Electronica si Automatizari, Tehnician Operator Tehnica de Calcul - Proiectarea unui amplificator audio e 10 W

 

Electronica si Automatizari

Tehnician Operator Tehnica de Calcul

Proiectarea unui amplificator audio e 10 W

2. Sursa de alimentare

Sursele de alimentare sunt cele care debiteaza energia necesar functionari            circuitelor electrice a aparaturi electrice.Energia care functioneaza este materializata prin tensiunea si curentul care sunt necesare

Reprezinta cea care asigura energia necesara functionarii unui aparat electric.

Sursa de alimentare este compusa din :

- transformator

- redresor

- stabilizator

- filtru

Schema bloc a sursei de tesiune este reprezentata in Figura 1

2.1 Transformatorul

Reprezinta elemenul de circuit care realizeaza reducerea tensiunii de 220 V. la o tensiune alternativa intre 4,5 V si 50 V.

Fenomenul fizic care sta la baza acestei transformari este inductia electromagnetica.

Puterea electrica din primar este egala cu puterea electrica din secundar, ca urmare, perechii tensiune-curent din primar ii corespunde o tensiune si un curent din secundar, dar difera fata de cele din primar.

Tensiunea mare, curent mic in primar, ca urmare, tensiunea din secundar fiind mai mica, ii va corespunde un curent mare in secundar. Aceasta stare, de fapt nu conduce in secundar la o bobina, cu numarul de spire mai mic si de grosime mai mare.

Avand in vedere rezista electrica exprimata in functie de caracteristicile de material, vom gasi in primar, o rezistenta de 1,2 - 1,4 iar in secundar o rezistenta de 2 - 4

In situatia in care aceste rezistenta nu sunt nule, rezulta ca bobina respectiva este in scurt circuit.

In siuatia in care una dintre aceste rezistente este infinita, bobina este intrerupta.

2.2 Redresorul

Este un bloc in sursa de alimentare care asigura transformarea tensiunii alternative ( de la transformator ) in tensiune pulsatorie.

Presupunem ca avem alternanta pozitiva, curentul va circula de la plus(+) la minus(-) situatie care va conduce D4 ca este polarizata direct, alternanta pozitiva nu va putea circula prin D3 aceasta fiind blocata la fel ca si D1, situatie in care curentul circula prin D4. Rezistenta de sarcina care va circula prin D2 si la transformator, va ajunge la transformator care este negativ.

In situatia discutata vor conduce diodele D4 si D2. In urmatoarea situatie in care avem (+) in 1' curentul va circula prin D3, el nu va trece prin rezistenta de sarcina (Rs). Se intoarce prin D1 , deoarece catodul va fi puternic negativ, prin urmare D1 deschide iar curentul se intoarce in punctul 1. Dioda D2, in aceasta situatie va fi blocata deoarece pe catodul ei avem (+), prin urmare in aceasta situatie conduc diodele D3 D1.

Schema redresorului este reprezentata in Figura 2

2.3 Filtrul

Are rolul de a netezi pulsatia, de a transforma dintr-un semnal pulsatoriu intr-un semnal aproximativ liniar sau continuu.

Competenta principala care realizeaza aceasta trecere de la tensiunea pulsatorie la tensiune continua este condensatorul. Aceasta realizare se petrece prin incarcarea si descarcarea condensatorului la schimbarea polaritatilor . Condensatorul are proprietatea de a acumula sarcina electrica.

Forma de unda o gasim in Figura 3 .

2.4 Stabilizatorul

Reprezinta ultimul bloc din sursa de alimentare si realizeaza stabilizarea tensiunii de iesire. A stabiliza inseamna a mentine constanta tensiunea de iesire in limite forte stranse prevazute de proiectant. Stabilizatorul are rolul de a micsora aceste variatii, forma tensiunii la iesirea sa apropiindu-se foarte mult de o functie constanta. Acest efect este masurat prin factorul de stabilizare , definit ca raportul variatiilor tensiunii la intrarea si respectiv, iesirea sa.

Cu cat acest factor are valori mai mari, cu atat stabilizatorul este mai eficient. O alta cauza a variatiei tensiunii produse de alimentator este provocata de modificarea in timp a curentului prin sarcina. Aceasta variatie a tensiunii poate fi exprimata ca unde este rezistenta sa echivalenta .

Scaderea tensiunii produse atunci cand sarcina absoarbe mai mult curent se datoreaza rezistentei secundarului transformatorului dar, in principal, maririi ondulatiei, care este proportionala cu valoarea curentului.

Circuitul prezentat reprezinta un stabilizator de tensiune cu element de control serie si amplificator de eroare. Schema bloc a stabilizatorului serie este data in Figura 4

Tensiunea de intrare U_i poate sa varieze: U_i ± ∆U_i. Aceasta variatie, in primul moment, va fi transmisa prin elemental de control serie la iesire, unde tensiunea va fi U_s ± ∆U_s. Aceasta variatie a tensiunii de iesire este sesizata de divizorul R₁R₂ si aplicata amplificatorului A → numit amplificator de eroare. Acesta mai primeste la intrarea sa si tensiune de referinta, U_ref, care provine de la blocul tensiunii de referinta.

La iesirea amplificatorului de eroare se obtine un semnal (curent sau tensiune), care este proportional cu variatia tensiunii de la bornele elementului de control serie. Tensiunea de pe bornele elementului serie este U ± ∆U. Daca semnalul de la iesirea amplificatorului de eroare comanda elementul serie, astfel incat variatia tensiunii de la bornele acestuia, ∆U, sa indeplineasca conditia │∆U│ → │∆U_i│=0, atunci resulta ∆U_s=0, adica tensiunea de iesire este constanta, deci stabilizata. Elemetul de control serie se comporta ca o rezistenta variabilacomandata, care preia la bornele sale variatiile tensiunii de intrare.

In Figura 5 prezint schema electrica a stabilizatorului cu amplificator de eroare diferential.La aceasta schema tensiunea de iesire este independenta de UBE, Us= Uz(R1+R2)/R2. Prin urmare se pune problema compensarii numai a tensiunii Zener.

Principalele caracteristici ale stabilizatorului de tensiune in afara tensiunilor si curentilor de intrare si de iesire sunt: coeficientul de stabilizare definit ca raportul dintre variatia tensiunii de intrare ∆U_i raportata la variatia tensiunii de iesire ∆U_s pentru un curent de sarcina I_s si temperatura t, constante: F₀ = ∆U_i /∆U_s, I_s si t → constante; si rezistenta dinamica interna a stabilizatorului, definita ca raportul dintre variatia tensiunii de iesire ∆U_s si variatia curentului sarcina ∆I_s tensiunea de intrare U_i si temperatura fiind constante, R₀ = ∆U_{s /} I_s, U_i si t → constante.

Performante mult mai bune sant oferite de stabilizatoarele integrate, disponibile odata cu aparitia tehnologiei circuitelor integrate. Cresterea factorului de stabilizare este realizata prin inlocuirea rezistorului de balast cu o sursa de curent. De asemenea, utilizarea reactiei negative face posibila atingerea unor valori infime pentru rezistenta de iesire. Chiar masurata cu un voltmetru digital, tensiunea de iesire apare a fi constanta, stabilizatorul apropiindu-se foarte mult de sursa ideala de tensiune.

O categorie speciala de stabilizatoare o constituie referintele de tensiune. Ele nu sant destinate alimentarii unor circuite ci producerii unei tensiuni electrice extrem de constante, necesare in operatii de comparatie cu alte tensiuni. Principala calitate a unei referinte de tensiune este deriva ei cu temperatura.

Pentru proiectarea unui asemenea stabilizator avem nevoie de urmatoarele piese :

-R₁ 8,2 kΩ                 -T₁ BD 139

-R₂ 3,2 kΩ -T₂ BD 139

-R₃ 680 Ω -T₃ BC 107

-R₄ 2,2 kΩ -T₄ BC 107

-R₅ 820 Ω -D_z PL 5V

-R₆ 2,2 kΩ -P 5 kΩ

-C 470 µF

Schema bloc a stabilizatorului serie este reprezentata in Figura 4

Schema electrica a stabilizatorului cu amplificator de eroare diferential este reprezentata in Figura 5

3 .Amplificatorul audio de 10 W

Schema cuprinde un etaj de intrare realizat cu T1, un etaj prefinal realizat cu T2 si  un etaj finalin contratimp realizat cu tranzistoarele T3 si T4.

Semnalul audio aplicat la bornele de intrare care trece prin C1 si patrunde in baza preamplificatorului T1. Semnalul amplificat este introdus mai departe in baza prefinalului T2. De la colectorul acestuia semnalul este dirijat catre tranzistoarele finale T3 si T4. Practic, cuplajul cu T3 se face direct ,iar cu T4 prin intermediul grupului D1R8 , prin care se asigura si polarizarea necesara pentru baza.

Pentru protectia tranzistoarelor finale, in baza acestora s-au introdus diodele.

Difuzorul Dif este cuplat prin intermediul unui capacitor electrolitic demare capacitatate.ceea ce asigura o fidelitatate a redarii si in domeniul frecventelor joase.Pentru obtinerea unor performante superioare schema are mai multe bucle de reactie negativa.Astfel asupra preamplificatorului T1 exista o reactie datorata rezistorului R5 si alta datorita rezistorului R7 prin care o parte din semnalul audio cules de la C5 este introdus in emitor.

Un alt punct de aplicare al reactiei negative il intalnim in circuitul de emitor al tranzistoarelor finale unde actioneaza R9 si R10 .Aceste rezistoare de mica valoare se vor obtine prin cuplarea in derivatie a mai multor rezistoare de valoare mai mare.

O ultima reactie negativa apare intre punctul de cuplare al difuzorului si baza lui T4 , prin rezistorul R11.

Diodele folosite in montaj vor fi de tipul 1N4001 si 1N4007.

Pentru filtarea suplimentara a tensiunii de alimentare in schema sunt prevazute C2-C6 si R3.

Schema electrica a amplicatorului audio de 10W in Figura 6

3.1 Alimentarea amplificatorului

In Figura 6 este prezentata schema de principiu a unui amplificator capabil sa debiteze o putere de 10 W pe un difuzor de 8Ω. Semnalul de atac aplicat la intrare in amplificator va trebui sa aiba -pentru obtinerea puterii de 10 W o valuare de aproximativ 250 mV. Aceasta tensiune va trebui preluata de la un preamplificator echipat cu reglaje de ton si de volum necesare. Tensiunea de alimentare de 22-25 V poate fi obtinuta de la un redresor simplu .

4. Trasarea circuitului imprimat

Reprezinta legaturile dintre componentele electronice transpuse pe placa de textolid cablat cu cupru.

Pentru realizarea traseului circuitului imprimat necesar unui circuit electronic, vom proceda in felul urmator: se urmareste realizarea unui circuit electronic folosind piesele in marime naturala ( piese alese de noi) asezate pe cablaj in modul cel mai economic.

Intre piese vom obtine portiunea de cupru pe care vom acoperi cu un strat anticoroziv, se lase sa se usuce si vom introduce placa in baia de coorodare, obtinand astfel traseul proiectat.

Dupa proiectarea circuitului se dimensioneaza placa de textolid si pentru practicarea gaurilor, desenul cablajului se v-a rasuci cu 180 grade ( in oglinda), in acest moment se traseaza circuitul pe cablaj.

Circuitul impimat (schema de cablaj) al amplificatorului audio de 10 W in Figura 7

5. Bibliografie

1. Practica industriala. C. Pantelimon

2. Electronica. Dobos Tomescu.

3. Practica electronica. Edmond Nicolau.

4. Circuite integrate liniare. Manual de utilizare vol.3

5. Agenda radioelectronistului.

6. Reviste de specialitate.