Сборка и доработка китайского модуля защиты акустических систем

Кит для самостоятельной сборки «Плата защиты акустики» был приобретен на AliExpress из любопытства, с перспективой использования в экспериментах с усилителями для наушников.
Доставка быстрая, никаких претензий к упаковке товара нет. Пайка набора вместе с контролем элементов и проверкой функционирования занимает около часа.
Далее помещено описание сборки и доработки этой маленькой полезной платы для самодельных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) [1, 3, 4].

↑ Состав набора

Устанавливаемые на печатной плате детали подписаны методом шелкографии, поэтому надписей на плате и прилагаемой инструкции вполне достаточно для того, чтобы произвести пайку элементов (рис. 2).



Однако сборка устройства без принципиальной схемы не дает понимания принципа его работы и не приносит удовлетворения от полученного результата.

↑ Описание принципиальной схемы устройства

Принципиальная схема изображена по печатной плате и по описанию устройства (рис. 3).


Питание устройства осуществляется от источника переменного напряжения 12…16 В, подаваемого на клеммы J5. С помощью диодного моста D1 переменное напряжение выпрямляется, фильтруется оксидным конденсатором С2 и поступает на вход интегрального стабилизатора 1812CT, обеспечивающего на выходе стабилизированное напряжение +12 В.

Основу устройства защиты образует ключ на составных транзисторах VT1, VT2, в коллекторную цепь которого включены обмотки электромагнитных реле J1, J2, а в базовую — RC-цепь R2C1, определяющую время задержки после включения.

Для защиты от обратной ЭДС при выключении электромагнитных реле параллельно обмоткам установлен диод D1; цепь R1, HL1 индицирует отключение обмоток реле, указывающее на срабатывание защиты.

Для управления электронным ключом в каждом канале использованы отдельные сенсоры на транзисторах VT3, VT5 и VT4, VT6.

Напряжение с соответствующего выхода УМЗЧ (клеммники JP3, JP4) подается через фильтр нижних частот R4, C3 и R5, C4 на входы сенсоров каждого канала. Нижняя граница полосы пропускания фильтра fн=1/(2πR4C3)=1/(2πR5C4)=0,11 Гц.

Фильтр верхних частот на входе УМЗЧ обычно имеет частоту среза 1,5…4 Гц, поэтому оптимальная частота среза фильтра нижних частот устройства защиты может быть примерно на порядок ниже, т. е. 0,15…0,4 Гц.

При появлении на выходе УМЗЧ напряжения положительной полярности, вызванного неисправностью, открываются транзисторы VT5, VT6 сенсоров, что приводит к уменьшению напряжения на базе составного ключа VT1, VT2, который закрывается, отключая электромагнитные реле J1, J2.

При этом контакты реле J1, J2 (имеют одноименное обозначение с обмотками реле) отключают УМЗЧ от акустических систем, загорается светодиод HL1, указывая на аварийный режим работы усилителя.

Аналогичным образом происходит работа устройства при появлении отрицательного напряжения на выходе УМЗЧ, с той разницей, что срабатывают транзисторы VT3, VT4 сенсоров, включенные по схеме с общей базой.

↑ Доработки схемы

Имеется пара недостатков принципиальной схемы, которые следует устранить.

↑ Избавляемся от полярных конденсаторов в ФНЧ

Полярные конденсаторы С3, С4 в фильтрах нижних частот. При возникновении неисправностей в УМЗЧ напряжение на них составляет ±0,6…0,7 В, поэтому конденсаторы С3, С4 должны быть неполярные.

Емкость конденсаторов может находиться в пределах 47…100 мкФ, а рабочее напряжение составлять 6,3 В и более. Кстати, на печатной плате предусмотрены SMD — площадки под керамические конденсаторы, например ЧИП 1210 100 мкФ 6,3 В X5R.

Но устройство работоспособно и с полярными конденсаторами. Почему?
Рассмотрим Вольт-амперную характеристику (ВАХ) алюминиевого оксидного конденсатора (рис. 4).


ВАХ конденсатора подобна характеристике полупроводникового диода. Имеются два участка, в которых токи утечки резко возрастают. Для положительного напряжения эта величина примерно в 1,6…1,8 раз больше рабочего напряжения конденсатора, а для отрицательного — в диапазоне от — 2 до — 4 В.

Последствия работы вблизи резкого возрастания токов утечки известны — деградация конденсатора. Резко увеличивается ESR, конденсатор превращается в резистор.

Разработчики кита считают, что ничего страшного в том, что на полярный конденсатор может подаваться отрицательное напряжение, нет, это же редкий случай, возникающий при неисправности УМЗЧ.

Мое мнение — надо ставить неполярный или керамический конденсатор.

↑ Шунтируем выход стабилизатора

Отсутствует конденсатор, шунтирующий выход стабилизатора напряжения IC1. Вполне достаточно установить керамический конденсатор емкость 0,1…1 мкФ.

Посмотрите осциллографом, что творится на выходе стабилизатора, не зашунтированного конденсатором, и всякие сомнения в его необязательности отпадут.
Хотя справедливости ради нужно отметить, что устройство без конденсатора вполне работоспособно.

↑ Итоговая схема защиты

Принципиальная схема модернизированной платы защиты акустики изображена на рис. 5.


Таким образом, кит должен быть дополнен следующими элементами.

↑ Входной контроль элементов

При исправных деталях и правильном монтаже устройство начинает работать сразу и не требует налаживания.
Резисторы я проверил тестером PM18C, конденсаторы — измерителем ESR-MICRO V4.0s. Все параметры в норме: резисторы имеют точность 5%, емкость оксидных конденсаторов близка к номиналу, а ERS равен 3,8 Ом.

Транзисторы серии SS8050 разделены на несколько групп по коэффициенту усиления. В наборе применены транзисторы SS8050 группы D с самым высоким коэффициентом усиления (h21э=160…300).

По результатам измерения два транзистора с h21э=290 поставлены в качестве ключа VT1, VT2; остальные четыре с h21э=440 — запаяны в сенсорах VT3…VT6.

Сопротивление обмоток электромагнитных реле составляет около 400 Ом.

Любители для входного контроля элементов зачастую применяют простые универсальные измерители с AliExpress, например, Универсальный тестер LCR-T4, измеритель ESR (рис. 6).

Рис. 6. Проверка транзисторов с помощью универсального тестера LCR-T4

↑ Сборка платы

Мощность паяльника должна быть не более 25…30 Вт. Пайку легче произвести припоем с канифолью ПОС61М. Также приветствуется жидкий флюс для радиомонтажных работ. Важно не переусердствовать и не допускать его затекания под корпуса элементов.

Следует помнить о недопустимости перегрева элементов. Время пайки одного контакта не должно превышать 3 с.

Отформуйте выводы резисторов и установите их на печатную плату. Выполните пайку электролитических конденсаторов, соблюдая полярность.
Установите полупроводниковые элементы (транзисторы, диод, диодный мост, микросхему стабилизатора напряжения).
При расположении надписей на плате к себе порядковые номера транзисторов VT1…VT6 следующие: VT2, VT1; VT4, VT3 и VT6, VT5.

После завершения пайки проведите проверку монтажа, обращая особое внимание на правильность установки полярных электролитических конденсаторов, транзисторов, микросхемы стабилизатора, диода и выпрямительного моста.
Проконтролируйте качество паек и исправьте огрехи, если имеются. Внешний вид собранной платы показан в начале статьи.

↑ Проверка функционирования защиты

может быть проведена автономно (рис. 7). Устройство подключают к вторичной обмотке трансформатора с напряжением 12…16 В, измеряют время задержки срабатывания реле после включения.




Также проверяют отключение реле путем подачи на сенсоры напряжения различной полярности (и в различных сочетаниях).
Для испытания удобно взять две бывшие в употреблении батарейки АА или ААА напряжением чуть более 1,2 В.
Для проверки факта срабатывания реле достаточно тестера в режиме прозвонки цепей.

↑ Режимы работы устройства по постоянному току

Режимы работы устройства по постоянному току представлены в таблице 1.

В качестве трансформатора Т1 я удачно применил ТПП242-127/220-50, шесть вторичных обмоток которого позволили легко получить напряжения в диапазоне от 12 В до 16 В.

При напряжении на клеммной колодке J5, равном 12 В, температура корпуса микросхемы IC1 находилась в диапазоне 30-32°С при температуре в помещении 24,5°С.
Измерения температуры проведены с помощью инфракрасного термометра (рис. 8).

↑ Проблемы в комплектухой

Поначалу собранное из деталей набора устройство не заработало. Оказалась бракованной микросхема IC1 стабилизатора напряжения. Вместо положенных 12 В на выходе было 8,5 В, не отличающихся стабильностью.
Микросхема вызвала недоверие еще до пайки, так как имела тонкую теплопроводящую пластину (0,6 мм) вместо стандартной 1,2 мм.
После замены микросхемы устройство заработало, как положено.

↑ Итоговые характеристики блока защиты АС

Размеры ПП 65×40×25 мм.
Задержка срабатывания при включении питания УМЗЧ  3…5 с.
Порог срабатывания защиты ±1,2 В.
Переменное напряжение, подаваемое на вход J5  12…16 В.
Потребляемый ток  56…60 мА.

↑ Подключение устройства к УМЗЧ

показано на рис. 9.



Для питания платы защиты акустики я использовал отдельный малогабаритный силовой трансформатор ТП132-7 (12V/0,6A).

При монтаже провод (кабель) очищают от изоляции примерно на 7 мм и залуживают.
Зачищенный участок провода должен быть ровным, без изгибов.
Провод вставляют в контактный разъем клеммника без перекосов, таким образом, чтобы в зажим не попал участок провода с изоляцией, и чтобы оголенный участок провода не выступал за колодку клеммника.
Затягивают винты клеммника и легким подергиванием убеждаются, что провод надёжно зажат.
Примерно через 10…15 минут подтягивают соединения еще раз.

↑ Выводы

Считаю доработку схемы обязательным условием надежной и длительной работы.
Плата защиты АС вполне подходит для простых УМЗЧ небольшой мощности, в которых не столь критично отсутствие таких функций, как, например, быстрое отключение АС при пропадании питания [3].

↑ Полезные ссылки по теме

• Качественный бесконтактный термометр-пирометр CONDTROL IR-T1 + бонус 300₽
• ^[1]Кит защиты АС для самостоятельной сборки
• ^[2]Универсальный тестер LCR-T4, измеритель ESR
• ^[3]Статья «Полный усилитель на микросхемах. Часть 3. Устройство защиты акустических систем»
• ^[4]Статья «Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7265, TDA7269, TDA7292»

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации