Zasilacz do akustycznych wzmacniaczy mocy.pdf

Zasilacz do akustycznych

wzmacniaczy mocy

2279

Do czego to służy?

Temat wzmacniaczy akustycznych du−

żej mocy był, jest i prawdopodobnie jesz−

cze długo będzie „żelazną pozycją” w pub−

likacjach przeznaczonych dla elektroników

amatorów. Bywają pisma, w których

w każdym numerze znajdujemy co naj−

mniej jeden opis wzmacniacza audio. Z za−

sady taki opis opatrzony jest dumnym tytu−

łem w rodzaju „Wzmacniacz 2x50W” czy

też „Wzmacniacz 100W HiFi”. Tylko, że

kiedy przyjrzymy się bliżej opisowi układu

dochodzimy do wniosku, że nadanie mu

takiego właśnie tytułu było zwykłą hoch−

sztaplerką. Z zasady chodzi bowiem o wy−

konanie końcówki lub końcówek mocy,

a nie kompletnego wzmacniacza. Jest to

sprytne ominięcie prawdziwego problemu

konstrukcyjnego. Zbudowanie końcówki

nawet bardzo dużej mocy nie jest w ostat−

nich latach XX–go wieku żadnym proble−

mem. Minęły już bezpowrotnie czasy, kie−

dy zbudowany wielkim nakładem sił i kosz−

tów wzmacniacz pracował wyłącznie jako

generator. Producenci układów scalonych

doprowadzili swoje wyroby do absolutnej

perfekcji i przestrzegając ogólnie znanych

zasad konstrukcyjnych każdy może zbudo−

wać końcówkę nawet bardzo wielkiej mo−

cy. Ale wzmacniacz akustyczny to nie tylko

stopień wyjściowy. Największe problemy

(a wiem o tym z własnego doświadczenia)

napotykamy podczas projektowania i bu−

dowy zasilacza do niego. Z pozoru nic trud−

nego: należy wybrać transformator odpo−

wiedniej mocy i dający właściwe napięcie,

dołożyć kilka kondensatorów dużej pojem−

ności i gotowe. Niestety, nie zawsze jest

to takie proste. Typowym problemem, na

jaki napotkamy jest zmieszczenie się

w okienku wyznaczonym przez napięcie,

przy którym wzmacniacz może oddać peł−

ną moc i napięcie graniczne, którego prze−

kroczenie grozi natychmiastowym uszko−

dzeniem kostki bądź jej nieprawidłowym

działaniem. Posłużmy się przykładem: bu−

dujemy wzmacniacz akustyczny, który aby

osiągnąć pełną moc wyjściową potrzebuje

napięcia, powiedzmy 2x40V. Natomiast

nieprzekraczalne napięcie graniczne, przy

którym wzmacniacz może jeszcze praco−

wać wynosi 2x50V. Konstruowany wzmac−

niacz posiada bardzo dużą moc wyjściową,

np. 300W. Wynika z tego, że na nieobcią−

żonym zasilaczu napięcie nie może w żad−

nym wypadku przekroczyć 2x50V, nato−

miast po obciążeniu go bardzo dużym prą−

dem nie może spaść poniżej 2x40V. Jest

to poważny problem dla konstruktora, któ−

ry trudno roz−

wiązać prostymi środkami.

Podczas projektowania zasilacza

do wzmacniaczy mocy moją intencją było

zbudowanie możliwie uniwersalnego mo−

dułu, który można by było dopasować przy−

najmniej do większości końcówek mocy

z zasilaniem symetrycznym. Na płytce dru−

kowanej znajduje się miejsce na dużą ilość

kondensatorów elektrolitycznych, przewi−

dziano możliwość opóźnionego dołączania

zasilania do końcówek mocy. Zasilacz za−

bezpieczony jest przed zbyt wielkim prą−

dem płynącym w momencie ładowania ba−

terii kondensatorów. Ponieważ często mu−

simy z tego samego zasilacza zaopatrzyć

w prąd układy wejściowe wzmacniacza

przewidziano miejsce na pomocnicze zasi−

lacze stabilizowane. Zasilacze te mogą po−

bierać prąd z dwóch źródeł: z zasilacza

głównego lub z osobnego prostownika.

A oto podstawowe parametry tech−

niczne zasilacza:

nitorowanie napięcia i pobieranego prądu,

którego opis pozwolę sobie przedstawić

Czytelnikom w jednym z najbliższych nu−

merów Elektroniki Praktycznej. Pomiar na−

pięcia dokonywany był pomiędzy wypro−

wadzeniem masy a wyjściem napięcia do−

datniego, a następnie pomiędzy masą

a wyjściem napięcia ujemnego. Wyniki

pomiarów były praktycznie identyczne.

Prąd Napiięciie

100mA 24V

500mA 23,5V

1A 23,2V

1,5A 22,9V

22,4V

21,7V

21,1V

20,4V

19,8V

Napięcie wyjściowe: maks. 2x50V

Maksymalny prąd wyjściowy: 5A

Napięcie wyjściowe zasilaczy

pomocniczych: wg. potrzeb

Maksymalny prąd zasilaczy

pomocniczych: 1A

Z powyższej tabeli wynika, że spadek

napięcia przy maksymalnym obciążeniu

nie przekracza 4V, co kwalifikuje zasilacz

do współpracy z większością końcówek

mocy audio. Nie były przeprowadzane

próby obciążenia impulsowego, ale ze

względu na dużą pojemność zastosowa−

nych kondensatorów należy sądzić, że

wypadłyby one pozytywnie. Także zakres

napięć jakie możemy uzyskiwać z nasze−

go zasilacza, które zależą od typu zasto−

sowanego transformatora, powinien wy−

starczać w większości przypadków. Gdy−

by okazało się, że potrzebne jest napięcie

wyższe niż 2x50, to możemy wymienić

A oto wyniki testów przeprowadzo−

nych w Pracowni Konstrukcyjnej AVT. Do

zasilacza dołączony był transformator to−

roidalny typu TST200/2x17 o napięciu wy−

jściowym 2x17V i mocy 200W. Zasilacz

obciążany był specjalnie do tego celu

skonstruowanym „sztucznym obciąże−

niem”, pozwalającym na jednoczesne mo−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

kondensatory elektrolityczne na inne,

o większym napięciu roboczym.

Zasilacz może współpracować wyłącz−

nie z transformatorami o podwójnym, sy−

metrycznym uzwojeniu wtórnym.

W wzmacniaczach dużej mocy z zasady

będą to transformatory toroidalne, naj−

częściej o napięciu wyjściowym 2x24VAC.

Maksymalne napięcie na uzwojeniach

wtórnych transformatora nie może prze−

kraczać bez obciążenia 35VAC.

R5. Po naładowaniu tego kondensatora do

określonego poziomu tranzystor T1 zaczy−

na przewodzić, włączając przekaźnik REL1.

Styki przekaźnika zostają zwarte i zasilacz

jest gotowy do normalnej pracy.

Z pewnością wielu Czytelników zapy−

ta, dlaczego przekaźnik zasilany jest

z osobnego zasilacza zbudowanego

z kondensatora C20 i diody D4, a nie z za−

silacza głównego? Rozpatrzmy zatem co

się stanie po wyłączeniu zasilania.

Napięcie na kondensatorach zasilacza

głównego zacznie spadać z szybkością

zależną od ich aktualnego obciążenia. Je−

żeli jednak obciążenie to będzie małe, to

czas rozładowywania baterii kondensato−

rów znacznie się wydłuży. Gdyby prze−

kaźnik zasilany był z zasilacza głównego,

to zostałby wyłączony dopiero po pew−

nym czasie, po spadku napięcia do ok.

połowy napięcia roboczego. Po powtór−

nym włączeniu zasilania styki przekaźnika

byłyby zwarte i nie uniknęlibyśmy nie

chcianego udaru prądowego. Tymcza−

sem w naszym układzie kondensator C20

rozładuje się bardzo szybko i przekaźnik

REL1 wyłączy się, spełniając swoją rolę

po powtórnym włączeniu zasilania.

Układ zasilacza zabezpieczony jest

dwoma bezpiecznikami F1 i F2, których

wartość zależeć będzie od przewidywa−

nego obciążenia układu.

Zasilacz główny dostarcza napięć po−

trzebnych do zasilania końcówek mocy

wzmacniacza audio. Aby uniknąć koniecz−

ności budowania osobnego układu do−

starczającego prąd do przedwzmacniaczy

i innych układów wejściowych zastoso−

wano dwa dodatkowe zasilacze pomocni−

cze. Zostały one zbudowane z wykorzys−

taniem scalonych stabilizatorów napięcia

z serii 78XX i 79XX – IC1 i IC2. Mogą one

dostarczać napięć z przedziału ±5...±24

VDC, co powinno wystarczać w więk−

szości zastosowań. Omówienia wymaga

jeszcze rola oporników R6 i R7 włączo−

nych szeregowo z stabilizatorami napię−

cia. Mogą one być zastosowane w celu

ograniczenia spadku napięcia na stabiliza−

torach, który mógłby spowodować nad−

mierne ich nagrzewanie lub, w ekstremal−

nych warunkach ich uszkodzenie. Do ta−

kiej sytuacji mogłoby dojść w przypadku,

raczej mało prawdopodobnym, zastoso−

wania stabilizatorów 7805 i 7905. Do−

puszczalne dla nich napięcie wejściowe,

wynoszące 16V łatwo mogłoby zostać

przekroczone. Jeżeli będziemy stosować

rezystory R6 i R7 to ich wartość należy

dobrać tak, aby napięcie na wejściu obcią−

żonych stabilizatorów było o kilka woltów

większe od napięcia stabilizowanego.

Istnieje jeszcze jedna możliwość wy−

korzystania zasilaczy dodatkowych: moż−

na dołączyć je do oddzielnego transfor−

matora o odpowiednich napięciach. Roz−

wiązanie takie można zastosować

w przypadku, kiedy zależy nam na maksy−

malnym odciążeniu zasilacza głównego.

Transformator dołączamy do złącza

Jak to działa?

Schemat elektryczny zasilacza został

pokazany na rysunku 1. No tak, tym ra−

zem nie namęczę się zbytnio z opisywa−

niem zasady działania układu!

Podstawowym blokiem funkcjonalnym

układu jest zasilacz główny. Został on zbu−

dowany w typowy sposób i jedynym jego

fragmentem wartym szerszego omówienie

jest układ zabezpieczający transformator

przed przeciążeniem w momencie ładowa−

nia baterii kondensatorów. W momencie

włączenia zasilania kondensatory C1 C8

nie są naładowane i stanowią praktycznie

zerową rezystancję dla prądu płynącego

z prostownika. Ponieważ bezpośrednio po

włączeniu zasilania styki przekaźnika REL1

są rozwarte, prąd ładowania płynie przez re−

zystory szeregowe R9 i R10 ładując kon−

densatory do pełnego napięcia w ciągu ok.

1 sek. Jednocześnie rozpoczyna się łado−

wanie kondensatora C9, którego prąd łado−

wania określony jest wartością rezystora

Rys. 1. Schemat ideowy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

Wykaz ellementów

Rezystory

R2, R1: 1k

(* ew. dobrać)

Ω

R6, R7 : zwora (*lub dobrać wg. opisu )

R9, R10: 1

/5W

Kondensatory

C1...C8: 4700 µF/50V

C9: 470 µF/16V

C10, C11, C14*, C15*,

C18*, C19*: 100nF

C12*, C13*, C20: 100 µF/25

C16*, C17*: 1000 F/25

Półłprzewodniikii

BR1: mostek prostowniczy B80C5000

BR2: mostek prostowniczy 1A (nie wcho−

dzi w skład kitu)

D4, D1: 1N4001

D2,D3: LED

IC1: 78XX (nie wchodzi w skład kitu) –

patrz tekst

IC2: 79XX (nie wchodzi w skład kitu) –

patrz tekst

T1: BC548 lub odpowiednik

P ozostałłe

CON1, CON3: ARK3

CON2, CON4: ARK3 (3,5mm)

F1, F2: oprawka z tworzywa do bezpiecz−

nika (do druku)

REL1: przekaźnik RM82P/24V

Uwaga! Elementy IC1, IC2, C12...C19,

BR2 nie wchodzą w skład kitu AVT−2279

CON4. W takim przypadku nie należy

montować R6 i R7.

Diody LED D2 i D3 sygnalizują popra−

wną pracę zasilacza głównego.

Rys. 2. Schemat montażowy

że domyśleć, że zworę oznaczoną „spód”

musimy zamocować od strony lutowania.

Montaż pozostałych elementów prze−

prowadzamy w całkowicie typowy spo−

sób, rozpoczynając od podzespołów

o najmniejszych gabarytach, a kończąc na

wlutowaniu ośmiu kondensatorów elek−

trolitycznych. Zmontowany z sprawnych

elementów zasilacz nie wymaga ani uru−

chamiania ani regulacji. Pamiętajcie jed−

nak o jednym, z pewnością słusznym

stwierdzeniu: „Tylko ten się nigdy nie

myli, kto nic nie robi” (Z.Raabe)! Pomyłka

taka, jak na przykład odwrotne wlutowa−

ne kondensatorów elektrolitycznych jest

rzeczą ludzką, a przy zastosowaniu trans−

formatora dużej mocy może doprowadzić

do poważnego uszkodzenia płytki. Dlate−

go też pierwszego uruchomienia naszego

zasilacza należy dokonać przy włączonej

w pierwotny obwód transformatora sie−

ciowego żarówce o mocy 40 60W. Po

włączeniu zasilania żarówka ta powinna

zapalić się i po krótkiej chwili zgasnąć. Jej

ciągłe świecenie może być spowodowa−

ne zwarciem w układzie zasilacza.

Zbiigniiew Raabe

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 2 została przedstawiona mo−

zaika ścieżek płytki drukowanej i rozmiesz−

czenie na niej elementów. Płytka wykonana

została na laminacie jednostronnym, co

przy znacznej komplikacji połączeń wymu−

siło konieczność zastosowania kilku zwo−

rek. Od tych właśnie dodatkowych połą−

czeń rozpoczniemy montaż zasilacza. Na

dwie zwory należy zwrócić szczególną

uwagę. Zworę oznaczoną płytce jako „Z

2,5 2 ”należy wykonać srebrzanką lub dru−

tem miedzianym o jak największej średni−

cy, najlepiej właśnie 2,5mm 2 . Łatwo się tak−

Kompllet podzespołłów z płłytką jjest

dostępny w siiecii handllowejj AVT jjako

„kiit szkollny” AVT−2279..

R3: 220k

R4: 24

/0,5W(l*ub dobrać według opisu)

R5, R8: 22k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: