NF zosilňovač s tranzistormi ThermalTrak

Publikované: 11.11.2006, Kategória: Audio technika

www.svetelektro.com

Úvod:

Na jar roku 2005 sa v sortimente známej polovodičovej firmy ON Semiconductor objavili nové NF výkonové tranzistory nazvané ThermalTrak. Sú to tranzistory veľmi vhodné pre NF aplikácie, doplnené priamo v systéme diódou určenú k snímaniu teploty pre hľadanie kľudového prúdu koncového stupňa. Dióda má zhodnú teplotnú charakteristiku ako systém tranzistorov a je umiestnená priamo v systéme čo má hneď niekoľko výhod. Teplotná väzba medzi má malú časovú konštantu, kľudový prúd je stabilný a nemení sa s časom a teplotou ako pri doteraz klasickej väzbe snímanej súčiastky cez chladič.

Redukuje sa počet súčiastok koncového zosilňovača a uľahčí sa konštrukcia – nie sú za potreby prívody k snímacej dióde, jeho elektrická izolácia od chladiča atď. Zlepšuje sa reprodukovateľnosť zapojenia. Tranzistory rady ThermalTrak sú určené hlavne pre NF použitie, ako sú High- End domáce koncové zosilňovače, profesionálne zosilňovače pre ozvučenie štadiónov, divadla a kina...

K zapojeniu:

Je to takmer ideálny súčastný výkonový stavebný diel – sú veľmi rýchle ( 30MHz ), dostatočne výkonové, typy NJL 3281 D a NJL 1302 D majú povolený trvalý prúd 15A, napätie 260V, kolektorovú stratu 200W a sú veľmi dobre aplikovateľné vďaka puzdru TO-264 s 5 vývodmi ( viac obr. 1, 2 a tab. 1 ). Dióda je vyvedená samostatne na 2 vývody puzdra, v schéme zosilňovača sú tieto integrované diódy označené ako T 16 A až T 19 A. ON je veľký výrobca tranzistorov rady NJL a je tu predpoklad ľahkej dostupnosti a nízkej ceny týchto tranzistorov, pretože sa vyrábajú v ČR. V dokumentácií výrobcu je uvedená možná aplikácia týchto tranzistorov – schéma je na obrázku 4. Ten však vyžaduje pre dobrú funkciu dve symetrické napájacie napätia rôznej veľkosti čo komplikuje stavbu zdroja. Nie je ale zaručené jeho chovanie v prechodových javoch pri zapnutí zosilňovača a pri výpadku niektorej vetvy napájania. Preto je zapojenie upravené veľmi dobrého a osvedčeného zosilňovača LEACH AMP, uverejneného s rôznymi obmenami i v PE a KE. Tento zosilňovač ma niekoľko výhod – je veľmi dobre reprodukovateľný, kmitočtovo naprosto stabilný, pomerne jednoduchý, rýchly – má pomerne veľkú výkonovú šírku pásma, má veľmi malé všetky druhy skreslenia atď. Zapojenie bolo upravené a nakreslila sa doska DPS na 2 páry komplementárnych tranzistorov ThermalTrak s 5 vývodmi. Vznikol tak malý a kompaktný ľahko aplikovaný modul o rozmeroch DPS 102x88 mm s tranzistormi priamo na DPS. Tento modul dá pri dobrom chladení a napájaní 2x63V NF výkon okolo 200W/ 8Ohm alebo min. 300W/ 4Ohm o kmitočtovej charakteristike a skreslení nemá cenu vôbec hovoriť. Podľa grafu ( obr. 3 ) v dokumentácií výrobcu by zosilňovač s týmito tranzistormi mal mať skreslenie okolo 0,0008% pri 1kHz. Zostavený modul je určený k montáži na chladič a celok sa potom namontuje napr.: do reproduktorovej sústavy... Výroba modulu trvá pár hodín a nastavenie spočíva iba v nastavení kľudového prúdu. Zapojenie zosilňovača je na obrázku 5. Zosilňovač je zapojený prísne symetricky v komplementárnom zapojení, s diferenčným vstupným zosilňovačom. Snímacie diódy, ktoré sú integrované v puzdre ( označené v schéme ako T 16 A až T 19 A ) sú zapojené do série, vysokofrekvenčne sú oddelené od zbytku zapojenia rezistormi R 25 a R26. Modul zosilňovača je umiestnený na DPS ( obr. 6 ). Po vyvŕtaní, ... skontrolujte spoje, prečítajte si tento článok, vrátane poznámok o výbere súčiastok a potom osaďte súčiastky, vrátane chladičov pre T14 a T15, takisto aj na koncové tranzistory T16 až T19. Pod tranzistory T9, T11, T12 a T13 dajte plastové podložky. Skontrolujte spájkovanie. Koncové tranzistory najskôr umiestnite izolovane na chladič, a až potom ich zaspájkujte do DPS, kvôli tomu aby tranzistory neboli teplotne namáhané. Tranzistory v puzdre TO-264 sa ľahko upevňujú, diera je izolovaná, takže stačí použiť iba izolačnú podložku. Pamätajte na dostatočne veľký chladič pre koncové tranzistory, hlavne vtedy ak budete využívať ( čo je aj veľká pravdepodobnosť ) max. napájacieho napätia +/-63V. Pri záťaži iba 8Ohm až 16 Ohm je možné pripustiť aj vyššie napájacie napätie, ale musia sa použiť príslušné filtračné kondenzátory na DPS na napätie minimálne 100V. Malá veľkosť modulu zvádza k použitiu aj malého chladiča, ale skutočnosť je taká, že pre spoľahlivú činnosť modulu je za potreby použiť rebrový chladič s tepelným odporom min. 1,5 °C/ W pre zaťaženie zosilňovača hudobným signálom. Pre použitie menšieho chladiča je nutné použiť nútené chladenie napr.: ventilátor z PC. Napäťové zosilnenie modulu je asi 20, takže pre výstupný výkon 200W/ 4Ohm ( výstupné napätie 28,3V ) ja za potreby vstupne napätie asi 1,42V. Napäťové zosilnenie je možné zvýšiť úmerným zmenšením odporu rezistora R19, napríklad pre vybudenie záťaže s impedanciou 8Ohm. Pokiaľ použijete modul ako súčasť koncového zosilňovača ( PA ) v hudobnej alebo v štúdiovej praxy, nezabudnite mu predradiť stupeň zaisťujúci možnosť budenia symetrickým signálom. Vývody napájania, zeme a výstupu sú na konektoroch FASTON 4,8 mm, vstup zosilňovača je na konektore ( jumper ) 2,5 mm, ktorý sa používa v PC. Zosilňovač má dve zeme, jednu silovú a druhú vstupnú. Stred symetrického napájacieho napätia a výstupná zem pre reproduktor sa privádza na silovú zem, na vstupnú zem je privedená zem vstupného signálu. Obidve zeme sú na DPS prepojené rezistorom. Vylúči sa tak vplyv zemných smyčiek pri nesprávnom prepojení predzosilňovača a koncového stupňa. Zeme sú spolu so signálom vyvedené na vstupnom konektore, s predzosilňovačom sa modul prepojí dvojžilovým stieneným káblom ( symetrickou linkou ). Pre prepojenie s predzosilňovačom je možné využiť napr.: káblik s konektormi určené k analógovému prepojeniu výstupu CD Rom. Tienenie káblika sa prepojí na silovú zem na jednom konci, zem ( spätný vodič ) na signálovú zem a signál na vstup. Boucherotov člen RC sa zapojí priamo na svorky určené pre reproduktor. Pozor na montáž rezistoru R42. Pri rozkmitaní zosilňovača napr.: po pripojení netieneného vstupného káblika a jeho väzbe s výstupom sa môže R42 prehriať a zhorieť. Skontrolujte ešte raz osadenie DPS. Vytočte trimer P1 na najväčší odpor. Napájanie pripojte cez poistky F1A a pomocné rezistory asi 33Ohm/ 10W zaradené do série v napájaní. Záťaž a zdroj signálu zatiaľ nepripájajte. Pripojte napájanie, najprv asi 2x40V. Zmerajte výstupne jednosmerné napätie, nemalo by byť väčšie ako 20mV, typicky bude okolo 5mV a menej. Jeho polarita a veľkosť záleží na tolerancii rezistorov a párovania tranzistorov v napäťovej časti, mení sa i s kľudovým prúdom. Občas sa podarí trafiť súčiastky tak, že je toto napätie takmer nulové. Preto sú v týchto pozíciách predpísané hodnoty súčiastok z rady E24, aby to nezvádzalo k použitiu rezistorov s veľkou toleranciou. Je vhodné vybrať dvojice rezistorov v symetrických polovinách zosilňovača na čo najmenšiu vzájomnú odchýlku. Na absolútnej hodnote nezáleží, ale poloviny musia byť pokiaľ možno symetrické. Kontrolujte symetriu limitácie a chovanie zosilňovača najprv bez záťaže. Pokiaľ je všetko poriadku ( nie je dôvod, aby nebolo, pracovali ste pri osadzovaní precízne a použili dobré súčiastky ), vyraďte pomocné rezistory v napájaní a poistky vymeňte za F5A. Pripojte záťaž 8Ohm/ 200W. Kontrolujte chovanie zosilňovača a oteplenie tranzistorov. Zatiaľ je kľudový prúd minimálny ( P1 je predsa na maxime ), môže sa prejaviť malé prechodové skreslenie pri malých signáloch a prechodu výstupného signálu nulou. Zvýšte napájacie napätie na plnú hodnotu, max. +/-65V. Nastavte výstupné napätie zosilňovača asi na 100mV, 10kHz. Trimrom P1 nastavte kľudový prúd tak, až zanikne prípadné prechodové skreslenie. Kľudový prúd je prekvapivo malý, rozhodne nebude nutné nastavovať stovky mA, jak je doporučené u niektorých konštrukcií. Rozumný kľudový prúd celého zosilňovača bude tak 50mA. Potom už môžete zosilňovač vyskúšať už pri plnej záťaži 4Ohm, kontrolovať kľudový prúd po ohriatí chladiča a radovať sa z jeho stability dosiahnutej použitím tranzistorov ThermalTrak.

( obr. 1 ):

( obr. 2 ):

( tab. 1 ):

( obr. 3 ):

( obr. 4 ):

( obr. 5 ):

( obr. 6 ):

 

( Hotový modul ):


Zoznam súčiastok:

Rezistory: ( tolerancia 5% a nižšia )

R1 – 2,2kOhm
R2 – 20kOhm
R3 až R10 – 300Ohm
R11, R12 – 1,2kOhm
R13, R14 – 2,2kOhm
R15, R16 – 12kOhm
R17, R18 – 10kOhm
R19 – 1kOhm
R20 – 22kOhm
R21, R22 – 30Ohm
R23, R24 – 360Ohm
R25, R26, R277 – 1kOhm
R28, R29 – 82Ohm
R30, R31 – 330Ohm
R32 – 220Ohm
R33 až R36 – 8,2Ohm
R37 až R40 – 0,22Ohm/ 4W, veľ. 206
R41 – 10Ohm/ 4W, veľ. 817, rastr 22,5, na ňom navinutá cievka L1
R42 10Ohm/ 4W, umiestnený mimo DPS na výstupných svorkách
R43 – 82Ohm
P1 – 2 až 2,5kOhm, trimer, viacotáčkový, rozmer napr.: 64Y


Kondenzátory:

C1 – 330pF/ ker.
C2, C3, C11, C16, C17, C18, C19 – 100nF/ 63V, plast.
C14, C15 – 47nF/ 63V, SMD, prispájkované k vývodom C12, C13 zo strany spojov
C4, C5, C12, C13 – 100uF/ 63V
C6 – 220uF/ 35V ( bipolárny )
C7 – 150pF/ ker.
C8 – 47pF/ ker.
C9, C10 – 10pF/ ker.
C20 – 100nF/ min. 160V, plast., umiestnený mimo DPS na výstupných svorkách
C21 – 1uF/ 63V, plast.


Polovodičové súčiastky:

T1, T2, T5, T7, T10 – MPSA06 ( NPN, 80V, 500mA, 100MHz )
T3, T4, T6, T8 – MPSA56 ( PNP )
T9, T13 – 2N5416 ( PNP, 350V, 1A, 15MHz )
T11, T12 – 2N3440 ( NPN )
T14 – MJE15030, na chladiči ( NPN 150V, 8A, 30MHz )
T15 – MJE15031, na chladiči ( PNP )
T16, T18 – NJL3281D
T17, T19 – NJL1302D
D1, D2 – 39V/ min. 0,5W
D3, D4 – BY500, BY399 rýchle diódy min. 3A, min. 200V


Ostatné súčiastky:
L1 – tlmivka navinutá na R41 asi 12 závitov drôtom o priemere 1 mm

 

Použitá literátura: P. E. 11/ 2005