрична принципова схема підсилювача потужності показана на рис. 1.

Мал. 1. Схема електрична принципова низькочастотного підсилювача потужності 15 Вт.

За основу підсилювача взята схема простого високоякісного підсилювача потужності звукової частоти [2] з деякими поправками. Операційний підсилювач (ОП) DA1 (КР544УД2А) працює в малосигнальний режимі з малоомной навантаженням R9. ОУ харчується через резистори R7, R8. Струм живлення, що залежить від вхідного сигналу, створює на цих резисторах напруга зсуву транзисторів VT1, VT3 і VT2, VT4, включених по схемі Дарлінгтона. З виходу підсилювача (колектори VT3, VT4) сигнал негативного зворотного зв'язку через резистори R5, R6 надходить на інвертується вхід ОП. Співвідношення опорів R5 і R6 визначає рівень вхідного сигналу при максимальній потужності (0.7 В еф.). Для балансування ОУ по постійній напрузі служить ланцюг R2R3R4. Конденсатор C2 служить фільтром нижніх частот, а ланцюжок C4R9 - фільтром верхніх частот. Для живлення підсилювача використовується трансформатор T1 з вихідною напругою 24 В (діюче значення), до вторинної обмотки якого підключений діодний міст VD1 - VD4 (4 шт. Д242). Конденсатори C8, C9 фільтра блоку живлення створюють штучну середню точку, яка використовується в якості загального проводу. Для індикації роботи підсилювача використовується світлодіод HL 1 "МЕРЕЖА". Нижче на фотографіях рис. 2 - 4 показаний вид підсилювача спереду, ззаду і зі знятою верхньою кришкою.

Мал. 2. Низькочастотний підсилювач потужності 15 Вт. Вигляд спереду.

Мал. 3. Низькочастотний підсилювач потужності 15 Вт. Вид ззаду.

Мал. 4. Низькочастотний підсилювач потужності 15 Вт. Вид згори зі знятою верхньою кришкою.

2. Низькочастотний підсилювач потужності 100 Вт

Параметри підсилювача:

• діапазон робочих частот 10 Гц ... 50 кГц при нерівномірності АЧХ 0 Дб (0%), 5 Гц ... 100 кГц при нерівномірності АЧХ не більше 1.5 Дб (15%), 2 Гц ... 150 кГц при нерівномірності АЧХ НЕ більше 6 Дб (50%)
• максимальна вихідна потужність 100 Вт
• навантаження активно-індуктивна, опір навантаження лімітується вихідною потужністю, оптимальне опір навантаження 4 ... 8 Ом
• Максимальна вхідна напруга при коефіцієнті посилення 100% 0.7 В еф. (1 В Ампл.)
• максимальна амплітуда вихідної напруги підсилювача без навантаження 40 В (28 В еф.)
• коефіцієнт гармонік при вихідний потужності 50 Вт в діапазоні частот 5 Гц ... 100 кГц не більше 1%
• вхідний опір не менше 10 кОм
• харчування: мережа змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц
• розміри 200 х 230 х 110 мм 3
• маса не більше 4.5 кг

Схеми електричні принципові підсилювача потужності 100 Вт

Електричні принципові схеми підсилювача потужності показані на рис. 5, 6.

Мал. 5. Схема електрична принципова низькочастотного підсилювача потужності 100 Вт.

Для живлення підсилювача від мережі змінного струму 220 В 50 Гц використовується силовий понижуючий трансформатор T1 з вихідним напругою 2 х 32 В (діюче значення), до вторинної обмотки якого підключений діодний міст VD1 - VD4 (4 шт. КД202В). Конденсатори C1, C2, включені на виході діодного моста, виконують роль фільтра блоку живлення. Для індикації роботи підсилювача використовується світлодіод HL 1 "МЕРЕЖА" (ескіз друкованої плати наведено на рис. 7). За допомогою потенціометра R1 "ПОСИЛЕННЯ" можна лінійно змінювати рівень вхідного сигналу від 0 до 100%.

Мал. 6. Схема електрична принципова плати низькочастотного підсилювача потужності 100 Вт.

Сам підсилювач потужності побудований за типовою схемою на мікросхемі УНЧ TDA7294 (рис. 6). Щоб розширити частотний діапазон в бік більш низьких частот, використані конденсатори з ємністю більше рекомендованої (C1, C2, C9). Ескіз друкованої плати підсилювача потужності представлений на рис. 8.

Мал. 7. Ескіз друкованої плати індикатора підсилювача потужності 100 Вт (розмір плати 30 х 30 мм 2).

Мал. 8. Ескіз друкованої плати низькочастотного підсилювача потужності 100 Вт (розмір плати 120 х 80 мм 2).

Нижче на фотографіях рис. 9 - 11 показаний вид підсилювача спереду, ззаду і зі знятою верхньою кришкою:

Мал. 9. Низькочастотний підсилювач потужності 100 Вт. Вигляд спереду.

Мал. 10. Низькочастотний підсилювач потужності 100 Вт. Вид ззаду.

Мал. 11. Низькочастотний підсилювач потужності 100 Вт. Вид згори зі знятою верхньою кришкою.

3. Низькочастотний двоканальний підсилювач потужності 2 х 100 Вт

Параметри підсилювача:

• число каналів - два, характеристики каналів ідентичні, джерело вхідного сигналу кожного з каналів може бути обраний незалежним перемикачем
• діапазон робочих частот 10 Гц ... 50 кГц при нерівномірності АЧХ 0 Дб (0%), 5 Гц ... 100 кГц при нерівномірності АЧХ не більше 1.5 Дб (15%), 2 Гц ... 150 кГц при нерівномірності АЧХ НЕ більше 6 Дб (50%)
• максимальна вихідна потужність 100 Вт на канал
• навантаження активно-індуктивна, опір навантаження лімітується вихідною потужністю, оптимальне опір навантаження 4 ... 8 Ом
• Максимальна вхідна напруга при коефіцієнті посилення 100% 0.7 В еф. (1 В Ампл.)
• максимальна амплітуда вихідної напруги кожного з каналів підсилювача без навантаження 40 В (28 В еф.)
• коефіцієнт гармонік при вихідний потужності 50 Вт в діапазоні частот 5 Гц ... 100 кГц не більше 1%
• вхідний опір не менше 10 кОм
• харчування: мережа змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц
• розміри 400 х 360 х 160 мм 3 (без урахування органів управління і підключення)
• маса не більше 17 кг

Схеми електричні принципові підсилювача потужності 2 х 100 Вт

Електричні принципові схеми підсилювача потужності показані на рис. 12 - 14.

Мал. 12. Схема електрична принципова двоканального низькочастотного підсилювача потужності 2 х 100 Вт.

Напруга живильної мережі 220 В 50 Гц з гнізда XP1 через запобіжник FU1 і вимикач S 1 надходить на первинну обмотку понижувального трансформатора T1. Його вторинна обмотка з вихідним напругою 2 х 32 В (діюче значення) використовується для живлення силової частини підсилювача (через силовий випрямляч), а обмотка з вихідним напругою 2 х 16 В - для харчування сигнальних ланцюгів (через стабілізатор напруги). Напруга з обмотки 2 х 32 В надходить на діодний міст VD1 - VD4 (4 шт. Д215А) силового випрямляча. Конденсатори C1 - C4, включені на виході діодного моста силового випрямляча, виконують роль фільтра блоку живлення. Для індикації роботи підсилювача використовується світлодіод HL 1 "МЕРЕЖА" (ескіз друкованої плати на рис. 15). Біполярний стабілізатор напруги +15 В зібраний за схемою лінійного параметричного стабілізатора на мікросхемі DA1 (КР142ЕН5) і транзисторі VT1 (КТ814). Він служить для харчування сигнальних ланцюгів підсилювача, зокрема, вхідного інвертора, а також вентилятора примусового охолодження радіаторів підсилювачів потужності. Ескіз друкованої плати стабілізатора напруги показаний на рис. 16. За допомогою потенціометрів R1 "КАНАЛ A. ПОСИЛЕННЯ,%" і R 2 "КАНАЛ B. ПОСИЛЕННЯ,%" можна лінійно змінювати рівень вхідного сигналу з кожного з канальних входів від 0 до 100% незалежно один від одного. З потенціометрів R1, R2 сигнал надходить на вхідний інвертор, що дозволяє отримувати неінвертірованное і Інвертований напруга з кожного з канальних входів з приблизно однаковою амплітудою. Перемикачі S2 "КАНАЛ A. ДЖЕРЕЛО" і S 3 "КАНАЛ B. ДЖЕРЕЛО" дозволяють вибрати для кожного з каналів вхідний джерело сигналу і його полярність. Далі сигнали відповідних джерел надходять на відповідні підсилювачі потужності каналу A і B. З виходів підсилювачів потужності посилений сигнал надходить на вихідні клеми підсилювача. Вихідні клеми підсилювача при необхідності можуть бути з'єднані паралельно для підвищення струму в навантаженні (перемикачі S 2 і S3 повинні перебувати в однакових положеннях) або використовуватися в послідовному з'єднанні для підвищення напруги на навантаженні (перемикачі S2 і S3 повинні знаходитися в положенні джерела сигналу з одного і того ж входу, але в різній полярності, наприклад, A і -A або B і -B).

Мал. 13. Схема електрична принципова плати підсилювача потужності одного каналу низькочастотного підсилювача потужності 2 х 100 Вт.

Підсилювачі потужності обох каналів побудовані за типовою схемою на мікросхемі УНЧ TDA7294 (рис. 13). Щоб розширити частотний діапазон в бік більш низьких частот, використані конденсатори з ємністю більше рекомендованої (C1, C2, C9). Ескіз друкованої плати підсилювача потужності кожного з каналів представлений на рис. 17. Для примусового охолодження плат підсилювачів потужності використовується вентилятор, встановлений в корпусі підсилювача і підключений до стабілізатора напруги.

Мал. 14. Схема електрична принципова плати вхідного інвертора низькочастотного підсилювача потужності 2 х 100 Вт.

Двоканальний вхідний інвертор (рис. 14) побудований за схемою инвертирующего підсилювача з коефіцієнтом підсилення, що дорівнює 1, на швидкодіючих операційних підсилювачах DA1DA2 (КР574УД1). Точне значення коефіцієнта посилення підбирається за допомогою підлаштування резисторів R4 або R9 незалежно для кожного каналу інвертора. Ескіз друкованої плати вхідного інвертора представлений на рис. 18.

Мал. 15. Ескіз друкованої плати індикатора підсилювача потужності 2 х 100 Вт (розмір плати 30 х 30 мм 2).

Мал. 16. Ескіз друкованої плати стабілізатора напруги +15 В підсилювача потужності 2 х 100 Вт (розмір плати 90 х 60 мм 2).

Мал. 17. Ескіз друкованої плати одного каналу низькочастотного підсилювача потужності 2 х 100 Вт (розмір плати 120 х 80 мм 2).

Мал. 18. Ескіз друкованої плати вхідного інвертора низькочастотного підсилювача потужності 2 х 100 Вт (розмір плати 70 х 45 мм 2).

Нижче на фотографіях рис. 19 - 21 показаний вид підсилювача спереду, ззаду і зі знятою верхньою кришкою:

Мал. 19. Низькочастотний двоканальний підсилювач потужності 2 х 100 Вт. Вигляд спереду.

Мал. 20. Низькочастотний двоканальний підсилювач потужності 2 х 100 Вт. Вид ззаду.

Мал. 21. Низькочастотний двоканальний підсилювач потужності 2 х 100 Вт. Вид згори зі знятою верхньою кришкою.

4. Стан розробки

Підсилювачі потужності виготовлені в одному екземплярі кожен і використовуються в лабораторних умовах для проведення різних експериментів. Зокрема, за допомогою підсилювача в комплекті з генератором сигналу і осцилографом можна оцінювати властивості різних магнитомягких матеріалів в широкому діапазоні частот. Одна з вимірювальних схем показана на рис. 22.

Мал. 22. Вимірювальна схема для зняття петель гистерезиса магнітних матеріалів.

На випробуваний зразок намотуються дві обмотки. L1 - обмотка збудження, з її допомогою всередині зразка створюється змінне магнітне поле. Обмотка L2 - сигнальна. Напруга з її виходу, прямо пропорційне швидкості зміни магнітної індукції всередині зразка, подається на інтегратор, а з нього - на вхід Y осцилографа. Резистор R1 виконує роль датчика струму. Напруга з нього, прямо пропорційне напруженості магнітного поля всередині зразка, подається на вхід X осцилографа. Роль інтегратора в найпростішому виконанні може виконувати RC ланцюг, включена по схемі фільтра нижніх частот (ФНЧ). Вибір частоти зрізу ФНЧ визначається частотою вимірювань.

На рис. 23 показаний приклад петлі гистерезиса для ферритового кільця марки М1500НМ3-Б типорозміру К20х10х5, знятої на частоті 500 Гц для визначення коерцитивної сили. Одне велике розподіл по горизонталі становить приблизно 27 А / м. Коерцитивна сила по індукції дорівнює приблизно 11 А / м, що відповідає літературним даним [3, 4].

Мал. 23. Петля гістерезису ферритового кільця марки М1500НМ3-Б типорозміру К20х10х5 на частоті 500 Гц.

З використанням УНЧ 100 Вт проводилися експерименти з вивчення впливу на різні біооб'єкти і біоматеріали магнітного поля котушок Гельмгольца [5], промодулірованной музичними, шумовими і кодованими сигналами, які подавалися на вхід підсилювача з виходу звукової карти комп'ютера. Схема експерименту представлена ​​на рис. 24. Підсилювач потужності підключається до Стереовихід звукової карти комп'ютера через резисторну ланку R1R2, що виконує роль суматора сигналів лівого і правого звукового каналу, а котушки Гельмгольца - до виходу підсилювача. Для звукової індикації змінного магнітного поля в зоні об'єкта може використовуватися спеціальний аудіоконтроллер [1].

Мал. 24. Схема експерименту з вивчення впливу магнітного поля на біооб'єкти і біоматеріали.

посилання:

1. Аудіоконтролер змінного магнітного поля звукової частоти
2. Гумеля Е. Простий високоякісний УМЗЧ. - Радіо, 1989, № 1, с. 44 - 48.
3. Мішин Д. Д. Магнітні матеріали: Учеб. посібник. - М .: Вища. школа, 1981 - 335 с., іл.
4. Преображенський А. А., Бішард Е. Г. Магнітні матеріали і елементи: Підручник для студ. вузів по спец. "Напівпровідники та діелектрики". - 3-е изд., Перераб. і доп. - М .: Вища. шк., 1986. - 352 с .: іл.
5. Системи кілець Гельмгольца (котушки Гельмгольца)

Словник термінів:

• Котушки Гельмгольца - система з двох однакових послідовно включених циліндричних соленоїдів, розташованих співвісно, причому відстань між центрами соленоїдів приблизно дорівнює їх середньому радіусу. У центрі системи є зона однорідного магнітного поля.
• Коерцитивна сила по магнітної індукції - напруженість розмагнічуючого поля, яке повинно бути докладено до попередньо намагнічених зразком, щоб магнітна індукція в ньому стала дорівнює нулю.
• Підсилювач потужності - пристрій, вихідний сигнал якого повторює за формою і перевершує по потужності сигнал на вході.

23.09.2003
17.06.2010
26.04.2013
13.11.2013

Альтернативні джерела енергії
Комп'ютери та Інтернет
магнітні поля
МЕХАНОТРОН системи
перспективні розробки
Електроніка та технологія

Головна сторінка