Ионофон на К1156ЕУ2
Добрый день, уважаемые читатели. Как и обещал продолжаю свою работу по ионофонам. Сегодня я хочу предложить Вам схему двухтактного ионофона, выполненного на широко распространённом ШИМ-контроллере К1156ЕУ2 (иностранный аналог UC3825). Схема электрическая принципиальная данного ионофона представлена на рисунке ниже.
Итак, как было сказано выше, основу схемы составляет специализированный ШИМ-контроллер DD1. На данном контроллере реализована система управления выходным каскадом данного ионофона. Рабочая частота микроконтроллера задается номиналами резистора R7 и конденсатора С4 и при заданных на схеме номиналах примерно составляет 330 кГц.
Сигнал с выхода Вашего аудиоустройства, аналогично всем предыдущим конструкциям, поступает на трансформатор Tr1. Это всё тот же ТВК-110, включённый «наоборот». Его назначение так же аналогично предыдущим конструкциям. Со вторичной обмотки данного трансформатора, через конденсатор C2, аудиосигнал поступает на вход внутреннего усилителя рассогласования (вывод 2). Напряжение с выхода данного усилителя модулирует ШИМ-компаратор, изменяя скважность выходных импульсов в такт с подаваемым сигналом. Резисторы R1, R2, R3 задают начальный уровень скважности выходного сигнала. Таким образом мы получаем на выходах 11 и 14 контроллера ШИМ-модулированный сигнал.
Промодулированный сигнал, через токоограничительные резисторы R8, R9 поступает на входы драйверов верхнего и нижнего плеч. Устройство драйверов, их назначение и принцип работы подробно описаны в предыдущей конструкции ионофона (Модернизированный ионофон на UC3845BN), поэтому рассматривать подробно их не будем. Скажу только пару слов о рабочей частоте: рабочая частота каждого плеча схемы ровно в 2 раза меньше заданной резистором R7 и конденсатором С4. Это связано с тем что контроллер работает в двухтактном режиме, сигнал на выходах 11 и 14 является парафазным, а расчетная частота получается сложением частот обоих плеч на выходном трансформаторе Tr4 т.к. оба плеча работают на одну и ту же нагрузку.
Выходной двухтактный каскад ионофона реализован на транзисторах VT5, VT6. Нагрузкой выходного каскада служат первичные обмотки трансформатора Tr4. Со вторичной обмотки данного трансформатора и снимается выходное высокое напряжение.
Диоды VD6, VD7, VD8, VD9 служат для защиты от бросков обратного напряжения при закрытии силовых ключей выходного каскада. Супрессорный диод VD1, аналогично предыдущим конструкциям, защищает схему управления от перенапряжения по питанию.
Кроме того, в данном ионофоне реализован плавный запуск. Время запуска зависит от ёмкости конденсатора С5. Резистор R5 и конденсатор С3 осуществляют коррекцию усилителя ошибки.
Все использованные детали указаны на схеме.
Трансформаторы Tr2, Tr3 мотаются на ферритовом Ш 6х6 марки 2000НМ. Первичные обмотки содержат 30 витков эмалированного провода диаметром 0,47 мм. Вторичные обмотки содержат 160 витков того же провода. Кроме того в середине сердечников следует сделать зазор 1 мм. Изготовлению данных трансформаторов нужно уделить особое внимания. Они должны изготавливаться по возможности одинаково. Чем точнее они изготовлены, тем лучше. Любые неточности приведут к рассогласованию плеч ионофона, и как следствие перегреву одного из плеч. Трансформатор Tr4 – это наш любимый (А может и не очень ?) переделанный «строчник». Первичные обмотки I и II содержат по 30 витков провода МГШВ-0,25. Намотка ведётся сразу в 2 провода. Фазировка обмоток указана на схеме. Вторичная высоковольтная обмотка штатная.
В качестве источника напряжения 160 В, как и в предыдущей конструкции, я использовал трансформатор ТС-180 от старого лампового телевизора с соединёнными последовательно 2 обмотками по 63 вольта, выпрямительный мост от компьютерного БП KBU6G (RS604) и конденсатор 470 мкФ 350 Вольт.
Правильно собранный ионофон начинает работать сразу после включения. Настройка ионофона очень проста. Нужно лишь резистором R2 подстроить сигнал на выходе по наилучшему соотношению качество звука/мощность. На этом настройку можно считать законченной.
Наладка ионофона, перед первым включением, так же проста. Для начала вращением движка резистора R2 добиваются появления сигнала на выходах 11, 14 микроконтроллера. Далее нужно проконтролировать, при отключённых драйверах, в контрольных точках А и В выходной сигнал. Он должен быть как на фото ниже. Если сигналы по форме сильно отличаются, то генератор работает неверно. Кроме того, при дальнейшем вращении движка резистора R2 должна изменяться скважность выходного сигнала.
В подборке фото ниже показан макет данного ионофона во время проведения испытаний.
На видео ниже показана работа макета данного ионофона при проведении испытаний.
Качество звучания данного ионофона можно повысить, поэкспериментировав с формой электродов и их материалом. Так же следует отметить, что данный ионофон обладает одним серьёзным недостатком — сквозным током через выходной каскад при переключении ключей. Данный недостаток можно легко побороть, применив более быстродействующие транзисторы на выходе и более точно подобрав рабочую частоту ионофона и начальную скважность импульсов. В идеале эти 2 параметра должны быть такими, что бы при модуляции при максимальной длительности импульса мёртвое время не было меньше 5-10% от длительности.
В качестве дальнейшего развития ШИМ-модулированных ионофонов можно порекомендовать применение в выходном каскаде полумостовой или мостовой схемы, а так же использование в качестве задающего генератора-модулятора специализированных микросхем для построения ШИМ-усилителей, вместо контроллеров питания т.к. у первых быстродействие выше и они больше заточены для данных целей.
На этом я заканчиваю свои эксперименты с ШИМ-модулированными ионофонами на контроллерах и перехожу к экспериментам с ламповыми ионофонами, основным преимуществом которых является на порядок более высокая рабочая частота. Но об этом в следующей моей статье, посвященной ионофонам. А на сегодня у меня всё, с уважением, Андрей Савченко.
P.S. Обновление от 31.01.2020:
Данная конструкция собиралась мной в начале 2014 года. Я специально не исправляю тексты исходной статьи, а пишу к ним отдельные замечания т.к. именно в таком виде они были опубликованы в различной литературе — думаю так будет проще сориентироваться…
Итак, начнём с фактической ошибки: в контроллерах данной серии действительно частота генератора пилообразного напряжения ровно в 2 раза выше, чем частота прямоугольных импульсов на выходе каждого плеча в двухтактном режиме, но никакого сложения в выходном каскаде с увеличением частоты НЕ ПРОИСХОДИТ т.к. выходной каскад у нас является двухтактным — плечи двухтактного каскада работают в противофазе. В реальности на выходе получится двухполярный сигнал, частота которого равна частоте последовательности прямоугольных импульсов на выходе одного из плеч (т.е. будет ровно в 2 раза ниже, чем частота генератора пилообразного напряжения!).
В качестве модернизации данной схемы можно порекомендовать выполнить трансформаторы Tr2, Tr3 на общем сердечнике, увеличив его сечение т.е. фактически использовать для развязки полноценный двухтактный трансформатор. При этом средняя точка двухтактного трансформатора соединяется с общим проводом, а все остальные цепи подключаются аналогично исходной схеме.
Защитные же цепи каждого плеча выходного каскада можно выполнить по схеме, описанной в статье Вторая жизнь ионофона на NE555 . Учитывая реальную частоту работы данного ионофона данные цепи можно применить без переделки (возможно придётся подкорректировать только параметры гасящей RC-цепи т.к. поведение выходного каскада при ШИМ и ФМ модуляции несколько отличается).
При этом связь между драйвером и выходным каскадом можно сделать как трансформаторную, описанную в данной статье (с учетом предложенной модернизации), так и гальваническую. Но следует иметь ввиду, что при гальванической связи в случае выхода из строя выходного транзистора, как правило, выходят из строя и транзисторы драйвера. К тому же, выходной каскад при трансформаторной связи с двухтактного достаточно просто модернизировать до полу-мостового!
Практически по данной схеме (в варианте с гальванической связью и на контроллере TL494 в качестве задающего генератора) данный ионофон собирался в качестве практической конструкции учеником радиотехнического кружка — Григорьевым Александром. Видео работы данного ионофона прилагаю в подборке видео ниже.