Przedstawiona tutaj konstrukcja jest modułem monofonicznego wzmacniacza o dużej mocy i bardzo dobrych parametrach. Układ jest mocniejszą wersją wzmacniacza 200W opisanego tutaj. Podobnie jak w wersji 200W wzmacniacz wzoruje się na opracowaniu Anthony'ego Holton'a. Układ posiada niskie zniekształcenia harmoniczne, które na pewno nie przekroczą 0.1%, przy mocy oddawanej do obciążenia rzędu 500W. Opisywany wzmacniacz jest przydatny a nawet niezbędny podczas organizowania imprez, już wiele razy okazał się niezastąpiony podczas takich wydarzeń jak; zabawa sylwestrowa, andrzejki czy wieczór kawalerski. Wielką zaletą układu jest prosta budowa i tani stopień wyjściowy składający się z 10 ogólnodostępnych tranzystorów MOSFET. Wzmacniacz może pracować z głośnikami o impedancji zarówno 4 jak i 8 omów. Jedyną regulacją jaką należy dokonać w czasie uruchomienia jest ustawienie prądu spoczynkowego tranzystorów mocy.

Działanie:

Zwykle urządzenie nazywane wzmacniaczem audio zawiera w jednej obudowie wiele podukładów co widać na załączonych zdjęciach. Część z nich została już wcześniej opublikowana jako osobne artykuły a inne pojawią się w przyszłości. Do najważniejszych podukładów wzmacniacza można zaliczyć:

• końcówkę mocy (przedstawiona w niniejszym artykule)
• przedwzmacniacz
• zasilacz pomocniczy (przedstawiony w niniejszym artykule)
• wskaźniki wysterowania
• układ miękkiego startu
• układ sterowania chłodzeniem
• zabezpieczenie głośników

Wzmacniacz:

Schemat ideowy wzmacniacza (końcówki mocy) znajduje się na rysunku 1. Układ jest klasycznym wzmacniaczem dwustopniowym, składa się on z różnicowego wzmacniacza wejściowego i symetrycznego wzmacniacza mocy w którym pracuje 5 par tranzystorów mocy. Tranzystory T2 (MPSA42) i T3 (MPSA42) pracują w układzie wzmacniacza różnicowego zasilanego za pośrednictwem rezystorów R8 (10k) i R9 (10k). Napięcie w środku tego dzielnika jest stabilizowane za pomocą diody Zenera D2 (15V/1W) i filtrowane przez C4 (100uF/100V). Sygnał wejściowy podawany jest na złącze GP1 (IN) i jest filtrowany przez elementy R1 (470R), R3 (22k), C1 (1uF) i C2 (1nF), które ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza zarówno z góry jak i z dołu. Obciążeniem wzmacniacza różnicowego są tranzystory T1 (MPSA42) i T4 (MPSA42), pracujące w układzie wspólnej bazy, oraz rezystory R5 (1,2k) i R6 (1,2k). Poprawną polaryzację obciążenia zapewniają dioda Zenera D1 (15V/1W) i rezystor R7 (10k). Głównym zadaniem układu z tranzystorami T1 i T4 jest dopasowanie impedancji wyjściowej do kolejnego stopnia wzmacniacza. Kolejny stopień, zbudowany na tranzystorach T5 (MJE350) i T6 (MJE350), pełni rolę różnicowego wzmacniacza napięciowego. Zasilany jest on poprzez rezystor R11 (100R/2W). Obciążeniem tego stopnia są tranzystory T14 (MJE340) i T15 (MJE340), zdegenerowane rezystorami R13 (100R/2W) i R14 (100R/2W), oraz tranzystor T7 (BD139). Kondensator C15 (47nF), wpięty równolegle do rezystora R44 (10k/2W) poprawia odpowiedź całego wzmacniacza dla sygnałów impulsowych, natomiast niewielkie kondensatory C7 (56pF) i C8 (56pF) przeciwdziałają wzbudzaniu się wzmacniacza. Tranzystor T7 wraz z rezystorami R10 (4,7k) i R45 (82R) oraz potencjometrem P1 (4,7k) pozwala na ustawienie poprawnej polaryzacji tranzystorów wyjściowych T9-T13 (IRFP240), T17-T21 (IRFP9240) w stanie spoczynkowym. Za pomocą potencjometru P1 można ustawić prąd spoczynkowy, który powinien wynosić około 100mA na każdą parę tranzystorów wyjściowych. Tranzystory T9-T13, podobnie jak T17-T21 połączone są równolegle i pracują jako wtórniki napięciowe o dużej wydajności prądowej. W konsekwencji poprzedni stopień wzmacniacza musi zapewnić całe wzmocnienie napięciowe, które ustalane jest w tym układzie za pomocą stosunku R4 (22k) do R2 (470R) i wynosi około 47V/V. Rezystory R30-R39 (0,33R/5W), włączone w źródła tranzystorów wyjściowych chronią przed ich uszkodzeniem, które mogło by wystąpić w przypadku różnych rezystancji kanałów tranzystorów wyjściowych. Rezystory R20-R29 (470R), połączone szeregowo z bramkami tranzystorów T9-T13, T17-T21, zmniejszają szybkość ładowania pojemności bramkowych a co za tym idzie ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza.

Wzmacniacz posiada dwa proste zabezpieczenia. Pierwsze ma charakter przeciw przeciążeniowy i zrealizowane jest za pomocą diod Zenera D3 (7,5V/1W) i D4 (7,5V/1W), które nie dopuszczają do wzrostu napięcia między źródłami i bramkami tranzystorów mocy powyżej 7.5V. Drugie zabezpieczenie zbudowane jest za pomocą tranzystorów T7 i T16 (BD136), rezystorów R16-R17 (33k) i R18-R19 (1k) oraz diod D7-D10 (1N4148). Zapobiega ono przed nadmiernym wzrostem prądu tranzystorów mocy, co mogło by doprowadzić do przekroczenia dopuszczalnej mocy strat. Obwody z tranzystorami T7 i T16 badają spadki napięć na rezystorach R30 (0,33R/5W) i R35 (0,33R/5W) i ograniczają wzrost napięć sterujących tranzystorami mocy w przypadku przekroczenia dopuszczalnego płynącego prze nie prądu.

Wzmacniacz zintegrowany jest z zasilaczem symetrycznym niestabilizowanym, składającym się z mostka prostowniczego Br1 (25A) i kondensatorów C9-C14 (10000uF/100V). Zasilanie wzmacniacza zabezpieczone jest bezpiecznikami topikowymi zwłocznymi F1-F2 (10A). Za bezpiecznikami napięcie filtrują dodatkowo kondensatory C18-C19 (1000uF/100V). Zasilanie stopni wejściowych oddzielone jest od zasilania końcówki mocy za pomocą diod D5-D6 (1N4009), rezystorów R12 (100R/2W), R15 (100R/2W) i filtrowane przez kondensatory C3 (100uF/100V) i C6 (100uF/100V). Zapobiega to spadkom napięć jakie mogą występować na końcówce mocy przy dużych obciążeniach. Diody D11-D12 wraz z rezystorami ograniczającymi ich prąd R40-R41 (16K/1W) stanowią kontrolki obecności zasilania.

Zasilacz pomocniczy:

Na rysunku 2 przedstawiony został schemat ideowy zasilacza pomocniczego. Nie jest on wymagany do działania końcówki mocy opisywanej wyżej ale jest bardzo przydatny do zasilania pozostałych bloków kompletnego wzmacniacza, takich jak: przedwzmacniacz, wentylatory, wskaźniki wysterowania, układ miękkiego startu czy zabezpieczenie głośników. Wszystkie te podukłady zintegrowane w jeden kompletny wzmacniacz można zobaczyć na zdjęciach dołączonych do tego opisu. Zasilacz dzieli się na kilka oddzielnych sekcji, z których każda ma swój osobny obwód masy. Pierwsza sekcja stanowi zasilacz symetryczny 2x15V wykorzystywany do zasilania przedwzmacniacza. Złącze A4 (ARK3) służy do podłączenia symetrycznego uzwojenia transformatora. Napięcie prostowane jest za pomocą mostka Br2 (1A) i filtrowane na wejściu stabilizatorów U2 (LM317), U6 (LM337) za pomocą C1 (100nF), C7 (100nF) oraz C24-C25 (4700uF). Filtr wyjściowy stanowią kondensatory C8-C9 (100nF) i C19-C20 (100uF) a wyjściem tej sekcji zasilacza jest złącze GP11 (GW-03). Napięcie wyjściowe tej sekcji ustawiane jest za pomocą rezystorów R2-R3 (220R) i R9-R10 (2,4k). Tranzystory T1 (BC546), T2 (BC556) oraz rezystory R4-R5 (10k) i R7-R8 (3,3k) stanowią obwód wyłączenia zasilacza, a dokładniej pozwalają na redukcję napięcia zasilania do 2x 1.25V, co pozwoli na wyłączenie przedwzmacniacza. Podczas normalnej pracy zwarcie na złączu GP8 (GW-02) zapewnia poprawne działanie przedwzmacniacza. Dwie kolejne sekcje to zasilacze 12V, zbudowane za pomocą stabilizatorów U4 (7812) i U5 (7812), służące do zasilania wskaźników wysterowania. Dwie oddzielne sekcje są potrzebne ze względu na fakt, iż modelowy wzmacniacz wyposażony jest w dwie pary wskaźników wysterowania, każda na osobnej masie. Jedna para pracuje na wejściu, badając poziom sygnału, natomiast druga para wskaźników podłączona jest do wyjścia i pozwala na określenie aktualnej mocy wzmacniacza. Oba zasilacze są bardzo proste, pierwszy składa się z mostka prostowniczego Br3 (1A), kondensatorów filtrujących C5-C6 (100nF), C18 (100uF) i C22 (1000uF) i stabilizatora U4. Uzwojenie transformatora powinno być podłączone do gniazda A2 (ARK2), natomiast wyjściem zasilacza są złącza GP6 (GW-02) i GP7 (GW-02). Drugi kanał 12V działa dokładnie tak samo i składa się z elementów: Br4 (1A), C10-C11 (100nF), C23 (1000uF), C21 (100uF) oraz U5. Złączem wejściowym jest tym razem A3 (ARK2), a gniazda wyjściowe to GP9 (GW-02) i GP10 (GW-02).

Ostatnią sekcją układu są obwody zasilania pozostałych peryferiów wzmacniacza i wentylatorów. Do złącza A1 (ARK2) należy podłączyć transformator. Napięcie prostowane jest za pomocą mostka Br1 (5A) i filtrowane przez kondensatory C27 (4700uF), C12 (4700uF) i C2 (100nF). W roli stabilizatora pracuje tutaj układ U1 (LM317), którego napięcie ustalane jest przez rezystory R1 (220R) i R6 (2,7k). Kondensatory C3 (100nF) i C16 (100uF) filtrują napięcie na wyjściu stabilizatora, które za pomocą złącz GP1 (GW-02) i GP2 (GW-02) trafia do układów sterowania pracą wentylatorów. To samo napięcie trafia, poprzez diodę D1 (1N5819), na stabilizator U3 (7812), którego zadaniem jest zapewnienie zasilania dla pozostałych peryferiów wzmacniacza podłączonych do złącz GP3-GP5 (GW-02). Kondensatory C28 (4700uF), C13 (4700uF), C4 (100nF) i C17 (100uF) filtrują napięcie przed i za stabilizatorem.

Budowa:

Płytka drukowana dostępna tutaj (warstwa od strony druku) może z powodzeniem zostać wykorzystana do zbudowania końcówki mocy wzmacniacza. Rysunek w odbiciu lustrzanym dostępny jest tutaj. Montowanie płytki od strony elementów (od góry) warto oprzeć o rysunek dostępny tutaj. Montaż płytki nie jest skomplikowany i nie wymaga specjalnych umiejętności poza odrobiną staranności. Na płytce są dwie zworki, z czego ta na wyjściu wzmacniacza powinna być wykonana solidnym drutem. Kolejność montażu jest dowolna ale jak zwykle warto rozpocząć od małych rezystorów i kondensatorów. Na samym końcu należy zamontować tranzystory mocy i duże kondensatory filtrujące (więcej informacji przedstawiono w opisie uruchamiania wzmacniacza). Tranzystory mocy muszą być wyposażone w podkładki mikowe i przykręcone razem z T7 do wspólnego radiatora. Należy przy tym zachować szczególną ostrożność i sprawdzić miernikiem czy żaden z tranzystorów nie ma bezpośredniego połączenia z radiatorem. Radiator powinien być podłączony do masy wzmacniacza. Jako złącza zasilania przemiennego, masy i wyjściowe wygodnie jest zastosować konektory męskie 6.3mm do druku (takie jak w instalacji samochodowej). Tak samo można zamontować mostek prostowniczy, wykorzystując tym razem złącza żeńskie montowane na kawałku grubego drutu. Ścieżki narażone na przepływ dużych prądów warto wzmocnić od spodu grubym drutem miedzianym. Wzmacniacz najlepiej zasilać z transformatora 800VA 2x55V AC, co po wyprostowaniu i filtrowaniu da na kondensatorach napięcie rzędu +/-80V.

W celu uruchamiania wzmacniacza należy wykonać następujące kroki:

• W pierwszym etapie uruchamiania nie należy montować tranzystorów mocy T9-T13, T17-T21 oraz kondensatorów C9-C14.
• Potencjometr P1 powinien być skręcony maksymalnie w prawo. W miejsce bezpieczników należy przylutować od spodu rezystory rzędu 10R/5W i podłączyć transformator.
• Podczas włączania transformatora miernikiem sprawdzamy spadek napięcia na rezystorach 10R. Powinien być spadek napięcia (rzędu 0.5V lub mniej), gdyż układ nie powinien pobierać więcej niż 50mA. Sprawdzamy to samo na obu szynach zasilania.
• Za pomocą miernika sprawdzamy oba napięcia zasilania względem masy. Powinny one być rzędu +/-80V.
• Wyłączamy napięcie zasilania, rozładowujemy kondensatory filtrujące za pomocą rezystora o małej wartości i przystępujemy do lutowania tranzystorów mocy T9-T13, T17-T21. Wszystkie tranzystory mocy razem z T7 powinny być na wspólnym radiatorze aby zachować dobre sprzężenie termiczne tych elementów. Po wlutowaniu tranzystorów mocy i przykręceniu ich oraz T7 do radiatora warto sprawdzić czy radiator nie łączy się z którąkolwiek z nóżek tranzystorów, gdyż powinien on zostać dołączony do masy wzmacniacza.
• Włączamy zasilanie układu mierząc spadek napięcia na rezystorze 10R/5W podobnie jak wcześniej. Spadek napięcia powinien być podobny, gdyż prąd spoczynkowy powinien być w tym momencie równy 0V. Sprawdzamy czy ten sam spadek napięcia występuje na obu rezystorach.
• Ustawiamy prąd spoczynkowy. W tym celu bardzo powoli kręcimy potencjometrem P1 w lewo (mierząc napięcie na jednym z rezystorów 10R) aż do zauważalnego wzrostu spadku napięcia. Przypinamy jedną końcówkę miernika do wyjścia wzmacniacza, a drugą dotykamy po kolei do źródeł wszystkich tranzystorów, mierząc spadek napięcia na rezystorach źródłowych. Spadek napięcia powinien wynosić ok. 33mV, co daje prąd spoczynkowy na parę tranzystorów rzędu 100mA. Ustawienia potencjometrem P1 dokonujemy dla tranzystora, który ma największy prąd.
• Mierzymy napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza względem masy, powinno ono być bliskie 0. Może się wahać w granicach +/-100mV.
• Jeśli wszystko jest poprawnie, prąd spoczynkowy nie różni się więcej niż 20-30% między tranzystorami, a na wyjściu jest napięcie stałe blisko 0, to wyłączamy zasilanie układu, odlutowujemy rezystory i wkładamy bezpieczniki 10A w przeznaczone na nie gniazda.
• Włączamy zasilanie i jeszcze raz sprawdzamy spadki napięć na wszystkich dziesięciu rezystorach źródłowych. Jeśli mieszczą się one w założonych granicach, to możemy podłączyć głośnik i sygnał wejściowy z przedwzmacniacza. Wszystkich zmian układowych należy oczywiście dokonać przy wyłączonym zasilaniu.

Widok płytki drukowanej zasilacza pomocniczego od strony druku (od spodu) dostępny jest tutaj. Jej odbicie lustrzane można znaleźć tutaj. Pomocą w montażu płytki od strony elementów (od góry) będzie rysunek dostępny tutaj. Montaż należy rozpocząć od wlutowania trzech zworek. Kolejność pozostałych elementów jest dowolna. Nie trzeba oczywiście montować wszystkich sekcji zasilacza a jedynie te potrzebne w aktualnej konfiguracji wzmacniacza. Kolejność lutowania elementów jest dowolna, warto tylko pamiętać że stabilizatory U1, U3, U4 i U5 powinny być wyposażone w podkładki izolacyjne i przykręcone do radiatora.

Zdjęcia Projektu:

Wykaz Elementów:

Załączniki:

Pytania i Komentarze:

comments powered by Disqus