Схема естрадного підсилювача потужності на транзисторах (400ватт)

1. Основні технічні характеристики
2. Принципова схема
3. Деталі та конструкція
4. Підключення та налагодження

Наша сеть партнеров Banwar

Описуваний підсилювач потужності призначений для двоканального посилення потужності сигналу, що подається з мікшерного пульта або попереднього підсилювача. Кожен з двох входів має регулятор рівня вхідного сигналу дозволяє встановити необхідну чутливість.

Перемикачем можна об'єднувати його входи, при цьому один з двох вхідних роз'ємів можна використовувати як лінійний вихід для збільшення числа працюючих паралельно підсилювачів. До особливостей УМЗЧ можна віднести перемикається фактор демпфування гучномовців для оптимізації їх звучання в різних акустичних умовах.

Основні технічні характеристики

• Номінальна вхідна напруга, В - 1,1;
• Ном. вих. мощ. кожного каналу, Вт при Кг- 1% і Rнагр: 4 Ом - 400, 8 Ом - 220;
• Діап. раб. частот, Гц, при нерівних. -0,5 дБ = 20 ... 20000;
• Швидкість наростання вих. сигналу, В / мкс - 25;
• Коеф. гарм. спотворень сигналу,%, не більше: на частоті 1 кГц - 0,01, в робочому діапазоні частот - 0,1;
• Відношення сигнал / шум фон, дБ = 96;
• Допустиме відхилення. напруги в мережі, В - 180 ..260;
• Мін. опір навантаження, Ом - 2,5;
• Маса, кг, не більше - 16.

Підсилювач потужності має індикатори рівня вихідного сигналу і його обмеження, перевантаження по виходу, а також індикатори аварійного відключення гучномовців і перевищення на напруги мережі.

Принципова схема

На рис. 1 приведена схема правого каналу підсилювача і вузла захисту навантаження. На вході УМЗЧ застосований ОУ КР544УД2А, а ланцюга C4R4 і R1C3 обмежують смугу підсилюються частот.

Вони зменшують проникнення в УМ коливань інфра-та ультразвукових частот, здатних привести до перевантаження підсилювача і динамічних головок. Підсилювач напруги на VT1-VT4 аналогічний застосованому в [1, 2].

Рис. 1, а. Принципова схема естрадного транзисторного підсилювача потужності НЧ на 400 Ватт.

Вихід ОУ з'єднаний з емітерний повторювачем VT3 який спільно з ланцюгом R6C15 виконує функції перетворювача напруга-струм. Цей струм надходить через каскад з ПРО на VT2 до підсилювача напруги на VT1.

Далі структура цього не простого підсилювача потужності практично симетрична: навантаженням транзистора VT1 є генератор струму на VT4, вхідні ланцюг подальшого каскаду підсилювачів струму, а також резистор R12, стабілізуючий опір навантаження для VT1.

Це зроблено з метою деякого зменшення загального посилення і збільшення стійкості підсилювача при замкнутої це і ООС Подальший підсилювач струму виконаний триступінчатим VT5 VT10, далі - VT11 VT17 і потім VT12-VT16, VT18- VT22 (в кожному плечі по п'ять паралельно включених транзисторів).

Вузол захисту від короткого замикання (КЗ) в навантаженні виконаний на транзисторах VT6, VT7 і VT8, VT9, включених по схемі аналога тиристора, для верхнього і нижнього плеча відповідно.

Рис. 1, б. Принципова схема схеми захисту акустичних систем для УМЗЧ на 400 Ватт.

У вимкненому стані цей вузол не впливає на вихідний каскад. При виникненні умов для спрацювання захисту транзистори відповідного плеча вихідного каскаду повністю закриваються.

Таким чином, струм споживання УМ при КЗ і номінальній вхідній напрузі буде навіть менше, ніж в режимі холостого ходу, тому при КЗ на виході підсилювач потужністю не ви ходить з ладу.

Резистор R14 необхідний для коректної роботи захисту від КЗ. Наприклад, при перевантаженні верхнього за схемою плеча відкриваються транзистори VT6, VT7 і залишкову напругу на базі VT5 щодо виходу не перевищує 0,8 В. Якщо цього резистора немає, то напруга зміщення на діодах (приблизно 2,6 В) призведе до збільшення напруги зміщення для нижнього плеча вихідного каскаду і його відмикання.

На відміну від інших пристроїв захисту з виключенням вихідних транзисторів [2, 3], пропонований вузол автоматично повертається в початковий стан при відновленні навантаження опором 2,5 ... 16 Ом і подачі на вхід підсилювача корисного сигналу з рівнем 25% від номінального і вище .

Ланцюги R18C13 і R19C14 усувають можливість помилкового спрацьовування захисту через зсув фази струму в навантаженні внаслідок її реактивного характеру.

У вихідному каскаді транзистори предоконечних ступені працюють в режимі АВ з струмом спокою близько 100 мА, що визначається напругою зміщення на діодах VD9-VD12 і резисторами R24, R35.

Відносно невелика їх опір дозволяє цьому ступені працювати в режимі малого сигналу безпосередньо на навантаження і скорочує час розрядки ємності СБЕ транзисторів оконечной щаблі, знижуючи її комутаційні спотворення. Ці транзистори працюють в режимі В, тому для них не потрібно ланцюгів термокомпенсации і регулювання струму спокою.

Індикатор обмеження вихідного сигналу і КЗ на виході харчується імпульсами негативної полярності на виході ОУ DA1, що виникають внаслідок розриву петлі ОС при обмеженні вихідного сигналу або спрацьовування вузла захисту.
Пристрій затримки підключення навантаження і відключення її при появі постійної напруги на виході підсилювачів виконано загальним для обох каналів.

При включенні живлення конденсатор С19 заряджається через резистор R49, забезпечуючи затримку відкривання транзисторів VT25. VT27 і включення реле К1 на 2 с.

При появі постійної напруги ла виході одного з підсилювачів при позитивній полярності відкриється транзистор VT23, а в разі негативної - VT24, замикаючи транзистори VT25. VT27 і вимикаючи реле.

Відключення гучномовців проводиться вузлом захисту і при збільшенні напруги в мережі вище 250В (VT26, VD17-VT19, R51-R53). Як показує практика, перевищення напруги живлення буває набагато частіше ніж можна припускати.

При підвищенні напруги живлення вузла захисту струм, поточний через стабілітрони VD17-VD19, відкриває транзистор VT26, в результаті включається індикація перевищення напруги мережі і відкривається транзистор VT23, що призводить до відключення навантаження. Продовження роботи можливо після перекладу перемикача напруги мережі в положення "250 В".

Схема джерела живлення, блоку індикації і міжблокових з'єднань обох каналів показана на рис. 2. Нумерація міжблочних з'єднань плати УМ і захисту АС, а також плати індикаторів відповідає нумерації висновків контактних майданчиків на відповідних малюнках розміщення елементів на друкованих платах.

Рис. 2. Принципова схема джерела живлення, блоку індикації і міжблокових з'єднань УМЗЧ на 400 Ватт.

Кожен з двох входів підсилювача має регулятор рівня вхідного сигналу (змінні резистори R1. R2). дозволяє встановити необхідну чутливість. Кнопковим перемикачем SB1 можна об'єднувати його входи.

У УМЗЧ можливо переключення ступеня демпфірування гучномовців, використовуваних в різних акустичних умовах. При перекладі підсилювача в режим високого вихідного опору (кнопка перемикача SB2 "Вих. Н / В" натиснута) вихідний опір підсилювача підвищується до 8-10 Ом за рахунок введення в підсилювачі зворотного зв'язку по струму з резисторів R3, R4.

Це, як показує практика, - оптимальна величина для більшості гучномовців. Однак її легко змінити в будь-яку сторону підбором резистора R2 на платі підсилювачів.

Зауважимо, що режим підвищеного вихідного опору помітно підвищує надійність роботи АС Справа в тому, що підвищення вихідного опору підсилювача сприяє зниженню активних втрат в гучномовці, що дозволяє більш повно використовувати його можливості і, крім того, помітно знизити інтермодуляційні спотворення [4].

Режим підвищеної вихідного опору також зменшує зсув фази струму в вихідному каскаді щодо вхідного сигналу. Підсилювач оснащений індикаторами контролю режиму роботи. Це індикатори включення мережі живлення (HL9), аварійного відключення гучномовців (HL7) та індикатор HL8, який свідчить про примусове відключення навантаження внаслідок небезпечного перевищення напруги живлення.

Індикатори рівня сигналу HL2 і HL3 HL5 і HL6 мають порогові значення 5, 20 дБ, а також показують його обмеження (світлодіоди HL1, HL4) для кожного каналу окремо. Крім обмеження, ті ж індикатори сигналізують про коротке замикання на виході будь-якого каналу (при відсутності світіння інших індикаторів рівня)

Деталі та конструкція

Зовнішній вигляд підсилювача показаний на рис. 3 (з боку задньої панелі). Основні його вузли розміщені на металевому шасі з кришкою. На передній панелі з щілинними отворами встановлені вентилятори для примусового обдування теплоотводов потужних транзисторів підсилювача, а також плата індикації режимів роботи.

Рис. 3. Компонування електроніки в корпусі підсилювача.

На задній панелі встановлені з'єднувачі для приєднання сигнальних кабелів і трипровідною кабелю живлення, перемикачі граничного напруження мережі і фактора демпфірування гучномовців, тримач запобіжника.

Монтаж підсилювача виконаний в основному на трьох платах - платі підсилювачів, платі індикації та платі випрямляча харчування. На платі підсилювачів розташовані два канали УМ з тепловідведення вихідних транзисторів і вузол захисту гучномовців. Друкована плата (її розміри 355x263 мм) і розташування елементів, які прийнято зображати у журналі в натуральну величину наведені на рис. 4 в масштабі 85%.

Рис. 4. Друкована плата для естрадного підсилювача потужності 400 Ватт.

У вузлі захисту навантаження можна застосувати реле рп21 має чотири групи контактів (по два паралельно), або РЕК34 або аналогічне з напругою спрацьовування 24 В. В якості теплоотводов застосовані "радіатори" типу Р1 виробництва Вінницького ВО "Маяк" (ТУ 8.650.022) з фрезерованими майданчиками для установки двох потужних транзисторів (КТ8101Аілі КТ8102А) на кожен.

Тепловідводи охолоджуються за допомогою витяжної вентиляції двома вентиляторами ВВФ71, встановленими за передньою панеллю підсилювача. Вкрай небажано встановлювати їх на задній панелі зважаючи на великий рівня наведень від їх двигунів.

Конструкція плати дозволяє також застосувати саморобні тепловідвід на шість транзисторів (для кожного плеча) з тепловідводної поверхнею не менше 600 см5 і примусовому охолодженням.

Плата підсилювачів розміщена в корпусі самого підсилювача так, що сигнальні входи і виходи обох каналів розташовуються з боку задньої панелі.

Як уже зазначалося підсилювач має перемикається фактор демпфування, реалізований включенням петлі ООС по току. Резистори R3, R4 на рис 2-датчики струму навантаження, використовувані для зміни фактора демпфірування виконані з десяти паралельно включених резисторів МЛТ-0,5 опором 1 Ом. Застосування дротяних резисторів небажано.

Дросель L1 (див. Рис. 1) намотаний безпосередньо на резисторі R55 МЛТ-2 проводом ПЕВ-2 0,8 мм в один шар (до заповнення). Блокувальні конденсатори - К73-11, в фільтрі харчування К50-18. Трансформатор живлення виконаний на стрічковому магнітопроводі типу ШЛ40 45 мм Його намотувальні дані наведені в таблиці.

Блок живлення підсилювача максимально спрощений. Харчування власне УМЗЧ проводиться від випрямляча з напругою 70 В, для блоку захисту і індикації використовується свій випрямляч, що підключається до окремої обмотці трансформатора харчування. Вентилятори М1, М2 призначені для обдування теплоотводов потужних транзисторів.

Транзистори вихідного каскаду КТ8101А і КТ8102А необхідно відібрати за коефіцієнтом посилення - не менше 25 і не більше 60, а головне за граничним напругою. Для визначення цього параметра необхідно зібрати нескладний пристрій, що складається з випрямляча змінної напруги до 300 ..350 В, резистора опором 24 .. 40 кОм (потужністю 2 Вт) і вольтметра з межею 500 В (рис. 5).

Транзистор з замкнутими висновками бази і емітера підключають через токоогра-нічівающій резистор до джерела Вольтметр, підключений паралельно транзистору, фіксує при цьому напруга лавинного пробою перевіряється транзистора, яке і буде для нього граничним.

Транзистори слід відбирати з напругою пробою не менше 250 В. Ігнорування цієї вимоги може привести до виходу з ладу підсилювача в процесі експлуатації.

Рис. 5. Схема пристрою для підбору вихідних транзисторів підсилювача потужності ЗЧ.

Рис. 6. Плата випрямляча харчування.

Плату випрямляча харчування (вона приведена на рис. 6 в масштабі 1 2) встановлюють на висновки конденсаторів фільтра випрямляча і закріплюють відповідними гвинтами.

Монтаж загального проводу і ланцюгів харчування виробляють багатожильним проводом перетином 1,2 мм2. Крім того, монтаж загального проводу від випрямлячів до плати підсилювачів і вузлу відключення навантаження виконується окремими максимально короткими проводами.

На рис. 7 наведені малюнок друкованої плати індикаторів і розташування елементів. Світлодіоди встановлюють таким чином, щоб їх торці трохи виступали на поверхні передньої панелі підсилювача.

Рис. 7. Друкована плата індикаторів і розташування елементів на ній.

Підключення та налагодження

Для настройки підсилювача будуть потрібні осцилограф, генератор 34 автотрансформатор ЛАТР на напругу 0- 250 В при струмі навантаження до 2 А і резистивні еквіваленти навантаження.

Підсилювач підключають до вихідних клем авто трансформатора через допоміжний кабель, що забезпечує можливість підключення в ланцюг харчування вольтметра і амперметра змінного струму.

Спочатку слід встановити перемикач напруги в положення "220 В" і перевірити роботу блоку живлення, потім - роботу вузла захисту навантаження шляхом подачі постійної напруги 2 ... 3 В (по черзі різної полярності) на лівий по схемі виведення резисторів R47 або R48.

Упевнившись в працездатності вузла, потрібно виставити подстро ечним резистором R52 поріг відключення навантаження при збільшенні напруги мережі до 250 В і вище.

Наступний етап - найвідповідальніший. Підключивши по ланцюгах +70 В один з каналів підсилювача (живлення від мережі треба подавати через плавкий запобіжник з граничним струмом не більше 1 А) і контролюючи струм споживання амперметром, а вихідний сигнал - осциллографом, потрібно дуже повільно підвищувати напруга живлення з автотрансформатора від нуля до номінального.

Струм споживання вихідного каскаду не повинен перевищувати 250 мА в іншому випадку слід негайно вимкнути живлення і ретельно перевірити монтаж.

Спочатку на виході підсилювача з'явиться постійна напруга позитивної полярності. При досягненні його значення приблизно половини від номінального напруги живлення вихідна напруга стрибком виявиться близьким до нуля внаслідок включення дії ООС.

Падіння напруги на резисторах R24 і R25 має становити 200 .. 250 мВ, що відповідає струму спокою транзисторів VT11, VT17 в межах 60. 85 мА При необхідності підбирають діоди VD9-VD12 або один з VD9-VD11 замінюють германієвих.

Після цього перевіряють роботу УМЗЧ без навантаження від генератора ЗЧ. Встановивши частоту 1 ... 2 кГц, плавно збільшують сигнал на вході підсилювача і переконуються в тому, що амплітуда його вихідної напруги становить не менше 50 В. Індикатор перевантаження повинен запалюватися з початком обмеження вихідного сигналу.

Далі замінивши запобіжник можна тільки (на ток 5-7 А) за осцилограф спостерігають роботу підсилювача під навантаженням на потужний резистор опором спочатку 8, а потім - 4 Ом Амплітуда необмеженого сигналу повинна складати не менше 46 і 42 В відповідно Можливе в деяких випадках порушення на ВЧ усувають підбором конденсаторів С9, С10, С15, а при замінах потужних транзисторів - і С11, С12.

Перевірку роботи в режимі підвищеного вихідного опору треба виробляти при навантаженні опором 4 Ом саме при такому навантаженні сигнал з датчика струму приблизно дорівнює вхідному і не виникає помітної зміни коефіцієнта посилення. Якщо після включення цього режиму виявиться саме порушення, потрібно збільшити ємність конденсатора С10 фазової корекції в ланцюзі ООС.

Далі потрібно переконатися в працездатності вузла захисту від короткого замикання в ланцюзі навантаження (цю перевірку краще проводити в режимі низького вихідного опору). Для цього слід спочатку при навантаженні опором 8 Ом і розмах вихідної напруги 20. .30 В перемкнути бази VT6, VT7, а потім і VT8 VT9 При цьому на осциллограмме вихідного сигналу повинні "відсікатися" позитивна і негативна напівхвилі відповідно.

Після цієї процедури потрібно перевірити реакцію підсилювача на навантаження опором 0 33 Ом і потужністю 3-6 Вт, що імітує коротке замикання. Прибрати вхідний сигнал, підключити в ланцюг харчування одного з плечей амперметр до виходу вольтметр.

Підключивши це навантаження до виходу повільно збільшувати вхідна напруга контролюючи вихідна напруга споживаний струм і форму сигналу При рівні вихідної напруги 2,1 .. 2,3 У повинна спрацювати захист для одного плеча (зазвичай верхнього за схемою форма сигналу показана на рис. 8, а ), при подальшому збільшенні напруги спрацює захист для іншого плеча (рис. 8,6). Струм споживання при цьому повинен впасти до 160. .200м А. Після цього перевірку роботи УМЗЧ можна вважати закінченою.

Рис. 8. Форми сигналів.

Транзистори в кінцевої Ступені віхідного каскаду підсілювача Працюють практично без початкових Зсув. Переведення їх в режим класу АВ дозволяє приблизно в 6 ... 8 разів знизити нелінійні спотворення на високих частотах. Найбільш простий варіант вузла зсуву показаний на рис. 9.

Його включають замість чотирьох діодів зміщення, точка "А" - до колектора VT1, точка "В" до колектора VT4. Резистор R12 в цьому випадку також виключається.

Термодатчик (транзистор VT28) встановлюють на тепловідвід якомога ближче до потужного транзистора вихідного каскаду, що знаходиться в найгірших умовах охолодження. Застосовуючи цей вузол, необхідно збільшити опір резисторів R24, R35 до 12-15 Ом.

Рис. 9. Схема простого вузла зсуву.

Регулювання струму спокою полягає в наступному. Спочатку движок змінного резистора R58 виводять у верхнє за схемою становище. Подавши харчування, встановлюють струм спокою 150 ... 180 мА.

Після цього при підключеній навантаженні і номінальному вихідному напрузі підсилювач прогрівають протягом 10 ... 15 хв. Знову вимірюють струм спокою.

Якщо він нижчий початкового, потрібно трохи збільшити опір R60 в ланцюзі емітера VT28 і повторювати процедуру налаштування до отримання приблизно однакового струму спокою в холодному і гарячому станах. Недоліки цього вузла - наявність підлаштування резистора і велика інерційність теплової ланцюга ООС.

Від цих недоліків вільно пристрій автоматичного регулювання струму спокою за схемою, показаної на рис. 10. Принцип його дії полягає в вимірі падіння напруги на резисторах R63, R64 - датчиках струму спокою вихідних транзисторів, з подальшим управлінням струмом транзисторів оптопари U1, включених замість смещающих діодів.

При досить великому сигналі транзистори VT29 і VT30 працюють практично по черзі: коли один з них знаходиться в стані насичення, інший - в активному стані, керуючи оптопарою і струмом спокою. І навпаки. Налаштування вузол не вимагає, проте можлива корекція струму спокою підбором резистора R58.

Після включення живлення струм спокою УМЗЧ протягом В ... 10 з дорівнює нулю, а потім плавно збільшується до норми. В підсилювачі з авторегулюванням струму спокою опір резисторів R24, R35 можна збільшити до 12-15 Ом.

Рис. 10. Схема пристрою автоматичного регулювання струму спокою.

В підсилювачі можливо ввести плавне регулювання вихідного опору. Для цього досить перемикач демпфірування SB2 замінити здвоєним змінним резистором опором 2 ... 4 кОм і зменшити опір R2 до 100 Ом для розширення діапазону регулювання вихідного опору (в бік збільшення).

Потужні транзистори вихідного каскаду можна замінити на 2SC3281 і 2SA1302, 2SA1216 і 2SC2922, 2SA1294 і 2SC3263 (в цьому випадку відбір транзисторів проводити не обов'язково). КТ940А і КТ9115А можна замінити на КТ851 і КТ850 з будь-яким буквеним індексом.

С. Сакевич, м.Луганськ, Україна.

література:

1 Клецов В. Підсилювач НЧ з малими спотвореннями - Радіо, 1983-7.
2 Сухов Н. УМЗЧ високої вірності Радіо, 1989-6.
3 Зуєв П. Підсилювач з многопетлевой ООС - Радіо, 1984-11.
4 Агєєв С. Чи повинен УМЗЧ мати мале вихідний опір - Радіо, 1997-4.