Wzmacniacz audio 200W.pdf

P R O J E K T Y

Silver Sound

Wzmacniacz audio

ze stopniem końcowym

quasi−IGBT

AVT−5045

Konstrukcja

przedstawionego

w†artykule

wzmacniacza nawi¹zuje

do najlepszych klasycznych

wzorcÛw, cechuj¹c siÍ

jednoczeúnie nowoczesnoúci¹.

W†stopniu koÒcowym

zastosowano bowiem

tranzystory MOSFET, ktÛre

steruj¹ tranzystory bipolarne.

Nazwaliúmy to rozwi¹zanie

quasi-IGBT przede wszystkim

dlatego, aby zwrÛciÊ Wasz¹

uwagÍ na moøliwoúci

wynikaj¹ce z†wykorzystania

najlepszych cech obydwu

technologii.

Schemat wzmacniacza przed-

stawiono na rys. 1 . Wejúciowy

sygna³ steruj¹cy, ktÛrego pasmo

ograniczaj¹ elementy R1 i†C3 jest

doprowadzany do nieodwracaj¹ce-

go wejúcia wzmacniacza operacyj-

nego U1/1. Wzmocnienie napiÍ-

ciowe tego uk³adu ustalaj¹ rezys-

tory R4 i†R3. Tranzystory T1 i†T2

pracuj¹ jako stabilizatory napiÍ-

cia, dopasowuj¹ce napiÍcie zasi-

lania do wymagaÒ wzmacniaczy

operacyjnych U1/1 i†U1/2. W†ko-

lektorach tych tranzystorÛw znaj-

duj¹ siÍ lustra pr¹dowe zbudowa-

ne z†elementÛw T3, T4, R7, R10,

D1 (dla dodatniej ga³Ízi zasilania)

oraz T5, T6, R9, R11 i†D2 (dla

ujemnej ga³Ízi zasilania). MiÍdzy

kolektory tranzystorÛw T6 i†T4

w³¹czono obwÛd ustalania pr¹du

spoczynkowego zbudowany w†spo-

sÛb klasyczny z elementÛw R12,

C14, P1 i†T7.

Wraz ze zmianami wartoúci

pr¹du przep³ywaj¹cego w†dodat-

niej i†ujemnej ga³Ízi zasilania

U1/1 zmienia siÍ takøe napiÍcie na

kolektorach T6 i†T4. Rezystory R35

i†R34 poprawiaj¹ szybkoúÊ reakcji

wzmacniacza na pobudzenia im-

pulsowe. Poprzez rezystory R32

i†R33 s¹ wysterowywane tranzys-

tory MOSFET T10 i†T11. Ujemne

sprzÍøenie zwrotne zrealizowane

jest poprzez rezystor R5 w³¹czony

miÍdzy wyjúcie wzmacniacza ope-

racyjnego U1/1, a†wyjúcie wzmac-

niacza mocy. Jest to tzw. ìpr¹dowe

ujemne sprzÍøenie zwrotneî.

Poprzez rezystor R13 sterowany

jest obwÛd DC-serwo (odpowiada-

j¹cy za stabilizacjÍ sk³adowej sta³ej

napiÍcia na wyjúciu wzmacniacza),

zbudowany z†elementÛw: U1/2,

C12, C13, R14, R15, R16, R17.

Tranzystory MOSFET T10

i†T11, wraz z†bipolarnymi T12,

T13 (dla dodatniej ga³Ízi zasila-

nia) i†T14, T15 (dla ujemnej ga-

³Ízi zasilania) tworz¹ klasyczne

ürÛd³o pr¹dowe sterowane napiÍ-

ciem, ktÛrego pr¹d J wy =3xJ T10 . Po-

niewaø ürÛd³a tranzystorÛw MOS-

FET s¹ po³¹czone z†kolektorami

tranzystorÛw bipolarnych, wystÍ-

puje 100% lokalne napiÍciowe

Parametry nominalne:

Moc wyjściowa RMS (4

): 200W,

Pasmo przenoszenia: 5Hz...150kHz,

Szybkość narastania sygnału na wyjściu

(min.) 100V/

s (200 W/4

Zniekształcenia:

harmoniczne: 0,05%,

TIM: 0,05%.

Elektronika Praktyczna 12/2001

Silver Sound

Silver Sound

Pary diod D3 i†DZ4 oraz D5

i†DZ3 zabezpieczaj¹ bramki T10

i†T11 przed pojawieniem siÍ zbyt

wysokiego napiÍcia, a kondensa-

tory C10 i†C11 zapobiegaj¹ moø-

liwoúci wzudzenia siÍ stopnia

koÒcowego.

Wzmacniacz wyposaøono we

wskaünik wysterowania, ktÛrego

schemat elektryczny przedstawio-

no na rys. 2 . Jest to dwustopniowy

wzmacniacz pr¹du sta³ego, z†p³yt-

kim dodatnim sprzÍøeniem zwrot-

nym i†niewielk¹ histerez¹. W†sta-

nie pocz¹tkowym na rezystorze

R105 wystÍpuje niewielkie napiÍ-

cie wywo³ane pr¹dem p³yn¹cym

z†U zpom poprzez R106. NapiÍcie

potrzebne do wysterowania T101

ma wartoúÊ U R105 +U beT101 . Poniewaø

wzmocnienie T101+T102 wynosi

minimum kilka tysiÍcy, nawet nie-

wielki pr¹d bazy T101 powoduje

zmianÍ napiÍcie na emiterze T102,

z†napiÍcia prawie rÛwnego napiÍ-

ciu zasilania, do napiÍcia kilku

woltÛw (U satT102 +U LED ). To z†kolei

powoduje zmniejszenie pr¹du p³y-

n¹cego przez R105 wywo³uj¹c efekt

dodatniego sprzÍøenia zwrotnego.

DziÍki temu wyeliminowany jest

do minimum efekt stanu poúred-

niego úwiecenia diody LED. Dla-

tego úwieci ona pe³n¹ jasnoúci¹

nawet przy nieznacznym przekro-

czeniu napiÍcia kontrolowanego

przez opisany uk³ad. Umoøliwia to

precyzyjn¹ wizualn¹ kontrolÍ pra-

cy wzmacniacza. Od wartoúci po-

jemnoúci C101 zaleøy czas reakcji

i†czas podtrzymania: R101xC101 =

czas reakcji [s], C101xR102 = czas

podtrzymania [s] (w przybliøeniu).

Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza.

sprzÍøenie zwrotne. Taka konfigu-

racja powoduje pracÍ tej czÍúci

uk³adu w†sposÛb podobny, jak ma

to miejsce w†tranzystorach IGBT,

lecz cena takiego uk³adu jest

wielokrotnie niøsza niø dobrej

jakoúci tranzystora IGBT.

Elementy R24, R25, R28,

R30, T8, T16, D11, D4 i†C16

tworz¹ obwÛd zabezpiecze-

nia przeciwzwarciowego dla

tranzystorÛw ìgÛrnejî po-

³Ûwki stopnia koÒcowego,

natomiast R26, R27, R29,

Rys. 2. Schemat elektryczny wskaźnika

wysterowania.

Elektronika Praktyczna 12/2001

R31, T9, T17, D12, D6 i†C17 dla

po³Ûwki ìdolnejî. Jest to zabez-

pieczenie zaprojektowane specjal-

nie dla prezentowanego wzmac-

niacza, aby wyeliminowaÊ rezys-

tory wyrÛwnuj¹ce w†kolektorach

tranzystorÛw T12, T13, T14, T15.

Pr¹d zwarcia wynosi 2,8A, a†mak-

symalny pr¹d wyjúciowy osi¹ga

nawet 12A (dla obci¹øenia o†im-

pedancji 4

Silver Sound

T203, ktÛry z†kolei zwiera bazÍ

T204 do masy. WÛwczas przekaü-

nik od³¹cza obci¹øenie od stopnia

mocy. Elementy R201, R202, R203,

C201, T201, T202 wraz z†T203

tworz¹ obwÛd reaguj¹cy na napiÍ-

cie sta³e na wyjúciu stopnia mocy

i†w†przypadku pojawienia siÍ ta-

kiego, powoduj¹cy od³¹czenie ob-

ci¹øenia, chroni¹c g³oúniki przed

zniszczeniem. Przez rezystor R207

do plusa 24V jest pod³¹czona

dioda LED sygnalizuj¹ca pod³¹cze-

nie g³oúnikÛw.

Rys. 3. Schemat elektryczny układu automatyki sterującej dołączaniem

głośnika do wyjścia wzmacniacza.

Uruchomienie

Do uruchomienia wzmacniacza

jest niezbÍdny zasilacz laboratoryj-

ny, oscyloskop oraz serwisowy ge-

Wzmacniacz wyposaøono

takøe w†uk³ad automatyki ste-

ruj¹cej do³¹czaniem g³oúnika

do jego wyjúcia, ktÛrego sche-

mat elektryczny przedstawiono

na rys. 3 . Jest to nieco rozbu-

dowana wersja uk³adu automa-

tyki opublikowanego w†histo-

rycznej juø ksi¹øce ìWzmac-

niacze elektroakustyczneî Ma-

cieja Feszczuka (WKi£, Warsza-

wa 1986). Wzbogacono go o

elementy R206 i†C202, tworz¹ce

wraz z†tranzystorem T204,

obwÛd opÛünionego za³¹czania

obci¹øenia. Natomiast elementy

Dz201, Dz202, D201, R204 wraz

z†T203 tworz¹ obwÛd przyúpie-

szonego od³¹czania obci¹øenia

po wy³¹czeniu zasilania. Wa-

runkiem poprawnego dzia³ania

tego obwodu jest, aby napiÍcie

zasilania +24V przez odpo-

wiedni stabilizator by³o pobie-

rane z†dodatniego napiÍcia za-

silania wzmacniacza mocy. Dio-

dy Zenera Dz201 i†Dz202 do-

biera siÍ tak, aby spadek na-

piÍcia na nich wynosi³ 75...80%

napiÍcia zasilania wzmacniacza

(+U zPA ).

Po wy³¹czeniu zasilania, do-

pÛki napiÍcie +U zPA jest wiÍk-

sze od spadku napiÍcia na

diodach Zenera, to p³ynie

przez nie pr¹d, ktÛry powodu-

je powstawanie napiÍcia na

rezystorze R204. NapiÍcie to

uniemoøliwia przewodzenie

diody D201. Gdy napiÍcie

+U zPA spadnie poniøej napiÍcia

diod Zenera, przestaje przez

nie p³yn¹Ê pr¹d i†dioda D201

zostaje odblokowana. Powodu-

je to wysterowanie tranzystora

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza.

Elektronika Praktyczna 12/2001

Silver Sound

Rys. 5. Wygląd radiatora dla

tranzystorów T4 i T6.

dotyka³ do radiatora, a†na jego

radiator nanosimy warstwÍ siliko-

nu. Teraz umieszczamy p³ytkÍ

drukowan¹ (wczeúniej montujemy

T8 i†T9) na radiatorze tak, aby

koÒcÛwki tranzystorÛw wesz³y

w†odpowiednie otwory (metalizo-

wane) w†p³ytce, ktÛr¹ za pomoc¹

tulejek dystansowych mocujemy

do radiatora. Sprawdzamy czy T7

dobrze przylega do radiatora oraz

czy ktÛraú z†koÒcÛwek tranzysto-

rÛw mocy nie dotyka radiatora.

Nie zmieniaj¹c ustawieÒ pod-

³¹czamy zasilanie i podajemy syg-

na³ wejúciowy z†generatora sygna-

³owego. Jeøeli pr¹d pobierany

przez wzmacniacz nie uleg³ zmia-

nie, a†sygna³ na wyjúciu ma taki

sam kszta³t jak wejúciowy, lecz

duøo wiÍksz¹ amplitudÍ, moøna

zmieniÊ pr¹d ograniczania w†za-

silaczu do maksimum i†potencjo-

metrem P1 zwiÍkszyÊ pr¹d spo-

czynkowy do ok. 150...250mA.

Ograniczamy do minimum amp-

litudÍ sygna³u wejúciowego i†mie-

rzymy poziom napiÍcia sta³ego na

wyjúciu wzmacniacza. Nie powi-

nien przekraczaÊ 20mV.

Teraz moøemy zaj¹Ê siÍ uk³a-

dami pomocniczymi. Pod³¹czamy

pomocnicze napiÍcie 24V poprzez

gniazdo G2, diody LED bÍd¹ce

wskaünikami sygna³u wyjúciowego

i†pod³¹czenia g³oúnikÛw. Po up³y-

nerator przebiegÛw audio. Na p³yt-

ce drukowanej, ktÛrej schemat mon-

taøowy pokazano na rys. 4 , mon-

tujemy wszystkie elementy poza

tranzystorami (T10, T11, T12, T13,

T14, T15 a†takøe T8 i†T9). Tran-

zystory T6 i†T4 umieszczamy na

niewielkim radiatorze wykonanym

z†blachy aluminiowej o†gruboúci

2mm izoluj¹c je. Na rys. 5 poka-

zano wygl¹d tego radiatora, ktÛry

podczas montaøu naleøy przymoco-

waÊ do p³ytki drukowanej.

Tranzystor T7 montujemy po

drugiej stronie p³ytki (od strony

lutowania). Na wyjúciu zasilacza

ustalamy napiÍcia zasilania +50V

i†-50V oraz ustalamy ograniczanie

pr¹du przy 100mA.

Testowy sygna³ steruj¹cy nale-

øy podaÊ na styk 2†z³¹cza G2

(styki 1 i 3 to masa). Do pier-

wszego testu wykorzystamy syg-

na³ trÛjk¹tny (symetryczny) o†am-

plitudzie ok. 200...300mV). Za

pomoc¹ oscyloskopu obserwujemy

sygna³ na wyjúciu U1/1 - powi-

nien byÊ nie zniekszta³cony i†mieÊ

amplitudÍ ok. 3†razy wiÍksz¹ od

wejúciowej. Pr¹d pobierany przez

uk³ad w†tej fazie uruchamiania

nie powinien przekraczaÊ 50mA.

Za pomoc¹ potencjometru P1 usta-

lamy napiÍcie miÍdzy kolektorami

T5 i†T6 na ok. 5...6V. Teraz

moøemy zamocowaÊ tranzystory

mocy na radiatorze ( rys. 6 ), izo-

luj¹c je. Radiator najlepiej wyko-

naÊ z†kszta³townika ZML KÍty

A6023 o†d³ugoúci 12,5...13cm.

Moøna uøyÊ kszta³townik A5352,

jednak naleøy wtedy pamiÍtaÊ

o†odpowiedniej zmianie wykonu-

j¹c otwory, gdyø szerokoúÊ tego

kszta³townika wynosi 187mm,

a†nie 190,5mm. årub mocuj¹cych

tranzystory mocy nie dokrÍcamy

do koÒca. Tranzystor T7 wygina-

my tak, aby stron¹ izolowan¹

Rys. 6. Sposób zamocowania tranzystorów mocy na radiatorze.

Elektronika Praktyczna 12/2001

Silver Sound

siÍ oscylacje pasoøytni-

cze, a†sygna³ wyjúciowy

(aø do granicznej

wartoúci amplitudy wy-

nikaj¹cej z†napiÍcia za-

silania) ma taki sam

kszta³t, jak sygna³ wej-

úciowy. Po wykonaniu

tych czynnoúci moøemy

pod³¹czyÊ wzmacniacz lub

wzmacniacze do docelowego za-

silacza wykonanego wed³ug rys.

7 . Potencjometrem P101 ustalamy

prÛg zapalania siÍ diody przy

napiÍciu (sinusoida, napiÍcie sku-

teczne) 28V dla obci¹øenia 4

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

Wszystkie rezystory 0,25W

R1, R7, R9...R11, R32, R33: 100

R2, R103: 100k

R3: 15

Ω

R5, R24...R27: 1k

Ω

R12, R17, R107, R207: 4,7k

Ω

R14, R16: 1M

Ω

R18...R23: 0,43

/5W

Ω

R30, R31, R104, R201...R203: 15k

Rys. 7. Schemat i opis zasilacza.

Schemat montaøowy komplet-

nego wzmacniacza w†wersji ste-

reofonicznej pokazano na rys. 8 .

Uk³ad wzmacniacza napiÍciowego

wykorzystano z opisu wzmacnia-

cza z tranzystorami IGBT firmy

Analog Devices, wprowadzaj¹c

niewielkie uproszczenia.

Krzysztof Jasiñski

R34, R35: 6,8k

/0,5W

wie ok. 4...7 sekund zaúwieci siÍ

LED sygnalizuj¹cy, øe przekaünik

pod³¹czy³ obci¹øenie.

Zaúwiecenie siÍ diody oznacza,

øe moøemy pod³¹czyÊ do wyjúcia

wzmacniacza rezystory o†wypad-

kowej rezystancji 4

Ω

R102: 22k

Ω

R103, R106: 220k

R204: 2,2k

R205: 10k

i†mocy ok.

200W (zamiast g³oúnikÛw, na czas

testÛw). RÛwnolegle do obci¹øenia

pod³¹czamy oscyloskop, i†powoli

zwiÍkszamy amplitudÍ sygna³u

wyjúciowego, ca³y czas kontrolu-

j¹c oscylogram, czy nie pojawiaj¹

R206: 47k

wieloobrotowy

P101: 4,7k

wieloobrotowy

Kondensatory

C1, C2, C4, C5, C101: 10

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/grudzien01.htm .

F/63V

F− MKSE

C7, C8, C12...C14: 100nF/100V

C10, C11: 47pF/160V

C15: 10

F/16V−tantal

C16, C17: 10nF/100V

C201: 470

F/25V

F/10V

Półprzewodniki

Dz1, Dz2, Dz3, Dz4: 12V/0,25W

Dz201, Dz202: wg opisu

D1, D2, D32, D4...D6, D101, D201:

1N4148

D8, D7: BY255

D9...D12: 1N4937

D202: 1N4001

T1, T5: BD 139/16

T2, T3: BD 140/16

T4: 2SA1006

T6: 2SC3309

T7: BD135−16

T8: 2N5551

T9: 2N5401

T10: IRFP450

T11: IRFP 9240

T12, T13: 2SA1302

T14, T15: 2SC3281

T16: BF470

T17: BF469

T101, T201, T202: BC550

T102, T203: BC556

T204: darlington np. BD649

U1: OP285

Różne

Przekaźnik RM83Z/24V

Rys. 8. Schemat montażowy kompletnego wzmacniacza stereofonicznego.

Elektronika Praktyczna 12/2001

R4: 30

R6, R8: 68k

R13: 15k

R15: 470

R28, R29: 22k

i†40V dla obci¹øenia 8

R101: 1k

R105: 220

P1: 2,2k

C3: 1nF

C6, C9: 3,3

C202: 2200

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: