2010.08_Modyfikowany wzmacniacz JLH.pdf

Projekty AVT

wzmacniacz JLH

W dzisiejszych czasach, gdy podzespoły i

obwody elektroniczne stają się coraz mniejsze

i coraz bardziej specjalizowane, wykonywanie

wielu urządzeń we własnym zakresie staje się

zupełnie nieopłacalne. Jest to spowodowane

wprowadzaniem układów scalonych o dużej

skali integracji, które dodatkowo spełniają

wiele bardzo różnych pożytecznych funk-

cji. Dodatkowym utrudnieniem dla amatorów

jest fakt wykorzystywania układów scalonych

w maleńkich obudowach BGA, które prak-

tycznie uniemożliwiają ich wykorzystanie w

domowym warsztacie. Jednak w niektórych

dziedzinach elektroniki, jak na ironię, ciągle

konstrukcje wykonane z elementów dyskret-

ne są uznawane za najlepsze rozwiązanie.

Jedną z takich gałęzi elektroniki są wzmac-

niacze audio. Dodatkowo ich samodzielne

wykonanie jest często kilkukrotnie tańsze niż

zakup sprzętu fabrycznego podobnej klasy.

Wspomnieć należy również o dużych moż-

liwościach wprowadza-

nia modyfikacji w kon-

strukcjach z elementów

dyskretnych.

W artykule przed-

stawiony został wzmac-

niacz klasy A o nieco-

dziennej topologii, która

najprawdopodobniej

powstała pod koniec lat

60. XX wieku – rysu-

nek 1 . Jej autorem jest

John Linsley-Hood, a

jego układ, pomimo

prostoty (wynikającej

raczej z dostępności i

ceny tranzystorów),

znajduje zwolenników

do dziś i jest wykony-

wany w wielu różnych

odmianach, np. według rysunków 2 i 3 .

Powstały również wersje: ze zwielokrotnio-

nymi tranzystorami wyjściowymi, zasilane

napięciem symetrycznym, a także układy

wykonane z tranzystorów polowych (PLH

Nelsona Passa).

V+

Opis układu

Działanie wzmacniacza najłatwiej prześledzić

na podstawie pierwotnej wersji z rysunku 1. Ze

względu na pojedyncze napięcie zasilające, do

sygnału wejściowego dodawana jest składo-

wa stała (R1, R2, C1). Polaryzuje ona wstęp-

nie wejście wzmacniacza napięciem równym

około 1/2 napięcia zasilającego. Następnie

sygnał trafia do tranzystora T1, który pełni

rolę podobną do wzmacniacza różnicowe-

go w bardziej nowoczesnych konstrukcjach.

Funkcję wejścia nieodwracającego (+) spełnia

baza. Emiter T1 odpowiada wejściu odwraca-

jącemu (-) i to do niego doprowadzony jest

sygnał sprzę-

żenia zwrotne-

go pobierany z

wyjścia układu

poprzez dzielnik

napięcia R3/R4.

Kondensator

C2 zapobiega

wzmacnianiu

składowej sta-

łej. Wstępnie

wzmocniony

sygnał dostępny

jest na kolek-

torze T1, skąd

trafia do bazy

tranzystora T2.

Zadaniem T2

jest odpowied-

nie rozdziela-

Rys. 2

Rys. 3

Rys. 1

V+

Elektronika dla Wszystkich Sierpieñ 2010

Sierpieñ 2010

Modyfikowany

Projekty AVT

nie prądu dostarczanego przez

źródło typu bootstrap (R7,

R8, C4) pomiędzy bazy tran-

zystorów wyjściowych T3, T4.

Należy zwrócić uwagę, że T3

pracuje jako wtórnik emiterowy

(wspólny kolektor), a T4 jako

wzmacniacz ze wspólnym emi-

terem, dlatego nie jest koniecz-

ne dobieranie tranzystorów o

jednakowym wzmocnieniu.

Wskazane natomiast jest, żeby

T4 miał wzmocnienie większe

od T3, ponieważ pozwoli to

nieco zmniejszyć zniekształce-

nia. Rezystory R5, R6 przyspie-

szają wyłączanie tranzystorów

T2 i T4. Kondensator C3 oddzie-

la wyjściową składową stałą od

głośnika.

Proponowana do realizacji

wersja układu według rysunku

4 różni się od oryginału następu-

jącymi szczegółami:

1) Liczba tranzystorów wyjściowych została

podwojona – w jednym wzmacniaczu pra-

cują teraz dwie pary tranzystorów. Pozwala

to zmniejszyć obciążenie termiczne tranzy-

storów oraz obniżyć poziom zniekształceń.

2) Stopień wejściowy otrzymał niezależne

zasilanie w postaci źródła prądowego bazu-

jącego na tranzystorze złączowym (T7, P1,

R8). Potencjometr P1 umożliwia zmia-

ny prądu spoczynkowego tranzystora T1.

Rezystor R8 jest elementem opcjonalnym

ułatwiającym zmierzenie wartości prądu.

3) Obwód bootstrap został udoskonalony

poprzez zastąpienie rezystora R8 (rysunek

1) źródłem prądowym złożonym z tranzy-

storów T8, T9 i rezystorów R9, R10.

4) Zmodyfikowany został także obwód doda-

jący składową stałą na wejściu. W tej wersji

wprowadza on mniejsze szumy.

5) W celu zwiększenia stabilności dodane

zostały obwody filtrujące wyższe częstot-

liwości – jeden na wejściu (R12, C7) o

częstotliwości granicznej f g1 wynoszącej

około 225kHz oraz drugi w pętli sprzężenia

zwrotnego (R3, C8) – f g2 = 400kHz.

6) Równolegle z wyjściowym kondensato-

rem elektrolitycznym C3 włączony został

kondensator stały (MKT, MKP), który ma

lepsze właściwości w zakresie wyższych

częstotliwości.

prąd kolektorów tran-

zystorów wyjściowych,

można obliczyć prąd

baz jednej gałęzi:

I B = I C / h FE

Dla przykładu (h FE =

60, I C = 2A) jest to:

I B = 2A / 60 ≈ 33mA

Żeby zasilić tranzysto-

ry gałęzi „górnej” (T3,

T4) oraz „dolnej” (T5,

T6), potrzebny jest

prąd dwa razy większy,

czyli 66mA. Wydajność

źródła prądowego (T8)

można obliczyć ze

wzoru:

I T8 = U BE T9 /R9

I T8 ≈ 0,68V/R9

Przekształcając wzór,

można obliczyć wartość

R9, a dla rozpatrywane-

go przykładu jest to:

R9 = 0,68V / 66mA

100* 1 W

+30V

C11

C10

470u

10*

100n

BF245B

B C560

2SA1930

1000u

10k

R10

10k

2,2k

2 x

2N3055

1 5 0p

R13

0,15

R14

0,15

C 3

10m

R12

2,7k

BC560

4,7k

2SC5171

2N3055

1u...3,3u WY

2,2u

R11

47k

150p

220

8,2k

2,7k

2,2k

R15

0,15

R16

0,15

470u

C12

100n

470u

100n

Rys. 4

wanie elementów najlepiej przeprowadzać

klasycznie, zaczynając od podzespołów naj-

mniejszych (zwory, rezystory), a kończąc na

największych (kondensatory elektrolityczne).

Tranzystory wyjściowe należy zamontować

na radiatorach, które będą mogły łącznie roz-

proszyć około 60W. Do odizolowania tran-

zystorów najlepiej użyć przekładek miko-

wych posmarowanych pastą przewodzącą

ciepło. Ze względu na stosunkowo niedużą

moc przypadającą na każdy z tranzystorów,

dopuszczalne jest użycie cienkich przekładek

silikonowych. W tranzystorach T2 oraz T8

straty mocy nie powinny przekraczać 0,5W,

co oznacza, że w większości przypadków

mogą one pracować bez radiatorów, warto

jednak przykręcić do nich niewielkie kawałki

płaskownika lub blachy aluminiowej.

Ze względu na nietypową konstrukcję,

uruchamianie układu jest trochę trudniejsze

niż w powszechnie spotykanych wzmacnia-

czach klasy AB. Najpierw należy obliczyć

prąd spoczynkowy stopnia sterującego (T8),

co pozwoli dobrać rezystory R7 i R9. Żeby

oszacować wymaganą wartość prądu, należy

zmierzyć wzmocnienie tranzystorów wyjścio-

wych (na ogół jest równe 50–100 pomiar

powinien być wykonany przy prądzie kolek-

tora z zakresu: 0,5…1,5A). Następnie należy

obliczyć średnie wzmocnienie tranzystorów

– h FE . Kolejnym etapem jest określenie prądu

spoczynkowego stopnia wyjściowego – w

większości przypadków optymalny będzie

około 2A. Znając wzmocnienie prądowe i

≈ 10Ω

Wartość R7 należy dobrać tak, żeby spadek

napięcia wywołany przepływem prądu T8

wynosił 5…10V. Dla wartości z przykłado-

wych obliczeń jest to około:

R7 = 7,5V / 66mA ≈ 100Ω

Prąd spoczynkowy stopnia wejściowego

(T1) należy ustawić potencjometrem P1 na

poziomie 0,5mA. Odpowiada to spadkowi

napięcia na rezystorze R8 równym 0,5V.

Ze wzrostem temperatury prąd spoczyn-

kowy wzrasta o około 25% (przy wzroście

temperatury radiatora z 25 do 75ºC). W

przypadku radiatorów dobranych z niedużym

zapasem warto tę zmianę uwzględnić, odpo-

wiednio zmniejszając prąd spoczynkowy (dla

temperatury pokojowej). Przy większych prą-

dach kolektorów zmiany spowodowane tem-

peraturą są mniejsze.

Zasilacz

Ze względu na stosunkowo niedużą wartość

ujemnego sprzężenia zwrotnego, wzmacniacz

niezbyt dobrze tłumi tętnienia napięcia zasi-

lającego. Z tego względu do zasilania ukła-

du najlepiej użyć zasilacza stabilizowanego .

W podstawowej wersji powinien on mieć

wydajność prądową na poziomie 2A (na jeden

kanał) i napięcie około 30V. Zasilacz taki

można zrealizować przy użyciu kilku ele-

mentów dyskretnych – rysunek 5 . Mostek

prostowniczy M1 wraz z kondensatorami

C1, C2, C3 tworzą główną niestabilizowa-

ną część zasilacza. Dioda

stabilizacyjna D2 (zasilana

przez R1) wytwarza sta-

bilne napięcie odniesienia.

Napięcie to doprowadzane

jest do bramki tranzysto-

ra T1, który pracuje tu w

roli klasycznego wtórnika

Montaż i uruchomienie

Montaż wzmacniacza, ze względu na małą

liczbę elementów, jest

dość prosty. Do zmonto-

wania układu w zupełności

wystarcza płytka uniwer-

salna, a w ostateczności

nawet montaż na pająka.

W przypadku zastosowania

płytki drukowanej, luto-

Rys. 5

TR1

15A

D 1

IRF640

+30V

6800u

100u

230V/30V

100n

GND

33...36V

Sierpieñ 2010

Elektronika dla Wszystkich

2 x

R12

2 x

4,7k

Top www

www.sigma.krakow.pl

Wi¹zki kablowe

Transformatory

Cewki i d³awiki

Projekty AVT

Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!

Cewki i d³awiki

źródłowego. Oznacza to, że na jego źród-

le występuje napięcie odniesienia pomniej-

szone o spadek napięcia U GS , czyli około

30V. Wydajność prądowa takiego układu jest

duża i najczęściej można z niego zasilić dwa

wzmacniacze.

Kondensator C4 ma za zadanie dodatko-

wo filtrować napięcie odniesienia. Dioda D1

powinna szybko rozładować C4 w przypadku

zwarcia wyjścia stabilizatora do masy, co

zapobiegnie powstaniu zbyt dużej różnicy

potencjału między bramką a źródłem.

W tranzystorze T1 wydzielać się będzie

około 10–20 watów ciepła (przy prądzie

2A), co wymusza zastosowanie odpowied-

nio dużego radiatora. Transformator zasto-

sowany w zasilaczu powinien mieć moc

około 80W (na kanał). W przypadku użycia

jednego zasilacza dla dwóch wzmacniaczy,

należy pojemność kondensatorów C1 i C2

podwoić. Przy tak dużych pojemnościach

kondensatorów warto zastosować układ

„miękkiego startu” transformatora, który

zapobiegnie przepalaniu się bezpieczników

(zabezpieczenia takie oferuje sklep AVT).

Warto zauważyć, że zamiast tranzystora

IRF640 można użyć niemal dowolnego tran-

zystora N-MOSFET o napięciu dopuszczal-

nym powyżej 60V, prądzie 10A i mocy nie

mniejszej niż 40W. Również można zastąpić

tranzystor polowy układem Darlingtona.

W przypadku, gdyby moc rozpraszana w

zasilaczu była zbyt duża, można zmodyfi-

kować układ, usuwając diodę stabilizacyjną

D2 oraz zwiększając wartość R1 do kilkuna-

stu–kilkudziesięciu kΩ. Powstanie w ten spo-

sób układ powszechnie nazywany aktywnym

powielaczem pojemności. Jego zadaniem jest

wygładzenie tętnień zasilacza, które mogą

być słyszalne jako brum w głośniku. Układ

ten nie stabilizuje jednak bezwzględnej war-

tości napięcia zasilającego, co oznacza, że

może ono ulegać pewnym zmianom pod

wpływem obciążenia wzmacniacza, wahań

napięcia sieci energetycznej itp. Zmiany te

mają małą częstotliwość i są najczęściej nie-

zauważalne dla słuchacza.

Obowiązkowymi elementami zasilacza są

bezpieczniki po obu stronach transformato-

ra, w tym przypadku mogą to być elementy

zwłoczne.

Wykaz elementów

C6,C11,C12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF

C7,C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150pF

C9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 μ F...3,3 μ F

Półprzewodniki

T1,T9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BC560

T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2SC5171

T3-T6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2N3055

T7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BF245B

T8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2SA1930

Zasilacz

R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1k Ω

C1,C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6800 μ F

C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF

C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 μ F

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1N4002

D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zenera 33…36V

M1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . mostek 15A

T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IRF540 lub podobny

F1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1A

F2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5A

Wzmacniacz

Rezystory

R1,R6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,2k Ω

R2,R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,7k Ω

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220 Ω

R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,2k Ω

R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Ω * 1W

R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1k Ω

R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Ω *

R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10k Ω

R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47k Ω

R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,7k Ω

R13-R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,15 Ω 5W

P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10k Ω

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2 μ F

C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 000 μ F

C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 μ F

C2,C5,C10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470 μ F

przy 4Ω. Ograniczeniem mocy przy obciąże-

niu 4Ω jest prąd spoczynkowy. Przy prądzie

rzędu 3,5A można osiągnąć moc rzędu 25W,

wiąże się to jednak z niemal dwukrotnym

zwiększeniem mocy strat. Chcąc zwiększyć

moc przy 8Ω, należy podnieść również napię-

cie zasilania. Przy 40V i prądzie spoczynko-

wym 2,5A moc na obciążeniu 8Ω wzrośnie do

25W, również w tym przypadku straty mocy

wzrosną niemal dwukrotnie. Dla orientacji

można podać, że w egzemplarzu modelowym

prąd spoczynkowy wynosił 3,2A (przy napię-

ciu zasilającym 30V), a zastosowane radiato-

ry osiągnęły temperaturę około 80°C.

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza

wyznaczają rezystory R3 i R4 (a właści-

wie ich proporcje). W modelu wzmocnienie

wynosi około 12x, co oznacza, że do pełnego

wysterowania wzmacniacza potrzebne jest

około 1…1,5V, a to w wielu przypadkach

może oznaczać konieczność zastosowania

dodatkowego przedwzmacniacza. Można też

spróbować zwiększyć wzmocnienie poprzez

zwiększenie wartości R3 i/lub zmniejszenie

R4, co powinno pozwolić na wysterowanie ze

źródeł o niższych poziomach wyjściowych.

Zniekształcenia generowane przez wzmac-

niacz to głównie harmoniczne parzyste, z

najsilniejszą drugą – około –73dB poniżej

napięcia odniesienia, kolejne harmoniczne są

znacznie słabsze: h 3 = –83dB, h 4 = –89dB, h 5

= -95dB). Należy podkreślić, że zależnie od

indywidualnych właściwości tranzystorów,

zawartość harmonicznych może się znacząco

różnić od podanych wartości. Jest to spo-

wodowane płytkim sprzężeniem zwrotnym.

Niezależnie jednak od zastosowanych ele-

mentów całkowite zniekształcenia i szumy

(THD+N) nie powinny przekroczyć 0,05%

(1W, 8Ω, 1kHz).

Możliwości zmian

Przy zasilaniu napięciem 30V i prądzie spo-

czynkowym równym 2A wzmacniacz może

oddać około 12W przy obciążeniu 8Ω lub 8W

Jerzy Gołaszewski

jego@plusnet.pl

R E K L A M A

Wi¹zki kablowe

Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: