Wzmacniacz do taśm RGB

Rysunek 1. Schemat ideowy wzmacniacza do taśm RGB

Schemat wzmacniacza zaprezentowano na rysunku 1. Urządzenie odznacza się następującymi parametrami:

• Sterowanie taśm ze wspólną anodą.
• Zasilanie +12 V_DC.
• Trzy niezależne kanały.
• Brak inwersji poziomu logicznego między wejściem a wyjściem.
• Regeneracja zboczy sygnału sterującego.
• Niewielkie wymiary, pozwalające na zamknięcie w rurce termokurczliwej.

Wzmacniacz jest złożony z trzech identycznych bloków funkcjonalnych, z których każdy zawiera: układ scalony MCP1401, kondensator ceramiczny o pojemności 1 mF, tranzystor MOSFET-N typu IRF7201.

Do sterowania bramką tranzystora mocy zastosowano scalony sterownik, a to z tej przyczyny, że obwód złożony z elementów dyskretnych pełniący tę samą funkcję zajmowałby zdecydowanie więcej miejsca na płytce.

Sterownik zawiera przerzutnik Schmitta, który formuje zbocza sygnału sterującego, co ogranicza straty mocy przy przełączaniu. Wejściem jest bramka tranzystora MOS, dlatego nie stanowi on obciążenia dla układu sterującego. Dodatkową cechą jest inwersja sygnału (MCP1402 to wersja nieodwracająca), co w zestawieniu z faktem, że tranzystor końcowy jest w układzie wspólnego źródła powoduje, iż cały układ nie odwraca fazy.

Rysunek 2. Schemat montażowy wzmacniacza do taśm RGB

Kondensator ceramiczny został umieszczony możliwie blisko wyprowadzeń układu sterującego i jest elementem wymaganym przez producenta. Redukuje tętnienia napięcia zasilającego w momencie przeładowywania pojemności C_GS tranzystorów, czyli podczas wystąpienia zbocza.

Tranzystor IRF7201 cechuje się niską rezystancją otwartego kanału R_DSon (na poziomie 30 mΩ) oraz dużym ciągłym prądem drenu wynoszącym 5,8 A (przy temperaturze obudowy T_C = 70°C). Dostępny jest w obudowie SO-8.

Rysunek 3. Oscylogramy napięć: wejściowego i wyjściowego

Układ został zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 63 mm×12 mm, której schemat montażowy zamieszczono na rysunku 2. Elementy zostały umieszczone po obu stronach płytki. W układzie prototypowym, jako J1 i J2 zostały wlutowane męskie złącza szpilkowe, które umożliwiają wygodne przylutowanie przewodów lub wetknięcie złącz.

Ze względu na szerokość ścieżek, układ w wersji podstawowej, może przenosić prądy do ok. 3 A na kanał. Aby móc zwiększyć jego możliwości, należy pogrubić ścieżki zasilające i prowadzące do J2. Zaleca się, aby, w miarę możliwości, przewód wspólny zasilanej ze wzmacniacza taśmy nie był dołączony do złącza J2, ale bezpośrednio do padu P1.

Moc tracona w układzie jest niewielka - przy przepływie prądu 3 A i zasilaniu napięciem 12 V spadek napięcia wyniósł tylko 120 mV. Ponadto, szybkość narastania zboczy sygnału wejściowego nie ma wpływu na działanie układu, ponieważ jest on w stanie je regenerować.

Prezentuje to rysunek 3, gdzie niebieski przebieg to napięcie wejściowe, a żółty to napięcie na drenie tranzystora wyjściowego. Zmierzony czas narastania to 150 ns, a opadania 9 ns - przy czasie narastania oscyloskopu 6 ns.

Michał Kurzela, EP