Ενισχυτής 100W

audio_amplifier_photo_1
audio_amplifier_photo_1audio_amplifier_100w_photo_2audio_amplifier_100w_boardpower_supply_2x45v_board
4 5 1 Product


Ο ενισχυτής ήχου που παρουσιάζουμε εδώ μπορεί να παρέχει ισχύ 100W σε φορτίο 4Ω ή 70W στα 8Ω. Η παραμόρφωση είναι μικρότερη από 0,1% (ακόμη και στην ανώτατη ακουστική συχνότητα των 20KHz). Η κατασκευή είναι εύκολη. Δεν χρησιμοποιούνται δυσεύρετα υλικά και ο ενισχυτής χρησιμοποιεί συμμετρική τροφοδοσία που μας επιτρέπει να μη χρησιμοποιούμε πυκνωτή AC- σύζευξης στην έξοδο. Αυτό σημαίνει ότι ο ενισχυτής έχει DC ζεύξη στην έξοδο, κάτι που βελτιστοποιεί την απόκριση στις χαμηλές συχνότητες (μπάσα).

Το κύκλωμα

Στην τελική βαθμίδα του ενισχυτή χρησιμοποιούμε συμπληρωματικά τρανζίστορ τύπου Darlington (τα T7 και T8) που προσφέρουν μεγάλη ενίσχυση ρεύματος και ως εκ τούτου και μεγάλη ενίσχυση ισχύος.

Στην είσοδο υπάρχει ένας διαφορικός ενισχυτής που αποτελείται από τα τρανζίστορ Τ1 και Τ2. Στη συνέχεια ακολουθεί το στάδιο οδήγησης που αποτελείται από το Τ3 και το Τ4, με τον συλλέκτη του Τ4 συνδεδεμένο στον εκπομπό του T3. Τα δύο τρανζίστορ ενισχύουν το σήμα εισόδου αλλά ταυτόχρονα ρυθμίζουν το ρεύμα ηρεμίας στο στάδιο εξόδου του ενισχυτή. Το στάδιο εξόδου αποτελείται από τα συμπληρωματικά τρανζίστορ τύπου Darlington (τα T7 και T8). Ένα βασικό πλεονέκτημα της συμμετρικής εξόδου, είναι ότι κατά την ηρεμία (με μηδενική οδήγηση) η τάση στο φορτίο είναι μηδενική. Ως εκ τούτου δεν χρειάζεται πυκνωτής στην έξοδο για την απομόνωση τυχούσας DC συνιστώσας και με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται το φιλτράρισμα των μπάσων από ένα ανεπιθύμητο φίλτρο RC έξοδο (φίλτρο που θα σχηματιζόταν από τον πυκνωτή εξόδου και την αντίσταση του φορτίου).

Ηλεκτρονικό σχηματικό του Ενισχυτή 100W
Το ηλεκτρονικό κύκλωμα του Ενισχυτή 100W

Η σύνθετη αντίσταση της εισόδου είναι αρκετά υψηλή (γύρω στα 100ΚΩ, επειδή χρησιμοποιούμε τεχνική πόλωσης bootstrap, με τον C4 και την R2 και λόγω του ότι η αντίσταση εισόδου του T1 είναι επίσης αρκετά υψηλή. Το σήμα προς ενίσχυση (σήμα εισόδου) εφαρμόζεται στην πραγματικότητα στη μία είσοδο του διαφορικού ενισχυτή ( στη βάση του Τ1) ενώ στην άλλη είσοδο του διαφορικού ενισχυτή (στη βάση του Τ2) εφαρμόζεται ανατροφοδότηση από την έξοδο του ενισχυτή μέσω της R6. Στην ανατροφοδότηση υπάρχει DC ζεύξη και η DC συνιστώσα της ανάδρασης χρησιμοποιείται για να διατηρεί την έξοδο σε δυναμικό μηδέν σε κατάσταση ηρεμίας.

Το κέρδος τάσης (ενίσχυση τάσης) της διαφορικής βαθμίδας εισόδου, που μπορεί να θεωρηθεί ως ένας μη-αναστροφικός ενισχυτής καθορίζεται από το λόγο του αθροίσματος της R3 συν την R6, προς την R3. Δηλαδή είναι:

Uo/Ui=(R3+R6)/R3=1+R6/R3=3420/120=28,5

Η βάση του τρανζίστορ οδήγησης T4 συνδέεται με το συλλέκτη του Τ1 και η βαθμίδα οδήγησης ενισχύει το σήμα προκειμένου να παρέχεται αρκετή ισχύς για την οδήγηση των τρανζίστορ εξόδου. Λόγω του ότι χρησιμοποιούμε τρανζίστορ τύπου Darlington στην έξοδο που παρουσιάζουν μεγάλη ενίσχυση ρεύματος, στην πραγματικότητα δεν χρειάζεται πολύ μεγάλο ρεύμα οδήγησης γι’ αυτά και τα τρανζίστορ Τ4 και Τ3 δεν ζεσταίνονται πολύ και δεν χρειάζονται ψύκτρα.

Το τρανζίστορ Τ3 καθορίζει το ρεύμα ηρεμίας που περνά μέσα από το στάδιο εξόδου και τις αντιστάσεις R18 και R19 που σταθεροποιούν τη λειτουργία του. Η τάση στο σημείο που ενώνονται οι R18 και R19 (και εκεί συνδέεται άλλωστε και το φορτίο) ρυθμίζεται από το ποτενσιόμετρο Ρ1, που ουσιαστικά ρυθμίζει την τάση συλλέκτη-εκπομπού του Τ3. Η αντίσταση R11 είναι "Bootstrapped" μέσω του C5, κάτι που αυξάνει την φαινομενική αντίσταση της R11, αυξάνοντας έτσι το κέρδος της βαθμίδας οδήγησης .

Στην καρδιά της βαθμίδας εξόδου υπάρχουν τα τρανζίστορ Darlington Τ7 και Τ8. Η σειρά BDX "Β" (που χρησιμοποιείται σε αυτό το κύκλωμα) έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά, σε θερμοκρασία περιβλήματος 25 ° C:

• μέγιστη τάση συλλέκτη-εκπομπού = 100 V

• μέγιστο ρεύμα συλλέκτη = 16 A

• μέγιστη ισχύς απωλειών = 150 W

Δεν έχει σημασία πόσο ανθεκτικά είναι τα τρανζίστορ εξόδου, εμείς θα πρέπει να τα προστατέψουμε από υπερφόρτωση.

Η πτώση τάσης τόσο στα άκρα της R18 όσο και στα άκρα της R19, είναι ανάλογη του ρεύματος εξόδου. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις τάσεις για να φτιάξουμε κυκλώματα προστασίας από υπερφόρτωση. Πράγματι, μία αρκετά υψηλή πτώση τάσης στις R18 και R19 καθιστά αγώγιμα τα τρανζίστορ Τ5 και Τ6, αντίστοιχα, μέσω των διαιρετών τάσης R16 / R14 και R17 / R15. Σε αγωγιμότητα, τα Τ5 και Τ6 αντλούν ρεύμα μέσω των D2 και D3, περιορίζοντας έτσι το ρεύμα οδήγησης στα Τ7 και Τ8.

Όλοι οι πυκνωτές που υπάρχουν στο κύκλωμα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο:

Ο C1 περιορίζει το εύρος ζώνης στην είσοδο, περιορίζοντας κατ’ αυτό τον τρόπο το επίπεδο θορύβου. Ο C3 προκαλεί επίσης εξασθένιση των υψηλών συχνοτήτων. Οι πυκνωτές C6, C7 και C8 καθώς και η R20 και ο C9 που βρίσκονται στην έξοδο, σταθεροποιούν τον ενισχυτή. Οι C10 με την R21, C12, C11 με την R22, χρησιμεύουν για να καταστέλλουν οποιοδήποτε υψίσυχνο θόρυβο στην τάση τροφοδοσίας.

Η τροφοδοσία

Πολλοί πιστεύουν ότι η ποιότητα ενός ενισχυτή καθορίζεται σημαντικά από το τροφοδοτικό του. Πράγματι αυτό ισχύει αλλά δεν χρειάζονται υπερβολές. Αρκεί ένα απλό συμμετρικό τροφοδοτικό στα ± 40 V. Σε πλήρη ισχύ εξόδου θα απαιτηθεί ένα ρεύμα γύρω στα 2,25Α (για 100 W στα 4 Ω), ή γύρω στο 1,1 Α για 70 W στα 8V. Για λόγους κόστους και απλότητας αρκεί ένα απλό μη-σταθεροποιημένο τροφοδοτικό. Δεδομένης της απουσίας σταθεροποίησης, η τάση των ± 40 V αντιστοιχεί σε πλήρη ισχύ. Σε μικρότερη ισχύ, που η κατανάλωση ρεύματος μειώνεται, η τάση του τροφοδοτικού αναμένεται να είναι υψηλότερη.

Ωστόσο τα τρανζίστορ στο κύκλωμα αντέχουν το πολύ μέχρι ± 50 V συνολικά. Για να εξασφαλίσουμε επομένως ένα περιθώριο ασφαλείας, προτιμούμε ένα τροφοδοτικό με τάση ± 46 V, δίχως φορτίο. Αυτό επιτρέπει μια διαφορά μόλις 6 V μεταξύ ηρεμίας και με πλήρες φορτίο, που μπορεί να επιτευχθεί με ένα τροφοδοτικό που παρουσιάζει πολύ χαμηλή εσωτερική αντίσταση η οποία μπορεί να επιτευχθεί αν χρησιμοποιηθεί μετασχηματιστής καλής ποιότητας. Γι’ αυτό προτιμούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν τοροειδή μετασχηματιστή έναντι κάποιου συμβατικού.

Κύκλωμα τροφοδοτικού 2x45V
To κύκλωμα του τροφοδοτικού 2x45V

Χρησιμοποιώντας έναν καλό μετασχηματιστή, μία γέφυρα ανόρθωσης και μερικούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές για εξομάλυνση της τάσης, μπορούμε άνετα να φτιάξουμε το τροφοδοτικό που χρειαζόμαστε. Επίσης είναι απαραίτητο να τοποθετήσουμε ασφάλειες σε κάθε πόλο του τροφοδοτικού προκειμένου να έχουμε προστασία στην περίπτωση μόνιμου βραχυκυκλώματος.

Ο ενισχυτής που παρουσιάζουμε εδώ είναι μονοφωνικός. Ως εκ τούτου, αν θέλετε να φτιάξετε μία στερεοφωνική έκδοση θα πρέπει να φτιάξετε δύο πανομοιότυπα κυκλώματα και δύο πανομοιότυπα τροφοδοτικά.

Λεπτομέρειες κατασκευής

Η κατασκευή του ενισχυτή και του τροφοδοτικού μπορεί να γίνει εύκολα στα τυπωμένα κυκλώματα που παρέχουμε εδώ:

Τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή 100W
Το τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή 100W

Το τυπωμένο κύκλωμα του τροφοδοτικού 2x45V
Το τυπωμένο κύκλωμα του τροφοδοτικού 2x45V

Καλό είναι, οι αντιστάσεις ισχύος R18 και R19 να τοποθετηθούν σε απόσταση τουλάχιστο 5 mm από την επιφάνεια της πλακέτας κυκλώματος. Έτσι, θα υπάρχει επαρκής αερισμός και η θερμότητα μπορεί να διαχέεται ελεύθερα.

Αρκούν ψύκτρες με δυνατότητα θερμοαπαγωγής 1,2 οC/W. Αν βάλουμε και τα δύο τρανζίστορ πάνω στην ίδια ψύκτρα, τότε θα πρέπει να διαιρέσουμε την θερµική αντίσταση της ψύκτρας µε τον αριθμό των τρανζίστορ. Επομένως, αν τοποθετηθούν και τα δύο τρανζίστορ (Τ7 και Τ8) πάνω σε μία ψύκτρα, τότε αυτή θα πρέπει να έχει θερμική αντίσταση μικρότερη ή ίση με 0,6 οC/W.

Οδηγός συναρμολόγησης του ενισχυτή των 100W
Οδηγός συναρμολόγησης του ενισχυτή των 100W

Σε καµία περίπτωση δεν πρέπει να υπάρχει απ’ ευθείας επαφή του (των) τρανζίστορ µε την ψύκτρα κι αυτό επειδή ο συλλέκτης είναι συνδεδεμένος µε το κέλυφος έκαστου τρανζίστορ και έτσι μπορεί να έχουμε ανεπιθύμητα βραχυκυκλώματα ( αν για παράδειγμα η ψύκτρα βιδωθεί σε γειωμένο σασί ή αν τα δύο τρανζίστορ τοποθετηθούν στην ίδια ψύκτρα). Γι’ αυτό το λόγο θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν κατάλληλα μονωτικά καλύμματα π.χ. από µίκα.

Η είσοδος θα πρέπει να συνδεθεί µε κατάλληλο θωρακισμένο καλώδιο και το μπλεντάζ του καλωδίου θα πρέπει να γειωθεί.

Οδηγός συναρμολόγησης του τροφοδοτικού 2x45V
Οδηγός συναρμολόγησης του τροφοδοτικού 2x45V

Οι πλακέτες τόσο του ενισχυτή, όσο και του τροφοδοτικού, έχουν τις ίδιες ακριβώς διαστάσεις. Αυτό έχει γίνει σκόπιμα, προκειμένου να είναι εφικτή η προσαρμογή της πλακέτας του τροφοδοτικού κάτω ακριβώς από την πλακέτα του ενισχυτή με βίδες και αποστάτες. Αυτή η "έξυπνη" προσαρμογή μειώνει τον απαιτούμενο χώρο που χρειάζεται στο κουτί και μας επιτρέπει να κατασκευάσουμε τον ενισχυτή, μαζί με το τροφοδοτικό του, σε μορφή αυτόνομης βαθμίδας (module).


Ρύθμιση του ενισχυτή

Η αρχική ρύθμιση γίνεται με μηδενικό σήμα εισόδου και χωρίς φορτίο στην έξοδο και αρκεί ένα αμπερόμετρο – μιλιαμπερόμετρο συνεχούς.

Αφαιρούμε την ασφάλεια F2 από το τροφοδοτικό αφού προηγουμένως βραχυκυκλώσουµε την είσοδο (μηδενικό σήμα στην είσοδο) και έχουμε βεβαιωθεί ότι η έξοδος δεν είναι συνδεδεμένη πουθενά. Έπειτα τοποθετούμε ένα αμπερόμετρο σε κλίμακα 1A DC στα άκρα της ασφαλειοθήκης, µε το (+) στο σημείο ένωσης µε τον C2.

Γυρίζουμε το ποτενσιόμετρο P1 στο τέρµα του, µε κατεύθυνση αντίθετη προς τους δείκτες του ρολογιού. Ελέγχουµε όλες τις συνδέσεις και συνδέουμε το τροφοδοτικό στο δίκτυο. Το αμπερόμετρο πρέπει να δείχνει περίπου 0Α. Εάν η ένδειξη είναι µεγαλύτερη τότε κάποιο λάθος πρέπει να υπάρχει και πρέπει να διακόψουμε αμέσως την τροφοδοσία.

Αν όλα είναι όπως πρέπει, αλλάξτε την κλίμακα του αμπερομέτρου στα 100mA και ρυθμίστε το P1 έτσι ώστε το μιλι-αμπερόμετρο να δείξει 80mA περίπου. Εκείνη τη στιγμή, το ρεύμα ηρεμίας στα τρανζίστορ εξόδου θα είναι περίπου 50mA.

Αυτή είναι όλη η διαδικασία ρυθμίσεως του ενισχυτή. Την ασφάλεια F2 την επανατοποθετούμε αφού διακόψουμε πρώτα την τροφοδοσία. Εάν έχει γίνει κάποιο λάθος μπορούμε να το διορθώσουμε εύκολα συγκρίνοντας τις τάσεις σε διάφορα σημεία του κυκλώματος µε αυτές που υποδεικνύονται στο σχηματικό. Οι τάσεις αυτές έχουν μετρηθεί µε το φορτίο (ηχείο) συνδεμένο, απουσία σήματος εισόδου.

 Ο ενισχυτής 100W

Κατάλογος υλικών για τον ενισχυτή

Αντιστάσεις (1/4W ή 1/2W εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά):

R1 = 120K

R2, R5, R6 = 3K3, R3 = 120Ω

R4, R8 = 680Ω, R7 = 1K5

R9 = 5K6, R10 = 1K2, R11 = 2K7

R12, R13 = 270Ω, R14, R15 = 15Ω, R16, R17 = 220Ω, R18, R19 = 1Ω/9W, R20 = 10Ω

R21, R22 = 1Ω, P1=τρίμερ 1K

Πυκνωτές :

C1 = 470pF

C2 = 10µF/63V, C3 = 150pF

C4 = 1000µF/10V, C5 = 220µF/50V, C6 = 47pF

C7, C8 = 560pF, C9 = 47nF

C10, C11 = 680nF, C12, C13 = 100nF

Ηµιαγωγοί :

T1, T2 = BC 556A, T3, T5 = BC 547B, T4 = BC 639

T6 = BC 557B

T7 = BDX67B ή BDX67C, T8 = BDX66B ή BDX66C, D1 =Ζένερ 9V1/1.3W

D2, D3 = 1N4148 ή 1N914


Κατάλογος υλικών για το τροφοδοτικό

Αντιστάσεις :

R1, R2 = 3K3/1W

Πυκνωτές :

C1 = 100nF

C2, C3 = 4700µF/63V

Ηµιαγωγοί : D1, D2 = LED

B1 = Γέφυρα ανόρθωσης B80 C3200/5000

Διάφορα :

F1 = ασφάλεια 1,4A (περίπου)

F2, F3 = ασφάλειες 2,5A (περίπου)

Tr1 = Μετασχηματιστής 2x30V, 2x3.75A ή περισσότερο, 225VA ή περισσότερο