2010.08 Modyfikowany wzmacniacz JLH, Projekty AVT
[ Pobierz całość w formacie 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).
R7
V+
C4
T3
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-
R1
R3
C3
T1
WY
T2
C1
R4
T4
WE
R2
R5
R6
C2
Rys. 2
Rys. 3
Rys. 1
R7
R7
V+
V+
C4
R8
C4
T3
T3
R1
R1
R3
T1
R3
C3
C3
T5
T2
WY
T1
C1
WY
T2
C1
R4
T4
R4
WE
T4
R2
R5
R6
WE
R2
R5
R6
C2
C2
Elektronika dla Wszystkich Sierpieñ 2010
Sierpieñ 2010
15
Modyfikowany
Projekty AVT
R7
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
R9
10*
100n
T7
BF245B
T9
B
C560
T8
2SA1930
C4
1000u
P1
10k
R10
10k
R1
2,2k
2 x
2N3055
T4
T3
C8
R8
1k
1
5
0p
R13
0,15
5W
R14
0,15
5W
R3
C1
C
3
10m
R12
2,7k
T1
BC560
2x
4,7k
C7
2SC5171
2N3055
C9
1u...3,3u
WY
WE
2,2u
R11
T2
T6
47k
150p
R4
220
T5
R5
8,2k
R2
2,7k
C6
C5
R6
2,2k
R15
0,15
5W
R16
0,15
5W
C2
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
F1
M1
TR1
15A
R1
1k
D
1
1A
F2
T1
IRF640
5A
C3
D2
+30V
C1
6800u
C2
6800u
C4
100u
230V/30V
100n
GND
33...36V
16
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 !!!
2
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
R E K L A M A
Wi¹zki kablowe
Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!
2
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
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).
R7
V+
C4
T3
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-
R1
R3
C3
T1
WY
T2
C1
R4
T4
WE
R2
R5
R6
C2
Rys. 2
Rys. 3
Rys. 1
R7
R7
V+
V+
C4
R8
C4
T3
T3
R1
R1
R3
T1
R3
C3
C3
T5
T2
WY
T1
C1
WY
T2
C1
R4
T4
R4
WE
T4
R2
R5
R6
WE
R2
R5
R6
C2
C2
Elektronika dla Wszystkich Sierpieñ 2010
Sierpieñ 2010
15
Modyfikowany
Projekty AVT
R7
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
R9
10*
100n
T7
BF245B
T9
B
C560
T8
2SA1930
C4
1000u
P1
10k
R10
10k
R1
2,2k
2 x
2N3055
T4
T3
C8
R8
1k
1
5
0p
R13
0,15
5W
R14
0,15
5W
R3
C1
C
3
10m
R12
2,7k
T1
BC560
2x
4,7k
C7
2SC5171
2N3055
C9
1u...3,3u
WY
WE
2,2u
R11
T2
T6
47k
150p
R4
220
T5
R5
8,2k
R2
2,7k
C6
C5
R6
2,2k
R15
0,15
5W
R16
0,15
5W
C2
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
F1
M1
TR1
15A
R1
1k
D
1
1A
F2
T1
IRF640
5A
C3
D2
+30V
C1
6800u
C2
6800u
C4
100u
230V/30V
100n
GND
33...36V
16
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 !!!
2
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
R E K L A M A
Wi¹zki kablowe
Zaciskanie z³¹czy na przewodach od 0,0123mm !!!
2
[ Pobierz całość w formacie PDF ]