107-K Wzmacniacz mocy HiFi 250W (sinus).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

Pobór pr¹du

Pr¹d spoczynkowy

0,2

Rys.1 Schemat

blokowy

+VCC

Moc wyjciowa (sinus) R L =4 W

250

Moc chwilowa R L = 4 W

350

Zniekszta³cenia 20Hz - 20kHz

0,05

Sygna³ wejciowy

0,707

Rezystancja wyjciowa

ohm

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

Wyjcie

Wejcie

GND

-VCC

R33

R34

R35

R38

R40

Rys.2 Schemat wzmacniacza

T11

T14

R37

T15

R29

T10

T13

6,3A

T12

+ VCC

R30

R39

R36

T5/A

R12

R32

C13

D 4

T5/B

R31

R13

R14

T5/C

R15

Wejcie

R10

R11

R20

R22

R24

R27

GND/wej

WYJCIE

R21

R23

R25

R26

R28

T6/C

C10

R16

100m

T6/B

GDN/wyj

R17

100m

Uk³ad zastêpczy C3

R18

T6/A

GND

R19

C11

C12

6,3A

-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

J 3

+Vcc

40V

10A

4700/63V

45-55V

J 5

AC220V

GND

J 6

GND

AC220V

TR2

4700/63V

250VA

4700/63V

J 7

-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

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: