Zasilacz do wzmacniaczy akustycznych, ♠ ♠ ♠ Różności ♠ ♠ ♠, ❎ Elektronika
[ Pobierz całość w formacie 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
2A
22,4V
3A
21,7V
4A
21,1V
5A
20,4V
6A
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
53
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
54
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..
55
R3: 220k
R4: 24
/0,5W(l*ub dobrać według opisu)
R5, R8: 22k
[ Pobierz całość w formacie PDF ]