Усилители мощности низкой частоты 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.
- 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 мм3
- масса не более 2 кг
Схема электрическая принципиальная 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 HL1 "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.
- 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 мм3
- масса не более 4.5 кг
Электрические принципиальные схемы усилителя мощности показаны на рис. 5, 6.
Рис. 5. Схема электрическая принципиальная низкочастотного усилителя мощности 100 Вт.
Для питания усилителя используется 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 HL1 "СЕТЬ". С помощью потенциометра R1 "УСИЛЕНИЕ" можно изменять уровень входного сигнала от 0 до 100 %.
Рис. 6. Схема электрическая принципиальная печатной платы низкочастотного усилителя мощности 100 Вт.
Сам усилитель 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 представлен на рис. 7.
Рис. 7. Эскиз печатной платы низкочастотного усилителя мощности 100 Вт (размер платы 120 х 80 мм2).
Ниже на фотографиях рис. 8 - 10 показан вид усилителя спереди, сзади и со снятой верхней крышкой:
Рис. 8. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид спереди.
Рис. 9. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид сзади.
Рис. 10. Низкочастотный усилитель мощности 100 Вт. Вид сверху со снятой верхней крышкой.
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. 11.
Рис. 11. 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. 12 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. 12. Петля гистерезиса.
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. 13. 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. 13. Схема эксперимента по изучению воздействия магнитного поля на биообъекты и биоматериалы.
Ссылки:
- Аудиоконтроллер переменного магнитного поля звуковой частоты
- Гумеля Е. Простой высококачественный УМЗЧ. - Радио, 1989, № 1, с. 44 - 48.
- Мишин Д. Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие. - М.: Высш. школа, 1981 - 335 с., ил.
- 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.
- 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.
No comments:
Post a Comment