edw 2003 07 s13, Literatura techniczna, Czasopisma, Elektronika Dla Wszystkich, edw podf
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
++
Projekty AVT
U n i w e r s a l n y
M o d u
ł
ł T D A 7 2 9 4 ,
czyli
p r o s t a
d r o g a
d o
w z m a c n i a c z a
m u l t i m e d i a l n e g o
6 x 1 0 0 W
2 6 7 1
Parametry wzmacniacza
Napięcie zasilania: . . . . . . . ±10V...±40V
Szczytowa moc wyjściowa: . . . do 100W
Użyteczna moc wyjściowa
przy zasilaniu ±30V: . . . . . . 80W na 4Ω
50W na 8Ω
Zniekształcenia harmoniczne: . . <0,01%
Szybkość wyjściowa: . . . . . . typ 10V/µs
łem się na bardziej znaną kostkę koncernu
ST (dawniej Thomson) – TDA7294. Dodat-
kowym powodem był fakt, że ciągle istnieje
duże zapotrzebowanie na wszelkie wzmac-
niacze dużej mocy. Wprawdzie my w EdW
opisaliśmy kostkę TDA7294 już w numerze
8/1997 (
Wzmacniacz 100W na układzie
TDA7294
), jednak wcale się ona nie zesta-
rzała i najwyższy czas, żeby przedstawić no-
wą wersję wzmacniacza. Dodatkowym po-
wodem jest duża popularność przedstawio-
nego w EdW 5/2003 wzmacniacza lampowo-
mosfetowego Ryszarda Ronikiera, gdzie też
pracują te układy. Moduł z roku 1997 (AVT-
2153) nadal cieszy się dużym powodzeniem,
jednak zdecydowałem się na znaczne upro-
szczenie układu i zmniejszenie płytki. Oka-
zało się bowiem, że większość Czytelników
i tak nie wykorzystuje możliwości rozbudo-
wanych obwodów MUTE i STANDBY. Po-
nadto rozwój techniki nie tylko umożliwił,
ale wręcz wymusił kolejną ważną zmianę:
zastosowanie małego radiatora z wentylato-
rem.
Małe wymiary radiatora wiążą się z kolej-
ną sprawą: Czytelnicy upominają się
o wzmacniacz multimedialny: 5- lub 6-kana-
łowy o dużej mocy i dobrych parametrach.
Taki wzmacniacz z konieczności musi zawie-
rać 5 lub 6 wzmacniaczy, więc przy dużej
mocy pojawia się poważny problem radiato-
rów. Zastosowanie chłodzenia wymuszonego,
a konkretnie komputerowych radiatorów
z wentylatorem znakomicie ułatwi samo-
dzielne zbudowanie takiego wielokanałowe-
go wzmacniacza o bardzo dobrych parame-
trach.
Wszystkie te czynniki sprawiły, że posta-
nowiłem zaprojektować mały moduł wzmac-
niacza wysokiej klasy do uniwersalnego wy-
korzystania. Efekt pokazany jest na fotogra-
fiach i opisany w artykule.
Już kilka miesięcy temu mój syn „odziedzi-
czył” przyzwoite kolumny Tannoy 632. Po-
przednie kolumny „napędzał” wzmacnia-
czem multimedialnym opisanym w EdW
3/2002. Wzmacniacz ten doskonale spisywał
się też z nowymi kolumnami, jednak ograni-
czona moc wyjściowa uniemożliwiła pełne
wykorzystanie ich „wydechu”. Junior do-
szedł do wniosku, że przydałby mu się moc-
niejszy i bardziej efektywny wzmacniacz
mocy. Rozwiązanie problemu oczywiście
spadło na mnie. Przedyskutowaliśmy kilka
koncepcji, przy czym dyskusję zaczęliśmy
od obudowy. W grę wchodziła nawet prze-
zroczysta obudowa z pleksi, pozwalająca
wpełni docenić przyszłe piękno wnętrza.
Zacząłem prace nad kilkoma wersjami.
Stopniowo powstał wzmacniacz hybrydowy
na lampie wysokiej jakości E88CC i dwóch
tranzystorach HEXFET typu IRF540. Zapro-
jektowałem też „odlotowy” wzmacniacz mo-
stkowy dużej mocy na dwóch układach
TDA7294. Powstał również prosty moduł ze
wzmacniaczem TDA7294. Ten układ scalo-
ny zasłużenie cieszy się bardzo dobrą opinią
nawet u audiofilów (przynajmniej u tych bar-
dziej rozsądnych, którzy nie są chronicznie
i nieuleczalnie uczuleni na wszystko, co sca-
lone).
Choć przyjemne doświadczenia miałem
zcałkowicie bipolarnym układem LM3886
firmy National Semiconductor, zdecydowa-
Opis układu
Pełny schemat ideowy modułu pokazany
jest na
rysunku 1
. Układ scalony TDA7294
Rys. 1
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
pracuje tu w typowej konfiguracji. Rezystan-
cja wejściowa modułu wyznaczona jest przez
wartość R6 i jest rzędu 20kΩ, ponieważ rezy-
stancja wejścia układu scalonego jest więk-
sza niż 100kΩ. Sygnał audio podawany jest
na wzmacniacz przez trzy kondensatory
C1...C3. Przy ich sumarycznej pojemności
3µF dolna częstotliwość graniczna obwodu
wejściowego wynosi około 2,6Hz. Wzmoc-
nienie ustalone przez rezystory R8, R9 wy-
nosi około 30dB (33x), a dolna częstotliwość
graniczna obwodu R9C11 jest mniejsza niż
11Hz. Wzmacniacz jest szybki, a ostateczne
pasmo
przenoszenia
to
około
densatory elektrolityczne C8, C9 też zapo-
biegają samowzbudzeniu, a dodatkowo sta-
nowią źródło zasilania układu przy szybkich
przebiegach. Ich umieszczenie bardzo blisko
układu scalonego redukuje impedancję wyj-
ściową zasilacza i polepsza parametry impul-
sowe.
Jak wyraźnie (kolorami) zaznaczyłem na
schemacie, w układzie występują dwa obwo-
dy masy:
- masa sygnałowa SGND
- masa mocy PGND.
Wątpliwości może budzić obecność rezy-
stora R7, który niejako oddziela obwody
mas, ale według schematu rezystor ten jest
zwarty. W typowych zastosowaniach rezy-
storem R7 nie trzeba się w ogóle przejmo-
wać, bo nie będzie on wlutowany, a na płyt-
ce drukowanej obwody SGND i PGND są
połączone ścieżką i tak ma pozostać wwięk-
szości przypadków. Rezystor R7 został prze-
widziany tylko do szczególnych przypadków
– więcej informacji zawartych jest w części
Tylko dla dociekliwych i zaawansowanych
pod śródtytułem
Połączenia masy
.
W stopniach wyjściowych wzmacniacza
pracują tranzystory MOSFET (DMOS), dzię-
ki czemu w typowych zastosowaniach nie
jest konieczne stosowanie typowych dla
wzmacniaczy mocy obwodów Boucherota,
które korygują przesunięcie fazy dla wyso-
kich częstotliwości i zapobiegających sa-
mowzbudzeniu. Ja w swoim module na
wszelki wypadek dodałem jednak maleńką
indukcyjność szeregową w postaci cewki
z kilku zwojów drutu. Według katalogu cew-
ka ta nie jest wymagana i można ją zastąpić
kawałkiem drutu (zworą). W przeciwień-
stwie do wcześniejszych, najnowsza wersja
karty katalogowej układu TDA7294 z kwiet-
nia 2003 zawiera informację, że obwód Bou-
cherota według
rysunku 3
(2,7Ω + 100nF)
normalnie nie jest wymagany, może jednak
być potrzebny przy szczególnych impedan-
cjach obciążenia przy zasilaniu napięciem
poniżej ±25V (...
normally not necessary for
a stable operation it could be needed in pre-
sence of particular load impedances at
V
S
<±25V
). Typowo moduł będzie zasilany
napięciem rzędu ±30V, więc obwód ten moż-
na pominąć.
Kondensatory C6, C7 pracują w obwo-
dach opóźnionego włączania. Rezystory R1,
R2 tworzą dzielnik napięcia zasilania. Po po-
jawieniu się napięcia zasilającego kondensa-
tory C6, C7 ładują się stopniowo przez rezy-
story R3, R4. Po przekroczeniu napięcia pro-
gowego włączania (1,5...3,5V) na wejściach
MUTE, STANDBY, wzmacniacz stopniowo
budzi się do życia. Celem takiego stopniowe-
go włączania jest uniknięcie trzasków i stu-
ków podczas włączania zasilania. Punkt
oznaczony CTRL to wejście pozwalające na
dołączenie układu do zewnętrznego sterow-
nika opóźnionego włączania i szybkiego wy-
łączania. Dalsze informacje na ten temat po-
dane są wkońcowej części artykułu.
Przypuszczam, że zaskoczeniem dla nie-
których Czytelników będzie obwód z tranzy-
storem T1 i dwoma silnikami (wentylatora-
mi). Wszystko dlatego, że zastosowałem
chłodzenie wymuszone. Jak pokazują foto-
grafie, chłodzenie układu scalonego zapew-
nia radiator komputerowy z wentylatorem.
Często w podobnych układach do sterowania
silnika wentylatora służy obwód z czujni-
kiem temperatury (takie rozwiązanie wyko-
rzystałem w przygotowywanym do publika-
cji wzmacniaczu mostkowym). W opisywa-
nym prostym module po przemyśleniu pro-
blemu i kilku próbach zdecydowałem się na
znacznie prostsze rozwiązanie, pokazane na
rysunku 1. Zasada pracy jest oczywista:
w stanie spoczynku na wyjściu wzmacniacza
występuje potencjał masy. Wentylator(-y)
pracuje z niewielką prędkością, i co bardzo
ważne, zupełnie go nie słychać. Spoczynko-
we obroty wentylatora wyznacza dzielnik
R10, R12 (R11 nie jest montowany). Przy
wzroście poziomu sygnału i tym samym gło-
śności, ujemne połówki sygnału spowodują
dodatkowe ładowanie C12 przez diodę D3.
Napięcie na C12 wzrasta, a „darlington” T1
zapewnia, że rośnie też napięcie i obroty we-
ntylatora. Oznacza to, że w chwilach ciszy
wgłośniku wentylator będzie pracować bez-
szelestnie, a przy silniejszym sygnale nie-
wielki szum wentylatora zostanie skutecznie
zagłuszony dźwiękiem z głośnika. Po zaniku
sygnału wyjściowego obroty wentylatora bę-
dą stopniowo maleć. Prędkość wentylatora
będzie więc proporcjonalna do poziomu sy-
gnału i głośności. Pojemność kondensatora
C12 decyduje też, jak szybko ma zmniejszać
się prędkość wentylatora (i związany z tym
szum). Próby modeli pokazują, że pojemność
100µF jest dobra, a dodatkowe informacje
omożliwości zmian zawarte są w dalszej
części artykułu.
Napięcie zasilające obwód sterowania
wentylatora będzie wynosić 20V do ponad
40V, zależnie od zastosowanego transforma-
tora. Tymczasem wentylatory komputerowe
mają napięcie nominalne 12V. Aby zapobiec
uszkodzeniu wentylatora i jednocześnie
zmniejszyć moc strat w tranzystorze T1
(„darlington” mocy), konieczne okazało się
dodanie rezystora R13 dużej mocy. Przy tak
dużym napięciu zasilania można też jedno-
cześnie wysterować dwa szeregowo połączo-
ne wentylatory. Ja zdecydowałem się umie-
ścić drugi wentylator M2 w kolektorze „dar-
lingtona” T1.W takim przypadku kondensa-
tor C13 jest niezbędny. Rzecz w tym, że ko-
lektor tranzystora to praktycznie źródło prą-
dowe, a silnik wentylatora nie lubi sterowa-
nia prądowego i bez kondensatora C13... wy-
raźnie brzęczy. Dodanie kondensatora C13
likwiduje hałas i oba wentylatorki pracują
w sposób bezszelestny. Jeśli jeden moduł ma
10Hz...100kHz.
Kondensator C10 pracuje w obwodzie
podwyższania dodatniego napięcia zasilają-
cego w szczytach wysterowania (bootstrap).
Układ bootstrap stosowany jest w bardzo
wielu wzmacniaczach. Dodatnie szczyty sy-
gnału wyjściowego chwilowo zwiększają na-
pięcie zasilania obwodów sterujących tran-
zystorami wyjściowymi. A w układzie
TDA7294 są to dwa tranzystory MOSFET
z kanałem N. Do pełnego otwarcia „górne-
go” tranzystora mocy potrzebne jest napięcie
wyższe od dodatniego napięcia VDD. To wy-
ższe napięcie uzyskuje się właśnie za pomo-
cą C10 – patrz
rysunek 2
. Usunięcie C10 nie
zaszkodzi więc wzmacniaczowi, tylko unie-
możliwi uzyskanie pełnej mocy wyjsciowej.
Ceramiczne kondensatory C4, C5 o nie-
wielkiej pojemności odsprzęgają zasilanie
i zapobiegają samowzbudzeniu. Duże kon-
Rys. 2
Rys. 3
14
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
wysterować wentylatory obu kanałów
wzmacniacza stereo, wtedy analogiczne
obwody we wzmacniaczu w drugim kanale
nie będą montowane.
W wielu przypadkach moduł będzie zasi-
lany z transformatora toroidalnego o mocy
200W i napięciu zmiennym 2x24V, co da sta-
łe napięcie zasilające układ w spoczynku
około ±33V. Napięcie to będzie się zmniej-
szać w zależności od poziomu sygnału i mo-
cy transformatora, Mimo wszystko R13 bę-
dzie potrzebny, ponieważ nawet pod pełnym
obciążeniem napięcie zasilania VSS nie spa-
dnie poniżej 24...25V. Podana na rysunku 1
wartość R13 okaże się dobra przy sterowaniu
dwóch typowych
jednakowych
wentylato-
rów komputerowych i przy zasilaniu z trans-
formatora 2x24VAC 200W.
Jeśli moduł ma sterować tylko jednym
wentylatorem, kondensator C13 należy ze-
wrzeć i zwiększyć wartość R13, by przy peł-
nym wysterowaniu wzmacniacza napięcie na
silniku wentylatora nie przekroczyło 14V.
Także jeśliby wzmacniacz wyłączał się pod-
czas głośnego grania (zadziałanie zabezpie-
czenia termicznego wskutek zbyt słabego
chłodzenia) albo odwrotnie – przy najwięk-
szych sygnałach napięcie na wentylatorze
było większe niż 14V (ryzyko uszkodzenia
silników), należy zmienić wartość R13.
Szczegółowe wskazówki podane są w dalszej
części artykułu.
Pojemność minimalna C8, C9 wynosi
1000µF, ale czym jest większa, tym lepiej.
Choć w roli C8, C9 przewidziano kondensa-
tory o średnicy do 16mm, z powodzeniem
można tam wlutować egzemplarze o średni-
cy 18mm (sprawdziłem!). Umożliwia to wlu-
towanie np. kondensatorów 4700µF/35V.
Choć zapewniony jest dobry dostęp do śruby
mocującej U1 do radiatora (co, jak podkre-
ślam z dumą, nie jest regułą w podobnych
konstrukcjach), duże „elektrolity” C8, C9
warto wlutować na koniec, po zmontowaniu
cewki L1, rezystora R13 i szpilek „goldpin”
do podłączenia wtyków wentylatorów.
Wpłytce w złączach M1, M2 przewidziane
są dwie szpilki, a typowy wentylator ma trzy
przewody: czerwony to „plus”, czarny – „mi-
nus”, a żółty lub inny to wyjście kontrolne
czujnika, które w naszym układzie pozostaje
niepodłączone.
Do tranzystora T1 warto dołączyć nie-
wielki radiatorek z kawałka blaszki. Oblicze-
nia wskazują, że nie zawsze jest on koniecz-
ny (to zależy od prądu pracy silnika wentyla-
tora M1 i napięcia zasilania), ale przy mocy
strat rzędu 2W bez radiatora tranzystor ten
będzie bardzo gorący i można się nim opa-
rzyć. Dlatego do T1 powinien zostać dołą-
czony mały radiatorek o powierzchni np.
10cm
2
.
Więcej uwagi i doświadczenia wymaga
jedynie montaż głównego radiatora. Osoby,
które nie mają żadnego doświadczenia
w wierceniu i gwintowaniu aluminium, ko-
niecznie powinny przeprowadzić próby na
jakimś kawałku tego metalu (stopu). W ra-
diatorze trzeba wywiercić dwa otwory o śre-
dnicy 2,3...2,4mm, a potem je nagwintować
gwintownikiem M3. Jeden posłuży do przy-
kręcenia układu scalonego, drugi do przykrę-
cenia wspornika. Ten wspornik z blachy
w kształcie litery L jest potrzebny do dodat-
kowego powiązania radiatora i płytki.
Przed przystąpieniem do pracy należy ko-
niecznie odkręcić od radiatora wentylator,
żeby go nie uszkodzić, na przykład opiłkami
aluminium, które mogłyby się dostać do
wnętrza silnika.
Wiercenie i gwintowanie aluminium
znacznie różni się od wiercenia i gwintowa-
nia stali – trzeba je wykonać powoli i staran-
nie. Prędkość obrotowa wiertła powinna być
możliwie mała, a miejsce wiercenia i wiertło
należy zwilżać denaturatem. Warto najpierw
wywiercić otwór o mniejszej średnicy, np.
1,5...2mm, a potem rozwiercić do potrzebnej
2,3...2,4mm. Następnie należy nagwintować
otwór, również stosując denaturat. Gwinto-
wanie należy wykonać stopniowo – po każ-
dych kilku obrotach należy wykręcić gwin-
townik, usunąć resztki aluminium i gwinto-
wać dalej. Próba nacięcia całego gwintu za
jednym razem łatwo może skończyć się cał-
kowitym zniszczeniem naciętego gwintu lub
złamaniem gwintownika. Zniszczenie gwintu
czy złamanie i zakleszczenie wiertła lub
gwintownika nie tylko zeszpeciłoby radiator,
ale też zaowocowałoby kłopotami przy wy-
borze nowych miejsc na otwory.
Proponuję najpierw
wstępnie
wlutować
układ TDA7294 lutując tylko
dwie skrajne
nóżki
, a potem zaznaczyć na radiatorze miej-
sce wiercenia przez otwór w układzie scalo-
nym. Podobnie można zaznaczyć miejsce na
otwór do mocowania wspornika. Gdyby na-
wet podczas wiercenia otwór „uciekł” w górę
lub dół radiatora, można łatwo skorygować
błąd, lutując układ scalony na odpowiedniej
wysokości. Wcze-
śniejsze wlutowanie
wszystkich nóżek
układu scalonego
uniemożliwi taką ko-
rektę, bo wylutowa-
nie wielu nóżek
z dwustronnej płytki
jest ogromnie trudne.
Do zasilania cał-
kowicie wystarczy
klasyczny zasilacz
Montaż i uruchomienie
Moduł wzmacniacza można zmontować na
małej płytce drukowanej, pokazanej na
ry-
sunku 4
.
Projekt płytki drukowanej modułu po-
przedzony był wnikliwą analizą i ostatecznie
zdecydowałem się na płytkę dwustronną.
Dodałem też otwory (przelotki) w kluczo-
wych obwodach masy i obu szyn zasilania,
czyli w obwodach, gdzie płyną największe
prądy. Te przelotki jeszcze przed wlutowa-
niem elementów warto zalać cyną, by lepiej
połączyć ścieżki na obydwu stronach płytki.
Montaż elementów elektronicznych nie
powinien sprawić trudności nawet mało zaa-
wansowanym. Lutowanie warto zacząć od
elementów najmniejszych: są to kondensato-
ry odsprzęgające SMD – C4, C5, które nale-
ży zamontować od strony lutowania. Naj-
pierw należy nanieść trochę cyny na jedno
z pól lutowniczych, następnie rozgrzać cynę
i przyłożyć kondensator, lutując jedną koń-
cówkę. Dopiero potem należy zalutować dru-
gą. Zamiast kondensatorów SMD można też
wlutować zwykłe ceramiczne. W wersji pod-
stawowej nie należy montować rezystorów
R7 i R11.
Cewka wyjściowa to 7 zwojów drutu
o średnicy do 0,8...1,9mm. Można ją z powo-
dzeniem nawinąć np. na ołówku. Cewka ta
według danych z katalogu nie jest niezbędna
imożna ją zastąpić zworą.
Rys. 4 Schemat montażowy
Rys. 5
Elektronika dla Wszystkich
15
Projekty AVT
niestabilizowany według
rysunku 5
. Moduł
może być zasilany napięciem symetrycznym
±12V...±40V. Pojemność kondensatorów fil-
trujących powinna być jak największa. Mogą
to być łatwo dostępne kondensatory, np. 4...8
sztuk 4700µF/35V lub 40V. Bezpieczniki na-
leży dobrać stosownie do mocy transforma-
tora. W obwodzie sieciowym trzeba koniecz-
nie zastosować bezpiecznik zwłoczny (z li-
terką T), bo podczas włączania „toroida” wy-
stępują duże impulsy prądowe. Bezpieczniki
na wyjściu zasilacza powinny być szybkie
(zwykłe WTA). Diody w mostku powinny
mieć prąd pracy minimum 2A, przy czym za-
miast czterech diod można zastosować popu-
larny mostek prostowniczy o prądzie 6A lub
więcej. Najczęściej moduł będzie współpra-
cował z transformatorem o napięciu wyjścio-
wym 2x24VAC. Na przykład we wzmacnia-
czu stereofonicznym wystarczy transforma-
tor toroidalny 200W 2x24V. Wtedy w spo-
czynku napięcie zasilania układu scalonego
jest równe ±33V. Pod obciążeniem spada do
±30V, a przy pełnym obciążeniu dwóch ka-
nałów nawet do ±27V. Przy zasilaniu napię-
ciem ±30V na rezystancji 8 uzyskuje się
przebieg o amplitudzie powyżej 50Vpp, co
daje co najmniej 43W przy zniekształceniach
poniżej 0,5%. Na oporności 4Ω możliwe jest
więc osiągnięcie użytecznej mocy wyjścio-
wej 80W. Jeśli ktoś chce uzyskać większą
moc, może zwiększyć napięcie zasilania.
Maksymalne robocze napięcie zasilania wy-
nosi ±40V, ale w spoczynku i przy małym
obciążeniu napięcie zasilania może wynosić
±50V. Można więc zastosować transformator
dający w spoczynku napięcie do ±50V, które
w czasie pracy pod obciążeniem spadnie do
najwyższego zalecanego napięcia roboczego
±40V. Ostatecznie zmienne napięcie wyj-
ściowe transformatora może więc wynosić
od 2x10V do 2x30V, a nawet 2x35V. W ze-
stawie AVT-2671 przewidziano kondensato-
ry C8, C9 na napięcie 40V. Jeśli ktoś chciał-
by zastosować wyższe napięcie zasilania,
musi wymienić te kondensatory na inne o na-
pięciu 50V lub 63V.
Uwaga! Wkładka radiatorowa układu
scalonego TDA7294 jest wewnętrznie po-
łączona z ujemną szyną zasilania (VSS,
nóżka 8).
Bezpośrednie przykręcenie radia-
tora do układu scalonego spowoduje więc, że
na radiatorze będzie występować ujemne na-
pięcie zasilania, a nie potencjał masy. Tym-
czasem w zdecydowanej większości urzą-
dzeń obudowa połączona jest z obwodem
masy. W takim przypadku należy zapewnić
izolację galwaniczną radiatora od obudowy,
a przy wszelkich manipulacjach w układzie
unikać zwarcia radiatora do masy. Ponieważ
z czasem zapomina się o szczegółach kon-
strukcji, obowiązkowo trzeba umieścić wte-
dy na radiatorach lub gdzieś indziej we wnę-
trzu wzmacniacza wyraźny napis z informa-
cją i ostrzeżeniem o potencjale radiatorów.
Inną możliwością jest zastosowanie miko-
wej lub silikonowej przekładki izolacyjnej
między układem scalonym a radiatorem.
Wtedy trzeba jednak pamiętać, że zwiększy
się rezystancja termiczna i uzyskanie maksy-
malnych mocy wyjściowych będzie utru-
dnione. Wielu praktyków przekonało się, że
dołączenie radiatora do ujemnego napięcia
zasilania często kończy się co najmniej spa-
leniem bezpieczników lub nawet elementów
zasilacza, dlatego w miarę możliwości stosu-
ją jednak przekładki izolacyjne, by bez obaw
połączyć radiator do masy. Na przykład przy
zasilaniu z transformatora 2x24VAC i z gło-
śnikami 8Ω moc strat nie przekroczy
25Wimożna śmiało zastosować przekładki
izolacyjne.
Ja w dwóch modelach pokazanych na fo-
tografiach zastosowałem identyczne radiato-
ry firmy CoolerMaster typu DI4-6H53B.
Mają one zaskakująco małą rezystancję ter-
miczną Rthra około 0,55K/W (przy zasilaniu
wentylatora napięciem 12V) i są chwalone
przez użytkowników za cichą pracę. Rezy-
stancja termiczna rzędu 0,5K/W jest
naprawdę mała, czyli sam radiator
bardzo skutecznie pełni swą rolę.
Okazuje się, że rezystancja termicz-
na samego układu scalonego mię-
dzy strukturą awkładką radiatorową
(Rthjc) jest nawet trzykrotnie więk-
sza i wynosi do 1,5K/W. Bez prze-
kładki izolacyjnej rezystancja ter-
miczna styku układ scalony-radiator
(Rthcr), starannie posmarowanego
pastą przewodzącą ciepło, będzie wynosić
0,1...0,2K/W. O mocy maksymalnej wzmac-
niacza decyduje nie tylko wartość napięcia
zasilania i oporność głośników, ale też wła-
śnie całkowita rezystancja termiczna
Rthja równa sumie
Rthja = Rthjc + Rthcr + Rthra
Przy całkowitej rezystancji cieplnej rów-
nej 2,1...2,2K/W można rozproszyć do
50W mocy strat, czyli możliwe jest „wyci-
śnięcie” ze wzmacniacza pełnej użytecznej
mocy wyjściowej sięgającej 100W. Dodanie
przekładki izolacyjnej może zwiększyć tę re-
zystancję o 1K/W.
Zbyt duża rezystancja termiczna nie grozi
wprawdzie uszkodzeniem, bo układ scalony
ma stosowne zabezpieczenia – po prostu
wzmacniacz przy pełnej mocy wyjściowej
będzie się okresowo wyłączał. Wykonawca
układu musi więc sam zdecydować, czy za-
stosować przekładkę izolacyjną pogarszającą
oddawanie ciepła, czy też pracować bez niej
i ewentualnie zmniejszyć za to na przykład
prędkość wentylatora, co nieco zwiększy re-
zystancję Rthra (radiator-otoczenie). Możli-
wości jest wiele – jak zawsze najlepszym
rozwiązaniem okażą się testy modelu w wa-
runkach normalnej pracy (w docelowej obu-
dowie).
Po zmontowaniu układu i wizualnym
sprawdzeniu poprawności montażu, należy
moduł podłączyć do zasilacza obowiązkowo
stosując zabezpieczenie w postaci żarówki
40...60W w obwodzie uzwojenia pierwotne-
go transformatora – pokazuje to
rysunek 6
.
Żarówka taka znakomicie zmniejszy ryzyko
uszkodzenia w przypadku jakiegoś błędu. Po
włączeniu napięcia, ale bez sygnału audio, ta
żarówka powinna się na chwilę zaświecić (ła-
dowanie kondensatorów w zasilaczu), a na-
stępnie zgasnąć. Świadczy to, że prąd pobie-
rany przez wzmacniacz jest mały. Wentyla-
tor(-y) powinien kręcić się z niewielką pręd-
kością. Jeśli tak jest, można dołączyć źródło
sygnału i obciążenie: rezystory lub głośnik,
ewentualnie oscyloskop i sprawdzić wzmac-
niacz. Najpierw z żarówką według rysunku 6
– przy zwiększaniu głośności żarówka po-
winna się zaświecać. Potem można sprawdzić
moc wyjściową i zniekształcenia bez żarów-
ki. Sygnał akustyczny np. z odtwarzacza CD
należy podać na końcówki O1, IN przez po-
tencjometr 4,4...100kΩB. W typowym ukła-
Rys. 6
Rys. 7
dzie wejście CTRL ma pozostać niepodłączo-
ne – przewidziane ono jest do współpracy
z oddzielnym modułem wyciszania.
Uwaga! Wszelkie manipulacje w ukła-
dzie należy przeprowadzać po wyłączeniu
zasilania.
Chodzi nie tyle o możliwość pora-
żenia, co o zwiększone ryzyko uszkodzenia
układu scalonego. Praktyka pokazuje, że ukła-
dy z reguły ulegają uszkodzeniu właśnie wte-
dy, gdy ktoś „grzebie” przy nich pod napię-
16
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
ciem. Czasem wystarczy dotknąć lutownicą
jakiś punkt układu będącego pod napięciem,
a potrafi on w ułamku sekundy „strzelić” –
ulec bezpowrotnemu uszkodzeniu. Dlatego
także przy pomiarach należy najpierw podłą-
czyć przyrządy pomiarowe, a dopiero potem
włączyć zasilanie.
Jeśli we wzmacniaczu mają pracować
dwa moduły (stereo), zazwyczaj wystarczy
połączyć je według
rysunku 7
. Przewody,
w których płyną duże prądy powinny być
możliwie grube, o przekroju minimum
1,5mm
2
, lub lepiej 2,5mm
2
. Elementy w ze-
stawie AVT-2671 są przewidziane, żeby je-
den moduł „napędził” oba
jednakowe
wenty-
latory wzmacniacza stereo. Dlatego w zesta-
wie występuje rezystor R13 o wartości 47Ω
lub 56Ω 5W. Jeśli układ ma sterować tylko
jeden wentylator, należy zamiast C13 zamon-
tować zworę i koniecznie zwiększyć R13 do
82...100Ω (5W).
Należy też zapewnić dobrą wentylację ca-
łej obudowy. Zamknięcie modułów w szczel-
nej obudowie może uniemożliwić wykorzy-
stanie pełnej mocy układów – temperatura
wewnątrz takiej słabo wentylowanej obudo-
wy silnie wzrośnie, co pomimo pracy wenty-
latorów na radiatorach może doprowadzić do
zadziałania zabezpieczeń termicznych scalo-
nych wzmacniaczy. Dlatego we wzmacnia-
czach wielokanałowych być może trzeba bę-
dzie zastosować jeszcze jeden wiatrak, wy-
ciągający ogrzane powietrze na zewnątrz
obudowy – taki sposób powszechnie stoso-
wany jest we wzmacniaczach fabrycznych.
Wiadomości podane dotychczas całkowi-
cie wystarczą do zbudowania i uruchomienia
opisanego modułu. Osoby, które chcą poznać
dalsze szczegóły i mieć pełną kontrolę nad
układem, znajdą dodatkowe informacje
w dalszej części artykułu. Stopień trudności
układu (dwie gwiazdki) wynika zarówno
z konieczności zamocowania radiatora, jak
też z faktu, że do pełnego wykorzystania
możliwości modułu potrzebne są też inne
układy (np. zasilacz, przedwzmacniacz, obu-
dowa, ew. wspomniany dodatkowy wiatrak).
prądu stałego). Nie polecam takiej operacji,
ponieważ wtedy na wyjściu pojawi się nie-
wielkie napięcie stałe – wzmocnione napię-
cie niezrównoważenia układu scalonego. Nie
będzie ono wprawdzie duże (poniżej 0,33V),
ale generalnie poszerzanie pasma do zera
uważam jedynie za bezwartościowy „szpan”
– przecież żadne płyty audio nie zawierają
składowych niższych od 5Hz, a w przypadku
płyt winylowych nawet celowo tłumi się ta-
kie najniższe składowe.
Opisywany moduł znakomicie nadaje się
do budowy wielokanałowych wzmacniaczy
do kina domowego wysokiej jakości. Przy
„standardowym” zasilaniu z transformatora
o napięciu 2x24V przy oporności obciążenia
8Ω moc użyteczna będzie większa niż 40W,
a przy typowej dla kolumn kina domowego
oporności 6Ω- ponad 50W. Wystarczy to z za-
pasem, bo całkowita moc użyteczna sześciu
jednakowych kanałów wyniesie ponad 300W,
a szczytowa będzie jeszcze większa. Kto
chciałby zwiększyć moc kanałów przednich
lewego i prawego oraz subwoofera, może za-
silać je z transformatora o napięciu 2x30V,
a wzmacniacze kanałów centralnego i tylnych
– z transformatora 2x24V lub 2x17V.
Połączenia masy.
W typowych przypad-
kach moduły będą połączone według wcześ-
niejszego rysunku 7. W obwodzie masy i za-
silania modułu należy stosować przewody
omożliwie dużym przekroju. Analizując
układ połączeń, można zauważyć, że w takiej
sytuacji powstaje jednak pętla masy. Przy
szczegółowej analizie problemu należałoby
wziąć pod uwagę rezystancję poszczegól-
nych części obwodu masy, płynące tam prą-
dy, wynikające stąd spadki napięć, a także
geometryczną wielkość pętli i spodziewaną
wielkość pola magnetycznego (rozproszenia
transformatora). Jeśli transformator jest toro-
idalny, a pętla ta jest mała, bo moduły umie-
szczone są obok siebie, nie powinna ona
mieć żadnego negatywnego wpływu na para-
metry wzmacniaczy, w szczególności na
brum i poziom harmonicznych.
Jak wiadomo, pętli masy należy jednak
w miarę możliwości unikać. Projektując płyt-
kę drukowaną do wzmacniacza, poświęciłem
dużo uwagi obwodom masy. Dlatego też
wprowadziłem dwa obwody masy: sygnało-
wą i mocy. Jedną z istotnych kwestii jest
punkt dołączenia kondensatora C11. Dołą-
czony jest do masy sygnałowej, żeby układ
nie wzmacniał spadków napięć na przewo-
dach masy. W scalonych wzmacniaczach sa-
mochodowych występują dwie oddzielne
końcówki masy, co całkowicie rozwiązuje
problem spadku napięcia na przewodach.
W prezentowanym module też można całko-
wicie rozdzielić masę wyjściową od wejścio-
wej, przecinając od strony druku odcinek
ścieżki pod rezystorem R7 (nie montując te-
go rezystora). Ilustruje to
rysunek 8
. Taki
układ połączeń jest znacznie lepszy niż ten
z rysunku 7, bo dzięki przecięciu ścieżki pod
R7 nie ma pętli masy, a obwody wysokoprą-
dowe są skutecznie oddzielone od niskoprą-
dowych. Niemniej jednak w układzie z ry-
sunku 8 istnieje pewne ryzyko, że w czasie
prób lub prac serwisowych od modułu zosta-
nie przypadkowo odłączony obwód masy sy-
gnałowej. Wtedy wzmacniacz może zareago-
wać w sposób nieoczekiwany, a nawet ulec
uszkodzeniu. Aby temu zapobiec, wystarczy
dodać rezystor R7, który w przypadku odłą-
czenia przewodu masy sygnałowej (punkt
O1) zapobiegnie niepożądanym reakcjom
wzmacniacza. Rezystor ten może mieć war-
tość 1...100Ω. Wprawdzie dodanie rezystora
R7 (przy przeciętej ścieżce) niejako znów za-
myka pętlę masy, ale podczas normalnej pra-
cy rezystancja R7 będzie wielokrotnie więk-
sza od rezystancji przewodów i ścieżek masy,
więc tę stosunkowo dużą rezystancję można
spokojnie pominąć. Ta wtrącona rezystancja
R7 skutecznie zapobiegnie przepływowi nie-
Rys. 8
Rys. 9
Tylko dla dociekliwych
i zaawansowanych
Dodatkowych informacji o układzie scalo-
nym należy szukać w firmowej karcie katalo-
gowej. Można ją ściągnąć albo z naszej stro-
ny internetowej, albo spod adresu producenta:
Wzmocnienie modułu wynosi około
33x (30dB). Wzmocnienie można zmieniać
w zakresie 20...100x, modyfikując wartość
R9, ale w ogromnej większości zastosowań
nie ma takiej potrzeby. Podobnie nie ma po-
trzeby poszerzać pasma, choć jeśli ktoś chce,
może śmiało zmienić C11 z 22µF na
47µF lub 100µF. Teoretycznie można nawet
zewrzeć zarówno zespół C1-C3, jak i C11, by
uzyskać pasmo zaczynające się od zera (od
Elektronika dla Wszystkich
17
[ Pobierz całość w formacie PDF ]