Altare - wzmacniacz audio dla ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Altare
- wzmacniacz audio dla audiofili
Altare
- wzmacniacz
audio dla audiofili
AVT-5000
Przedstawiamy konstrukcjê
zwyk³ego-niezwyk³ego
wzmacniacza mocy, który
wype³nia pewn¹ lukê na
rynku urz¹dzeñ audio: jego
brzmienie i parametry
pozwalaj¹ zakwalifikowaæ go
do grupy konstrukcji
audiofilskich, ale bardzo du¿a
moc wyjciowa i spore
wymiary sugeruj¹
zastosowania estradowe.
Sukces pomogli nam osi¹gn¹æ
konsultanci z dzia³u aplikacji
audio firmy Toshiba.
Oceñcie sami!
Opracowanie wzmacniacza
o mocy wyjciowej wiêkszej ni¿
100W jest nie lada wyzwaniem
dla konstruktora, poniewa¿ op-
rócz klasycznych problemów, ja-
kie mo¿na napotkaæ podczas wy-
konywania typowych urz¹dzeñ
elektronicznych, nale¿y jeszcze pa-
miêtaæ o zjawiskach zwi¹zanych
z wysokopr¹dow¹ natur¹ tego
uk³adu. Jednym z najwa¿niejszych
elementów takiego wzmacniacza
jest dobrze zaprojektowana p³ytka
drukowana, której cie¿ki musz¹
sobie poradziæ z pr¹dami o natê-
¿eniu dochodz¹cym do dziesi¹tek
amperów. Poniewa¿ w naszym ze-
spole dotychczas nie mielimy
konstruktorów dowiadczonych
w tego typu opracowaniach, po-
prosilimy o pomoc in¿ynierów
firmy Toshiba, dziêki którym pro-
jekt powsta³ w nieca³e 4 tygodnie.
Przemylany i starannie dopra-
cowany uk³ad elektryczny wzmac-
niacza charakteryzuje siê pe³n¹
symetri¹ przesy³ania sygna³u po-
cz¹wszy od wejcia a¿ po stopieñ
koñcowy. Pozwala to doæ znacz-
nie ograniczyæ wystêpowanie ja-
kichkolwiek zniekszta³ceñ.
Opis uk³adu
Uk³ad elektryczny wzmacnia-
cza nale¿y do klasycznych. Ma
dwustopniowy, ró¿nicowy przed-
wzmacniacz wejciowy i symet-
ryczny wyjciowy wzmacniacz
mocy, w którym zastosowano piêæ
par komplementarnych tranzysto-
rów mocy HEXFET. Schemat elek-
tryczny wzmacniacza przedstawio-
no na
rys. 1
.
Tranzystory T16 i T17 pracuj¹
w uk³adzie wzmacniacza ró¿nico-
wego zasilanego ze ród³a pr¹do-
wego wykonanego na tranzystorze
T18. Napiêcie na bazie tego tran-
zystora stabilizuje dioda Zenera
D6. Na wejciu wzmacniacza za-
stosowano prosty filtr dolnoprze-
pustowy (R33, C17), którego za-
daniem jest usuniêcie z sygna³u
wejciowego sk³adowych o wy-
¿szych czêstotliwociach. Czêstot-
liwoæ graniczna tego filtru (-3dB)
wynosi ok. 600kHz. Z kolei ele-
menty C18, R32 i R33 tworz¹ filtr
górnoprzepustowy o czêstotliwoci
granicznej ok. 1kHz. Ogranicza on
sk³adowe sygna³u o ni¿szych
czêstotliwociach. Wydajnoæ
Parametry wzmacniacza Altare
(wykonanie modelowe):
7
moc wyjciowa dla obci¹¿enia 4
W
: 450W,
7
moc wyjciowa dla obci¹¿enia 8
W
: 300W,
7
czu³oæ dla maksymalnej mocy wyjciowej
i obci¹¿enia 4
W
: 1,27V,
7
czu³oæ dla maksymalnej mocy wyjciowej
i obci¹¿enia 8
W
: 1,5V
7
pasmo przenoszenia 3dB: 18Hz..72kHz,
7
pasmo przenoszenia 1dB: 27Hz..53kHz,
7
dynamika (S/N): 92dB.
10
Elektronika Praktyczna 2/2001
P R O J E K T Y
Altare
- wzmacniacz audio dla audiofili
Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza.
ród³a pr¹dowego z tranzystorem
T18 wynosi 2mA.
Obci¹¿eniem wzmacniacza ró¿-
nicowego s¹ tranzystory T14 i T15
w uk³adzie wspólnej bazy, których
najpowa¿niejszym zadaniem jest
dopasowanie impedancji wyjcio-
wej wzmacniacza ró¿nicowego do
impedancji wejciowej kolejnego
stopnia. Punkt pracy tych tranzys-
torów zosta³ ustalony za pomoc¹
diody Zenera D5, która polaryzuje
ich bazy. Tranzystory T10 i T11
spe³niaj¹ rolê kolejnego stopnia
wzmacniaj¹cego, którego obci¹-
¿eniem s¹ stopnie polaryzuj¹co-
steruj¹ce koñcówkê mocy (T9, T12
i T13). Pomiêdzy bazy i kolektory
tranzystorów T10 i T11 w³¹czono
kondensatory o pojemnoci zaled-
wie 10pF, które zapobiegaj¹ wzbu-
dzaniu siê wzmacniacza. Konden-
sator C10 w³¹czony równolegle do
R22 poprawia jakoæ odpowiedzi
impulsowej wzmacniacza, co ma
szczególne znaczenie dla sygna³ów
wejciowych o kszta³cie zbli¿onym
do prostok¹tnego.
Tranzystor T9 wraz z otaczaj¹-
cymi go elementami s³u¿y do
poprawnego spolaryzowania stop-
ni koñcowych w stanie spoczyn-
kowym. Za pomoc¹ potencjometru
P1 wartoæ pr¹du spoczynkowego
nale¿y ustawiæ na ok. 100mA na
ka¿d¹ ga³¹ (komplementarn¹ parê
tranzystorów mocy) wzmacniacza.
W przypadku wykonania uk³adu
w wersji przedstawionej na sche-
macie z rys. 1, ca³kowity pr¹d
spoczynkowy koñcówki mocy po-
winien wynosiæ ok. 530mA.
Wyjciowymi elementami
wzmacniacza s¹, po³¹czone rów-
nolegle, unipolarne tranzystory
mocy T1..8 oraz T19, T20. Po³¹-
czone równolegle pary tranzysto-
rów mocy skonfigurowano jako
wtórniki napiêciowe o bardzo du-
¿ej wydajnoci pr¹dowej (do 20A
w impulsie). Z tego powodu
wzmocnienie napiêciowe uzyska-
ne w dwóch wejciowych stop-
niach wzmocnienia napiêciowego
musi byæ na tyle du¿e, ¿eby
uzyskaæ odpowiednio du¿¹ amp-
litudê napiêcia na wyjciu. Wspó³-
czynnik wzmocnienia zale¿y od
stosunku rezystancji R30/R35
i w prezentowanym przyk³adzie
wynosi 33V/V. Dla osi¹gniêcia
mocy wyjciowej dla sygna³u si-
nusoidalnego ok. 450W na obci¹-
¿eniu o impedancji 4
napiêcie
Elektronika Praktyczna 2/2001
11
W
 Altare
- wzmacniacz audio dla audiofili
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na p³ytce drukowanej.
i na-
piêciu wejciowym 1,5V moc do-
starczana do obci¹¿enia dochodzi
do 300W.
W ród³a tranzystorów mocy
w³¹czono rezystory zapobiegaj¹ce
ich uszkodzeniom, które mog³yby
wyst¹piæ w wyniku ró¿nic w re-
zystancjach kana³ów w³¹czonych
tranzystorów. Rezystory w³¹czone
szeregowo z bramkami steruj¹cy-
mi ograniczaj¹ szybkoæ ³adowa-
nia kondensatora bramkowego, co
ogranicza nieco pasmo przenosze-
nia wzmacniacza, a z drugiej stro-
ny, poprzez ograniczenie stromo-
ci zboczy sygna³ów steruj¹cych,
w pewnym stopniu zabezpiecza
tranzystory. We wzmacniaczu za-
stosowano tak¿e proste zabezpie-
czenie przeci¹¿eniowe, które za-
pobiega zbyt silnemu wysterowa-
niu tranzystorów mocy. Rolê ogra-
niczników napiêcia spe³niaj¹ dio-
dy Zenera D1 i D2, które nie
dopuszczaj¹ do wzrostu wartoci
W
napiêcia miêdzy ród³ami i bram-
kami tranzystorów mocy powy¿ej
15V.
Wzmacniacz zintegrowano z za-
silaczem, który sk³ada siê z mos-
tka prostowniczego z diodami
D5..8 oraz filtrów têtnieñ z kon-
densatorami C3, C4, C7 i C8.
W modelowym egzemplarzu za-
stosowano kondensatory o pojem-
noci 4700
stopnia wejciowego jest stosun-
kowo niewielki, poniewa¿ diody
dzia³aj¹ jak jednokierunkowe za-
wory przez które ³adunek groma-
dzi siê w kondensatorach C13
i C16. Pr¹d ³adowania ograniczaj¹
rezystory R17 i R18.
F, ale podczas prób
okaza³o siê, ¿e nale¿y zastosowaæ
kondensatory o znacznie wiêkszej
pojemnoci sumarycznej, docho-
dz¹cej nawet do 30mF na ka¿d¹
liniê zasilaj¹c¹. W liniach zasila-
nia zastosowano zw³oczne bez-
pieczniki topikowe o pr¹dzie za-
dzia³ania 10A. Obwody zasilania
stopni wejciowych zosta³y od-
dzielone od obwodu zasilania koñ-
cówek mocy za pomoc¹ szerego-
wo w³¹czonych diod D3 i D4.
Dziêki zastosowaniu tych elemen-
tów wp³yw spadku napiêcia za-
silaj¹cego, wynikaj¹cy z du¿ych
obci¹¿eñ impulsowych, na pracê
m
Monta¿ i uruchomienie
Jak wspomniano na pocz¹tku
artyku³u, zaprojektowanie p³ytki
drukowanej do wzmacniacza nie
by³o zadaniem ³atwym. Szczegól-
nie du¿o uwagi wymaga³o rozpro-
wadzenie linii masy i zasilaj¹-
cych. Schemat monta¿owy wzmac-
niacza przedstawiono na
rys. 2
.
Monta¿ wzmacniacza nie jest
specjalnie trudny. Nale¿y pamiê-
taæ szczególnie o tym, aby tran-
zystory T10, T11, T12 i T13 wy-
posa¿yæ w niewielkie radiatory,
a T9 przymocowaæ do radiatora,
na którym s¹ montowane tranzys-
tory koñcówki mocy. Radiator
tranzystorów mocy powinien byæ
jak najwiêkszy, zalecana kszta³tka
12
Elektronika Praktyczna 2/2001
wejciowe musi mieæ wartoæ ok.
1,27V. Przy obci¹¿eniu 8
Altare
- wzmacniacz audio dla audiofili
to EA1234X o d³ugoci 300mm
i wysokoci min. 100mm.
Podczas dobierania elementów
do zestawu jest bardzo wa¿ne,
aby nie obni¿aæ nominalnej mocy
rezystorów, dla których okrelono
j¹ na schemacie elektrycznym. Ta
sama uwaga dotyczy diod Zenera.
Do uruchomienia wzmacniacza
niezbêdny bêdzie transformator
o mocy ok. 500W i napiêciach na
uzwojeniach wtórnych 2x60VAC.
Alternatywnym rozwi¹zaniem mo-
g¹ byæ dwa transformatory o mocy
po ok. 250..350W z pojedynczymi
uzwojeniami wtórnymi o napiêciu
ok. 60VAC. Podczas dobierania
transformatora nale¿y zwróciæ
uwagê, aby maksymalne napiêcie
(bez obci¹¿enia) dostarczane do
koñcówki mocy nie przekracza³o
85VDC.
Drugim przyrz¹dem niezbêd-
nym do uruchomienia wzmac-
niacza jest miernik uniwersalny.
Przede wszystkim pos³u¿y on do
zmierzenia napiêcia zasilaj¹cego
wzmacniacz (max. ±85VDC). Na-
stêpnie nale¿y w³¹czyæ go szere-
gowo w obwód zasilania (np. za-
miast którego z bezpieczników).
Za pomoc¹ potencjometru P1
ustalamy pr¹d spoczynkowy (bez
do³¹czonego obci¹¿enia!) wzmac-
niacza na ok. 500mA, przy czym
pomiar nale¿y wykonaæ dla pew-
noci w dodatniej i ujemnej ga³ê-
zi zasilania. Ostatnim etapem
weryfikacji poprawnoci monta¿u
bêdzie sprawdzenie napiêcia sta-
³ego na wyjciu wzmacniacza.
Nie powinno byæ wiêksza od
±200mV.
Podczas wstêpnych prób naj-
wiêcej k³opotów sprawia³o (i
by³o najkosztowniejsze) wzbu-
dzanie siê wzmacniacza, co pro-
wadzi³o do niszczenia tranzysto-
rów mocy. St¹d nieco nadmia-
rowe zabezpieczenia antywzbu-
dzeniowe, w jakie wyposa¿ono
wzmacniacz.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R3, R5, R7, R9, R11, R13, R15,
R36, R37: 0,22
W
W
R17, R18: 100
W
/2W
W
R20, R25, R27: 2,2k
W
R21: 150
W
/2W
/1W
R23, R24: 100
W
W
/1W
W
R29: 6,8k
W
R30, R32: 15k
W
R31: 10k
W
W
R40, R41: 47
W
PR1: potencjometr
monta¿owy 4,7k
W
Kondensatory
C3, C4, C7, C8: 4700
m
F/100V
C9: 470nF
C10, C20: 220nF
C11, C12: 10pF
C13, C14, C16: 100
m
F/100V
C15: 22pF
C17: 1nF
C18: 2,2 do 6,8
m
F
F/25V
C21, C22: 100nF
Pó³przewodniki
D1, D2, D5, D6: D.Z. 15V/1,3W
D3, D4: 1N4007
D5..D8: BYW 21
T1..T4, T19: 2SK1530
T5..T8, T20: 2SJ201
T9, T12, T13: BD911
T10, T11: BD912
T14..T18: BC550
Ró¿ne
ARK 2/500 3,5mm
ARK2/500
ARK3/500
3 oprawy bezpiecznikowe
przykrêcane do obudowy
Transformator TST600/2*55V
Radiator
Gniazdo Canon
Gniazdo du¿y Jack 6,3mm
Podk³adki mikowe
m
Elektronika Praktyczna 2/2001
13
/5W
R2, R4, R6, R8, R10, R12, R14,
R16, R38, R39, R33, R35: 470
R19: 6,8k
R22: 6,8k
R28: 18k
R34: 10
C19: 220
Altare
- wzmacniacz audio dla audiofili
Warianty
Wzmacniacz ma stosunkowo
prost¹ budowê, ale ze wzglêdu
na zastosowanie doæ drogich
tranzystorów mocy jest kosztow-
ny. Nie wszystkim naszym Czy-
telnikom potrzebna bêdzie tak
du¿a moc wyjciowa, w zwi¹zku
z czym istnieje mo¿liwoæ wyko-
nania nieco prostszego (i tañsze-
go) wzmacniacza, którego moc
spadnie do ok. 200W przy ob-
ci¹¿eniu 8
i 350W przy obci¹-
Przeprowadzone próby da³y dob-
ry efekt, przy czym zalecane jest
wykorzystanie przynajmniej trzech
par tranzystorów mocy. Wraz
z ograniczaniem liczby wykorzysty-
wanych tranzystorów nale¿y zad-
baæ o ograniczenie wartoci napiê-
cia wejciowego wzmacniacza. Na-
le¿y tak¿e zmniejszyæ wartoæ pr¹-
du bezpieczników topikowych. Do
uproszczonych obliczeñ mo¿na wy-
korzystaæ podstawowe wzory:
- moc wyjciow¹ liczymy ze wzo-
ru: P=U
2
/R (R - rezystancja
obci¹¿enia),
- wzmocnienie napiêciowe wzmac-
niacza wynosi: k
U
=R30/R35,
- wartoæ napiêcia wyjciowego
wynosi: U
wy
=U
we
*k
U
, przy czym
maksymalna amplituda napiêcia
wyjciowego wynosiæ mo¿e ok.
0,65U
zas
, dla napiêcia zasilaj¹ce-
go liczonego od +U
zas
do -U
zas
.
uzyskano przy zastosowaniu nie-
zbyt wyszukanej struktury uk³adu
elektrycznego. Parametry tranzys-
torów mocy pozwalaj¹ na uzys-
kanie znacznie wiêkszej mocy
wyjciowej ni¿ w egzemplarzu mo-
delowym, lecz wymaga³oby to
przesuniêcia punktów pracy tran-
zystorów w stronê górnej, dopusz-
czalnej granicy. Poniewa¿ ceny
tranzystorów mocy s¹ wysokie,
a prawdopodobieñstwo ich uszko-
dzenia doæ du¿e, zdecydowali-
my siê na zapewnienie im du¿ego
komfortu, zwiêkszaj¹cego szanse
ich prze¿ycia podczas ekspery-
mentów.
Piotr Staszewski, AVT
serwis@avt.com.pl
. Przeróbka jest bardzo
prosta, wystarczy bowiem nie
montowaæ jednej pary tranzysto-
rów (po jednym z ga³êzi dodat-
niej i ujemnej) oraz wspó³pracu-
j¹cych z nimi rezystorów: ród-
³owego i bramkowego. Po usu-
niêciu ka¿dej ga³êzi wzmocnie-
nia nale¿y skorygowaæ pr¹d spo-
czynkowy wzmacniacza tak, ¿e-
by ka¿da zainstalowana ga³¹
pobiera³a ok. 100mA. Do tej
wartoci nale¿y jeszcze dodaæ
ok. 25..30mA na zasilanie reszty
elektroniki.
W
Wzory p³ytek drukowanych w for-
macie PDF s¹ dostêpne w Internecie
pod adresem:
?pdf/luty01.htm
oraz na p³ycie CD-
EP02/2001B w katalogu
PCB
.
Uwagi koñcowe
Prezentowany wzmacniacz cha-
rakteryzuje siê bardzo dobrymi
parametrami akustycznymi, które
14
Elektronika Praktyczna 2/2001
W
¿eniu 4
[ Pobierz całość w formacie PDF ]