300 Вт усилитель мощности.
Свойства усилителя PA300 не являются революционными. Но он показал хорошие характеристики: надежный 300 Вт Hi-Fi усилитель мощности, который не сложно сделать самому.
Есть несколько основных качеств конструкции любого усилителя мощности: чистый Hi-Fi без каких-либо компромиссов, простота и надежность; высокая выходная мощность. Конструкция настоящего усилитель представляет собой смесь выше названных качеств. В результате усилитель, в котором используются обычные компоненты, не является слишком сложными, и довольно легко воспроизводится. На самом деле, его вполне можно назвать «Hi-Fi усилитель для широкого круга радиолюбителей. Может показаться что мощность высока 300 Вт (4 Ом ), в среднем для гостиной 30-40 Вт на канал более чем достаточно. Тем не менее, пики при воспроизведении музыки могут иметь мощность в 10-20 раз, что превышает средний уровень. Это означает, что некоторый запас по мощности просто необходим. Кроме того, обычно громкоговорители 30-40W имеют более низкую эффективность, чем вам хотелось бы. И последнее, но не менее важно, есть много людей, которые хотят иметь усилитель для помещения намного больше, чем в среднем гостиная.
Рис. 1. За исключением микросхемы на входе, схема усилителя PA300 ничем не отличается от классики.
Простая конструкция. Каждый усилитель содержит определенное количество стандартных компонентов, схема Рис.1 будет выглядеть довольно знакома большинству любителям аудио. Два аспекта может удивить: более высокое напряжение , чем обычно и наличие пары микросхем. Первый просто необходим если учитывать мощность усилителя. Один из элементов ICS не на пути прохождения сигнала и это сразу видно, так как является частью схемы защиты. Что же такое нетрадиционное представляет собой ИС во входном каскаде. Обычно, эта часть схемы состоит из дифференциального усилителя, часто также дифференциальный усилитель, используют для среза помех. В PA300, весь входной каскад содержится в одном IC, типа NE5534 (IC1). Также можно отметить, что NE5534 находится в девяти из десяти проигрывателей компакт-дисков (в качестве усилителя в аналоговом тракте). Это отражается на его цене, которая является низкой. Единственным недостатком является то, что напряжение питания значительно ниже, чем в остальной части усилителя. Это означает, что необходимо дополнительное симметричное питания ± 15 В. Кроме того, это ограничивает возможность питания входного каскада. Требование по питанию легко удовлетворить с помощью пары стабилитронов и резисторов. Ограничение питания означает, что усилитель должен обеспечить усиление напряжения после входного каскада.
Описание схемы. Входной каскад содержит фильтр верхних частот, С5-R3 и фильтр нижних частот, R2-C 6. Сочетание этих фильтров ограничивает полосу пропускания входного каскада до реалистичного значение: это является необходимым для защиты от помех вне диапазона звуковых частот. Операционный усилитель IC1 выполнен в виде дифференциального усилителя; неинвертирующий (+) вход работает как общая обратная связь. Напряжение обратной связи, от точки соединения D7-D8, проходит через R9 на R4-R5. Необходимые компенсации обеспечивается C9, C12 и C14. Усиление напряжения определяется соотношением R9: R5. На выходе IC1 сигнал через R6 подается на транзисторы T1 и T3. Эти транзисторы работают в классе А: ток, потребляемый ими установлен на 10 мА с делителя напряжения R10-R13 и их соответствующих резисторов эмиттера. Их напряжения и усиления тока необходимы для связи между входными и выходными каскадами. Выходной каскад усилителя состоит из транзисторов T6 и T7 и силовых транзисторов T8, T9, T14, T15. Из-за высокой мощности, выходные транзисторы соединены параллельно. Данные типы, используемых транзисторов могут обрабатывать ток коллектора 20 А и имеют максимальное рассеяние 250 Вт. Выходные каскады работают в классе AB, чтобы обеспечить плавный переход между NPN и PNP транзисторов и предотвращает перекрестное искажение. Это требует небольшой ток через силовые транзисторы, даже при отсутствии входного сигнала. Этот ток стабилизируется транзистором Т2, и на базах T6 и T7 образуется небольшое напряжение, это необходимо для устойчивой работы транзисторов. Уровень Тока покоя устанавливается точно с P1. Чтобы обеспечить максимальную термическую стабильность, транзисторы Т1-Т3 и Т6-Т7 установлены на одном радиаторе. Это держит ток покоя в определенных пределах. При высоком входном сигнале, этот ток может достигать высокого уровня, но когда уровень входного сигнала падает, ток будет уменьшаться очень медленно, пока он не достигнет своего номинального значения. Диоды D7, D8 защита выходных каскадов от возможного напряжения, определяемого комплексными нагрузками. Резистор R30 и конденсатор С17 образуют блокировку сети для повышения устойчивости при высоких частотах. Катушка индуктивности L1 предотвращает любые проблемы с емкостными нагрузками (электростатические громкоговорители).
Схема защиты PA300 также надежна как и всех усилителей такого класса . Она начинается с предохранителей F1 и F2, которые защищают от больших токов в случае перегрузки или короткого замыкания. Поскольку даже быстрые предохранители часто не достаточно быстры, и чтобы защитить силовые транзисторы, используется электронная схема защиты от короткого замыкания цепи, собранная на Т4 и Т5. Когда вследствие перегрузки или короткого замыкания, очень высокие токи начинают течь через резисторы R25 и R27, падение потенциала на этих резисторах будет превышать пороговое напряжение на база-эмиттер транзисторов Т4 и Т5. Что приводит к падению выходного тока до нуля. Если напряжение появляется на выходе, или температура теплоотвода чрезмерно возрастает, реле Re1 снимает нагрузку с выхода. Громкоговорители также отключается с помощью реле, когда сеть включается происходит задержка включения питания, чтобы предотвратить щелчки в динамиках. Схема, которая делает все это возможным состоят из двойного компаратора IC2, транзисторы T10-T13, индикаторные светодиоды D13 и D14. Они рассчитаны на питание от 15 В напряжение поступает через стабилитрон D10 и резистор R42. Вход «AC» терминала на печатной плате связан с одним из вторичных выходов на трансформаторе тока. Как только сеть включена, переменное напряжение появляется на терминале, которое выпрямляется D12 и применяется в качестве отрицательного потенциала на T12 через R50. Транзистор затем будет закрыт, так что C20 заряжается через R36 и R44. Пока зарядка происходит, вход инвертирующего (+) компаратора IC2B низок относительно неинвертирующего (-) входа. Выход IC2B также низок, так что T13 закрывается и реле не активируется. Это состояние обозначается свечением D13. Когда емкость C20 была полностью заряжена, состояние компаратора изменилось, реле включается (после чего D13 гаснет) и громкоговорители подключаются к выходу усилителя. Если напряжение электросети будет выключено, реле мгновенно обесточивается, после чего отключаются громкоговорители так, чтобы не были слышны любые шумы при отключении. Защита от постоянного напряжения работает следующим образом. Выходное напряжение подается на T10 и T11 через делитель напряжения R32-R34. Переменным напряжением короткого замыкания на землю по C18. Однако прямое напряжение более 1,7 В или более отрицательным, чем 4,8 — переключается на T10 или T11 немедленно. Это приводит к тому что вход + VE из IC2A будет защищен, после чего это состояние компаратора изменяется, T13 закрывается, а реле обесточено. Это состояние обозначается свечением D13. Строго говоря, температурная защита не нужна, но лучше перестраховаться, хорошей защиты много не бывает. Датчик температуры R39, PTC (положительный температурный коэффициент) типа, который расположен на плате и крепится к радиатору. Вследствие повышения температуры, значение R39 увеличивается, пока потенциал на отрицательном входе IC2A не превысит уровень на положительном входе установленный делителем R45-R46, после чего выход IC2A становится низким. Это приводит IC2B к изменению состояния, после чего T13 закрывается и реле обесточено. Загорается светодиод D14. Схема срабатывает, когда температура радиатора поднимается выше 70 ° С. Ложное срабатывание реле можно избежать за счет регулировки сопротивления R48. Терминал с надписью «CLIP» на печатной плате подключен к выходу IC1 через R31. Как правило, этот терминал остается открытым.
Источник питания Как и в большинстве усилителей мощности, ± 60 В Блок питания не регулируется. Вследствие относительно высокой выходной мощности, необходим довольно большой сетевой трансформатор и соответствующие сглаживающие конденсаторы, см. рис. 2. Обратите внимание, что БП приведен для моно усилителя, для стерео нужно два БП.
Схема блока питания очень проста, но может обрабатывать большой ток. Напряжение ‘AC’ используется для задержки включения цепи. Трансформатор тип 625 VA и сглаживающие конденсаторы электролиты 10 000 мкФ на 100 В. Мостовой выпрямитель необходимо установить на радиатор или непосредственно на нижней крышке металлического корпуса. Трансформатор имеет две вторичные обмотки, обеспечивая 42,5 V каждая. У прототипа использован тороидальный трансформатор со вторичным напряжением 2×40 V. Вторичную обмотку этого трансформатор легко домотать: достаточно добавить 4 витка что дает вторичные 2×42.5 В. «Сетевая задержки включения питания» обеспечивает постепенное наращивание сетевого напряжения, поэтому её рекомендуется использовать в мощных усилителях. Если небольшое ухудшение характеристики усилителя является приемлемым, то реле и цепь «AC» может быть опущен, и терминал PCB соединен непосредственно с одним из вторичных трансформаторов.
Рис. 3. Расположение элементов на макете печатной платы для усилителя мощности 300 Вт.
Рис. 4. Макет печатной платы для усилителя мощности 300 Вт.
Изготовление и настройка усилителя на удивление прост. Печатная плата на рис. 4 хорошо продумана и обеспечивает достаточно места. Заполнение, как обычно, лучше всего начинать с пассивных компонентов, это электролитические конденсаторы, предохранители и реле. Схемы IC1 и IC2 лучше всего установить в соответствующие разъемы. Диоды D13 и D14, должны быть установлены на передней панели корпуса и соединены с платой проводами. Катушка индуктивности L1 изготавливается самостоятельно; состоит из 15 витков эмалированного медного провода диаметром 1мм намотанного на резисторе R29 (не слишком туго!). Большинство транзисторов должны быть установлены на один теплоотвод, все они расположены на одной стороне платы. Тем не менее, они прежде всего должны быть установлены на прямоугольной пластине, которая крепится к радиатору см. рис. 3. Следует отметить, что теплоотвод показанный на фотографии оказался слишком мал, при использовании 4 Ом громкоговорителей. С 8 Ом динамиками, было все в порядке, но на полной мощности в течение длительного времени, схема температурной защиты срабатывает. Если такие ситуации возникают или могут возникнуть, то можно использовать принудительное охлаждение. Как уже говорилось, датчик температуры R39 должен контактировать с плоской поверхностью радиатора. Точки для подключения громкоговорителей проводов и линий электропередачи должны быть четко обозначены на плате. Используйте специальные плоские разъемы AMP для этой цели: они имеют большую поверхность контакта, которая может обрабатывать большие токи. Кабель для подключения колонок должен иметь площадь поперечного сечения не менее 2,5 мм х2.
Наконец. Можно собрать как моно так и стерео усилитель, это дело вкуса и предпочтения каждого. Предпочтительным является моно усилители, так как они работают с наименьшим риском и проблемами связанными с заземлением. Желательно, чтобы ‘0’ в точке соединения электролитических конденсаторов и отвод от средней точки трансформатора, заземлялся. Единая точка заземления должна быть подключена к земле. Это означает, что входной разъем должен быть изолированного типа. Этот разъем должен быть связан с входом на площадку с помощью экранированного кабеля. Для проверки усилителя, поверните P1 упора против часовой стрелки и включите сеть. После включения реле находится под напряжением, установите ток покоя. Это делается путем подключения мультиметра (диапазон мВ) через один из резисторов R25-R28 и регулировки P1, пока индикатор не покажет 27 мВ (что соответствует току в 100 мА через каждый из четырех силовых транзисторов). Оставьте усилитель в течение часа или около того, а затем проверьте напряжение снова: настройки P1 по мере необходимости.