107-k.HiFi 250W (sinus), Elektronika, wzmacniacze
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Wzmacniacz mocy HiFi 250W (sinus)
Nowy Elektronik 107-K
W listach od Czytelników pojawiaj¹ siê proby o wzmacniacz m.cz. du¿ej mocy. Aby zaspokoiæ potrzeby naszych
Czytelników opracowalimy wzmacniacz m.cz. o mocy 250W (sinus) i parametrach klasy HiFi
Wzmacniacze audio to temat, który cieszy siê du¿ym powodzeniem i stale powraca
na ³amy czasopism elektronicznych. Tym razem chcielimy zaprezentowaæ wzmacniacz au-
dio du¿ej mocy, który charakteryzuje siê doskona³ymi parametrami technicznymi, a dziêki
zastosowaniu w stopniu mocy nowoczesnych tranzystorów MOSFET jego konstrukcja jest
niezwykle prosta i ³atwa w uruchomieniu. Proponowane rozwi¹zanie ze wzglêdu na znaczn¹
moc, nie znajdzie zastosowania jako wzmacniacz koñcowy w domowym sprzêcie audio,
lecz idealnie nadaje siê do nag³aniania du¿ych sal np. szkolnych dyskotek itp.
tor osi¹gnie temperaturê, w której przykrêcone do niego tranzystory mocy mog³yby ulec
uszkodzeniu uk³ad wzmacniacza zosta³ wyposa¿ony w elektroniczny uk³ad kontroli tempe-
ratury radiatora, po przekroczeniu której nastêpuje ograniczenie mocy wyjciowej. Prze-
kroczenie temperatury radiatora ok. 75 stopni C powoduje wprowadzenie w stan przewo-
dzenia tranzystora T11, który najpierw przejmie czêæ pr¹du ród³a pr¹dowego I2 i zmniej-
szy pr¹d zwierciad³a pr¹dowego (tranzystory T14-T15), jednoczenie zmniejszy moc wyj-
ciow¹. W przypadku braku efektów zmniejszenia mocy wyjciowej (nastêpuje dalszy
wzrost temperatury radiatora np. uniemo¿liwiona poprawna wentylacja), tranzystor T11
zostanie wprowadzony w stan nasycenia i ca³kowicie zablokuje stopieñ koñcowy. Punkt
pracy zabezpieczenia nadtemperaturowego okrelany jest za pomoc¹ potencjometru P1.
Ca³kowite wzmocnienia napiêciowe wzmacniacza wynosi ok. 30dB i okrelone jest po-
przez elementy R10,R11,C3. Ze wzglêdu na charakter pracy kondensator C3 powinien byæ
typu bipolarnego, w ostatecznoci mo¿na zastosowaæ dwa kondensatory elektrolityczne
po³¹czone szeregowo w przeciw-fazie. Na wyjciu wzmacniacza zastosowano filtr dolno-
przepustowy. Jak wspomniano w tytule wzmacniacz posiada moc wyjciowa 250W(si-
nus). Teoretyczn¹ moc wyjciow¹ wzmacniacza m.cz. mo¿emy wyznaczyæ z prostej zale¿-
noci:
Budowa wzmacniacza
Dziêki zastosowaniu w stopniu mocy tranzystorów MOSSFT, które sterowane s¹
napiêciowo stopieñ steruj¹cy jest niezwykle prosty. Schemat blokowy wzmacniacza przed-
stawia rys.1. Jak widaæ ze schematu uk³ad zawiera: wzmacniacz ró¿nicowy tranzystory T1-
T2 z punktem pracy okrelonym przez pr¹d ród³a pr¹dowego I1. Pierwszy stopieñ jest ob-
ci¹¿ony drugim stopniem ró¿nicowym, tranzystory T3-T4 o punkcie pracy okrelonym ró-
d³em pr¹dowym I2. Sygna³ z kolektorów T3-T4 bezporednio steruj¹ stopniem pr¹dowym
tranzystory T5-T6. Ca³oæ jest objêta ujemnym sta³opr¹dowym sprzê¿eniem zwrotnym reali-
zowanym na rezystorze R11, sprzê¿enie zmienno pr¹dowe jest realizowane na dwójniku
R10-C3. Wzmocnienie napiêciowe wynosi ok. 30dB.
P = U2
pp
/(8R
l
)
Budowa i dzia³anie
Schemat ideowy przedstawia rys. 2. Stopieñ wejciowy stanowi wzmacniacz ró¿-
nicowy tranzystory T1-T2, którego punk pracy wyznacza ród³o pr¹dowe zbudowane z
tranzystorów T7-T8. Napiêciem odniesienia dla ród³a pr¹dowego (tranzystor T8) jest spa-
dek napiêcia na diodzie LED D1, który wymusza pr¹d ze ród³a pr¹dowego zbudowanego
w oparciu o tranzystor T7 . Stopieñ wejciowy obci¹¿ony jest drugim wzmacniaczem
ró¿nicowym (tranzystory T3-T4), który steruje bezporednio stopniem koñcowym utwo-
rzonym z tranzystorów T5/A,T5/B,T5/C,T6/A,T6/B,T6/C. Punkt pracy tego stopnia wyzna-
cza ród³o pr¹dowe zbudowane z tranzystorów T12-T13 oraz zwierciad³o pr¹dowe tranzy-
story T14-T15. Punkt pracy - pr¹d spoczynkowy tranzystorów stopnia mocy przy braku
sygna³u wejciowego okrela wydajnoæ ród³a pr¹dowego I2 ustalona wartoci¹ poten-
cjometru P2. Tranzystory MOSFET posiadaj¹ dodatni wspó³czynnik temperaturowy, a kom-
pensacja pr¹du spoczynkowego wraz ze wzrostem temperatury odbywa siê za porednic-
twem termistora NTC R37, który zosta³ zamontowany bezporednio na radiatorze. Wraz
ze wzrostem temperatury nastêpuje zmniejszenie siê opornoci termistora, który przej-
muj¹c czeæ pr¹du p³yn¹cego ze ród³a I2 do zwierciad³a pr¹dowego (tranzystor T14-T15)
zmniejsza pr¹d tranzystorów T3-T4, jednoczenie doprowadzi do ustabilizowania siê pr¹-
du spoczynkowego w stopniu mocy. Wzrostowi mocy wyjciowej towarzyszy wydzielanie
siê znacznej mocy w tranzystorach T5/A-T6/C, aby nie dopuciæ do sytuacji w której radia-
Gdzie:
U
pp
- wyjciowe napiêcie miêdzyszczytowe
R
l
- opornoæ g³oników
Przy za³o¿eniu, ¿e wzmacniacz bêdziemy zasilaæ napiêciem niestabilizowanym +/-55V
teoretyczna moc wyjciowa to ok. 350W, jednak ze wzrostem obci¹¿enia (pobór pr¹du w
szczycie dochodzi do +/- 6-10A) spadnie napiêcie z zasilacza do ok. +/-46V, czemu
towarzyszy spadek teoretycznej mocy wyjciowej do ok. 264W . Przy uwzglêdnieniu spad-
ków napiêcia w stopniu steruj¹cym maksymalna moc to ok. 250W. Stosowanie wy¿szego
napiêcia zasilania w celu uzyskania wy¿szej mocy wyjciowej ze wzglêdu na napiêcia
przebicia zastosowanych tranzystorów jest niedopuszczalne i grozi ich uszkodzeniem.
Wszystkie te uwagi nale¿y uwzglêdniæ przy projektowaniu zasilacza, projekt zasilacza któ-
ry by³ wykorzystany przy testowaniu wzmacniacza przedstawia rys.4. Jako transformatory
sieciowe zosta³y wykorzystane fabryczne transformatory TS250/2 z odpowiednio przewi-
niêtymi uzwojeniami wtórnymi.
Parametry techniczne wzmacniacza
Napiêcie zasilania (max)
+/-55
V
Pobór pr¹du
<6
A
Pr¹d spoczynkowy
0,2
A
Rys.1 Schemat
blokowy
1
+VCC
Moc wyjciowa (sinus) R
L
=4
W
250
W
I2
Moc chwilowa R
L
= 4
W
350
W
R3
R4
Zniekszta³cenia 20Hz - 20kHz
0,05
%
T4
Sygna³ wejciowy
0,707
V
T3
Rezystancja wyjciowa
4
ohm
T5
R7
Monta¿ i uruchomienie.
Wzmacniacz zosta³ zmontowany na jednostronnym obwodzie drukowanym, którego
mozaikê przedstawia rys. 3. Monta¿ nale¿y wykonaæ w tradycyjny sposób, najpierw montu-
jemy trzy zwory, a nastêpnie wszystkie elementy rozpoczynaj¹c jak zwykle od tych najmniej-
szych. Nie montujemy tranzystorów T5/A-T6/C i termistorów R31, R37, elementy te bêd¹
zamontowane bezporednio na radiatorze. Kondensator C1 typu MKT mo¿na zast¹piæ elek-
trolitem dobrej jakoci, natomiast C3 powinien byæ kondensatorem bipolarnym, w razie pro-
blemu z nabyciem odpowiedniego mo¿na go zast¹piæ dwoma kondensatorami elektrolitycz-
nymi 100µF po³¹czonymi w szereg ³¹cz¹c koñcówkê "-" z "-" Tranzystory T1,T2 powinny
mieæ jednakowa temperaturê. W tym celu nale¿y wykonaæ ma³y radiatorek z paska blachy
C1
R1
T1
T2
R5
1
1
Wyjcie
Wejcie
R2
C2
1
GND
T6
I1
R6
1
-VCC
P1
R33
R34
R35
D3
R38
R40
R8
R9
Rys.2 Schemat wzmacniacza
T11
T14
R37
T15
R29
T9
T10
B1
J3
T13
1
6,3A
T12
+ VCC
R30
R39
T4
R36
T5/A
R12
C7
C8
T3
R32
D2
C13
D
4
C4
T5/B
R31
P2
R13
C5
R14
T5/C
J1
C1
R1
R3
T1
T2
R15
1
Wejcie
R10
R11
R2
R20
R22
R24
L1
C2
C3
J4
J2
R27
1
1
GND/wej
WYJCIE
R21
R23
R25
R26
R28
G1
4W
R4
R6
T6/C
C9
C10
J5
R16
100m
1
T6/B
GDN/wyj
T7
T8
R17
100m
J6
Uk³ad zastêpczy C3
R5
R18
T6/A
1
GND
D1
R7
R19
C11
C12
C6
J7
B2
6,3A
1
-VCC
miedzianej o szerokoci ok 5mm. Po odpowiednim wyprofilowaniu i posmarowaniu past¹
silikonow¹ nale¿y wykonany radiator nasun¹æ na "czapki" tranzystorów T1,T2 tak, aby po-
wsta³ "mostek termiczny" pomiêdzy tranzystorami. Po wywierceniu i nagwintowaniu otwo-
rów w radiatorze wkrêcamy termistory R31, R37, oraz przykrêcamy tranzystory T5/A-T6/C
stosuj¹c podk³adki izolacyjne i pastê silikonow¹, która u³atwi wymianê ciep³a pomiêdzy tran-
zystorami i radiatorem. Teraz na tak wykonanego "je¿a" nak³adamy p³ytkê i lutujemy tranzy-
story T5/A-T6/C. Nastêpnie ³¹czymy wkrêcone termistory z odpowiednimi punktami za po-
moc¹ cienkiego przewodu w izolacji. W przypadku k³opotów ze zdobyciem termistorów "na
wkrêt" nale¿y zastosowaæ normalne wklejaj¹c je w uprzednio w wykonane otwory w radia-
torze pamiêtaj¹c o izolacji - termistor R37 jest na potencjale +Vcc. D³awik L1 wykonamy
nawijaj¹c na rezystorze R27 12-15 zwoi przewodem DNE o rednicy 0,8-1mm. Wszelkie
po³¹czenia pomiêdzy zasilaczem a wzmacniaczem ze wzglêdu na znaczne pr¹dy powinny
byæ jak najkrótsze i wykonane przewodem o przekroju min 2,5mm
2
lub cieñszym, ale odpo-
wiednio zwielokrotnionym. Koñcówkê GND zasilacza nale¿y pod³¹czyæ do p³ytki w miejscu
J6-GND, masê sygna³owa do koñcówki GND/wej, nie przestrzeganie powy¿szych zaleceñ
doprowadzi do zak³óceñ w pracy i wzbudzania siê wzmacniacza. Po skoñczonym monta¿u i
dok³adnej kontroli wzrokowej poprawnoci monta¿u mo¿emy przejæ do uruchomienia wzmac-
niacza. W celu wyeliminowania mo¿liwoci wypalenia tranzystorów stopnia koñcowego w
przypadku b³êdów w monta¿u nale¿y podj¹æ pewne rodki zaradcze. Najpierw sprawdzamy
wartoæ napiêæ zasilania przy wyjêtych bezpiecznikach wzmacniacza powinno wynosiæ ok.+/
- 55V. Teraz potencjometr P2 ustawiamy w skrajne lewe po³o¿enie, a P1 w pozycje rodko-
w¹, bezpieczniki wzmacniacza zastêpujemy rezystorami 10W/0,1 - 0,2W i w³¹czamy zasila-
Rys. 3
Rozmieszczenie
elementów na
p³ytce drukowanej
nie. Je¿eli z wlutowanych rezystorów 10W pozostanie tylko niebieski ob³ok to musimy spraw-
dziæ poprawnoæ monta¿u, je¿eli po w³¹czeniu zasilania rezystory nie ulegn¹ spaleniu, to
nale¿y uznaæ ¿e uk³ad zosta³ poprawnie zmontowany i mo¿na rozpocz¹æ regulacjê. Najpierw
mierzymy spadek napiêcia na wlutowanych rezystorach 10W i przy pomocy potencjometru
P2 ustalamy wartoæ tego napiêcia na ok. 2V, co oznacza ¿e ustalilimy pr¹d spoczynkowy
stopnia mocy na ok. 200mA. Nastêpnie mierzymy wartoæ napiêcia na zaciskach g³onika
nie powinno byæ wiêksze od +/- 200mV, teraz wy³¹czamy zasilanie, a rezystory 10W zastê-
pujemy bezpiecznikami. Nastêpnym krokiem jest ustawienie zabezpieczenia nadtemperatu-
rowego, pod³¹czamy g³oniki i sygna³u wejciowego, stopniowo zwiêkszamy moc wyjcio-
wa jednoczenie kontroluj¹c temperaturê radiatora. Po osi¹gniêciu temperatury ok. 75 stopni
C zabezpieczenie powinno zredukowaæ moc wyjciow¹, próg zadzia³ania zabezpieczenia
ustawiamy potencjometrem P1. Próg zadzia³ania zabezpieczenia mo¿emy tak¿e ustawiæ bez
koniecznoci doprowadzenia s¹siadów do rozstroju psychicznego, ogrzewaj¹c radiator np.
lutownic¹ du¿ej mocy. Pojawienie siê dodatniego napiêcia mierzonego na kolektorze tranzy-
stora T11 wiadczy o zadzia³aniu zabezpieczenia w danej temperaturze.
Uk³ad jest wzmacniaczem monofonicznym, dla systemu STEREO nale¿y wykonaæ dwa iden-
tyczne uk³ady odpowiednioa modyfikuj¹c zasilacz (podwójne obci¹¿enie).
TR1
250VA
M1
J
3
1
+Vcc
40V
J1
B1
4A
10A
C1
4700/63V
C2
4700/63V
45-55V
1
J
5
AC220V
1
GND
J2
1
J
6
GND
AC220V
1
TR2
C3
C4
4700/63V
250VA
M2
4700/63V
J
7
1
-Vcc
40V
45-55V
10A
Rys.4 Schemat zasilacza
Spis elementów
Rezystory:
R1 - 2,2k
R2 - 33k
R3 - 2,2k
R4 - 3,3k
R5 - 470
R6 - 20k
R7 - 1k
R8 - 3,3k
R9 - 3,3k
R10 - 1k
R11 - 33k
R12 - 100
R13 - 100
R14 - 100
R15 - 1,2k/0,5W
R16 - 100
R17 - 100
R18 - 100
R19 - 1,2k/0,5W
R20 - 0,1-0,33/5W
R21 - 0,1-0,33/5W
R22 - 0,1-0,33/5W
R23 - 0,1-0,33/5W
R24 - 0,1-0,33/5W
R25 - 0,1-0,33/5W
R26 - 10/0,5W
R27 - 4,7/1W
R28 - 10/0,5W
R29 - 10k
R30 - 4,7k
R31 - 4,7k termistor NTC
R32 - 10k
R33 - 4,7k
R34 - 15k
R35 - 3,3k
R36 - 470
R37 - 4,7k termistor NTC
R38 - 100
R39 - 200*
R40 - 100
C3 - 47µF/25V
C3 - 47µF/25V
C4 - 82pF
C5 - 82pF
C6 - 100µF/25V
C7 - 100nF
C8 - 470µF/50V
C9 - 10nF
C10 - 10nF
C11 - 100nF
C12 - 470µF/50V
C13 - 100µF/25V
Pó³przewodniki:
T1 - BC546
T2 - BC546
T3 - BF470
T4 - BF470
T5/A - IRF640
T5/B - IRF640
T5/C - IRF640
T6/A - IRF640
T6/B - IRF640
T6/C - IRF640
T7 - BF245
T8 - BC546
T9 - BC546
T10 - BC546
T11 - BC556
T12 - BF245
T13 - BC546
T14 - BC556
T15 - BC556
D1 - LED R
D2 - BZX55 C6V2
D3 - 1N4148
D4 - LED R
Inne:
L1 - patrz tekst
PR1 - 100k - mon. poziomy
PR2 - 100 - mon.poziomy
B1 - podsta. pod bezpiecznik
B2 -podsta. pod bezpiecznik
Drut - DNE F 0,8-1 - 10cm
107-K - p³ytka
Kondensatory:
C1 - 10µF/50V
C2 - 51pF
[ Pobierz całość w formacie PDF ]