УЗЛЫ ЗАЩИТЫ ЗВУКОВЫХ КОЛОНОК

Практически все современные линейные усилители мощности звуке» вой частоты построены с использованием двухполярного источника питания и о непосредственной (без разделительного конденсатора) связью с нагрузкой. Та» кая структура усилителя при всех достоинствах имеет один весьма существен­ный недостаток — возможность появления на выходе усилителя в случае его неисправности постоянного напряжения и, следовательно, выхода из строя дорогостоящей высококачественной динамической головки. Это обстоятельство вызывает необходимость в использовании специальных защитных устройств, отключающих нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного нап­ряжения. Неизбежная проблема, возникающая при создании таких узлов, сос­тоит в определении времени их срабатывания. Позднее срабатывание чревато выходом из строя головки. Преждевременное срабатывание может отключить систему при прохождении через усилитель сигнала очень низкой частоты. По­этому необходим некоторый компромисс при определении времени задержки срабатывания. Как показывает практика, достаточно 2 с, чтобы устройство ващиты не срабатывало при любых нормальных звуковых сигналах, но прв появлении неисправности отключала громкоговоритель без его теплового пов­реждения.

Кроме того, известно, что при включении питания возникает громкий щел­чок, вызванный переходными процессами в усилителе. Для устранения этого явления необходимо подключать громкоговорители к выходу усилителя с не­которой задержкой, достаточной для завершения переходных процессов (обыч­но 2... 3 с). Эту функцию также возлагают на устройство защиты.

Далее рассмотрены простые, но достаточно эффективные узлы защиты к задержки включения.

Устройство защиты и задержки подключения громкоговорителей на двух транзисторах. Оно имеет следующие основные технические характеристики:

Время задержки.............. 2 с

Напряжение срабатывания........... ±1,5 В

Напряжение питания............ 24 В

Ток потребления.............. 40 мА

На рис. 92 приведена принципиальная схема защитного устройства, под­ключающего громкоговорители с задержкой и отключающего их при появлении постоянного напряжения на выходе усилителя. В нормальном режиме работы усилителя при включении питания конденсатор С2 заряжается через резистор R6. Через некоторое время (2 с), определяемое номиналами С2 и R6, напря­жение на базе транзистора VT2 возрастает до значения, достаточного для его открывания. Реле K1 срабатывает и его контакты подключают громкоговори­тели к выходам стереоусилителя. Этим обеспечивается задержка подключения громкоговорителей к выходу усилителей.

Рис. 92. Принципиальная схема устройства защиты и задержки подключения громкоговорителей на двух транзисторах

При появлении на выходе усилителя постоянного положительного напря­жения оно через ФНЧ Rl, R2 С1 и диод VD2 открывает транзистор VT1, при этом напряжение на базе транзистора VT2 уменьшается и VT2 закрывается. Постоянное напряжение отрицательной полярности на выходе усилителя через диод VD1 также закрывает транзистор VT2. При этом срабатывает реле K1 и его контакты отключают громкоговорители. При нормальной работе усилиселя ФНЧ шунтирует вход узла защиты, предотвращая его срабатывание о» сигналов звуковых частот.

Для монтажа устройства использована унифицированная монтажная пла~ та. В нем применены резисторы МЛТ-0,25, МЛТ-0,5, конденсаторы К50-6. Вместо транзисторов КТ315Г можно использовать КТ342А, КТ3102А. В уст­ройстве применено реле РЭС-47 (паспорт РФ4.500.417).

Налаживание узла защиты заключается в проверке правильности монтажа. Для работы необходим стабилизированный источник питания напряженней 24 В и током около 40 мА. Для проверки срабатывания на вход нужно по­дать постоянное напряжение около ±1,5 В.

Устройство защиты и задержки включения громкоговорителей на микро­схемах. Основной недостаток узла защиты на транзисторах заключается в сле­дующем. Сигналы с выходов отдельных каналов стереоусилителя подводятся через резисторы R1 и R2 и суммируются (см. рис. 92). Возможен случай {правда маловероятный), когда постоянные напряжения на выходах каналов могут иметь разную полярность и равные значения, и суммарный сигнал на входе защитного устройства будет соответствовать нормальной работе уси­лителя. При этом узел защиты не срабатывает, и громкоговорители обоих ка­налов выйдут из строя. Кроме того, в подобных устройствах используются конденсаторы довольно большой емкости.

На рис. 93 приведена схема узла защиты, в котором эти недостатки уст­ранены. Устройство защиты имеет следующие основные технические характе­ристика

Время задержки..............2оп

Напряжение срабатывания...........±2 В

Напряжение питания............+24 В

Ток потребления..............40 мА

Рис. 93. Принципиальная схема логического узла (а) и полная схема устройства защиты и задержки включения громкоговорителей на микросхемах (б)

Принцип работы устройства защиты основан на использовании пороговый свойств КМОП цифровых микросхем. Если подать смещение с помощью ре-аисторов R1 — R4 (см. рис. 93,а) на входы А и В микросхемы DD1 и DD2 та-ним образом, чтобы на входе А был потенциал выше порога срабатывания микросхемы, а на входе В — ниже, то на выходе Е будет присутствовать напряжение высокого уровня. Это состояние будет сохраняться, пока постоян­ное напряжение на входе С будет составлять ±2 В. Если напряжение станет выше +2 В, переключится микросхема DD2, если меньше — 2 В, сработает микросхема DDL При этом на выходе Е будет напряжение низкого уровня {лог. 0). Узел также обеспечивает задержку появления напряжения высокого уровня (лог. 1) на выходе Е в несколько секунд, определяемую временем за­рядки конденсатора С1 через резистор R3 до уровня выше U_Нит/2.

Полная схема устройства защиты приведена на рис. 93,6. Сигналы с вы­ходов левого и правого каналов стереоусилителя поступают на компараторы иа элементах DD1.1, DD1.3 и DD1.2, DD1.4. Пороги срабатывания компара­торов определяются резисторами Rl — R8. При нормальном режиме работы усилителя на выходах элемента DD1.3 и DD1.4 при включении питания при­сутствует напряжение низкого уровня и транзисторы VT1 и VT2 закрыты. По мере зарядки конденсаторов С1 и СЗ напряжения на входах (выводы 1 и 8) эле­ментов DD1.1 и DD1.2 растут и, как только они превысят порог срабатывания, на выходах компараторов появится напряжение высокого уровня: транзисторы VT1 и VT2 откроются, реле К1 сработает, и его контакты подключат громко­говорители к выходам стереоусилителя. Появление постоянного напряжения любой полярности выше 2 В на выходе любого канала вызывает срабатыва­ние одного из компараторов, закрывание одного из транзисторов и отключение контактами реле громкоговорителей.

Узел защиты смонтирован на унифицированной монтажной плате с ис­пользованием переходной платы для распайки микросхемы. В нем использо­ваны резисторы МЛТ-0,25, конденсаторы К53-1, КМ-6. Вместо указанной на схеме можно использовать также микросхемы типов К176 и К561. В устрой­стве защиты использовано реле типа РЭС-47 (паспорт РФ4.500.417).

Налаживание узла заключается в установлении порогов срабатывания компараторов подбором резисторов R5 — R8. Для работы устройства необхо­дим стабилизированный источник питания напряжением 24 В и током около 40 мА.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

В составе каждого усилительного устройства необходим источник пи­тания, который должен вырабатывать в общем случае одно или несколько значений постоянного напряжения. Являясь самым незаметным узлом в трак­те усилителя, источники питания по доставляемым хлопотам занимают одно нэ первых мест.

В связи с большим потреблением мощности усилителем 34 необходимое для ere питания постоянное напряжение получают трансформированием и по­следующим выпрямлением напряжения сети. Полученное таким способом нап­ряжение питания изменяется в зависимости от уровня входного звукового сиг-нала и колебаний сети и, как правило, имеет заметную пульсацию. Поэтому в цепь питания (особенно для питания предварительных каскадов усилителей 34) включают стабилизатор напряжения, который компенсирует эти изменения напряжения. Однако стабилизированные источники питания, обеспечивающие высокую стабильность (0,05%) и малый уровень пульсаций (5... 10 мВ) вы» ходнего напряжения, достаточно дороги, а в некоторых цепях (например, око­нечный усилитель мощности) и не обязательны. Для большинства усилителей 34 приемлемое значение нестабильности выходного напряжения составляет ±5% для выходного каскада и ±0,5% для предварительных каскадов уси­ления.

При выборе режимов работы и отдельных элементов источников питани» необходимо руководствоваться следующими замечаниями.

Мощность трансформатора выбирают выше музыкальной мощности (мощ­ности, которую может обеспечить усилитель с определенным коэффициентом гармоник, например K_г = 5%, при воспроизведении сигнала импульсного харак­тера (речь, музыка), если выходное напряжение источника питания не меня­ется при наличии или отсутствии входного сигнала) усилителя примерно на 20%. Выбор конденсаторов и диодов проводится не по установившемуся ре­жиму, а по предельным значениям тока, возникающего в момент включе­ния, так как разряженный конденсатор в момент включения выпрямителя эк­вивалентен короткозамкнутой цепи. Импульсный ток диода в этот момент не должен превышать допустимого значения. Для ограничения броска тока в мо­мент включения достаточно между вторичной обмоткой и выпрямителем вклю­чить резистор сопротивлением 0,5 Ом. Этот резистор одновременно ограничи­вает бросок тока через конденсатор фильтра и защищает сетевой предохрани­тель от выгорания в момент включения.

Рабочее напряжение конденсатора выбирают на 25% выше, чем выходное напряжение выпрямителя из расчета на наихудший вариант — отсутствие на­грузки при максимальном напряжении сети. Конденсатор фильтра должен сглаживать чрезмерные пульсации тока, иначе из-за рассеивания мощности электролитические конденсаторы нагреваются, и срок их службы сокращается.

Далее рассмотрены источники питания для усилителей 34, в которых уч­тены перечисленные требования.

Простой нестабилизированный источник питания. Для питания совреыек-ных усилителей мощности в большинстве случаев используют нестабилизиро­ванный источник напряжения. При этом питание предварительны! каскадов усилителя производят от этого же источника через маломощные параметри­ческие стабилизаторы и сглаживающие фильтры. С ростом сигнала ток потреб­ления усилителя увеличивается, напряжение в нестабилизированном источнике падает, пульсации становятся больше. Эти отклонения питающего напряжения не оказывают существенного влияния на работу усилителя при правильно выб­ранных параметрах источника питания и режимах работы функциональных узлов усилителя 34. Практическая схема нестабилизированного двухполярного источника питания приведена на рис. 94. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . . ±24 В

Номинальный ток нагрузки выпрямителя....... 2 А

Номинальное выходное стабилизированное напряжение , . , ±15 В

Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 40 мА

Коэффициент пульсаций выходного напряжения выпрямителя при токе нагрузки 2 А.......... 10%

Коэффициент пульсаций выходного напряжения стабилизатора при токе нагрузки 40 мА........... 1%

Выходное напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т1 выпрям« яяется мостовым однофазным двухполупериодным выпрямителем (диоды VD1 — VD4) и сглаживается конденсаторами фильтра С2, СЗ. Для питания предва­рительных каскадов используют параметрические стабилизаторы на элементах R6, VD5, С4 и R7, VD6, С5. Включение источника питания индицируется све-тодиодом HL1.

Отметим характерные особенности рассматриваемого узла. Так, для под­ключения источника питания в сеть нужно использовать трехпроводный сете­вой провод, где один из проводов служит для заземления кожуха усилителя. Такое включение обеспечивает безопасность работы с усилителем. В этом случае при пробое изоляции трансформатора или случайном контакте одной из шин питания с кожухом прибора сгорит лишь предохранитель FU1, отклю­чив усилитель от сети. В качестве предохранителей FU1 — FU5 применяют мед­ленно действующие плавкие предохранители, так как в момент включения имеют место большие токи переходных процессов (например, при зарядке кон­денсаторов фильтров). Предохранитель FU1 выбирается из расчета, чтобы ток срабатывания предохранителя был больше, чем значение номинального тока усилителя, по крайней мере, на 50%.

Рис. 94. Принципиальная схема нестабилизированного источника питания (конденсаторы С2, СЗ на напряжение 50 В)

Цепь из последовательно соединенных резистора R1 и конденсатора С1, подключенная параллельно первичной обмотке трансформатора, предупрежда­ет появление больших переходных процессов индуктивного характера, которые могут возникнуть при выключении усилителя. Эти процессы не только создают помехи для других рядом работающих приборов, но также разрушают кон­такты выключателя. Резисторы R4 и R5, шунтирующие конденсаторы С1 и С2, разряжают эти конденсаторы за несколько секунд в условиях отсутствия наг­рузки, что очень важно при отладке усилителя. При их отсутствии конденса­торы С1 и С2 остаются заряженными после выключения усилителя и можно повредить какие-либо элементы, особенно измерительные приборы.

Непосредственно на выходе стабилизаторов установлены высокочастотные конденсаторы С7 и С6 (КМ-6). Они сглаживают переходные процессы и обес­печивают полное выходное сопротивление стабилизаторов на низком уровне на высоких частотах, исключая тем самым возможное самовозбуждение пред­варительных каскадов.

В качестве силового можно использовать любой трансформатор, имеющий вторичную обмотку с отводом от середины, рассчитанную на напряжение 2Х Х17 В и ток не менее 2 А. Например, при использовании тороидального маг-нитопровода ОЛ50/80-40 из стали Э320 первичная обмотка на напряжение 220 В содержит 1220 витков провода ПЭВ-2 0,31, а вторичная — 2Х10З вит­ка провода ПЭВ-2 0,8. Экранирующая обмотка выполняется проводом ПЭВ-2 0,12 в один слой. В источнике питания использованы конденсаторы К50-18, К50-6, КМ-6, резисторы МЛТ-0,5, МЛТ-0,25, конденсатор С1 — МБГО на 600 В.

При монтаже предохранителя FU1 сетевой провод подводится только к заднему выводу держателя предохранителя, чтобы исключить случайное со­прикосновение с силовой линией при смене предохранителя. Также необходи­мо тщательно производить монтаж выключателя SB1 на передней панели (ис­пользовать провода хорошего качества, после пайки сетевых выводов контак­ты SB1 изолировать). Общий провод и цепи питания каждого функциональ­ного узла подсоединяют к стабилизатору отдельными проводами непосредст­венно к диодам стабилизатора (VD5 и VD6). Общий провод источника подключают к корпусу усилителя в одной точке вблизи наиболее чувствительного функционального узла.

Налаживание узла не потребуется, если монтаж проведен правильно о учетом указанных рекомендаций и с использованием исправных элементов.

Источник питания с устройством задержки подключения громкоговорите­лей. Он имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . , ±24 В

Номинальный ток нагрузки выпрямителя....... 2 А

Номинальное выходное стабилизированное напряжение . . . ±15 В

Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 40 мА

Время задержки, приблизительно......... 2 с

На рис. 95 приведена схема источника питания с устройством задержки подключения громкоговорителей. Источник питания аналогичен приведенному на рис. 94. Для устранения щелчков при включении усилителя используется устройство задержки подключения громкоговорителей, выполненное на тран­зисторе VT1. Время задержки подключения определяется временем зарядки конденсатора С5 через резистор R7. В качестве трансформатора Т1 желатель­но использовать тороидальный трансформатор, обладающий меньшим полем рассеивания по сравнению с обычными.

В данном источнике питания использованы такие же элементы, что и в простом нестабилизированном источнике (рис. 94). Кроме того, применены реле РЭС-47 (паспорт РФО.500.417), конденсаторы К50-24, диод КД102. Помимо указанного на схеме можно применить транзисторы типа К.Т603 или КТ608.

Для монтажа устройства задержки использована унифицированная мон­тажная плата.

Рис. 95. Принципиальная схема источника питания с устройством задержки под­ключения громкоговорителей [С2 — С5 на напряжение 50 В)

Как и предыдущий источник питания, данный узел настраивать не тре­буется. Время задержки при желании можно изменять подбором резистора R7 или конденсатора С5.

Комбинированный источник питания. Онимеет следующие основные тех­нические характеристики:

Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . . ±24 В

Номинальный ток нагрузки.........., 2 А

Номинальное выходное стабилизированное напряжение . , . ±15 В

Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 0,1 А

Коэффициент пульсаций выходного напряжения выпрямителя при токе нагрузки 2А............ 10%

Коэффициент пульсации выходного напряжения стабилизатора при токе нагрузки 0,1 А . . . . . . , 0,1%

Для уменьшения влияния усилителя мощности на каскады предваритель­ного усиления по цепям питания желательно напряжение питания предвари­тельных каскадов снимать с отдельной обмотки трансформатора. При этом для улучшения фильтрации можно использовать более сложный стабилизатор, например, как показано на рис. 96. Нестабилизированный источник питания здесь не отличается от описанных ранее. Питание же на предварительные кас­кады формируется от напряжения с дополнительной обмотки трансформатора. Выпрямленное диодами VD3, VD4, VD7, VD8 напряжение поступает на вхо­ды простых стабилизаторов положительного (транзисторы VT1, VT3) и отрица­тельного (VT2, VT4) напряжения. На транзисторах VT1 и VT2 собраны ис­точники постоянного тока для стабилитронов VD13 и VD14 соответственно. Транзисторы VT3 и VT4 включены по схеме эмиттерных повторителей.

Трансформатор Т1 аналогичен трансформатору Т1 на рис. 94. Дополни­тельная обмотка содержит 2Х10З витка провода ПЭВ-2 0,31. Стабилизаторы собраны на унифицированной монтажной плате. Транзисторы VT3 и VT4 необходимо установить на небольшой радиатор, в качестве которого можно использовать уголок размерами 25X25X32 мм из алюминия толщиной 2 мм. В источнике питания использованы детали, аналогичные примененным в преды­дущих блоках питания. Налаживание источника питания заключается в про-«ерке правильности монтажа.

Рис. 96. Принципиальная схема комбинированного источника питания (конденсаторы Cl, C2 на напряжение 50 В)