Finalizare Farnas I Istvan 4ea Final Update [306410]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI

TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

DOMENIUL / PROGRAMUL DE STUDIU: ELECTRONICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Proiect de diplomă

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Ș.l. dr. ing. GAVRILUȚ IOAN

ABSOLVENT: [anonimizat]ÁN

ORADEA

2020

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI

TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

DOMENIUL / PROGRAMUL DE STUDIU: ELECTRONICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Proiectarea și realizarea unui amplificator audio cu conexiune wireless

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Ș.l. dr. ing. GAVRILUȚ IOAN

ABSOLVENT: [anonimizat]ÁN

ORADEA

2020

[anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat].

[anonimizat] a căror scop este redarea sunetului.

[anonimizat], însă în lucrarea mea mă voi referi în special la amplificatoare audio de putere. Aceste amplificatoare sunt concepute pentru a [anonimizat] o sursă de semnal sau un dispozitiv de recepție (microfon, instrument muzical), sau de stocare (CD-Player,DVD-Player,casetofon,etc.), [anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat], caracteristici electrice legate de amplificatoarele de audiofrecvență.

La sfarșitul primului capitol sunt clasificate amplificatoarele audio după anumite criterii.

În capitolul 2 este prezentat amplificatorul audio cu circuitul integrat TDA7294, [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], preluate dintr-o sursă, [anonimizat]-un semnal de ieșire de o putere mai mare față de semnalul aplicat la intrare.

Acest semnal audio preluat de amplificator din dispozitivul de recepție (laptop, telefon, microfon, etc.) este de putere slabă.

Puterea semnalului este singura diferență dintre semnalul de intrare și cel de ieșire.

[anonimizat]: preamplificator și amplificator de putere.

Fig.1.1. Simbolul amplificatorului.

Toate amplificatoarele audio de putere au o unitate de măsură: Watt.

[anonimizat]-activ, [anonimizat].

Noțiuni de bază

Nivelul unui semnal

Nivelul unei mărimi este raportul dintre valoare mărimii și o altă valoare a [anonimizat]. [anonimizat].

[anonimizat].

[anonimizat].

Unitatea de măsură a [anonimizat]-inventatorului telefonului Graham Bell (1847-1922), și se notează cu litera B.

Nivelul (logaritmic) unei valori P a puterii față de valoarea de referință Pref se calculează cu formula [1]:

NivP,B = lg (P/Pref), (1.1)

unde prin NivP este notat nivelul (logaritmic) coresunzător valorii P, exprimat în beli, și “lg” este logaritmul în baza zece.

Rezultă că nivelul este egal cu 1 B (Bel), când valoarea P este de 10 ori mai mare decât valoarea de referință (de exemplu Pref = 1 mW și P = 10 mW, Pref = 10 mW).

S-a considerat că belul este o unitate mare, cel mai des se folosește submultiplul notat pescurtat dB (1 B = 10 dB). Nivelul unei valori a puterii este de 1dB când raportul respectiv este de 1,26.

Nivelul adecvat valorii unei puteri, exprimat în decibeli (dB) este egal cu de zece ori logaritmul în baza zece a raportului dintre acea valoare și valoarea de referință: [1]

NivP,dB = 10 lg (P/Pref), (1.2)

Din proprietățile funcției logaritm și formula (1.2) rezultă că pentru o valoare mai mică decât valoarea de referință, măsura logaritmică a nivelului este negativă.

Distorsiuni

În mod ideal, semnalul de la intrarea amplificatorului trebuie să fie transmis la ieșire, astfel încât să furnizeze o putere mai mare decât cea absorbită de sursa de semnal, dar cu păstrarea identică a formei semnalului. Apropierea de condiția din urmă definește fidelitatea amplificatorului; cel mai mult se apropie de ea amplificatoarele de înaltă fidelitate (high-fidelity, de unde prescurtarea de uz internațional Hi-Fi)

Orice amplificator real modifică, măcar în foarte mică măsură, forma semnalului pe care îl amplifică. Aceste deformări în tehnică se numesc distorsiuni.

De exemplu, tăierea vârfului unei tensiuni sinusoidale aplicat la intrare, dacă amplitudinea ei este mai mare decât cea pe care o permite montajul. [1]

ig.1.2. Distorsiunea de amplitudine cauzată de nivelul mare al semnalului de intrare.

Distorsiunile se împart în două clase mari: distorsiuni neliniare și distorsiuni de frecvență sau liniare.

Relația dintre semnalul (tensiunea) de ieșire dintr-un amplificator și tensiunea aplicată la intrare trebuie să fie liniară. Asta înseamnă că tensiunea de ieșire trebuie să varieze direct proporțional cu tensiunea de intrare.

Abaterile de la liniaritate se numesc neliniarități, iar deformările care decurg pentru semnalul aplicat se numesc distorsiuni neliniare (distorsiuni de neliniaritate). Distorsiunile de frecvență sunt foarte importante în etajele de semnal mic.

Un amplifiactor, în mod ideal, trebuie să amplifice la fel de mult orice tensiune sinusoidală aplicată la intrare, indiferent de frecvența ei.

La un amplificator real amplificarea însă întotdeauna depinde de frecvența tensiunii sinusoidale.

Distorsiunile neliniare sunt mai supărătoare decât cele liniare, deoarece la ieșirea amplificatorului apar tensiuni cu frecvențe inexistente la intrarea lui. Ele falsifică sau întunecă imaginea acustică a evenimentului redat de semnalul care se amplifică. [2]

Zgomot

În orice amplificator au loc fenomene care impiedică realizarea unei audiții ireproșabile. La ieșire apare o tensiune diferită de zero, chiar în absența tensiunii de intrare. Ea se numește tensiune perturbatoare sau zgomot.

Tensiunea perturbatoare a unui amplificator este un semnal aleator produs de componente ale amplificatorului, cum ar fi: rezistoare, tranzistoare, sau datorită faptului că filtrarea tensiunii redresate, cu care se alimientează etajele amplificatorului, este întotdeauna imperfectă.

Acest zgomot se măsoară la ieșirea amplificatorului, scurtcircuitând bornele de la intrarea amplificatorului. Ea reprezintă valoarea tensiunii de intrare care ar crea la ieșire tensiunea proprie de zgomot.

Zgomotul constă dintr-o tensiune neperiodică, ce are o variație aleatoare.

Fig.1.3 Semnal de zgomot. [3]

Toate rezistențele produc o tensiune numită zgomot termic. Acest zgomot este cauzat de mișcarea de agitație termică a electronilor. Acesta crește odată cu temperatura și este nul numai la 0 K, și nu depinde de frecvență. De aici rezultă că tensiunea de zgomot termic este cu atât mai mare cât este mai mare banda de trecere a amplificatorului.

În tranzistoare există trei surse de zgomot:

zgomot termic al rezistențelor zonelor sale interne;

zgomot de alice, este cauzat de trecerea curentului electric, ceea ce înseamnă și trecerea unor cantități de sarcină electrică. El crește proporțional cu curentul și nu depinde de frecvență;

zgomot de licărire, variază invers proporțional cu frecvența. Acest zgomot în mod obișnuit este zgomotul ce se aude în difuzor în absența semnalului de intrare.

Tensiunea de zgomot la ieșire crește odată cu amplificarea de tensiune a amplificatorului. [1]

Caracteristici electrice ale amplificatoarelor de audiofrecvență

În cărțile de specialitate se găsesc un număr mare de caracteristici folosite pentru descrierea proprietăților electrice ale amplificatoarelor audio. În acest paragraf sunt prezentate caracteristicile mai des întâlnite în cataloage, datasheet-uri.

Puterea de ieșire

Amplificatoarele, în general sunt evaluate după raportul wați/canal la mai multe impedanțe de încărcare, pe o gamă de frecvență de obicei 20Hz – 20KHz, la o anumită cantitate de distorsiune armonică totală.

Există mai multe moduri pentru definirea puterii de ieșire a unui amplificator audio.

Cele mai folosite în practică, sunt:

puterea sinusoidală de ieșire (puterea de ieșire pentru un semnal sinusoidal de durată), este puterea de ieșire pe care amplificatorul o poate furniza când la intrare i se aplică un semnal sinusoidal. Amplificatorul trebuie să fie capabil să livreze această putere incontinuu timp de minim 10 minute.

putere muzicală de ieșire este puterea pe care o poate livra amplificatorul numai un timp scurt. Această putere este de 1,3 până la 2 ori mai mare decât puterea sinusodială

La un amplificator, puterea la ieșire este determinată de amplitudinea tensiunii aplicate la intrare, poziția în care e fixat reglajul volumului și valoare rezistenței de sarcină Rs .

La amplificatoarele integrate trebuie precizată valoarea corespunzătoare a tensiunii de alimentare, pentru că ele pot lucra într-un domeniu de valori ale acesteia, și amplitudinea tensiunii de ieșire de la care crește mult coeficientul k depinde de tensiunea de alimentare.

Sunt producători care specifică puterea nominală de ieșire. Puterea nominală de ieșire este puterea de ieșire livrabilă la valoarea nominală a factorului de distorsiuni neliniare, caz în care pe lângă valoarea puterii de ieșire se specifică numai valoarea rezistenței de sarcină R. [4]

Ca și o ultimă idee, puterea de ieșire se intâlnește și sub denumirile de putere utilă sau putere de sarcină. [1]

1.2.3. Sensibilitatea

Sensibilitatea unui amplificator audio, este caracteristica prin care se înțelege valoarea tensiunii de intrare, ce are o formă sinusoidală, necesar pentru a obține la ieșire tensiune sau putere nominală. Sunt cazuri în care producătorii precizează valoarea nominală a tensiunii de intrare.

Dacă se cunoaște amplificarea și puterea nominală, se poate calcula sensibilitatea.

Pentru obținerea puterii de ieșire nominale este necesară tensiunea de intrare nominală.

Sensibilitatea se expimă în: V, mV, μV. [1]

Raportul semnal/zgomot

Prezintă raportul între puterea semnalului util de ieșire și puterea zgomotului .

raport semnal/zgomot = 20 log [dB] (1.3)

Semnal/zgomot = 10 lg [dB] (1.4) [1]

Gama dinamică

Reprezintă raportul dintre semnalul de putere maximă și cel de putere minimă pe care le poate reproduce amplificatorul, exprimat în decibeli. [4]

Pentru a putea defini în ce măsură poate amplifica semnale cu diverse amplitudini, se va introduce mărimea numită gama dinamică

Se va trasa o caracteristică de transfer în baza dependenței :

= (1.4) [1]

Fig.1.4. Caracteristica de transfer intrare-ieșire.

Orice sistem de sonorizare are anumite limite între care poate fi folosit pentru reproducerea sunetului.

Impedanțele de intrare și ieșire

Orice amplificator prezintă o impedanță de intrare și de ieșire.

Impedanța de intrare se măsoară la bornele de intrare a amplificatorului pentru semnale de audiofrecvență. Această impedanță de obiecei este impedanță rezistivă.

Impedanța de ieșire a unui amplificator audio este impedanța măsurată la bornele lui de ieșire, cu condiția ca la intrare să fie conectată o sursă de semnal, dar tensiunea să fie nulă. În domeniul frecvențelor medii din banda de trecere, ea este de obicei rezistivă. [4]

Impedanța de ieșire are un rol foarte important în cazul etajului final al amplificatorului, care comandă difuzorul.

Puterea unui amplificator poate fi indicată pentru diferite impedanțe de încărcare. Unitatea de măsură pentru impedanță este ohm.

Cele mai frecvente impedanțe de încărcare 8 ohmi, 4ohmi și 2 ohmi.

Puterea unui amplificator este de obicei mai mare atunci când se utlizează load-uri cu impedanță mai mică. [1]

Clasificarea amplificatoarelor

Clasificarea amplificatoarelor se poate face după câteva criterii:

după natura mărimii amplificate, amplificatoarele se împart în:

amplificatoare de tensiune;

amplificatoare de curent;

amplificatoare de putere.

în funcție de distorsiuni deosebim:

amplificatoare liniare, distorsiunile sunt minime;

amplificatoare nelinare, distorisunile sunt foarte mari.

amplificatoarele liniare se deosebesc în funcție de banda de trecere:

amplificatoare de joasă frecvență (audio):

frecvența limită de jos circa 20 Hz;

frecvența limită de sus circa 20 KHz,

amplificatoare de înaltă frecvență:

frecvența limită de jos circa 20 KHz;

frecvența limită de sus circa 30 MHz.

după nivelul semnalului, amplificatoarele se împart în:

amplificatoare de semnal mic (de tensiune), caracterizate printr-o dependență liniară a semnalului de ieșire, de semnalul de intrare, astfel încât pentru analiza lor pot fi folosite modele liniare pentru dispozitivele electronice, modele ce consideră parametrii constanți cu valori determinate în P.S.F. (punctul static de functionare);

amplificatoare de semnal mare (de putere), caracterizate printr-o dependență neliniară a semnalului de ieșire de semnalul de intrare. La proiectarea lor se folosesc metode grafice, iar la analiza lor se utilizează familii de caracteristici de terminal si metode analitice.

după numărul de etaje, amplificatorul poate fi format dintr-un etaj sau mai multe etaje cuplate “în lanț” (vezi Fig.1.5) [2]

Fig.1.5. Amplificator cu mai multe etaje legate în lanț.

după tipul elementelor active folosite avem:

amplificatoare cu tuburi electronice

amplificatoare cu semicomductoare

amplificatoare cu circuite integrate

amplificatoare magnetice.

după clasa de funcționare deosebim amplificatoare de:

clasa A;

clasa B;

clasa C;

clasa AB.

Clasele amplificatoarelor

Amplificatoarele de putere se deosebesc prin modul în care funcționează etajele de ieșire.

Metoda folosită pentru a distinge caracteristicile electrice ale diferitelor tipuri de amplificatoare este ”clasa”, astfel ele sunt clasificate în funcție de configurația circuitului și de modul lor de funcționare.

În principal clasele de amplificare sunt concentrate în două grupe. Cele din prima grupă sunt controlate clasic pe panta de amplificare, cele mai comune clase de amplificare fiind clasele A, B, AB și C, care sunt definite de starea de conducție a finalilor pe o zonă a caracteristicii și implicit a formei de undă de ieșire.

A doua categorie de amplificatoare sunt mai noi, așa-numitele "de trecere", clasele de amplificare de D, E, F, G, S, T etc, care folosesc circuite digitale și modularea în durată a impulsurilor (PWM), prin prelucrarea semnalului "deschis total" sau "blocat total". [6]

Cele mai frecvent utilizate clase de amplificare sunt în principal clasele A, B, AB și C.

Amplificatorul Clasa A

Amplificatoarele din Clasa A sunt cele mai utilizate amplificactoare, în comparație cu alte clase de amplificatoare, modelele din clasa A sunt dispozitive relativ simple.

Clasa A înseamnă și ”cea mai bună clasă” de amplificatoare datorită distorsiunilor mici, cea mai bună liniaritate, cel mai bun sunet în raport cu celelalte clase.

Fig.1.6. Schema electrică și reprezentare grafică a unui amplificator în clasa A. [6]

Curentul de mers în gol în etajul de ieșire, la semnal zero trebuie să fie egal sau mai mare decît curentul de sarcină maximă, care este necesar pentru reproducerea semnalului la ieșire.

În cazul acesta întreg semnalul de intrare este reprodus la ieșire. [5]

Datorită curentului mare de mers în gol al amplificatorului, sursa de alimentare trebuie să fie dimensionată corespunzător, tensiunea să fie bine filtrată pentru a evita brumul și amplificarea “paraziților” de pe linia de alimentare .

Amplificatorul Clasa B

Amplificatoarele clasa B au apărut ca o soluție pentru problemele cauzate de ăncălzirea tranzistorilor la amplificatorul clasa A. Amplificatoarele Clasa B utilizează două tranzistoare complementare, bipolare sau FET, pentru fiecare semiperioadă, configurate într-un aranjament de tip ”push-pull”, adică fiecare tranzistor amplifică doar jumătate din semnalul de ieșire.

În amplificatorul cu clasa B, nu există nici un curent de polarizare pe bază, astfel curentul de repaos este zero, iar puterea disipată este mică.

Amplificatorul de acest tip cu conexiune ”push-pull” este mult mai eficient decât cel din clasa A, cu randament de 50%.

Problema amplificatoarelor în această clasă este că apar distorsiuni la punctul de trecere prin zero a semnalului.

Fig.1.7. Schema electrică și reprezentare grafică a unui amplificator în clasa B. [6]

Amplificatorul Clasa AB

Amplificatorul în clasa AB este o combinație între amplificatoarele de tip clasa A și clasa B.

În circuitul amplificatorului clasa AB ambele tranzistoare pot funcționa, în același timp, cu eliminarea problemelor de distorsiune la trecere prin zero.

Cele două tranzistoare au o foarte mică tensiune de polarizare.

La amplificatorul clasa AB fiecare dintre tranzistorii push-pull conduc mai mult din semialternanța din clasa B, dar mai puțin decât un ciclu complet de conducție ca cel din clasa A.

Deci, amplificatorul în clasa AB este un bun compromis între clasa A și clasa B privind eficiența și liniaritatea.

Fig.1.8. Schema electrică și reprezentare grafică a unui amplificator în clasa AB. [6]

Amplificatorul Clasa C

Amplificatorul în clasa C are cel mai mare randament, iar în același timp și cea mai mare neliniaritate din toate clasele de amplificatoare.

Tranzistorul lucrează în jurul punctului său de blocare, curentul de ieșire este zero pentru mai mult de 50% dintr-un ciclu al semnalului sinusoidal de la intrare.

Amplificatoarele în clasa C sunt folosite în anumite tipuri de amplificatoare de radiofrecvență, în oscilatoare sinusoidale de înaltă frecvență.

Fig.1.9. Schemă electrică și reprezentare grafică a amplificatorului în clasa C. [6]

AMPLIFICATOARE AUDIO CU CIRCUITE INTEGRATE

Cele mai răspândite amplificatoare de audiofrecență de putere, în ziua de azi sunt cele realizate cu circuite integrate specializate. Ele prizintă foarte multe avantaje, dar și câteva dezavantaje (în ceea ce privește calitatea sunetului redat, în comparație cu cele realizate cu tuburi electroniuce cu vid).

Avantajele amplificatoarelor realizate cu circuite integrate specializate sunt:

simplitate în execuție (număr redus de componente externe necesare);

consum redus de energie electrică;

greutate și gabarit foarte redusă;

o bună reproductibilitate a parametrilor;

preț scăzut

Aceste avantaje enumerate mai sus au făcut ca aceste tipuri de amplificatoare audio realizate cu circuite integrate să fie foarte răspândite. [7]

TDA 7294

Circuitul integrat TDA 7294 este livrat în capsulă Multiwatt 15 și poartă sufixul V pentru montare verticală, și sufixul H pentru montare orizontală (fig.2.1.). Este destinat utilizării ca și amplificator audio în clasa AB în aplicatii Hi-Fi.

Fig.2.1. Tipurile TDA7294 după poziția de montare.[8]

Acest circuit integrat admite o plajă foarte largă a tensiunilor de alminetare, de la ±10V la ±40V, și poate furniza un curent foarte important , ceea ce conduce la posibiliatea realizării unui amplificator audio de putere. Cea mai mare putere este capabil să furnizeze atât la sarcini de 4Ω cât și de 8Ω. [7]

Curentul de repaus este de 30mA, iar puterea oferită la ieșire este de până la 100 W, cu distorsiuni de 0,5%, pentru o tensiune de ±35 V la o sarcină de 8 Ω, sau o tensiune de ±27 V la o sarcină de 4 Ω.

Circuitul integrat TDA 7294 este prevăzut din construcție cu protecție termică, care intervine la o temperatură de prag de 145°C. În acel moment circuitul trece în starea de MUTE, iar când temperatura ajunge la 150°C, în starea de STAND-BY.

Amplificatorul dispune, deasemenea, de funcțiile MUTE și STAND-BY condensate la pinii 9 și 10, de către o tensiune de +5 V. Comutarea circuitului în aceste stări, se produc fără ca nici cel mai mic zgomot să se audă în difuzor, la fel și revenirea.[8]

Fig. 2.2. Numerotarea pinilor (vedere de sus). [8]

Fig.2.3. Configurația pinilor. [8]

Fig.2.4. Diagrama bloc TDA 7294. [8]

Fig.2.5. Valori maxime absolute. [8]

Fig.2.6. Date termice. [8]

2.1.1. Circuitul tipic de aplicație cu TDA7294

Fig.2.7. Circuitul tipic de aplicație și testare.[8]

2.1.2. Caracteristici tipice:

Fig.2.8. Caracteristica dintre puterea de ieșire și tensiunea de alimentare. [8]

Puterea de ieșire se poate mări artificial până la 100 W, păstrând tensiunea de alimentare și sacrcina, dar distorsiunile cresc până la 10%. De aceea se recomandă o putere mai redusă (70 w), dar cu distorsini foarte mici (0,5%).

Fig.2.9. Caracteristica dintre distorsiuni și puterea de ieșire.[8]

Fig.2.10. Caracteristica dintre atenuarea Mute și tensiunea pe pinul 10. [8]

Se observă că comutarea se face fără zgomot, iar rezistențele și condensatoarele determină timpul de întârziere cu care se aplică funcția Mute, la fel funcția Stand-by.

Fig.2.11. Caracteristica dintre atenuarea Stand-by și tensiunea pe pinul 9. [8]

2.1.3. Circuitul de control pentru un singur semnal Stand-by / Mute

Secvența pe care o recomandă producătorul în timpul tranzitoriu ON / OFF este prezentată în figura următoare.

Fig.2.12. Single Signal ST-BY/MUTE Control Circuit. [8]

Dispozitivul este prevăzut atât cu Stand-by, cât și cu funcția de Mute, conduse independent de doi pini de intrare compatibil cu logica CMOS.

Circuitul dedicat pornirii și opririi amplificatorului a fost optimizat pentru a evita orice fel de zgomot necontrolat auzibil la ieșire.

Aplicația din Fig.2.12. arată posibilitatea de a utiliza o singură comandă atât pentru Stand-by, cât și pentru Mute. Pe ambii pini intervalul maxim aplicabil corespunde cu tensiunea de alimentare. [8]

Cap.3. REALIZAREA UNUI AMPLIFICATOR AUDIO CU TDA7294, CU BLUETOOTH ȘI VU-METRU

3.1. Realizarea circuitului amplificator

Schema electrică folosită pentru realizarea circuitului este reprezentată în fig.3.1.

Fig.3.1. Amplificator audio TDA7294 în conexiunea ”bridge”[8].

În această configurație sunt folosite două circuite integrate TDA7294.

Acest montaj poate fi folosită atât mono, cât și în stereo. În configurația mono acesta furnizează o putere de ieșire de aproximativ 200W, iar în conexiune stereo 2x100W.

3.1.1. Realizarea cablajului

PCB-ul (Printed Circuit Board) montajului s-a realizat cu metoda clasică, cu ajutorul unui fier de călcat.

În documentația circuitelor descărcate de pe internet, se pot găsi de obicei design-ul PCB al circuitului în format PDF, iar dacă se găsește doar diagrama de circuit, va trebui proiecta layout-ul PCB-ului.

S-a folosit PCB layout-ul din figura următoare, realizat de 320volt.com.

Fig.3.2. PCB Layout. [9]

Se va printa schema din figura de mai sus pe o hârtie normală cu o imprimantă laser;

Placa din textolit cu un strat de cupru se degresează cu alcool izopropilic apoi se va șterge foarte bine, fără atingerea stratului de cupru;

se va alinia foaia cu design-ul PCB direct pe cablaj;

hârtia se va pulveriza cu alcool;

fierul de călcat fierbinte se va ține cu presiune maximă asupra cablajului aproximativ două minute;

se va dezlipi hârtia de pe cablaj

se va asigura că nu sunt tresee întrerupte, iar dacă observăm întreruperi, se va corecta cu un marker permanent pentru cablaje, ca în figura de mai jos:

Fig.3.3. Corectare traseu întrerupt.

pentru a coroda placa, se va turna Clorură-Ferică într-un vas și se va introduce placa în soluție, timp de aproximativ cinci minute (fig.3.4.)

Fig.3.4. Corodarea plăcii.

după corodare, se va spăla placa cu alcool cu ajutorul unei burete de sârmă, pentru a înlătura tonerul de pe traseele de cupru și după această fază vom obține o placă ca și în figura următoare:

Fig.3.4. Cablajul obținut după corodare și splălare.

se va găuri locurile unde vor fi plasate componentele THT în funcție de grosimea pinilor (0.6 – 0.8 mm);

3.1.2. Popularea plăcii

s-a realizat după Figura.3.5.

Fig.3.5. Amplasarea componentelor pe placă. [9]

Lista cu componentele folosite pentru realizarea acestui montaj se regăsește în Anexa 1.

Fig.3.6. Popularea plăcii.

s-a lipit toate componentele pe placă;

Fig.3.7. Aspectul plăcii după lipirea tuturor componentelor (bottom).

s-a aplicat un strat de pastă termoconductibil între fiecare IC și radiator pentru a degaja căldura cât mai bine.

Fig.3.8. Aspectul plăcii (top), după aplicarea pastei termoconductibile și fixarea ei pe radiator.

În această configurație, fiecare IC este alimentat separat cu o tensiune continuă de +35V și -35V, și fiecare are intrare și ieșire separată, acest aspect permite utilizarea ei în mod stereo.

3.2. Realizarea circuitului de alimentare a amplificatorului

Sursa de alimentare pentru amplificatorul audio cu TDA7294 este constituită dintr-un transformator coborâtor de tensiune care are îndășurarea secundară cu priză mediană. Acesta permite ca după redresare și filtrare să se obțină față de masă două tensiuni egale și de semne opuse. Această configurație are ca avantaj, folosirea unei singure punți redresoare pentru cele două tensiuni.

Se va folosi un transformator cu priză mediană de 24V și se va realiza circuitul după următoarea schemă electrică realizat cu ajutorul programului Multisim.

După redresare și filtrare vom avea la ieșire o tensiune de aproximativ 35V-36V.

Fig.3.9. Circuitul de alimentare a amplificatorului.

Fig.3.10. Semnalul tensiunii după redresare.

Fig.3.11. Semnalul tensiunii după redresare și filtrare.

3.3. Preamplificator cu corector de ton

S-a utilizat un preamplificator audio stereo cu corector de ton achiziționat de pe Tehnoelectric.ro, care are următoarele specificații:

tensiune de alimentare: 12-18V, 3-5A;

sensibilitate de intrare: 50mV;

putere nominală de ieșire: 2x15W / 4 Ω;

putere sunet ieșire: 2x25W / 4Ω.

Fig.3.12. Preamplificator cu corector de ton.

Acest circuit este alimentat cu o tensiune continuă de 16V, iar semnalul de intrare poate fi primit de la două surse: cablu RCA sau prin modulul Bluetooth.

Cu cele trei potențiometre se pot modifica volumul, bass-ul și treble-ul.

Ieșirea preamplificatorului este conectată la intrarea amplificatorului audio. Preamplificatorul fiind stereo, fiecare circuit de amplificare primește un semnal de intrare separată, iar la ieșire se obține un sunet mai plăcut, mai natural.

3.4. Receptor Bluetooth

Fig.3.13. Modul receptor Bluetooth.

Acest modul de receptor Bluetooth oferă amplificatorului recepționarea semnalului de intrare wireless, adică nu mai e nevoie de utilizarea cablului RCA, care să fie conectat la o sursă de semnal (telefon, laptop, etc.)

Modulul are ieșire stereo, și are suport Bluetooth 4.1 care permite conexiunea automată.

Caracteristici tehnice:

tensiune de alimentare: 3.7 – 5V;

consum curent: <25mA;

distanță: aproximativ 15 m;

antenă: conectare prin intermediul suportului SMT.

3.5. VU-metru realizat cu Arduino și led-uri

Indicatorul de volum este un circuit auxiliar ce echipează amplificatorul audio și este alcătuit dintr-o baretă de led-uri, care sunt comandate de tensiunea de ieșire a preamplificatorului.

După schema de mai jos s-a realizat circuitul:

Fig.3.14. Schema de circuit a VU-metrului cu Arduino. [10]

Placa de dezvoltare Arduino Uno este alimentată cu o tensiune continuă de 9V, iar semnalul de intrare este furnizat de preamplificatorul audio, care sunt conectate la pinii A0 și GND, încercuite cu verde în figura 3.16.

S-a utilizat 3 led-uri verzi, 3 led-uri galbene și 2 led-uri roșii. Aceste led-uri sunt plasate pe o plăcuță de test, iar acestea sunt conectate la Arduino cu ajutorul unei panglici de cabluri.

Fig.3.15. Conexiune led-uri.

Catodul fiecărei led este conectat la câte o ieșire digitală de pe placa Arduino

(pinii 2-9), iar anodurile sunt legate la GND.

Fig.3.16. Conectarea led-urilor și semnalului de intrare la placa Arduino.

Partea de codare se găsește în Anexa 2.

3.6. Realizarea circuitului de alimentare pentru preamplificator, VU-metru și Bluetooth

Pentru a alimenta preamplificatorul este nevoie de o tensiune de 12-18V. Pentru a obține tensiunea respectivă, s-a utilizat un transformator coborâtor de 12V.

S-a realizat redresarea și filtrarea tensiunii, ca și în cazul circuitului de alimentare pentru amplificatorul audio, și la ieșire s-a măsurat aproximativ 16V după filtrare.

După următoarea schemă electrică proiectată în Multisim a fost realizat circuitul de alimentare pentru preamplificator (16V) și VU-metru (9V).

Fig.3.17. Schema circuitului de alimentare pentru preamplificator și VU-metru.

Fig.3.17. Circuitul de redresare, filtrare, stabilizare.

Stabilizarea este realizată cu ajutorul circuitului integrat LM317, care este realizat după schema următoare:

Fig.3.18. Schema circuitului de stabilizare cu LM317.[11]

Cu modificarea valorii rezistențelor R1, R2 se pot modifica valoarea tensiunii de ieșire, care se calculează după formula:

Vout = 1.25 x (1+R2/R1). [11]

Circuitul de alimentare pentru modulul Bluetooth (5V) s-a realizat tot pe baza circuitului anterior, doar s-a modificat valoarea R1 și R2 din circuitul de stabilizare.

Pentru a obține 5V curent continuu, pentru R1 se alege un rezistor cu rezistență de 200 Ω, iar pentru R2, un rezistor cu rezistență de 600 Ω.

Fig.3.18. Circuitul de stabilizare pentru modulul Bluetooth.

Concluzii

Acest amplificator este ideal pentru uz casnic, pentru sisteme de home-cinema, cu un sunet decent și distorsiuni minime.

Circuitul integrat TDA7294 este prevăzut cu protecție la scurtcircuit și supraîncălzire, însă este nevoie de un radiator mai mare, eventual și de un ventilator pentru a asigura o temperatură optimă de funcționare a integratului. Prețul acestor integrate este de doar câțiva euro, care constituie un avantaj. IC-ul admite o plajă largă a tensiunii de alimentare de curent continuu, de la ±10V la ±40V, dar există un dezavantaj, și anume: folosirea unei surse duble.

Modulul Bluetooth permite utilizarea amplificatorului wireless, adică asigură o conexiune fără cablu, care este capabilă de recepționarea semnalului de la o distanță de maxim 15 metri, primită de la un emițător Bluetooth (de ex. telefon).

Realizarea VU-metrului cu o placă de dezvoltare Arduino Uno necesită cunoștiințe minime de programare, dar are ca avantaj consumul redus de energie, și ulterior se pot face modificări în program (de exemplu: reglare sensibilitate).

Bibliografie

[1] L.Feștilă, E.Simion, C.Miron, Amplificatoare și sisteme muzicale, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1990.

[2] https://mail.uaic.ro/~ftufescu/Amplificarea.pdf

[3] https://www.researchgate.net/figure/Functia-densitate-de-probabilitate-pentru-un-semnal-dreptunghiular-a-triunghiular_fig5_316738787

[4] D.Self, Audio power amplifier design handbook, Editura Focal Press, 2013.

[5] B.Duncan, High performance audio power amplifiers, Editura Newnes, 1996.

[6] https://www.km100.ro/despre-clasele-amplificatoarelor.html

[7] Ș.Naicu, E.Marian, 101 Montaje practice de amplificatoare audio de putere, Editura Național, 1998.

[8] https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/208212/STMICROELECTRONICS/TDA7294.html

[9] https://320volt.com/en/tda7294-mini-pcb-200w/

[10] https://mayorquinmachines.weebly.com/blog/first-arduino-project-ever-vu-meter

[11] https://circuitdigest.com/calculators/lm317-resistor-voltage-calculator

Anexa 1.

Lista cu componente pentru circuitul de amplificare

2x TDA7294

2x 1N4148 – diodă

4x 22µF – condensator electrolitic

4x 10µF – condensator electrolitic

2x 470µF – condensator ceramic

7x 20kΩ – rezistor

2x 30kΩ – rezistor

2x 10kΩ – rezistor

2x 680Ω – rezistor

Anexa 2.

Cod Arduino VU-metru

int led[8] = { 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; // alocare pini pentru leduri

int leftChannel = 0; // intrare canal stânga

int left, i;

void setup()

{

for (i = 0; i < 8; i++) // ledurile sunt ieșiri digitale

pinMode(led[i], OUTPUT);

//Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

left = analogRead(leftChannel); // citește canalul stânga

// Serial.println(left); // verifică intrarea brută, nemodificată

left = left / 50 ; // reglare sensibilitate

// Serial.println(left); //

// left = 1500; // verifica ledurile dacă luminează.

//left = 0; //verifică ledurile că nu sunt aprinse când intrarea este 0.

if (left == 0) // dacă volumul este 0, ledurile sunt stinse

{

for(i = 0; i < 8; i++)

{

digitalWrite(led[i], LOW);

}

}

else

{

for (i = 0; i < left; i++) // aprinde ledurile până la nivelul volumului

{

digitalWrite(led[i], HIGH);

}

for(i = i; i < 8; i++) //

{

digitalWrite(led[i], LOW);

}

}

}

Anexa 3.

Schema bloc a întregului circuit:

Anexa 4.

Amplificatorul audio realizat: