Полный усилитель на микросхемах. Часть 3. Устройство защиты акустических систем. Схема соединений функциональных блоков усилителя

Усилители мощности звуковой частоты с непосредственной связью представляют опасность для акустических систем. Почти все отказы внутренних компонентов усилителя приводят к значительному (по законам Мерфи, до напряжения питания) смещению на выходе. В результате дорогостоящие акустические системы могут выйти из строя, и было бы опрометчивым не снабдить усилитель схемой защиты, отключающей нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного потенциала. Защита должна срабатывать при превышении постоянного потенциала на выходе усилителя ±1,5 В, либо появления низкочастотных колебаний частотой ниже 2…3 Гц.
Практика показывает, что необходимо использовать простые и надежные схемы защиты акустических систем на основе электромагнитных реле.

↑ Схема защиты акустических систем усилителя «Бриг-001»

На рис. 1 показана проверенная временем схема защиты акустических систем от постоянного смещения усилителя «Бриг-001». Вход схемы защиты присоединен к выходу усилителя мощности, а выход усилителя соединяется с нормально разомкнутыми контактами реле К1. После подачи питания на схему защиты, через некоторое время, определяемое постоянной времени R6, C2, составная пара транзисторов VT2, VT3 открываются, реле К1 срабатывает, и своими контактами соединяет выход усилителя с акустическими системами. Задержка включения позволяет устранить переходные процессы в усилителе в момент включения, воспринимаемые как неприятные на слух хлопки, разрушительные для акустических систем.



При появлении на выходе усилителя любого из каналов постоянного напряжения положительной полярности открывается транзистор VT1, который шунтирует цепь базы составного транзистора на общий провод. При этом ток через реле К1 уменьшается настолько, что оно отпускает контакты и отключает акустические системы от усилителя. Конденсатор С1 предотвращает срабатывание реле К1 от переменного напряжения выходного сигнала.
В случае, если на выходе усилителя появится напряжение отрицательной полярности, оно поступит через делитель R6, R7 на базу составного транзистора, в результате реле К1 отпустит и отключит нагрузку от усилителя.

Случай появления на выходах усилителя равных по модулю двухполярных напряжений учтен выбором различных значений резисторов R1 и R2.
Таким образом, акустическая система защищена от постоянного напряжения любой полярности на выходе усилителя.

Подобная схема защиты акустических систем проработала в одном из моих усилителей более двух десятков лет, и ни разу не подвела, хотя около половины указанного срока усилитель трудился на увеселительных мероприятиях.

↑ Схема защиты акустических систем из зарубежной литературы

Еще одна простая схема защиты акустических систем приведена на рис. 2 [1]. Принцип действия мало отличается от предыдущей схемы.



Задержка включения акустических систем определяется постоянной времени R1, C1. Время задержки:

где Uпор =2,1 В – сумма порогов открывания транзисторов VT1 и VT4 (составного); Uп =12 В – напряжение питания.

Двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1, VD2 и транзисторах VT2, VT3 надежно шунтируют базу составного транзистора VT4 на корпус при появлении постоянной составляющей ±1,5 В на выходе любого канала УМЗЧ.
Нижняя граница полосы пропускания низкочастотного фильтра составляет fн=1/[2πR7(R8)C2]≈0,3 Гц.
В качестве реле используется РЭС22, исполнение (паспорт) РФ 4.500.129. Реле имеет четыре группы контактов, которые включены парами.

↑ Универсальное устройство защиты акустических систем на микросхеме

Поскольку проект заявлен как усилитель звуковой частоты на микросхемах, предложено устройство защиты акустических систем на специализированной микросхеме μPC1237 (C1237A, NE7000, NTE7100), см. рис. 3.



Основные параметры:
Напряжение питания, В=+25…60
Время задержки включения, с=2,5
Порог срабатывания защиты, В=более ±0,7
Выходной ток для питания реле, мА=до 80

Схема защиты (рис. 3) обеспечивает безопасность акустических систем при появлении на выходах постоянного напряжения или инфранизких частот амплитудой более ±0,7 В. Проблема, связанная с появлением на выходах усилителя равных по модулю двухполярных напряжений, решена выбором отличающихся значений резисторов R1 и R2.

Интегрирующая цепь C4, R4 обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания. Цепь VD1, R3, C3, к которой подведено переменное напряжение с вторичной обмотки силового трансформатора, быстро отключает акустические системы при выключении питания. Эти меры направлены на предотвращение щелчков в акустических системах, вызванных переходными процессами в схеме усилителя.

Резистор R5 ограничивает ток электромагнитного реле К1. Параллельно обмотке реле включена цепь R7, HL1, служащая индикатором работы устройства защиты. Если применено электромагнитное реле с током более 80 мА, схему следует умощнить, установив ключ на p-n-p транзисторе КТ816Г или TIP32 (рис. 4).



Схема защиты универсальна и может быть применена в других УМЗЧ. В двух таблицах внизу схемы рис. 3 указаны номиналы резисторов R3, R5 и R6, которые необходимо изменить в зависимости от напряжения питания Uп усилителя.
На портале имеется похожая схема и подробное описание этого функционального узла [2].
Здесь возникли трудности. Скажу только, что все мои подопечные, реализующие этот проект, отметили, что микросхема редкая. Чтобы не терять время на ее поиски, я модернизировал схему защиты акустических систем из зарубежного журнала.

↑ Модернизированная схема устройства защиты акустических систем

Схема, представленная на рис. 2 проста и надежна, проверена во многих конструкциях, но смущают два момента:
• транзисторы VT2, VT3 обнаружителя постоянного напряжения на выходе усилителя работают в режиме с «висячей» базой;
• схема может подвести при возникновении на выходах неисправного стереофонического УМЗЧ равных по модулю двухполярных напряжений.

Решение проблемы заимствовано из модуля защиты акустических систем 20 - ваттного усилителя класса «А», опубликованного в английском журнале «Everyday Practical Electronics» [3].

Модернизированная схема устройства защиты акустических систем показана на рис. 5.

Предлагаемое устройство может быть использовано как для настоящего проекта, так и для самостоятельного конструирования усилителей звуковых частот.

Достоинства:
• простота и надежность;
• практически полное отсутствие ложных срабатываний;
• универсальность применения.

Недостатки:
• Отсутствует схема отключения акустических систем при пропадании питания.
Этот недостаток был принесен в угоду простоте и надежности устройства.

В схеме защиты установлены пассивные инфразвуковые фильтры нижних частот второго порядка (соответственно C3, C5, R10, R12 и C4, C6, R11, R13) и сенсоры аварийного постоянного напряжения на выходе усилителя (VT2, VT4, VT6 и VT3, VT5, VT7). При напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ (VT2 или VT3 для положительной полярности постоянного напряжения и VT4, VT6 или VT5, VT7 – отрицательной). При аварии база составного транзистора VT8, управляющего последовательно включенными электромагнитным реле К1 и К2, через низкоомный антизвоновый резистор R5 надежно соединяется с общим проводом, размыкая соединение выходов акустических систем через контакты реле.

Интегрирующая цепь R1, C2 в базовой цепи транзистора VT1 обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 1,8 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.
Схема защиты универсальна и может использоваться с другими УМЗЧ. В таблице, размещенной в правом верхнем углу схемы рис. 5 указаны номиналы R6, R7, которые необходимо изменить в соответствии с напряжением питания Uп усилителя.

Технические характеристики:
Напряжение питания, В=+25...45
Время задержки включения, с=1,8
Порог срабатывания защиты, В=более ±1,5
Выходной ток для питания реле, мА=до 100
Размеры печатной платы, мм=75х75

Детали модернизированной схемы устройства защиты акустических систем.

↑ Сборка устройства защиты акустических систем

Перед началом сборки подготовьте радиодетали согласно представленному выше перечню элементов.

После окончания сборки не торопитесь включать устройство, а займитесь проверкой монтажа в соответствии со схемой (рис. 6). При этом особое внимание обратите на отсутствие перемычек между токоведущими дорожками, холодных паек (недостаточное пропаивание контакта элемента с печатной платой). Если таковые имеются, удалите их с помощью паяльника. Проверьте правильность установки полярных электролитических конденсаторов, транзисторов, диода и стабилитрона.
Внешний вид устройства защиты акустических систем, собранного племянником Алексеем, показан в аннотации статьи. У меня работает промежуточный вариант устройства защиты с реле РЭС22.

↑ Налаживание

Собранное из исправных деталей устройство защиты акустических систем не требует налаживания, следует лишь убедиться в правильности его функционирования. Для этого устройство подключают к источнику питания, измеряют время задержки включения и проверяют срабатывание устройства при подаче на сенсоры постоянного напряжения различной полярности.

↑ Собираем все в кучу

Схема соединения блоков усилителя показана на рис. 7.



Для монтажа понадобятся следующие расходные материалы:

Для обрезки и снятия изоляции с проводов (кабелей) лучше воспользоваться специальным инструментом (рис. 9).

↑ Включаем!

Первое включение всегда показательно. Включаю усилитель, слышен щелчок сработавших реле устройства защиты, дальше тишина. Хотя все узлы «гонял» по отдельности, еще раз измеряю напряжения питания и нули на выходах: все в порядке.
Отвлекаюсь на дела и только через полчаса начинаю прослушивание. Звучит усилитель хорошо, отдавая в нагрузку сопротивлением 6 Ом около 20 Вт.
Работает чисто и прозрачно, доставляя удовольствие от прослушивания. Однако не следует забывать, что усилитель на LM1875 представляет собой систему начального уровня (лучшее из простого) и есть куда расти и развиваться.

Еще раз напомню, что вместо LM1875 можно применить и другие микросхемы, указанные в табл. 1 первой части статьи; при этом напряжение питания двухполярного источника должно составлять ±22 В для TDA2050, ±16 В для TDA2030, TDA2040 и ±12 В для TDA2006.

Настоятельно советую повторить этот проект всем желающим, чтобы приобрести опыт и построить неплохой усилитель для радиокомплекса. Не случайно девизом проекта я выбрал слоган «Не мечтай, действуй!» .

↑ Файлы

Схемы и печатные платы можно взять тут: 🎁Part_3.7z  32.88 Kb ⇣ 384

↑ Упомянутые источники

1. Данилов А.А. Прецизионные усилители низкой частоты. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 352 с (с. 167, 168).
2. μPC1237, NTE7100 - универсальное устройство защиты акустических систем
3. Swain G., Smith P. 20W Class-A Amplifier Pt. 3. Universal Speaker Protection and Muting Module. – Everyday Practical Electronics, 2008, №12, p. 21 - 27.

↑ Дополнения

[24-06-2015] Как подключить устройство защиты (рис. 5) к мостовому УМЗЧ?
Александр (Allroy) не только задал вопрос, но и испытал предложенное решение на практике, за что ему большое спасибо.

На рисунке схематично показано подключение двух мостовых усилителей, питаемых от двухполярного источника, к устройству защиты АС.

Выводы 2, 3, 6 и 7 устройства защиты АС оставляем свободными.
Выход 1-1 (2-1) мостового УМЗЧ 1 (УМЗЧ 2) соединяем с выводом 4 (8) устройства защиты АС.
Вывод 1 (5) устройства защиты АС соединяем с соответствующей клеммой для подключения АС.
Другую клемму для подключения АС соединяем с выходом 1-2 (2-2) мостового УМЗЧ.

Между выходом 1-2 (2-2) мостового УМЗЧ и конденсатором С5 (С6) устройства защиты АС включаем дополнительный резистор, сопротивление которого не должно быть равно сопротивлению резистора R12 (R13).
Выберем сопротивление дополнительного резистора, например, 18 кОм (см. описание схемы защиты усилителя «Бриг», рис. 1).

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации