Схема защиты усилителя мощности

Токовая защита усилителя.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Часть 1. Немного еретичной теории. Пролог.

Обычные схемы защиты усилителей работают на превышение выходного напряжения. Порог срабатывания защиты может выставляться либо по максимальной нагрузке, либо по номинальной, но с большой выдержкой (2. 5екунд). По сути, защита по напряжению неэффективна при работе усилителя на высокоомную нагрузку и не работает совсем при низкоомной нагрузке. Наибольший эффект работы схемы защиты по напряжению достигается только лишь при номинальной нагрузке.

Пример 1.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом. Схема защиты рассчитывается на срабатывание при выходном напряжении 20В (P=U^2/R). Если же к усилителю подключить нагрузку 8Ом, схема защиты сработает только лишь при 50Вт, несмотря на то, что, как правило, выходная мощность усилителя на нагрузку вдвое выше сопротивлением составляет не 50% от мощности на номинал, а примерно 60-65% (то есть 100Вт/4Ом, но 60Вт/8Ом) Если же нагрузить усилитель на нагрузку 2Ом, мы получим перегрузку усилителя до срабатывания защиты. 100Вт на 2Ом достигается при выходном напряжении 14В. Если этот усилитель способен работать на двухомную нагрузку, то при срабатывании защиты мощность будет 20^2/2=200Вт, но это чревато выходом усилителя из строя, если он не рассчитан на такие условия работы.

Второй тип защиты – токовый – наиболее практичный в работе и обеспечивает работоспособность усилителя при любой нагрузке. Эта защита ограничивает выходной ток на уровне максимально допустимого тока при максимальной мощности и срабатывает как при номинальной нагрузке, так и при превышенной.

Пример 2.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом. Максимальный выходной ток будет 5А (P=I^2*R). При работе на 4Ом защита сработает на мощности 100Вт, при 8Ом токовой перегрузки просто не будет, при 2Ом защита сработает на мощности 50Вт, то есть точно на момент перегрузки усилителя. Если же усилитель не рассчитан на двухомную нагрузку, то ни полной, ни превышенной мощности с усилителя снять не получится. Выход из строя усилителя маловероятен.

Элементы токовой защиты чаще всего подключаются в эмиттерные или истоковые цепи выходных транзисторов. При возникновении токовой перегрузки защита запирает выходные транзисторы, ограничивая выходной ток. Это достаточно эффективно и надежно, если усилитель выполнен на дискретных элементах, т.к. элементы защиты не подвержены нагреву от тепловыделяющих компонентов, и их рабочие режимы практически не меняются. Если же усилитель интегральный (микросхемный), то этих элементов либо нет, либо они подвержены общему нагреву вместе с кристаллом микросхемы, и стабилизация режимов работы этих элементов затруднена. Вполне возможно, что эти элементы настроены на срабатывание при максимально допустимых значениях выходного тока, когда микросхема работает на пределе. Этим, я думаю, можно объяснить частые выходы интегральных усилителей из строя, и, как следствие, распространившееся мнение об их ненадежности.

Эксперименты.
В качестве "подопытного кролика" была выбрана TDA7294. При ее эксплуатации в штатных режимах она достаточно устойчива в работе, терпит перегрузки и перегрев. Срабатывания термозащиты не наблюдалось ни у меня, и я думаю, ни у одного пользователя. Существуют спорные вопросы о достаточном напряжении питания – кто-то эксплуатирует ее от +/-30В, кто-то от +/-40В. Я не буду навязывать свое мнение; в экспериментах было выбрано напряжение +/-16,5В как достаточное для ее работы и далеко не предельное. Как следует из даташита, минимальная нагрузка на 7294 разрешена не ниже 4Ом. При этих параметрах и напряжении питания +/-16,5В с микросхемы можно получить не менее 25вт неискаженного сигнала и 35Вт сигнала с обрезанными верхами синусоиды, что и подтвердилось в ходе экспериментов (12,5вольт на 4Ом – 40Вт) К сожалению, в работе был использован не совсем настроенный генератор, поэтому форма сигнала не совсем синусоидальная.

Выходной сигнал без обрезки вершин сиусоиды.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка Обрезанные верхи.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка

А что оказалось?
Тест микросхемы на нагрузку 2Ом показал, что верхи синусоиды обрезаются при немного меньших уровнях сигнала. Это говорит о том, что микросхема держит почти прежний уровень сигнала, но на двойную нагрузку! В пересчете на мощность это примерно будет удвоенная мощность. А вот короткое замыкание выхода микросхемы привело к неожиданному результату – у 80ваттного блока питания сработала защита и он отключился! Выходит, что при коротком замыкании вся мощность источника питания рассеивается нигде иначе, как в самой микросхеме! А если блок питания на 200Вт? 300? Легко ли ей вывести эту мощность на теплоотводящий фланец и передать радиатору?
Обратимся к даташиту.
Тепловое сопротивление переход-корпус составляет 1,5С/Вт. Под переходом подразумевается кристалл микросхемы, рассеивающий тепло. Под корпусом подразумевается не совсем корпус, а теплоотводящий фланец микросхемы, на котором закреплен кристалл. Что значит это число? А значит оно то, что с каждым рассеиваемым ваттом мощности температура кристалла поднимается на 1,5С. В моем случае, 80Вт от блока питания приступили к выжиганию кристалла. Это ни много ни мало, как 120 градусов (1,5*80) разница между фланцем с теплым радиатором и кристаллом, который за доли секунды тут же нагрелся до 160 градусов. Сразу же возникает мысль – микросхема не смогла ограничить бросок тока, который привел к тепловыделению внутри микросхемы. Почему? Оставим это на совести изготовителя. Какая же должна быть температура фланца, чтобы обеспечить нормальную работу микросхемы? Температура кристалла ограничена 150С. 13-ый график даташита показывает, что при питании +30В и мощности 50-60Вт рассеиваемая мощность составляет примерно 50Вт. Тогда нам надо обеспечить такое охлаждение, чтобы фланец не нагревался выше, чем 150-50*1,5=75градусов. Конечно, такие условия возможны только на ровном сигнале, при музыке все будет немного холоднее. В примере, описанном выше, было наглядно показано, что работоспособность токовой защиты обязательна в любом усилителе для его надежной работы.

Часть 2. Практика

Поскольку внедрить защиту в существующий дискретный усилитель непросто, а в интегральный – вообще невозможно, напрашивается некий внешний блок, выполняющий ее функции. Рассмотрим примеры возможной реализации токовой защиты. Устройство коммутирует нагрузку и усилитель мощностью в пределах 100Вт.

Первый компаратор микросхемы IC2 следит за сопротивлением нагрузки, второй – за выходным током усилителя. При включении усилителя нагрузка вначале подключается к первому компаратору, который сравнивает падение напряжения на ней с опорным напряжением 0,1В. Порог срабатывания выбран 3Ом, чтобы исключить ложные срабатывания с разными акустическими системами. Соответственно, при сопротивлении нагрузки более 3Ом на выводе 3 напряжение больше, чем на выводе 2, компаратор переключается и реле подключает нагрузку к усилителю. Второй компаратор следит за током, протекающим с усилителя через нагрузку и токоизмерительный резистор R1. Как только ток превысит разрешенный, компаратор с некоторой задержкой (R11C3) с помощью транзистора Q2 переключает первый компаратор в режим замера сопротивления нагрузки с отключением ее от усилителя. Эта задержка растянута по значению тока через R1 – при пиках тока вплоть до разрешенного схема находится на пороге переключения, а чем выше бросок тока через R1, тем быстрее отключится нагрузка. Время подключения нагрузки обратно к усилителю задается номиналами R10C3 и находится в диапазоне 0,5:2с в зависимости от величины броска тока, вызвавшего срабатывание схемы. Светодиод, подключенный к разъему Х2, индицирует пики выходного сигнала. Эту функцию можно использовать как клип-детектор. Здесь возможна разная реализация схемы – либо триггерная защита (отключение до ручного сброса), либо защита с сигналом на снижение громкости. В варианте на рисунке выше схема циклично будет отключать/подключать нагрузку к усилителю, пока не снизится уровень выходного сигнала.

Читайте также:  Добавить макрос в excel 2010

Посмотрим на несколько иной вариант реализации схемы:

Схема та же, только второму компаратору добавлена цепочка гистерезиса R15D3. При срабатывании он сам себя защелкивает до размыкания цепочки. ВременнАя задержка на отключение нагрузки отсутствует (отключается сразу), задержка на повторное включение нагрузки к усилителю после сброса сохранена. Схему с сигналом на снижение громкости не привожу, т.к. громкость снизить можно по-разному – через процессор звука или цифровой темброблок, просто активным уровнем или последовательностью импульсов, если регулятор громкости кнопочный. В зависимости от этого схема будет отличаться.

Внешний вид уже собранного устройства можно увидеть на фотке внизу.

Печатная плата для цикличной токовой защиты.

Монтаж и настройка.
Нзначение контактов разъемов:

AMP+ К выходу усилителя мощности
AMP- Земля усилителя мощности
RL+ Нагрузка (акустическая система)
RL- Земля нагрузки
+15 +15В 0,1А
0V Общий (земля)
-15 -15В 0,1А
1 + светодиода
2 – светодиода

Схема питается двуполярным напряжением +10. +15В током 100мА. В схеме использованы два 12вольтовых реле для коммутации нагрузки – их контактные группы включены параллельно, а обмотки – последовательно. Если имеется реле на 24В достаточным током коммутации (15-20А), можно использовать и его. Особой настройки схема не требует, но необходимо проверить работоспособность устройства во всех режимах.
При настройке проверяем наличие следующих напряжений (с отключенными усилителем и нагрузкой): +5В на третьем выводе IC1 +0,1В на втором или шестом выводе IC2 Далее подключаем резистор около 3 Ом (2,7. 3,3Ом) между корпусом и точкой соединения резисторов R7R8, мерим напряжение в этой точке. Если оно отличается от 0,1В, то подбором резистора R7 выставляем напряжение 0,1В. Теперь у нас схема будет реагировать на понижение нагрузки меньше настроенного. Отключим резистор и схему. Подключая к контактам RL+, RL – разъема U1 разные резисторы от 2 до 5Ом и включая питание, наблюдаем четкое срабатывание реле выше настроенного порога (3 Ом).
Настроим порог срабатывания по току.
Пример настройки. У нас есть усилитель 100Вт/4Ом. Считаем порог срабатывания по току – 5А. Резистор R1 по схеме – 0,22Ом. На токе 5А на нем падает напряжение 5*0,22=1,1В. Компаратор сравнивает это напряжение с опорным 0,1В, поэтому нам надо понизить 1,1Вольт в 11 раз (до 0,1В). Этим занимается делитель R2R3. На резисторе R3 должны выделиться наши 0,1В, поэтому всё остальное – 1В – выделится на резисторе R2. Поскольку на нем выделяется напряжение в 10 раз больше, то его сопротивление должно быть в 10раз больше R3, то есть 1кОм*10=10кОм. На схеме указаны номиналы резисторов R2R3 для усилителя 35Вт/4Ом. Более точную настройку можно сделать с помощью генератора и амперметра с вольтметром.

О замене элементов.
ОУ 4558 может быть от любого производителя – KA4558, NJM4558 и т.д. Транзисторы 2PC945 часто называются еще как 2SC945, можно ставить и их. С изменением цоколевки подойдут КТ3102, BC547 и др. Реле BS-115C-12V фирмы Bestar может быть аналогичным от фирм Omron, Tianbo и другие подходящие с напряжением обмотки 12В током 40-50мА на коммутацию токов до 10А.

Токовая защита усилителя.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Часть 1. Немного еретичной теории. Пролог.

Обычные схемы защиты усилителей работают на превышение выходного напряжения. Порог срабатывания защиты может выставляться либо по максимальной нагрузке, либо по номинальной, но с большой выдержкой (2. 5екунд). По сути, защита по напряжению неэффективна при работе усилителя на высокоомную нагрузку и не работает совсем при низкоомной нагрузке. Наибольший эффект работы схемы защиты по напряжению достигается только лишь при номинальной нагрузке.

Пример 1.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом. Схема защиты рассчитывается на срабатывание при выходном напряжении 20В (P=U^2/R). Если же к усилителю подключить нагрузку 8Ом, схема защиты сработает только лишь при 50Вт, несмотря на то, что, как правило, выходная мощность усилителя на нагрузку вдвое выше сопротивлением составляет не 50% от мощности на номинал, а примерно 60-65% (то есть 100Вт/4Ом, но 60Вт/8Ом) Если же нагрузить усилитель на нагрузку 2Ом, мы получим перегрузку усилителя до срабатывания защиты. 100Вт на 2Ом достигается при выходном напряжении 14В. Если этот усилитель способен работать на двухомную нагрузку, то при срабатывании защиты мощность будет 20^2/2=200Вт, но это чревато выходом усилителя из строя, если он не рассчитан на такие условия работы.

Второй тип защиты – токовый – наиболее практичный в работе и обеспечивает работоспособность усилителя при любой нагрузке. Эта защита ограничивает выходной ток на уровне максимально допустимого тока при максимальной мощности и срабатывает как при номинальной нагрузке, так и при превышенной.

Пример 2.
Усилитель с максимальной мощностью 100Вт на нагрузку 4Ом. Максимальный выходной ток будет 5А (P=I^2*R). При работе на 4Ом защита сработает на мощности 100Вт, при 8Ом токовой перегрузки просто не будет, при 2Ом защита сработает на мощности 50Вт, то есть точно на момент перегрузки усилителя. Если же усилитель не рассчитан на двухомную нагрузку, то ни полной, ни превышенной мощности с усилителя снять не получится. Выход из строя усилителя маловероятен.

Элементы токовой защиты чаще всего подключаются в эмиттерные или истоковые цепи выходных транзисторов. При возникновении токовой перегрузки защита запирает выходные транзисторы, ограничивая выходной ток. Это достаточно эффективно и надежно, если усилитель выполнен на дискретных элементах, т.к. элементы защиты не подвержены нагреву от тепловыделяющих компонентов, и их рабочие режимы практически не меняются. Если же усилитель интегральный (микросхемный), то этих элементов либо нет, либо они подвержены общему нагреву вместе с кристаллом микросхемы, и стабилизация режимов работы этих элементов затруднена. Вполне возможно, что эти элементы настроены на срабатывание при максимально допустимых значениях выходного тока, когда микросхема работает на пределе. Этим, я думаю, можно объяснить частые выходы интегральных усилителей из строя, и, как следствие, распространившееся мнение об их ненадежности.

Эксперименты.
В качестве "подопытного кролика" была выбрана TDA7294. При ее эксплуатации в штатных режимах она достаточно устойчива в работе, терпит перегрузки и перегрев. Срабатывания термозащиты не наблюдалось ни у меня, и я думаю, ни у одного пользователя. Существуют спорные вопросы о достаточном напряжении питания – кто-то эксплуатирует ее от +/-30В, кто-то от +/-40В. Я не буду навязывать свое мнение; в экспериментах было выбрано напряжение +/-16,5В как достаточное для ее работы и далеко не предельное. Как следует из даташита, минимальная нагрузка на 7294 разрешена не ниже 4Ом. При этих параметрах и напряжении питания +/-16,5В с микросхемы можно получить не менее 25вт неискаженного сигнала и 35Вт сигнала с обрезанными верхами синусоиды, что и подтвердилось в ходе экспериментов (12,5вольт на 4Ом – 40Вт) К сожалению, в работе был использован не совсем настроенный генератор, поэтому форма сигнала не совсем синусоидальная.

Выходной сигнал без обрезки вершин сиусоиды.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка Обрезанные верхи.+/-16,5В питание, 1кГц сигнал, 4Ом эквивалент нагрузки, 5В/дел развертка

А что оказалось?
Тест микросхемы на нагрузку 2Ом показал, что верхи синусоиды обрезаются при немного меньших уровнях сигнала. Это говорит о том, что микросхема держит почти прежний уровень сигнала, но на двойную нагрузку! В пересчете на мощность это примерно будет удвоенная мощность. А вот короткое замыкание выхода микросхемы привело к неожиданному результату – у 80ваттного блока питания сработала защита и он отключился! Выходит, что при коротком замыкании вся мощность источника питания рассеивается нигде иначе, как в самой микросхеме! А если блок питания на 200Вт? 300? Легко ли ей вывести эту мощность на теплоотводящий фланец и передать радиатору?
Обратимся к даташиту.
Тепловое сопротивление переход-корпус составляет 1,5С/Вт. Под переходом подразумевается кристалл микросхемы, рассеивающий тепло. Под корпусом подразумевается не совсем корпус, а теплоотводящий фланец микросхемы, на котором закреплен кристалл. Что значит это число? А значит оно то, что с каждым рассеиваемым ваттом мощности температура кристалла поднимается на 1,5С. В моем случае, 80Вт от блока питания приступили к выжиганию кристалла. Это ни много ни мало, как 120 градусов (1,5*80) разница между фланцем с теплым радиатором и кристаллом, который за доли секунды тут же нагрелся до 160 градусов. Сразу же возникает мысль – микросхема не смогла ограничить бросок тока, который привел к тепловыделению внутри микросхемы. Почему? Оставим это на совести изготовителя. Какая же должна быть температура фланца, чтобы обеспечить нормальную работу микросхемы? Температура кристалла ограничена 150С. 13-ый график даташита показывает, что при питании +30В и мощности 50-60Вт рассеиваемая мощность составляет примерно 50Вт. Тогда нам надо обеспечить такое охлаждение, чтобы фланец не нагревался выше, чем 150-50*1,5=75градусов. Конечно, такие условия возможны только на ровном сигнале, при музыке все будет немного холоднее. В примере, описанном выше, было наглядно показано, что работоспособность токовой защиты обязательна в любом усилителе для его надежной работы.

Читайте также:  Как проверить работу кнопок

Часть 2. Практика

Поскольку внедрить защиту в существующий дискретный усилитель непросто, а в интегральный – вообще невозможно, напрашивается некий внешний блок, выполняющий ее функции. Рассмотрим примеры возможной реализации токовой защиты. Устройство коммутирует нагрузку и усилитель мощностью в пределах 100Вт.

Первый компаратор микросхемы IC2 следит за сопротивлением нагрузки, второй – за выходным током усилителя. При включении усилителя нагрузка вначале подключается к первому компаратору, который сравнивает падение напряжения на ней с опорным напряжением 0,1В. Порог срабатывания выбран 3Ом, чтобы исключить ложные срабатывания с разными акустическими системами. Соответственно, при сопротивлении нагрузки более 3Ом на выводе 3 напряжение больше, чем на выводе 2, компаратор переключается и реле подключает нагрузку к усилителю. Второй компаратор следит за током, протекающим с усилителя через нагрузку и токоизмерительный резистор R1. Как только ток превысит разрешенный, компаратор с некоторой задержкой (R11C3) с помощью транзистора Q2 переключает первый компаратор в режим замера сопротивления нагрузки с отключением ее от усилителя. Эта задержка растянута по значению тока через R1 – при пиках тока вплоть до разрешенного схема находится на пороге переключения, а чем выше бросок тока через R1, тем быстрее отключится нагрузка. Время подключения нагрузки обратно к усилителю задается номиналами R10C3 и находится в диапазоне 0,5:2с в зависимости от величины броска тока, вызвавшего срабатывание схемы. Светодиод, подключенный к разъему Х2, индицирует пики выходного сигнала. Эту функцию можно использовать как клип-детектор. Здесь возможна разная реализация схемы – либо триггерная защита (отключение до ручного сброса), либо защита с сигналом на снижение громкости. В варианте на рисунке выше схема циклично будет отключать/подключать нагрузку к усилителю, пока не снизится уровень выходного сигнала.

Посмотрим на несколько иной вариант реализации схемы:

Схема та же, только второму компаратору добавлена цепочка гистерезиса R15D3. При срабатывании он сам себя защелкивает до размыкания цепочки. ВременнАя задержка на отключение нагрузки отсутствует (отключается сразу), задержка на повторное включение нагрузки к усилителю после сброса сохранена. Схему с сигналом на снижение громкости не привожу, т.к. громкость снизить можно по-разному – через процессор звука или цифровой темброблок, просто активным уровнем или последовательностью импульсов, если регулятор громкости кнопочный. В зависимости от этого схема будет отличаться.

Внешний вид уже собранного устройства можно увидеть на фотке внизу.

Печатная плата для цикличной токовой защиты.

Монтаж и настройка.
Нзначение контактов разъемов:

AMP+ К выходу усилителя мощности
AMP- Земля усилителя мощности
RL+ Нагрузка (акустическая система)
RL- Земля нагрузки
+15 +15В 0,1А
0V Общий (земля)
-15 -15В 0,1А
1 + светодиода
2 – светодиода

Схема питается двуполярным напряжением +10. +15В током 100мА. В схеме использованы два 12вольтовых реле для коммутации нагрузки – их контактные группы включены параллельно, а обмотки – последовательно. Если имеется реле на 24В достаточным током коммутации (15-20А), можно использовать и его. Особой настройки схема не требует, но необходимо проверить работоспособность устройства во всех режимах.
При настройке проверяем наличие следующих напряжений (с отключенными усилителем и нагрузкой): +5В на третьем выводе IC1 +0,1В на втором или шестом выводе IC2 Далее подключаем резистор около 3 Ом (2,7. 3,3Ом) между корпусом и точкой соединения резисторов R7R8, мерим напряжение в этой точке. Если оно отличается от 0,1В, то подбором резистора R7 выставляем напряжение 0,1В. Теперь у нас схема будет реагировать на понижение нагрузки меньше настроенного. Отключим резистор и схему. Подключая к контактам RL+, RL – разъема U1 разные резисторы от 2 до 5Ом и включая питание, наблюдаем четкое срабатывание реле выше настроенного порога (3 Ом).
Настроим порог срабатывания по току.
Пример настройки. У нас есть усилитель 100Вт/4Ом. Считаем порог срабатывания по току – 5А. Резистор R1 по схеме – 0,22Ом. На токе 5А на нем падает напряжение 5*0,22=1,1В. Компаратор сравнивает это напряжение с опорным 0,1В, поэтому нам надо понизить 1,1Вольт в 11 раз (до 0,1В). Этим занимается делитель R2R3. На резисторе R3 должны выделиться наши 0,1В, поэтому всё остальное – 1В – выделится на резисторе R2. Поскольку на нем выделяется напряжение в 10 раз больше, то его сопротивление должно быть в 10раз больше R3, то есть 1кОм*10=10кОм. На схеме указаны номиналы резисторов R2R3 для усилителя 35Вт/4Ом. Более точную настройку можно сделать с помощью генератора и амперметра с вольтметром.

О замене элементов.
ОУ 4558 может быть от любого производителя – KA4558, NJM4558 и т.д. Транзисторы 2PC945 часто называются еще как 2SC945, можно ставить и их. С изменением цоколевки подойдут КТ3102, BC547 и др. Реле BS-115C-12V фирмы Bestar может быть аналогичным от фирм Omron, Tianbo и другие подходящие с напряжением обмотки 12В током 40-50мА на коммутацию токов до 10А.

Содержание / Contents

↑ Схема защиты акустических систем усилителя «Бриг-001»

При появлении на выходе усилителя любого из каналов постоянного напряжения положительной полярности открывается транзистор VT1, который шунтирует цепь базы составного транзистора на общий провод. При этом ток через реле К1 уменьшается настолько, что оно отпускает контакты и отключает акустические системы от усилителя. Конденсатор С1 предотвращает срабатывание реле К1 от переменного напряжения выходного сигнала.
В случае, если на выходе усилителя появится напряжение отрицательной полярности, оно поступит через делитель R6, R7 на базу составного транзистора, в результате реле К1 отпустит и отключит нагрузку от усилителя.

Случай появления на выходах усилителя равных по модулю двухполярных напряжений учтен выбором различных значений резисторов R1 и R2.
Таким образом, акустическая система защищена от постоянного напряжения любой полярности на выходе усилителя.

Подобная схема защиты акустических систем проработала в одном из моих усилителей более двух десятков лет, и ни разу не подвела, хотя около половины указанного срока усилитель трудился на увеселительных мероприятиях.

↑ Схема защиты акустических систем из зарубежной литературы

Задержка включения акустических систем определяется постоянной времени R1, C1. Время задержки:

где Uпор =2,1 В – сумма порогов открывания транзисторов VT1 и VT4 (составного); Uп =12 В – напряжение питания.

Двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1, VD2 и транзисторах VT2, VT3 надежно шунтируют базу составного транзистора VT4 на корпус при появлении постоянной составляющей ±1,5 В на выходе любого канала УМЗЧ.
Нижняя граница полосы пропускания низкочастотного фильтра составляет fн=1/[2πR7(R8)C2]≈0,3 Гц.
В качестве реле используется РЭС22, исполнение (паспорт) РФ 4.500.129. Реле имеет четыре группы контактов, которые включены парами.

Читайте также:  Винда виснет при загрузке

↑ Универсальное устройство защиты акустических систем на микросхеме

Основные параметры:
Напряжение питания, В=+25…60
Время задержки включения, с=2,5
Порог срабатывания защиты, В=более ±0,7
Выходной ток для питания реле, мА=до 80

Схема защиты (рис. 3) обеспечивает безопасность акустических систем при появлении на выходах постоянного напряжения или инфранизких частот амплитудой более ±0,7 В. Проблема, связанная с появлением на выходах усилителя равных по модулю двухполярных напряжений, решена выбором отличающихся значений резисторов R1 и R2.

Интегрирующая цепь C4, R4 обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания. Цепь VD1, R3, C3, к которой подведено переменное напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора, быстро отключает акустические системы при выключении питания. Эти меры направлены на предотвращение щелчков в акустических системах, вызванных переходными процессами в схеме усилителя.

Резистор R5 ограничивает ток электромагнитного реле К1. Параллельно обмотке реле включена цепь R7, HL1, служащая индикатором работы устройства защиты. Если применено электромагнитное реле с током более 80 мА, схему следует умощнить, установив ключ на p-n-p транзисторе КТ816Г или TIP32 (рис. 4).

Схема защиты универсальна и может быть применена в других УМЗЧ. В двух таблицах внизу схемы рис. 3 указаны номиналы резисторов R3, R5 и R6, которые необходимо изменить в зависимости от напряжения питания Uп усилителя.
На портале имеется похожая схема и подробное описание этого функционального узла [2].
Здесь возникли трудности. Скажу только, что все мои подопечные, реализующие этот проект, отметили, что микросхема редкая. Чтобы не терять время на ее поиски, я модернизировал схему защиты акустических систем из зарубежного журнала.

↑ Модернизированная схема устройства защиты акустических систем

Схема, представленная на рис. 2 проста и надежна, проверена во многих конструкциях, но смущают два момента:
• транзисторы VT2, VT3 обнаружителя постоянного напряжения на выходе усилителя работают в режиме с «висячей» базой;
• схема может подвести при возникновении на выходах неисправного стереофонического УМЗЧ равных по модулю двухполярных напряжений.
Решение проблемы заимствовано из модуля защиты акустических систем 20 – ваттного усилителя класса «А», опубликованного в английском журнале «Everyday Practical Electronics» [3].

Модернизированная схема устройства защиты акустических систем показана на рис. 5.

Предлагаемое устройство может быть использовано как для настоящего проекта, так и для самостоятельного конструирования усилителей звуковых частот.

Достоинства:
• простота и надежность;
• практически полное отсутствие ложных срабатываний;
• универсальность применения.

Недостатки:
• Отсутствует схема отключения акустических систем при пропадании питания.
Этот недостаток был принесен в угоду простоте и надежности устройства.

В схеме защиты установлены пассивные инфразвуковые фильтры нижних частот второго порядка (соответственно C3, C5, R10, R12 и C4, C6, R11, R13) и сенсоры аварийного постоянного напряжения на выходе усилителя (VT2, VT4, VT6 и VT3, VT5, VT7). При напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ (VT2 или VT3 для положительной полярности постоянного напряжения и VT4, VT6 или VT5, VT7 – отрицательной). При аварии база составного транзистора VT8, управляющего последовательно включенными электромагнитным реле К1 и К2, через низкоомный антизвоновый резистор R5 надежно соединяется с общим проводом, размыкая соединение выходов акустических систем через контакты реле.

Интегрирующая цепь R1, C2 в базовой цепи транзистора VT1 обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 1,8 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.
Схема защиты универсальна и может использоваться с другими УМЗЧ. В таблице, размещенной в правом верхнем углу схемы рис. 5 указаны номиналы R6, R7, которые необходимо изменить в соответствии с напряжением питания Uп усилителя.

Технические характеристики:
Напряжение питания, В=+25. 45
Время задержки включения, с=1,8
Порог срабатывания защиты, В=более ±1,5
Выходной ток для питания реле, мА=до 100
Размеры печатной платы, мм=75х75

Детали модернизированной схемы устройства защиты акустических систем.

↑ Сборка устройства защиты акустических систем

После окончания сборки не торопитесь включать устройство, а займитесь проверкой монтажа в соответствии со схемой (рис. 6). При этом особое внимание обратите на отсутствие перемычек между токоведущими дорожками, холодных паек (недостаточное пропаивание контакта элемента с печатной платой). Если таковые имеются, удалите их с помощью паяльника. Проверьте правильность установки полярных электролитических конденсаторов, транзисторов, диода и стабилитрона.
Внешний вид устройства защиты акустических систем, собранного племянником Алексеем, показан в аннотации статьи. У меня работает промежуточный вариант устройства защиты с реле РЭС22.

↑ Налаживание

↑ Собираем все в кучу

Для монтажа понадобятся следующие расходные материалы:

↑ Включаем!

Первое включение всегда показательно. Включаю усилитель, слышен щелчок сработавших реле устройства защиты, дальше тишина. Хотя все узлы «гонял» по отдельности, еще раз измеряю напряжения питания и нули на выходах: все в порядке.
Отвлекаюсь на дела и только через полчаса начинаю прослушивание. Звучит усилитель хорошо, отдавая в нагрузку сопротивлением 6 Ом около 20 Вт.
Работает чисто и прозрачно, доставляя удовольствие от прослушивания. Однако не следует забывать, что усилитель на LM1875 представляет собой систему начального уровня (лучшее из простого) и есть куда расти и развиваться.

Еще раз напомню, что вместо LM1875 можно применить и другие микросхемы, указанные в табл. 1 первой части статьи; при этом напряжение питания двухполярного источника должно составлять ±22 В для TDA2050, ±16 В для TDA2030, TDA2040 и ±12 В для TDA2006.

Настоятельно советую повторить этот проект всем желающим, чтобы приобрести опыт и построить неплохой усилитель для радиокомплекса. Не случайно девизом проекта я выбрал слоган «Не мечтай, действуй!» .

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.


Спасибо за внимание!
Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»

↑ Упомянутые источники

1. Данилов А.А. Прецизионные усилители низкой частоты. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 352 с (с. 167, 168).
2. μPC1237, NTE7100 – универсальное устройство защиты акустических систем
3. Swain G., Smith P. 20W Class-A Amplifier Pt. 3. Universal Speaker Protection and Muting Module. – Everyday Practical Electronics, 2008, №12, p. 21 – 27.

↑ Дополнения

[24-06-2015] Как подключить устройство защиты (рис. 5) к мостовому УМЗЧ?
Александр (Allroy) не только задал вопрос, но и испытал предложенное решение на практике, за что ему большое спасибо.

На рисунке схематично показано подключение двух мостовых усилителей, питаемых от двухполярного источника, к устройству защиты АС.

Выводы 2, 3, 6 и 7 устройства защиты АС оставляем свободными.
Выход 1-1 (2-1) мостового УМЗЧ 1 (УМЗЧ 2) соединяем с выводом 4 (8) устройства защиты АС.
Вывод 1 (5) устройства защиты АС соединяем с соответствующей клеммой для подключения АС.
Другую клемму для подключения АС соединяем с выходом 1-2 (2-2) мостового УМЗЧ.

Между выходом 1-2 (2-2) мостового УМЗЧ и конденсатором С5 (С6) устройства защиты АС включаем дополнительный резистор, сопротивление которого не должно быть равно сопротивлению резистора R12 (R13).
Выберем сопротивление дополнительного резистора, например, 18 кОм (см. описание схемы защиты усилителя «Бриг», рис. 1).