Popis funkcie

Schéma zosilňovača LEACH AMP 200W/ 4Ohm je na obrázku 1. Zosilňovač je navrhnutý tak, aby bolo minimalizované TIM. V emitoroch vstupných diferenčných stupňov sú rezistory o odpore 300Ohm a šírka pásma zosilňovača s otvorenou slučkou spätnej väzby je upravená kondenzátormi C10 a C11 v rozkmitovom stupni a kondenzátorom C9 v spätnej väzbe medzi budičom a vstupom. Zosilňovač ma harmonické skreslenie typicky 0,01%, výkonovú šírku pásma okolo 8,5MHz a rýchlosť priebehu 60V/mikrosekunda.

Zosilňovač poskytuje plný výkon 200W do záťaže minimálne 4Ohm, pri záťaži o impedancií 2Ohm už začína reagovať prúdová ochrana. Zosilňovač znesie i veľkú kapacitnú záťaž čo je vhodné pri spojení s niektorými typmi reproduktorových výhybiek. Koncové tranzistory sú chránené napäťovo a prúdovo citlivými obmedzovacími stupňami. Celkové napäťové zosilnenie Au je určené odpormi rezistorov R17 až R19 v hlavnej slučke spätnej väzby a je asi 21 ( zisk je teda 26,4dB ). Zosilnenie je dané pomerom: Au = ( R17 + R18 + R19 )/ R19. Zaujímavé je rozdelenie spätnej väzby na dve vetvy – nad 150kHz je účinná vetva s C9 a R20 z budiča Q14, Q15 a prispieva tak k stabilite zosilňovača pri kapacitnej a komplexnej záťaži. Pre jednosmerné napätie a veľmi nízke kmitočty ( podľa voľby veľkosti kapacity kondenzátorov C6A a C6B ) je spätná väzba 100% a prispieva k jednosmernej stabilite zapojenia. Vstupnú impedanciu zosilňovača určuje odpor 20kOhm rezistora R1. Tento odpor nie je dobré príliš meniť, zosilňovač by sa „rozvážil“ a posunulo by sa kľudové napätie na výstupe. Medzi vstupnú svorku a zosilňovač je zaradený integračný článok R2, C1 typu dolná priepusť, ktorá v signály potlačuje nežiadúce kmitočty nad 200kHz. Vstupný signál sa privádza na bázy Q1 a Q3, signál spätnej väzby na bázy Q2 a Q4. V diferenčnom zosilňovači sa od vstupného signálu odčíta signál spätnej väzby a rozdiel sa prejavuje ako zmena kolektorového prúdu tranzistorov Q1 a Q3. Týmito kolektorovými prúdmi sú riadené ďalšie tranzistory Q5 a Q6 s uzemnenou bázou. Na ich kolektorových rezistoroch R11 a R12 sa potom objavuje napätie pre ďalší stupeň. Q5 a Q6 tiež zmenšujú kolektorové napätie tranzistorov Q1 až Q4 a zabraňujú ich prierazu. Bázy Q5 a Q6 sú opreté o napätie +/- 40V stabilizované dvojicami Zenerových diód D13 až D16. Dôležité sú emitorové rezistory R7 až R10. Linearizujú vstupný zosilňovač a upravujú jeho zisk tak, aby nemohol byť prebudený signálom spätnej väzby a nemohlo tak vzniknúť skreslenie TIM. K vylúčeniu TIM prispieva tiež integračný článok R2, C1, ktorý zo vstupného signálu odstraňuje kmitočty, na ktorých by mohlo vzniknúť TIM. Tranzistory Q12 a Q13 tvoria rozkmitový stupeň, ktorý napäťovo zosilňuje signál zo vstupného diferenčného zosilňovača. Pomocné tranzistory Q8 a Q9 obmedzujú maximálny prúd tranzistorov Q12 a Q13 pri aktivovaní ochranného obvodu koncových tranzistorov. Riešenie rozkmitového stupňa, rovnako ako aj ostatných stupňov je podrobne rozpísané a z dôvodené na webových stránkach pôvodného autora ( W. M. Leacha ). Dôležitou súčasťou zosilňovača je obvod pre riadenie kľudového prúdu koncových tranzistorov. Obvod je vyriešený s tranzistorom Q7, kde jeho báza je ovládaná napätím z odporového deliča. Súčasťou tohto deliča je štvorica sériovo zapojených diód D1 až D4, ktoré sú umiestnené na chladiči koncových tranzistorov a sú s nimi v tepelnom kontakte. Po zahriatí sa zmenšuje úbytok napätia na diódach a tranzistor Q7 sa otvára. Týmto sa udržuje približne kľudový prúd koncových tranzistorov. Veľkosť kľudového prúdu sa nastavuje trimrom P1. Použité riešenie má oproti bežnému snímaciemu tranzistoru výhodu v tom, že lepšie stabilizuje kľudový prúd. Rezistory R25 a R26 izolujú kapacitu diód od riadiaceho stupňa a zlepšujú tak VF vlastnosti obvodu. Budiace a koncové tranzistory Q14 až Q21 posledných troch stupňov sú v Darlingtonovom zapojení so spoločným kolektorom. Koncové tranzistory tvoria paralelne dvojice. Rezistory R41 až R44 v sérií s bázami koncových tranzistorov zabraňujú parazitným osciláciám a linearizujú činnosť týchto tranzistorov. Kľudový prúd doporučuje autor nastaviť pre celý zosilňovač okolo 100mA ( tomu zodpovedá prúd asi 40 až 45mA každým tranzistorom ). Tento prúd nemusí byť až tak veľký, keďže prechodové skreslenie sa stráca už pri celkovom odbere modulu, t. j. asi 30 až 40mA. Koncové tranzistory sú chránené obvodom, ktorý obmedzuje ich maximálny prúd. Ochranný obvod obsahuje tranzistory Q10 a Q11, ktoré snímajú napätie na emitorových rezistoroch R45 až R48 koncových tranzistorov. V bežnom prevoze sú tranzistory Q10 a Q11 nevodivé. Pri zvýšení prúdu napr. koncových tranzistorov Q18 a Q20 nad stanovenú hodnotu sa úbytkom napätia z R45 a R47 cez delič R37, R39 a R28 otvorí tranzistor Q10 a obmedzí budenie tranzistora Q14 čím sa zmenší i budenie koncových tranzistorov. Podobne funguje i tranzistor Q11 v dolnej vetve zosilňovača. Reakcia ochrany pri prechodových javoch je optimalizovaná kondenzátormi C17 až C20. Diódy D11 a D12 chránia koncové tranzistory proti prechodnému napätiu opačnej polarity, napr. pri indukčnej záťaži.

Stavba zosilňovača

Všetky súčiastky koncového zosilňovača s výnimkou koncových tranzistorov Q18 až Q21, diód D1 až D4 a Boucherotovho člena R50, C25 sú prispájkované na DPS. Návrh DPS je na obrázku 2 a jej osadenie na obrázku 3. Je dobre pred osadením DPS súčiastkami, premerať si každú súčiastku. Vstupné tranzistory je dobré vybrať aspoň také, aby mali rovnaký zosilňovací činiteľ a napätie U be pri prúde asi 3mA. Párovanie v celom pracovnom rozsahu je obtiažne, vybrať zhodné dvojice jednej polarity je možné, ale u komplimentarných párov sa málokedy podarí, aby charakteristiky si boli v predpokladanej pracovnej oblasti aspoň podobné. Zenerové diódy vyberte s úplne rovnakým napätím pri záťaži 3 až 5mA. Pokiaľ sa párovanie podarí dobre, zosilňovač má potom na výstupe minimálne výstupné jednosmerné napätie. V skratke povedané tento zosilňovač na to, aby pracoval čo najlepšie potrebuje súčiastky s čo najmenšou odchýlkou a to platí najmä pre rezistory a aktívne prvky!!! Koncové tranzistory sa na DPS nespájkujú, ale prepájajú sa masívnejšími vodičmi. Koncové tranzistory, ak budú na jednom spoločnom chladiči treba ich od seba galvanicky izolovať. Snímacie diódy sa upevňujú na chladič a prepoja sa vodičmi – aj u diódach aj u tranzistoroch vodiče musia byť pokiaľ je to možné čo najkratšie! Pre lepšiu montáž snímacích diód je možné použiť diódové mostíky, ktoré majú montážny otvor na chladič ( je to síce drahšie riešenie, ale zároveň aj kvalitnejšie – stačia 3 až 5A mostíky ). Ak by ste sa rozhodli dať tranzistory na chladič bez použitia podložky je to možné tak, že tranzistory PNP dáte na jeden chladič a tranzistory NPN na druhý. Tu treba dávať pozor, že pri montáži do krabice treba tieto chladiče odizolovať od nej. Dokladám aj nejaké obrázky ohľadom montovania snímacích diód a uchytenie koncových tranzistorov.

( obr. 1 ), schéma zapojenia:

( obr. 2 ), návrh DPS ( veľkosť: 107×99 mm ):

( obr. 3 ), osadenie DPS:

Takto môže vyzerať montáž diódových mostíkov a koncových tranzistorov:

Zoznam súčiastok:

R1 – 20kOhm

R2 – 2kOhm

R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 – 300Ohm

R27 – 1,2kOhm

R13, R14 – 2,2kOhm

R15, R16 – 12kOhm

R17, R18 – 11kOhm

R19 – 1,1kOhm

R20 – 22kOhm

R21, R22 – 30Ohm

R23, R24 – 360Ohm

R25, R26 – 1kOhm

R28, R29 – 270Ohm

R30, R31 – 3,9kOhm

R32, R33, R51 – 82Ohm

R34, R35 – 330Ohm

R36 – 220Ohm

R37, R38, R39, R40 – 680Ohm

R41, R42, R43, R44 – 10Ohm

R45, R46, R47, R48 – 0,33Ohm/ 5W, drôtový

R49, R50 – 10Ohm/ 2W, vrstvový ( nie metaloxidový )

P1 – 2,2kOhm, trimer 10 otáčkový

C1 – 390pF/ ker.

C2, C3, C15, C16, C23, C24, C25 – 0,1uF/ 100V/ fóliový

C7, C12, C17, C18 – 0,1uF/ 50V/ ker.

C4, C5, C13, C14, C21, C22 – 100 alebo 220uF/ 63V/ rad.

C6A, C6B – 330uF/ 63V/ rad.

C8 – 180pF/ ker.

C9 – 47pF/ ker.

C10, C11 – 10pF/ ker.

C19, C20 – 10nF/ 50V/ ker.

L1 – tlmivka, 12 závitov drôtom CuL o priemere min. 1mm, navinutého na R49

D1, D2, D3, D4, D11, D12 – 1N 4004 alebo 1N 4007

D5, D6, D7, D8, D9, D10 – 1N 4148

D13, D14, D15, D16 – Zenerová dióda 20V/ 0,8W ( min. )

Q1, Q2, Q5, Q7, Q9, Q10 – MPS 8099 alebo MPSA 06

Q3, Q4, Q6, Q8, Q11 – MPS 8599 alebo MPSA 56

Q13, Q14 – 2N 3440, 2N 3439

Q12, Q15 – 2N 5416, 2N 5415

Q16 – MJE 15030

Q17 – MJE 15031

Q18, Q20 – MJ 15003

Q19, Q21 – MJ 15004

Prípadné nejasnosti a otázky ohľadom riešenia zdroja pre tento zosilňovač alebo otázky všeobecne ohľadom tohto zosilňovača smerujte, buď na dole spomínaných autorov alebo aj na mňa, kontakty mám na stránke.

Použitá literátura: K .E. 6/ 2003, Vojtěch Voráček, webové stránky W. M. Leacha.

• O autorovi
• Najnovšie príspevky

zawin

Administrátor webu SVETELEKTRO.COM. Pracujem vo firme GOSPACE TECH ako HW a SW inžinier v oblasti IoT - www.fleximodo.com

Najnovšie články od zawin (zobraziť všetky)

• Novinky na webe SVETELEKTRO - 12. decembra 2020
• TEPLOMĚR DO UDÍRNY - 21. júla 2020
• Výsledky súťaže o najlepší výrobok–4. kolo - 23. decembra 2019