Меню

Генератор тока в усилителях низкой частоты



Как сделать генератор сигнала низкой частоты, схема и описание

Важной частью радиолюбительской лаборатории является низкочастотный генератор. С его помощью можно проверять, ремонтировать и налаживать самодельную или промышленную аудио-технику.

Желательно использовать генератор НЧ совместно с частотомером (для точного определения частоты) и осциллографом (для проверки параметров сигнала, проходящего в аудиотракте). Амплитуду выходного синусоидального напряжения ЗЧ можно регулировать в широких пределах ступенчато и плавно.

Генератор вырабатывает сигналы в четырех частотных диапазонах:

  1. 15. 160 Гц.
  2. 150..1600 Гц
  3. 1500..16000 Гц
  4. 15000..160000 Гц.

Принципиальная схема

Максимальный выходной уровень (положение 1/1 S2) синусоидального напряжения (RMS) 3,1 V. Соответственно в других положениях S2 максимальный выходной сигнал (RMS) составляет 310mV и 31mV. Питается генератор от электросети через встроенный источник питания на маломощном силовом трансформаторе.

Схема генератора представляет собой УНЧ с двухтактным выходным каскадом, охваченный положительной обратной связью RC-схемой моста Винна. Частота определяется переменными резисторами R2 1 и R2.2, являющимися составляющими частями сдвоенного переменного резистора, используемого как орган плавной настройки частоты в пределах выбранного диапазона. И конденсаторов, переключаемых сдвоенным переключателем S1.1-S1.2.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного генератора сигнала низкой частоты 15 Гц — 160 КГц.

При монтаже переменные резисторы нужно паять так, чтобы при вращении рукоятки их сопротивления менялись одинаково (при неправильном включении при вращении рукоятки сопротивление одного переменного резистора будет уменьшаться в то время как сопротивление другого будет расти).

Чем ближе характеристики регулировки резисторов, составляющих блок переменных резисторов, тем меньшие искажения сигнала будут на выходе. Это же касается и конденсаторов, образующих мост Винна, — их емкости одновременно работающие в одном диапазоне должны быть максимально одинаковы (С1=С5, С2=С6, C3=С7, С4=С8 с увеличением неравенства этих емкостей возрастают искажения).

Коэффициент нелинейных искажений не более 0,3% во всем диапазоне частот (при условии тщательной настройки генератора, и малом разносе емкостей и резисторов плеч моста Винна).

При наличии только моста Винна схема усилителя (генератора) будет выходить на режим ограничения сигнала То есть, в данном случае, это перегрузка, которая обрежет вершины синусоид и сигнал будет более похож на прямоугольный, чем на синусоидальный.

Поэтому необходима так же и система отрицательной обратной связи, которая будет снижать коэффициент передачи усилителя так чтобы размах выходного сигнала не вылезал в зоны ограничения и нелинейности.

К тому же, должна быть автоматическая регулировка глубины ООС, придерживающая коэффициент передачи на оптимальной величине, которая здесь образована резисторами R7, R6, R5, а так же конденсатором С9. Элементом, регулирующим глубину ООС является лампа накаливания Н1.

Как известно, сопротивление лампы накаливания сильно зависит от тока через неё, так как ток вызывает нагрев нити из высокоомного сплава металла Чем больше ток, тем больше нагрев и тем больше сопротивление лампочки. Здесь лампа включена в цепи ООС, при увеличении сопротивления в этой цепи глубина ООС увеличивается и коэффициент передачи усилителя снижается.

Через лампу протекает выходной переменный ток, поэтому от его величины зависит и нагрев лампы. Таким образом происходит стабилизация выходного уровня сигнала в пределах линейного участка характеристики усилителя НЧ.

Усилитель, составляющий основу ГНЧ построен на транзисторах по трехкаскадной схеме с мостовым выходным каскадом и непосредственными связями между каскадами.

Для устранения «ступеньки» напряжение смещения на базах VT3 и VТ4 различаются на величину, заданную цепью из трех диодов VD1-VD3. Плавная регулировка выходного сигнала осуществляется переменным резистором R11, ступенчатая, — переключателем S2, переключающим резисторы делителя R12-R14.

Источник питания вырабатывает двухполярное постоянное напряжение около + 11V. В источнике питания используется маломощный силовой трансформатор Т1 с одной вторичной обмоткой на напряжение 9V. Для того чтобы от такого трансформатора получить двухполярное напряжение здесь используется два одно-полупериодных выпрямителя на диодах VD4 и VD5.

В результате для формирования положительного постоянного напряжения используется положительная полуволна переменного тока, а для формирования отрицательного постоянного напряжения используется отрицательная полуволна переменного тока.

Детали

Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 16V. Лампа накаливания Н1 — миниатюрная, на напряжение 13,5V и ток 0,068 А. Можно применить и другую лампу на напряжение не ниже 12V и не бопее 30V и ток не более 0,1 А.

Трансформатор питания Т1 используется готовый, от сетевого адаптера с выходным напряжением 12V. У него переменное напряжение на вторичной обмотке около 9V. В принципе, подойдет любой трансформатор с выходным напряжением около 8-10V и на выходной ток не ниже 0,1 А.

Налаживание

Налаживание следует начинать с усилителя на транзисторах. Отключите мост Винна (например, отпаяйте один вывод R1) и измерите постоянное напряжение на выходе усилителя. Если оно отличается от нуля подбором резистора R10 установите его ноль. Затем, восстановите мост Винна.

Читайте также:  Дизель генератор объект связи

Подключите к выходу осциллограф и подстройкой резистора R7 добейтесь неискаженного синусоидального сигнала во всем частотном диапазоне ГНЧ.

Источник

Генератор тока в усилителях низкой частоты

Усилитель мощности низкой частоты для генератора сигналов Г3-118

Усилители мощности низкой частоты (УНЧ) в разных вариантах были разработаны для повышения нагрузочной способности генератора сигналов низкочастотного Г3-118 и использовались при проведении опытов с магнитострикционными преобразователями различных типов, динамическими головками, низкочастотными и высокочастотными излучателями звука, соленоидами, трансформаторами и т. п. Помимо генератора Г3-118 совместно с усилителями могут использоваться и другие источники сигнала с подходящими параметрами.

1. Низкочастотный усилитель мощности 15 Вт

Параметры усилителя:

  • диапазон рабочих частот 20 Гц . 120 кГц при неравномерности АЧХ не более 10 %
  • максимальная выходная мощность 15 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом при входном напряжении 0.7 В эфф. (1 В ампл.)
  • коэффициент гармоник при максимальной выходной мощности в диапазоне рабочих частот не более 1 %
  • входное сопротивление не менее 4.7 кОм
  • питание: сеть переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц
  • размеры 200 х 230 х 110 мм 3
  • масса не более 2 кг

Схема электрическая принципиальная усилителя мощности 15 Вт

Электрическая принципиальная схема усилителя мощности показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная низкочастотного усилителя мощности 15 Вт.

За основу усилителя взята схема простого высококачественного усилителя мощности звуковой частоты [2] с некоторыми корректировками. Операционный усилитель (ОУ) DA1 (КР544УД2) работает в малосигнальном режиме с малоомной нагрузкой R9. ОУ питается через резисторы R7, R8. Ток питания, зависящий от входного сигнала, создает на этих резисторах напряжение смещения транзисторов VT1, VT3 и VT2, VT4, включенных по схеме Дарлингтона. С выхода усилителя (коллекторы VT3, VT4) сигнал отрицательной обратной связи через резисторы R5, R6 поступает на инвертирующий вход ОУ. Соотношение сопротивлений R5 и R6 определяет уровень входного сигнала при максимальной мощности (0.7 В эфф.). Для балансировки ОУ по постоянному напряжению служит цепь R2R3R4. Конденсатор C2 служит фильтром нижних частот, а цепочка C4R9 — фильтром верхних частот. Для питания усилителя используется трансформатор T1 с выходным напряжением 24 В (действующее значение), ко вторичной обмотке которого подключен диодный мост VD1 — VD4 (4 шт. Д242). Конденсаторы C8, C9 фильтра блока питания создают искусственную среднюю точку, используемую в качестве общего провода. Для индикации работы усилителя используется светодиод HL 1 «СЕТЬ». Ниже на фотографиях рис. 2 — 4 показан вид усилителя спереди, сзади и со снятой верхней крышкой.

Рис. 2. Низкочастотный усилитель мощности 15 Вт. Вид спереди.

Рис. 3. Низкочастотный усилитель мощности 15 Вт. Вид сзади.

Рис. 4. Низкочастотный усилитель мощности 15 Вт. Вид сверху со снятой верхней крышкой.

2. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт

Параметры усилителя:

  • диапазон рабочих частот 10 Гц . 50 кГц при неравномерности АЧХ 0 Дб (0 %), 5 Гц . 100 кГц при неравномерности АЧХ не более 1.5 Дб (15 %), 2 Гц . 150 кГц при неравномерности АЧХ не более 6 Дб (50 %)
  • максимальная выходная мощность 100 Вт
  • нагрузка активно-индуктивная, сопротивление нагрузки лимитируется выходной мощностью, оптимальное сопротивление нагрузки 4 . 8 Ом
  • максимальное входное напряжение при коэффициенте усиления 100 % 0.7 В эфф. (1 В ампл.)
  • максимальная амплитуда выходного напряжения усилителя без нагрузки 40 В (28 В эфф.)
  • коэффициент гармоник при выходной мощности 50 Вт в диапазоне частот 5 Гц . 100 кГц не более 1 %
  • входное сопротивление не менее 10 кОм
  • питание: сеть переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц
  • размеры 200 х 230 х 110 мм 3
  • масса не более 4.5 кг

Схемы электрические принципиальные усилителя мощности 100 Вт

Электрические принципиальные схемы усилителя мощности показаны на рис. 5, 6.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная низкочастотного усилителя мощности 100 Вт.

Для питания усилителя от сети переменного тока 220 В 50 Гц используется силовой понижающий трансформатор T1 с выходным напряжением 2 х 32 В (действующее значение), ко вторичной обмотке которого подключен диодный мост VD1 — VD4 (4 шт. КД202В). Конденсаторы C1, C2, включенные на выходе диодного моста, выполняют роль фильтра блока питания. Для индикации работы усилителя используется светодиод HL 1 «СЕТЬ» (эскиз печатной платы приведен на рис. 7). С помощью потенциометра R1 » УСИЛЕНИЕ » можно линейно изменять уровень входного сигнала от 0 до 100 %.

Рис. 6. Схема электрическая принципиальная платы низкочастотного усилителя мощности 100 Вт.

Сам усилитель мощности построен по типовой схеме на микросхеме УНЧ TDA7294 (рис. 6). Чтобы расширить частотный диапазон в сторону более низких частот, использованы конденсаторы с емкостью больше рекомендованной ( C1, C2, C9 ). Эскиз печатной платы усилителя мощности представлен на рис. 8.

Читайте также:  Акт технического осмотра генератора

Рис. 7. Эскиз печатной платы индикатора усилителя мощности 100 Вт (размер платы 30 х 30 мм 2 ).

Рис. 8. Эскиз печатной платы низкочастотного усилителя мощности 100 Вт (размер платы 120 х 80 мм 2 ).

Ниже на фотографиях рис. 9 — 11 показан вид усилителя спереди, сзади и со снятой верхней крышкой:

Рис. 9. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид спереди.

Рис. 10. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид сзади.

Рис. 11. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид сверху со снятой верхней крышкой.

3. Низкочастотный двухканальный усилитель мощности 2 х 100 Вт

Параметры усилителя:

  • число каналов — два, характеристики каналов идентичные, источник входного сигнала каждого из каналов может быть выбран независимым переключателем
  • диапазон рабочих частот 10 Гц . 50 кГц при неравномерности АЧХ 0 Дб (0 %), 5 Гц . 100 кГц при неравномерности АЧХ не более 1.5 Дб (15 %), 2 Гц . 150 кГц при неравномерности АЧХ не более 6 Дб (50 %)
  • максимальная выходная мощность 100 Вт на канал
  • нагрузка активно-индуктивная, сопротивление нагрузки лимитируется выходной мощностью, оптимальное сопротивление нагрузки 4 . 8 Ом
  • максимальное входное напряжение при коэффициенте усиления 100 % 0.7 В эфф. (1 В ампл.)
  • максимальная амплитуда выходного напряжения каждого из каналов усилителя без нагрузки 40 В (28 В эфф.)
  • коэффициент гармоник при выходной мощности 50 Вт в диапазоне частот 5 Гц . 100 кГц не более 1 %
  • входное сопротивление не менее 10 кОм
  • питание: сеть переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц
  • размеры 400 х 360 х 160 мм 3 (без учета органов управления и подключения)
  • масса не более 17 кг

Схемы электрические принципиальные усилителя мощности 2 х 100 Вт

Электрические принципиальные схемы усилителя мощности показаны на рис. 12 — 14.

Рис. 12. Схема электрическая принципиальная двухканального низкочастотного усилителя мощности 2 х 100 Вт.

Напряжение питающей сети 220 В 50 Гц с разъема XP1 через предохранитель FU1 и выключатель S 1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1 . Его вторичная обмотка с выходным напряжением 2 х 32 В (действующее значение) используется для питания силовой части усилителя (через силовой выпрямитель), а обмотка с выходным напряжением 2 х 16 В — для питания сигнальных цепей (через стабилизатор напряжения). Напряжение с обмотки 2 х 32 В поступает на диодный мост VD1 — VD4 ( 4 шт. Д215А) силового выпрямителя. Конденсаторы C1 — C4, включенные на выходе диодного моста силового выпрямителя, выполняют роль фильтра блока питания. Для индикации работы усилителя используется светодиод HL 1 «СЕТЬ» (эскиз печатной платы на рис. 15). Двухполярный стабилизатор напряжения +15 В собран по схеме линейного параметрического стабилизатора на микросхеме DA1 ( КР142ЕН5) и транзисторе VT1 (КТ814). Он служит для питания сигнальных цепей усилителя, в частности, входного инвертора, а также вентилятора принудительного охлаждения радиаторов усилителей мощности. Эскиз печатной платы стабилизатора напряжения показан на рис. 16. С помощью потенциометров R1 » КАНАЛ A . УСИЛЕНИЕ , % » и R 2 » КАНАЛ B . УСИЛЕНИЕ , % » можно линейно изменять уровень входного сигнала с каждого из канальных входов от 0 до 100 % независимо друг от друга. С потенциометров R1 , R2 сигнал поступает на входной инвертор, позволяющий получать неинвертированное и инвертированное напряжение с каждого из канальных входов с примерно одинаковой амплитудой. Переключатели S2 » КАНАЛ A . ИСТОЧНИК » и S 3 » КАНАЛ B . ИСТОЧНИК » позволяют выбрать для каждого из каналов входной источник сигнала и его полярность. Далее сигналы выбранных источников поступают на соответствующие усилители мощности канала A и B . С выходов усилителей мощности усиленный сигнал поступает на выходные клеммы усилителя. Выходные клеммы усилителя при необходимости могут быть соединены параллельно для повышения тока в нагрузке (переключатели S 2 и S3 должны находиться в одинаковых положениях) или использоваться в последовательном соединении для повышения напряжения на нагрузке (переключатели S2 и S3 должны находиться в положении источника сигнала с одного и того же входа, но в разной полярности, например, A и -A или B и -B ).

Рис. 13. Схема электрическая принципиальная платы усилителя мощности одного канала низкочастотного усилителя мощности 2 х 100 Вт.

Усилители мощности обоих каналов построены по типовой схеме на микросхеме УНЧ TDA7294 (рис. 13). Чтобы расширить частотный диапазон в сторону более низких частот, использованы конденсаторы с емкостью больше рекомендованной ( C1, C2, C9 ). Эскиз печатной платы усилителя мощности каждого из каналов представлен на рис. 17. Для принудительного охлаждения плат усилителей мощности используется вентилятор, установленный в корпусе усилителя и подключенный к стабилизатору напряжения.

Читайте также:  Генератор ключей для masters

Рис. 14. Схема электрическая принципиальная платы входного инвертора низкочастотного усилителя мощности 2 х 100 Вт.

Двухканальный входной инвертор (рис. 14) построен по схеме инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления, равным 1, на быстродействующих операционных усилителях DA1DA2 (КР574УД1). Точное значение коэффициента усиления подбирается с помощью подстроечных резисторов R4 или R9 независимо для каждого канала инвертора. Эскиз печатной платы входного инвертора представлен на рис. 18.

Рис. 15. Эскиз печатной платы индикатора усилителя мощности 2 х 100 Вт (размер платы 30 х 30 мм 2 ).

Рис. 16. Эскиз печатной платы стабилизатора напряжения +15 В усилителя мощности 2 х 100 Вт (размер платы 90 х 60 мм 2 ).

Рис. 17. Эскиз печатной платы одного канала низкочастотного усилителя мощности 2 х 100 Вт (размер платы 120 х 80 мм 2 ).

Рис. 18. Эскиз печатной платы входного инвертора низкочастотного усилителя мощности 2 х 100 Вт (размер платы 70 х 45 мм 2 ).

Ниже на фотографиях рис. 19 — 21 показан вид усилителя спереди, сзади и со снятой верхней крышкой:

Рис. 19. Низкочастотный двухканальный усилитель мощности 2 х 100 Вт. Вид спереди.

Рис. 20. Низкочастотный двухканальный усилитель мощности 2 х 100 Вт. Вид сзади.

Рис. 21. Низкочастотный двухканальный усилитель мощности 2 х 100 Вт. Вид сверху со снятой верхней крышкой.

4. Состояние разработки

Усилители мощности изготовлены в одном экземпляре каждый и используются в лабораторных условиях для проведения различных экспериментов. В частности, с помощью усилителя в комплекте с генератором сигнала и осциллографом можно оценивать свойства различных магнитомягких материалов в широком диапазоне частот. Одна из измерительных схем показана на рис. 22.

Рис. 22. Измерительная схема для снятия петель гистерезиса магнитных материалов.

На испытуемый образец наматываются две обмотки. L1 — обмотка возбуждения, с ее помощью внутри образца создается переменное магнитное поле. Обмотка L2 — сигнальная. Напряжение с ее выхода, прямо пропорциональное скорости изменения магнитной индукции внутри образца, подается на интегратор, а с него — на вход Y осциллографа. Резистор R1 выполняет роль датчика тока. Напряжение с него, прямо пропорциональное напряженности магнитного поля внутри образца, подается на вход X осциллографа. Роль интегратора в самом простом исполнении может выполнять RC цепь, включенная по схеме фильтра нижних частот (ФНЧ). Выбор частоты среза ФНЧ определяется частотой измерений.

На рис. 23 показан пример петли гистерезиса для ферритового кольца марки М1500НМ3-Б типоразмера К20х10х5, снятой на частоте 500 Гц для определения коэрцитивной силы. Одно большое деление по горизонтали составляет примерно 27 А/м. Коэрцитивная сила по индукции равна примерно 11 А/м, что соответствует литературным данным [ 3 , 4 ] .

Рис. 23. Петля гистерезиса ферритового кольца марки М1500НМ3-Б типоразмера К20х10х5 на частоте 500 Гц.

С использованием УНЧ 100 Вт проводились эксперименты по изучению воздействия на различные биообъекты и биоматериалы магнитного поля катушек Гельмгольца [ 5 ] , промодулированного музыкальными, шумовыми и кодированными сигналами, которые подавались на вход усилителя с выхода звуковой карты компьютера. Схема эксперимента представлена на рис. 24. Усилитель мощности подключается к стереовыходу звуковой карты компьютера через резисторную цепь R1R2 , выполняющую роль сумматора сигналов левого и правого звукового канала, а катушки Гельмгольца — к выходу усилителя. Для звуковой индикации переменного магнитного поля в зоне объекта может использоваться специальный аудиоконтроллер [1] .

Рис. 24. Схема эксперимента по изучению воздействия магнитного поля на биообъекты и биоматериалы.

Ссылки:

  1. Аудиоконтроллер переменного магнитного поля звуковой частоты
  2. Гумеля Е. Простой высококачественный УМЗЧ. — Радио, 1989, № 1, с. 44 — 48.
  3. Мишин Д. Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие. — М.: Высш. школа, 1981 — 335 с., ил.
  4. Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы: Учебник для студ. вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики». — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1986. — 352 с.: ил.
  5. Системы колец Гельмгольца (катушки Гельмгольца)
  • Катушки Гельмгольца — система из двух одинаковых последовательно включенных цилиндрических соленоидов, расположенных соосно, причем расстояние между центрами соленоидов приблизительно равно их среднему радиусу. В центре системы имеется зона однородного магнитного поля.
  • Коэрцитивная сила по магнитной индукции — напряженность размагничивающего поля, которое должно быть приложено к предварительно намагниченному образцу, чтобы магнитная индукция в нем стала равна нулю.
  • Усилитель мощности — устройство, выходной сигнал которого повторяет по форме и превосходит по мощности сигнал на входе.

23.09.2003
17.06.2010
26.04.2013
13.11.2013

Источник