Ενισχυτής ήχου 30W

audio_amplifier_30w_tr_1
audio_amplifier_30w_tr_1audio_amplifier_30w_tr_2
4.5 5 2 Product


Αν ψάχνετε έναν αξιόπιστο ενισχυτή ήχου που δεν παραμορφώνει ακόμη και όταν δουλεύει στη μέγιστη έντασή του τότε ίσως μείνετε ενθουσιασμένοι με το κύκλωμα που παρουσιάζουμε εδώ. Ο ενισχυτής που παρουσιάζουμε εδώ μπορεί να αποδώσει έως 30W RMS σε ηχείο 8Ω κι έως 45W RMS σε ηχείο 4Ω. Η ισχύς του δεν είναι εξαιρετικά μεγάλη αλλά γενικώς είναι υπεραρκετή για ένα τυπικό οικιακό σύστημα ήχου.

Το κύκλωμα είναι απλό, μπορεί να συναρμολογηθεί εύκολα και τα εξαρτήματά του είναι αρκετά οικονομικά. Επιπλέον, ο ενισχυτής παρουσιάζει πολύ μικρή συνολική αρμονική παραμόρφωση (THD) που σε πλήρη ισχύ δεν ξεπερνά το 0.05%. Το κύκλωμα αποκρίνεται άψογα σε όλη την περιοχή συχνοτήτων από 10Hz έως 40KΗz και η κατανάλωση ρεύματος δεν ξεπερνά το 1.5 A σε πλήρη ισχύ ενώ το ρεύμα ηρεμίας είναι γύρω στα 140mA.

Το κύκλωμα του ενισχυτή ήχου

Το κύκλωμα του ενισχυτή ήχου των 30W παρουσιάζεται στην εικόνα 1. Ολόκληρο το κύκλωμα είναι στην πραγματικότητα ένας τελεστικός ενισχυτής που έχει σχεδιαστεί με διακριτά εξαρτήματα. Η κυρίαρχη διαφορά με τους τυπικούς τελεστικούς ενισχυτές είναι ότι η βαθμίδα εξόδου του δικού μας ενισχυτή έχει σχεδιαστεί για να αποδίδει μεγάλο ρεύμα και επομένως μεγάλη ισχύ σε φορτίο 8 ή 4Ω. 

Ηλεκτρονικό κύκλωμα ενισχυτή ήχου 30W
Εικόνα 1. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα ενισχυτή ήχου 30W

Το κύκλωμα του ενισχυτή 30W αποτελείται από τρεις βαθμίδες. Η πρώτη βαθμίδα, όπως και σε όλους τους τελεστικούς, είναι ένας διαφορικός ενισχυτής που αποτελείται από τα τρανζίστορ T1, T2 και T3. Η δεύτερη βαθμίδα είναι μια βαθμίδα οδήγησης και πόλωσης του τελικού σταδίου και αποτελείται από τα τρανζίστορ T4, T5 και T6. Η τρίτη και τελευταία βαθμίδα είναι ένας ενισχυτής ρεύματος με συμπληρωματικά τρανζίστορ (τα T7 και T8).

Ο διαφορικός ενισχυτής παρέχει μεγάλη απόρριψη κοινού σήματος, κάτι που είναι εξαιρετικά σημαντικό για την καταστολή του θορύβου. Η απόρριψη κοινού σήματος είναι γύρω στα 70db. Η αναστρέφουσα είσοδος του διαφορικού ενισχυτή είναι στη βάση του T2 ενώ η μη αναστρέφουσα είσοδος είναι στη βάση του T1. Η διαφορική βαθμίδα είναι το ζεύγος Τ1 και T2 ενώ το T3 χρησιμοποιείται ως πηγή σταθερού ρεύματος για την πόλωση του διαφορικού ζεύγους. Το σήμα εισόδου εφαρμόζεται στην μη-αναστρέφουσα είσοδο ενώ στην αναστρέφουσα εφαρμόζεται ανάδραση από την έξοδο του ενισχυτή.

Τo ζεύγος αντιστάσεων R6 και R7 λειτουργεί ως διαιρέτης τάσης που μεταφέρει ένα ποσοστό του σήματος από την έξοδο του ενισχυτή στην αναστρέφουσα είσοδο του διαφορικού ζεύγους. Με αυτό τον τρόπο πετυχαίνουμε αρνητική ανάδραση. Τυπικά, το συνολικό κέρδος τάσης του ενισχυτή καθορίζεται από το δικτύωμα ανάδρασης και είναι ίσο με 1+R6/R7 = 40. Ο πυκνωτής C5 που βρίσκεται παράλληλα στην R6 περιορίζει την ενίσχυση στις υψηλές συχνότητες που βρίσκονται εκτός του ακουστικού φάσματος (στην περιοχή των υπερήχων). Η άνω συχνότητα θλάσης του κυκλώματος, τυπικά βρίσκεται στα 40KHz. Ο C4 καθορίζει τη απόκριση στις χαμηλές συχνότητες και η χαμηλή συχνότητα θλάσης βρίσκεται γύρω στα 20Hz. Συνολικά, ο ενισχυτής λειτουργεί ως φίλτρο διέλευσης ζώνης συχνοτήτων με απόκριση από τα 20Hz έως τα 40KHz.

Τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή 30W
Εικόνα 2. Το τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή 30W (η όψη του χαλκού)

Η έξοδος του διαφορικού ενισχυτή είναι στο συλλέκτη του T1. Από εκεί, το σήμα οδηγείται στη βάση του T4. Το σήμα μεταβάλλει το ρεύμα συλλέκτη του Τ4 και επομένως το ρεύμα πόλωσης των T7 και T8. Το Τ4 οδηγεί τη βάση του T7 ενώ χρησιμοποιούμε και το συμπληρωματικό τρανζίστορ του Τ4 που είναι το Τ5 για να οδηγήσουμε το T8. Τα Τ4 και T5 είναι σε σειρά και έχουν το ίδιο ρεύμα συλλέκτη. Το Τ6 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της συμμετρίας στην πόλωση του τελικού σταδίου και ταυτόχρονα παρέχει και θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Σε τυχούσα αύξηση της θερμοκρασίας, το ρεύμα σε ένα τυπικό τρανζίστορ τείνει να αυξηθεί και επιταχύνει ακόμη περισσότερο τη θέρμανση του τρανζίστορ. Αυτό δημιουργεί γενικώς προβλήματα σε κυκλώματα ισχύος και ιδίως στο τελικό στάδιο ενίσχυσης. Στο κύκλωμα μας όμως, τοποθετούμε το T6 στην ίδια ψύκτρα με τα τρανζίστορ ισχύος T7 και Τ8. Έτσι, αν αυξηθεί η θερμοκρασία, αυξάνεται μεν το ρεύμα που διαρρέει το Τ6 αλλά αυτή η αύξηση οδηγεί σε ελάττωση της τάσης πόλωσης στη βάση των T7 και T8 και επομένως ελαττώνει το ρεύμα στα Τ7 και Τ8 και το επαναφέρει στην πρότερή του τιμή.

Το στάδιο εξόδου του ενισχυτή αποτελείται από τα συμπληρωματικά τρανζίστορ T7 και T8. Το Τ7 ενισχύει τη θετική ημιπερίοδο του σήματος ήχου ενώ το Τ8 την αρνητική. Προκειμένου τα T7 και Τ8 να λειτουργούν απολύτως συμπληρωματικά και να μην υπάρχει παραμόρφωση διασταύρωσης, θα πρέπει να ρυθμιστεί κατάλληλα η πόλωση τους μέσω του ποτενσιομέτρου R14. Αυτή είναι ουσιαστικά και η μοναδική αρχική ρύθμιση που απαιτείται στο κύκλωμα (η ρύθμιση της R14).

Το πηνίο L1 χρησιμοποιείται για να αντισταθμίζει τυχούσα παρασιτική χωρητικότητα στο ηχείο που ενδέχεται να προέρχεται κυρίως από το crossover και τα στοιχεία C10 και R18 χρησιμοποιούνται για φιλτράρισμα των υψηλών συχνοτήτων. Η R12 με τον C2 φιλτράρουν την τάση τροφοδοσίας που εφαρμόζεται στο διαφορικό στάδιο και στο κύκλωμα πόλωσης για να εξαλείψουν οποιοδήποτε θόρυβο και οι C8 και C9 φιλτράρουν ανεπιθύμητες υψηλές συχνότητες και θόρυβο από τις βάσεις των T7 και T8. Ο C6 και ο C7 σταθεροποιούν τη λειτουργία του σταδίου πόλωσης και οι C11, C12, C13 και C14 χρησιμοποιούνται για απόζευξη και επιπλέον φιλτράρισμα της τάσης τροφοδοσίας.

Κατασκευή και λειτουργία του ενισχυτή

Για την εύκολη συναρμολόγηση του κυκλώματος, έχουμε φτιάξει το κατάλληλο τυπωμένο κύκλωμα (πλακέτα). Το τυπωμένο κύκλωμα έχει χαλκό μόνο στη μία του όψη και παρουσιάζεται στην εικόνα 2. Όλα τα εξαρτήματα θα πρέπει να κολληθούν στο τυπωμένο σύμφωνα με τον οδηγό συναρμολόγησης της εικόνας 3.

Όλες οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούμε στο κύκλωμα είναι ανοχής 5% και ισχύος 1/4W εκτός από τις R16, R17, R18 και R19 που είναι ισχύος 5, 5 ,1 και 1/2W, αντίστοιχα. Οι αντιστάσεις ισχύος σημειώνονται κατάλληλα και στο σχηματικό. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές που χρησιμοποιούμε είναι τάσης 35 ή 50V. Οι υπόλοιποι πυκνωτές είναι τύπου πολυεστέρα ή κεραμικοί, χαμηλής τάσης.

Το πηνίο L1 αποτελείται από 12 σπείρες σύρματος διατομής 1mm και θα πρέπει να το τυλίξετε γύρω από την αντίσταση R9. Τα τρανζίστορ T6, T7 και T8 θα πρέπει να τοποθετηθούν πάνω σε ψήκτρα. Θα πρέπει να τοποθετηθούν πάνω στην ίδια ψύκτρα κι όχι σε διαφορετικές για να «λειτουργεί» η θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Προσοχή όμως χρειάζεται διότι το μεταλλικό σώμα των τρανζίστορ δεν πρέπει να έρθει σε αγώγιμη επαφή με τη μεταλλική ψύκτρα. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε μονωτική μίκα (θερμο-αγώγιμο μονωτικό για ψήκτρες) και κατάλληλη μόνωση ακόμη και στις βίδες που συγκρατούν τα τρανζίστορ πάνω στην ψύκτρα. Οι λεπτομέρειες αυτές περιγράφονται γραφικά στην εικόνα 4.

Λεπτομέρειες συναρμολόγησης του ενισχυτή 30W
Εικόνα 3. Λεπτομέρειες συναρμολόγησης του ενισχυτή 30W

Τελειώνοντας τη συναρμολόγηση, θα πρέπει να προσέξετε να μην ξεχάσετε να τοποθετήσετε στην πλακέτα τα δύο γεφυρώματα στα σημεία που φαίνονται στον οδηγό συναρμολόγησης. Τα γεφυρώματα μπορούν να γίνουν από λεπτά σύρματα που θα σας περισσέψουν από τους ακροδέκτες των εξαρτημάτων που θα κολλήσετε στην πλακέτα.

Για την τροφοδοσία του κυκλώματος απαιτούνται δύο τάσεις τροφοδοσίας +30 και -30V, αντίστοιχα. Δηλαδή χρειάζεται ένα διπλό – συμμετρικό τροφοδοτικό. Στην πράξη, δεν απαιτείται σταθεροποιημένο τροφοδοτικό. Αρκεί ένας διπλός μετασχηματιστής, μία γέφυρα ανόρθωσης και μερικοί πυκνωτές εξομάλυνσης. Το τροφοδοτικό που χρησιμοποιήσαμε εμείς για το πρωτότυπο και που προτείνουμε να χρησιμοποιήσετε κι εσείς παρουσιάζεται στην εικόνα 5.

Ο μετασχηματιστής του τροφοδοτικού έχει μεσαία λήψη στο δευτερεύον και δυνατότητα παροχής ρεύματος 2Α. Η γέφυρα ανόρθωσης θα πρέπει να αντέχει 5A και είναι καλύτερα να την τοποθετήσετε κι αυτή πάνω σε μία ψύκτρα ή πάνω στο μεταλλικό κουτί του ενισχυτή (αν χρησιμοποιήσετε μεταλλικό κουτί) για να ψύχεται.

Για να λειτουργήσει σωστά ο ενισχυτής απαιτείται να κάνετε μία μόνο ρύθμιση. Θα πρέπει να ρυθμίσετε το ποτενσιόμετρο R14 για να έχετε ένα ρεύμα ηρεμίας γύρω στα 70mA στο καλώδιο της θετικής τροφοδοσίας. Δηλαδή, θα πρέπει ουσιαστικά να συνδέσετε ένα μιλλιαμπερόμετρο σε σειρά με το καλώδιο της θετικής τροφοδοσίας και δίχως σήμα ήχου στην είσοδο (ή με γειωμένη είσοδο) να ρυθμίσετε την R14 έως ότου το μιλιαμπερόμετρο σας δείξει 70mA. Εναλλακτικά, αν διαθέτετε παλμογράφο και γεννήτρια συχνοτήτων, μπορείτε να ρυθμίσετε το ποτενσιόμετρο R14 για να εξαλείψετε πλήρως την παραμόρφωση διασταύρωσης (την ενδεχόμενη ασυνέχεια στο σήμα εξόδου γύρω από το μηδέν). Η ρύθμιση με τον παλμογράφο όμως θα πρέπει να γίνει σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας με το ηχείο ή με κατάλληλο φορτίο συνδεμένο στην έξοδο (υποθέτω ότι θα προτιμήσετε το φορτίο για να μην «ξεκουφάνετε» τους γείτονες). 

Τα τρανζίστορ του ενισχυτή πάνω στην ψήκτρα
Εικόνα 4. Τα τρανζίστορ θα πρέπει να μονωθούν ηλεκτρικά από τη ψήκτρα

Το κύκλωμα του ενισχυτή είναι μονοφωνικό. Αυτό σημαίνει ότι για να φτιάξετε έναν στερεοφωνικό ενισχυτή θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε δύο πανομοιότυπα κυκλώματα, ένα για το δεξί και ένα για το αριστερό κανάλι ήχου, αντίστοιχα. Επιπλέον, θα χρειαστείτε δύο τροφοδοτικά. Τον ενισχυτή σας μπορείτε να τον τοποθετήσετε σε ένα κατάλληλο κουτί μαζί με το τροφοδοτικό. Στην πρόσοψη του κουτού μπορείτε να τοποθετήσετε τα κατάλληλα βύσματα για τον ήχο καθώς και διακόπτη ή ακόμη και VU meter, αν θέλετε να έχετε έναν καλό αλλά ταυτόχρονα κι «όμορφο» ενισχυτή.

Το τροφοδοτικό του ενισχυτή 30W
Εικόνα 5. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα του τροφοδοτικού του ενισχυτή 30W


Συνημμένα

Το τυπωμένο κύκλωμα του ενισχυτή 30W σε αρχείο pdf