Silver Sound
Wzmacniacz audio
ze stopniem końcowym
quasi−IGBT
AVT−5045
Konstrukcja
przedstawionego
w†artykule
wzmacniacza nawi¹zuje
do najlepszych klasycznych
wzorcÛw, cechuj¹c siÍ
jednoczeúnie nowoczesnoúci¹.
W†stopniu koÒcowym
zastosowano bowiem
tranzystory MOSFET, ktÛre
steruj¹ tranzystory bipolarne.
Nazwaliúmy to rozwi¹zanie
quasi-IGBT przede wszystkim
dlatego, aby zwrÛciÊ Wasz¹
uwagÍ na moøliwoúci
wynikaj¹ce z†wykorzystania
najlepszych cech obydwu
technologii.
Schemat wzmacniacza przed-
stawiono na
rys. 1
. Wejúciowy
sygna³ steruj¹cy, ktÛrego pasmo
ograniczaj¹ elementy R1 i†C3 jest
doprowadzany do nieodwracaj¹ce-
go wejúcia wzmacniacza operacyj-
nego U1/1. Wzmocnienie napiÍ-
ciowe tego uk³adu ustalaj¹ rezys-
tory R4 i†R3. Tranzystory T1 i†T2
pracuj¹ jako stabilizatory napiÍ-
cia, dopasowuj¹ce napiÍcie zasi-
lania do wymagaÒ wzmacniaczy
operacyjnych U1/1 i†U1/2. W†ko-
lektorach tych tranzystorÛw znaj-
duj¹ siÍ lustra pr¹dowe zbudowa-
ne z†elementÛw T3, T4, R7, R10,
D1 (dla dodatniej ga³Ízi zasilania)
oraz T5, T6, R9, R11 i†D2 (dla
ujemnej ga³Ízi zasilania). MiÍdzy
kolektory tranzystorÛw T6 i†T4
w³¹czono obwÛd ustalania pr¹du
spoczynkowego zbudowany w†spo-
sÛb klasyczny z elementÛw R12,
C14, P1 i†T7.
Wraz ze zmianami wartoúci
pr¹du przep³ywaj¹cego w†dodat-
niej i†ujemnej ga³Ízi zasilania
U1/1 zmienia siÍ takøe napiÍcie na
kolektorach T6 i†T4. Rezystory R35
i†R34 poprawiaj¹ szybkoúÊ reakcji
wzmacniacza na pobudzenia im-
pulsowe. Poprzez rezystory R32
i†R33 s¹ wysterowywane tranzys-
tory MOSFET T10 i†T11. Ujemne
sprzÍøenie zwrotne zrealizowane
jest poprzez rezystor R5 w³¹czony
miÍdzy wyjúcie wzmacniacza ope-
racyjnego U1/1, a†wyjúcie wzmac-
niacza mocy. Jest to tzw. ìpr¹dowe
ujemne sprzÍøenie zwrotneî.
Poprzez rezystor R13 sterowany
jest obwÛd DC-serwo (odpowiada-
j¹cy za stabilizacjÍ sk³adowej sta³ej
napiÍcia na wyjúciu wzmacniacza),
zbudowany z†elementÛw: U1/2,
C12, C13, R14, R15, R16, R17.
Tranzystory MOSFET T10
i†T11, wraz z†bipolarnymi T12,
T13 (dla dodatniej ga³Ízi zasila-
nia) i†T14, T15 (dla ujemnej ga-
³Ízi zasilania) tworz¹ klasyczne
ürÛd³o pr¹dowe sterowane napiÍ-
ciem, ktÛrego pr¹d J
wy
=3xJ
T10
. Po-
niewaø ürÛd³a tranzystorÛw MOS-
FET s¹ po³¹czone z†kolektorami
tranzystorÛw bipolarnych, wystÍ-
puje 100% lokalne napiÍciowe
Parametry nominalne:
Moc wyjściowa RMS (4
): 200W,
Pasmo przenoszenia: 5Hz...150kHz,
Szybkość narastania sygnału na wyjściu
(min.) 100V/
s (200 W/4
),
Zniekształcenia:
harmoniczne: 0,05%,
TIM: 0,05%.
14
Elektronika Praktyczna 12/2001
Silver Sound
Silver Sound
).
Pary diod D3 i†DZ4 oraz D5
i†DZ3 zabezpieczaj¹ bramki T10
i†T11 przed pojawieniem siÍ zbyt
wysokiego napiÍcia, a kondensa-
tory C10 i†C11 zapobiegaj¹ moø-
liwoúci wzudzenia siÍ stopnia
koÒcowego.
Wzmacniacz wyposaøono we
wskaünik wysterowania, ktÛrego
schemat elektryczny przedstawio-
no na
rys. 2
. Jest to dwustopniowy
wzmacniacz pr¹du sta³ego, z†p³yt-
kim dodatnim sprzÍøeniem zwrot-
nym i†niewielk¹ histerez¹. W†sta-
nie pocz¹tkowym na rezystorze
R105 wystÍpuje niewielkie napiÍ-
cie wywo³ane pr¹dem p³yn¹cym
z†U
zpom
poprzez R106. NapiÍcie
potrzebne do wysterowania T101
ma wartoúÊ U
R105
+U
beT101
. Poniewaø
wzmocnienie T101+T102 wynosi
minimum kilka tysiÍcy, nawet nie-
wielki pr¹d bazy T101 powoduje
zmianÍ napiÍcie na emiterze T102,
z†napiÍcia prawie rÛwnego napiÍ-
ciu zasilania, do napiÍcia kilku
woltÛw (U
satT102
+U
LED
). To z†kolei
powoduje zmniejszenie pr¹du p³y-
n¹cego przez R105 wywo³uj¹c efekt
dodatniego sprzÍøenia zwrotnego.
DziÍki temu wyeliminowany jest
do minimum efekt stanu poúred-
niego úwiecenia diody LED. Dla-
tego úwieci ona pe³n¹ jasnoúci¹
nawet przy nieznacznym przekro-
czeniu napiÍcia kontrolowanego
przez opisany uk³ad. Umoøliwia to
precyzyjn¹ wizualn¹ kontrolÍ pra-
cy wzmacniacza. Od wartoúci po-
jemnoúci C101 zaleøy czas reakcji
i†czas podtrzymania: R101xC101 =
czas reakcji [s], C101xR102 = czas
podtrzymania [s] (w przybliøeniu).
Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza.
sprzÍøenie zwrotne. Taka konfigu-
racja powoduje pracÍ tej czÍúci
uk³adu w†sposÛb podobny, jak ma
to miejsce w†tranzystorach IGBT,
lecz cena takiego uk³adu jest
wielokrotnie niøsza niø dobrej
jakoúci tranzystora IGBT.
Elementy R24, R25, R28,
R30, T8, T16, D11, D4 i†C16
tworz¹ obwÛd zabezpiecze-
nia przeciwzwarciowego dla
tranzystorÛw ìgÛrnejî po-
³Ûwki stopnia koÒcowego,
natomiast R26, R27, R29,
Rys. 2. Schemat elektryczny wskaźnika
wysterowania.
Elektronika Praktyczna 12/2001
15
R31, T9, T17, D12, D6 i†C17 dla
po³Ûwki ìdolnejî. Jest to zabez-
pieczenie zaprojektowane specjal-
nie dla prezentowanego wzmac-
niacza, aby wyeliminowaÊ rezys-
tory wyrÛwnuj¹ce w†kolektorach
tranzystorÛw T12, T13, T14, T15.
Pr¹d zwarcia wynosi 2,8A, a†mak-
symalny pr¹d wyjúciowy osi¹ga
nawet 12A (dla obci¹øenia o†im-
pedancji 4
Silver Sound
T203, ktÛry z†kolei zwiera bazÍ
T204 do masy. WÛwczas przekaü-
nik od³¹cza obci¹øenie od stopnia
mocy. Elementy R201, R202, R203,
C201, T201, T202 wraz z†T203
tworz¹ obwÛd reaguj¹cy na napiÍ-
cie sta³e na wyjúciu stopnia mocy
i†w†przypadku pojawienia siÍ ta-
kiego, powoduj¹cy od³¹czenie ob-
ci¹øenia, chroni¹c g³oúniki przed
zniszczeniem. Przez rezystor R207
do plusa 24V jest pod³¹czona
dioda LED sygnalizuj¹ca pod³¹cze-
nie g³oúnikÛw.
Rys. 3. Schemat elektryczny układu automatyki sterującej dołączaniem
głośnika do wyjścia wzmacniacza.
Uruchomienie
Do uruchomienia wzmacniacza
jest niezbÍdny zasilacz laboratoryj-
ny, oscyloskop oraz serwisowy ge-
Wzmacniacz wyposaøono
takøe w†uk³ad automatyki ste-
ruj¹cej do³¹czaniem g³oúnika
do jego wyjúcia, ktÛrego sche-
mat elektryczny przedstawiono
na
rys. 3
. Jest to nieco rozbu-
dowana wersja uk³adu automa-
tyki opublikowanego w†histo-
rycznej juø ksi¹øce ìWzmac-
niacze elektroakustyczneî Ma-
cieja Feszczuka (WKi£, Warsza-
wa 1986). Wzbogacono go o
elementy R206 i†C202, tworz¹ce
wraz z†tranzystorem T204,
obwÛd opÛünionego za³¹czania
obci¹øenia. Natomiast elementy
Dz201, Dz202, D201, R204 wraz
z†T203 tworz¹ obwÛd przyúpie-
szonego od³¹czania obci¹øenia
po wy³¹czeniu zasilania. Wa-
runkiem poprawnego dzia³ania
tego obwodu jest, aby napiÍcie
zasilania +24V przez odpo-
wiedni stabilizator by³o pobie-
rane z†dodatniego napiÍcia za-
silania wzmacniacza mocy. Dio-
dy Zenera Dz201 i†Dz202 do-
biera siÍ tak, aby spadek na-
piÍcia na nich wynosi³ 75...80%
napiÍcia zasilania wzmacniacza
(+U
zPA
).
Po wy³¹czeniu zasilania, do-
pÛki napiÍcie +U
zPA
jest wiÍk-
sze od spadku napiÍcia na
diodach Zenera, to p³ynie
przez nie pr¹d, ktÛry powodu-
je powstawanie napiÍcia na
rezystorze R204. NapiÍcie to
uniemoøliwia przewodzenie
diody D201. Gdy napiÍcie
+U
zPA
spadnie poniøej napiÍcia
diod Zenera, przestaje przez
nie p³yn¹Ê pr¹d i†dioda D201
zostaje odblokowana. Powodu-
je to wysterowanie tranzystora
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej wzmacniacza.
16
Elektronika Praktyczna 12/2001
Silver Sound
Rys. 5. Wygląd radiatora dla
tranzystorów T4 i T6.
dotyka³ do radiatora, a†na jego
radiator nanosimy warstwÍ siliko-
nu. Teraz umieszczamy p³ytkÍ
drukowan¹ (wczeúniej montujemy
T8 i†T9) na radiatorze tak, aby
koÒcÛwki tranzystorÛw wesz³y
w†odpowiednie otwory (metalizo-
wane) w†p³ytce, ktÛr¹ za pomoc¹
tulejek dystansowych mocujemy
do radiatora. Sprawdzamy czy T7
dobrze przylega do radiatora oraz
czy ktÛraú z†koÒcÛwek tranzysto-
rÛw mocy nie dotyka radiatora.
Nie zmieniaj¹c ustawieÒ pod-
³¹czamy zasilanie i podajemy syg-
na³ wejúciowy z†generatora sygna-
³owego. Jeøeli pr¹d pobierany
przez wzmacniacz nie uleg³ zmia-
nie, a†sygna³ na wyjúciu ma taki
sam kszta³t jak wejúciowy, lecz
duøo wiÍksz¹ amplitudÍ, moøna
zmieniÊ pr¹d ograniczania w†za-
silaczu do maksimum i†potencjo-
metrem P1 zwiÍkszyÊ pr¹d spo-
czynkowy do ok. 150...250mA.
Ograniczamy do minimum amp-
litudÍ sygna³u wejúciowego i†mie-
rzymy poziom napiÍcia sta³ego na
wyjúciu wzmacniacza. Nie powi-
nien przekraczaÊ 20mV.
Teraz moøemy zaj¹Ê siÍ uk³a-
dami pomocniczymi. Pod³¹czamy
pomocnicze napiÍcie 24V poprzez
gniazdo G2, diody LED bÍd¹ce
wskaünikami sygna³u wyjúciowego
i†pod³¹czenia g³oúnikÛw. Po up³y-
nerator przebiegÛw audio. Na p³yt-
ce drukowanej, ktÛrej schemat mon-
taøowy pokazano na
rys. 4
, mon-
tujemy wszystkie elementy poza
tranzystorami (T10, T11, T12, T13,
T14, T15 a†takøe T8 i†T9). Tran-
zystory T6 i†T4 umieszczamy na
niewielkim radiatorze wykonanym
z†blachy aluminiowej o†gruboúci
2mm izoluj¹c je. Na
rys. 5
poka-
zano wygl¹d tego radiatora, ktÛry
podczas montaøu naleøy przymoco-
waÊ do p³ytki drukowanej.
Tranzystor T7 montujemy po
drugiej stronie p³ytki (od strony
lutowania). Na wyjúciu zasilacza
ustalamy napiÍcia zasilania +50V
i†-50V oraz ustalamy ograniczanie
pr¹du przy 100mA.
Testowy sygna³ steruj¹cy nale-
øy podaÊ na styk 2†z³¹cza G2
(styki 1 i 3 to masa). Do pier-
wszego testu wykorzystamy syg-
na³ trÛjk¹tny (symetryczny) o†am-
plitudzie ok. 200...300mV). Za
pomoc¹ oscyloskopu obserwujemy
sygna³ na wyjúciu U1/1 - powi-
nien byÊ nie zniekszta³cony i†mieÊ
amplitudÍ ok. 3†razy wiÍksz¹ od
wejúciowej. Pr¹d pobierany przez
uk³ad w†tej fazie uruchamiania
nie powinien przekraczaÊ 50mA.
Za pomoc¹ potencjometru P1 usta-
lamy napiÍcie miÍdzy kolektorami
T5 i†T6 na ok. 5...6V. Teraz
moøemy zamocowaÊ tranzystory
mocy na radiatorze (
rys. 6
), izo-
luj¹c je. Radiator najlepiej wyko-
naÊ z†kszta³townika ZML KÍty
A6023 o†d³ugoúci 12,5...13cm.
Moøna uøyÊ kszta³townik A5352,
jednak naleøy wtedy pamiÍtaÊ
o†odpowiedniej zmianie wykonu-
j¹c otwory, gdyø szerokoúÊ tego
kszta³townika wynosi 187mm,
a†nie 190,5mm. årub mocuj¹cych
tranzystory mocy nie dokrÍcamy
do koÒca. Tranzystor T7 wygina-
my tak, aby stron¹ izolowan¹
Rys. 6. Sposób zamocowania tranzystorów mocy na radiatorze.
Elektronika Praktyczna 12/2001
17
Silver Sound
siÍ oscylacje pasoøytni-
cze, a†sygna³ wyjúciowy
(aø do granicznej
wartoúci amplitudy wy-
nikaj¹cej z†napiÍcia za-
silania) ma taki sam
kszta³t, jak sygna³ wej-
úciowy. Po wykonaniu
tych czynnoúci moøemy
pod³¹czyÊ wzmacniacz lub
wzmacniacze do docelowego za-
silacza wykonanego wed³ug
rys.
7
. Potencjometrem P101 ustalamy
prÛg zapalania siÍ diody przy
napiÍciu (sinusoida, napiÍcie sku-
teczne) 28V dla obci¹øenia 4
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
Wszystkie rezystory 0,25W
R1, R7, R9...R11, R32, R33: 100
R2, R103: 100k
R3: 15
Ω
R5, R24...R27: 1k
Ω
R12, R17, R107, R207: 4,7k
Ω
R14, R16: 1M
Ω
R18...R23: 0,43
/5W
,
Ω
R30, R31, R104, R201...R203: 15k
Rys. 7. Schemat i opis zasilacza.
.
Schemat montaøowy komplet-
nego wzmacniacza w†wersji ste-
reofonicznej pokazano na
rys. 8
.
Uk³ad wzmacniacza napiÍciowego
wykorzystano z opisu wzmacnia-
cza z tranzystorami IGBT firmy
Analog Devices, wprowadzaj¹c
niewielkie uproszczenia.
Krzysztof Jasiñski
R34, R35: 6,8k
/0,5W
wie ok. 4...7 sekund zaúwieci siÍ
LED sygnalizuj¹cy, øe przekaünik
pod³¹czy³ obci¹øenie.
Zaúwiecenie siÍ diody oznacza,
øe moøemy pod³¹czyÊ do wyjúcia
wzmacniacza rezystory o†wypad-
kowej rezystancji 4
Ω
R102: 22k
Ω
R103, R106: 220k
R204: 2,2k
R205: 10k
i†mocy ok.
200W (zamiast g³oúnikÛw, na czas
testÛw). RÛwnolegle do obci¹øenia
pod³¹czamy oscyloskop, i†powoli
zwiÍkszamy amplitudÍ sygna³u
wyjúciowego, ca³y czas kontrolu-
j¹c oscylogram, czy nie pojawiaj¹
R206: 47k
wieloobrotowy
P101: 4,7k
wieloobrotowy
Kondensatory
C1, C2, C4, C5, C101: 10
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie
pod adresem:
http://www.ep.com.pl/
?pdf/grudzien01.htm
.
F/63V
F− MKSE
C7, C8, C12...C14: 100nF/100V
C10, C11: 47pF/160V
C15: 10
F/16V−tantal
C16, C17: 10nF/100V
C201: 470
F/25V
F/10V
Półprzewodniki
Dz1, Dz2, Dz3, Dz4: 12V/0,25W
Dz201, Dz202: wg opisu
D1, D2, D32, D4...D6, D101, D201:
1N4148
D8, D7: BY255
D9...D12: 1N4937
D202: 1N4001
T1, T5: BD 139/16
T2, T3: BD 140/16
T4: 2SA1006
T6: 2SC3309
T7: BD135−16
T8: 2N5551
T9: 2N5401
T10: IRFP450
T11: IRFP 9240
T12, T13: 2SA1302
T14, T15: 2SC3281
T16: BF470
T17: BF469
T101, T201, T202: BC550
T102, T203: BC556
T204: darlington np. BD649
U1: OP285
Różne
Przekaźnik RM83Z/24V
Rys. 8. Schemat montażowy kompletnego wzmacniacza stereofonicznego.
18
Elektronika Praktyczna 12/2001
R4: 30
R6, R8: 68k
R13: 15k
R15: 470
R28, R29: 22k
i†40V dla obci¹øenia 8
R101: 1k
R105: 220
P1: 2,2k
C3: 1nF
C6, C9: 3,3
C202: 2200