Zosilňovač UNI 50 SE – 50W/4R
od zosilnovace.eu
Pri vývoji zosilňovača UNI 50 SE – 50W/4R bol hlavný dôraz kladený na jeho spoľahlivosť a funkčnosť ale aj na estetickú stránku. Použité súčiastky sú výhradne od značkových predajcov, čo zosilňovač predurčuje aj na prevádzku v horších podmienkach.
Technické parametre zosilňovača
- Napájacie napätie: max. +/- 33V
- Výstupný výkon: max. 70W/4R; 50W/4R menovitý
- Frekvenčná charakteristika: 10 - 150 000Hz/-3dB
- Harmonické skreslenie: 0,05% pri 70W/1kHz; 0,057% pri 70W/10kHz
- Intermodulačné skreslenie: 0,15% pri 65W/ 80+7kHz
- Vstupná citlivosť: cca. 0,45V
- Prúdové istenie: 2x3,15A rýchle poistky
- Rýchlosť priebehu SR: 15V/µs
- Min. zaťažovacia impedancia: 4R
- Rozmery DPS: 80x65 mm
Bloková schéma zapojena zosilňovača UNI 50 SE
Bloková schéma zapojenia zosilňovača UNI 50 SE
Schéma a princíp zapojenia zosilňovača
Schéma zosilňovača je na obr. 1. Pohľadom do nej zistíte, zosilňovač nevyzerá zložito. A zložitý v skutočnosti ani nie je. Na vstup zosilňovača sa privádza nízkofrekvenčný signál, ktorého úroveň pre maximálne vybudenie je 0,45V. Za vstupným konektorom sa nachádza kondenzátor C1, ktorý zabraňuje prieniku jednosmernej zložky do zosilňovača s predchádzajúceho zariadenia. Kondenzátor C2 spolu s odporom R1 tvoria dolno-priepustný filter, ktorý potláča frekvencie vyššie ako 220kHz, a tak prispieva k stabilite zosilňovača. Odpor R2 definuje vstupnú impedanciu zosilňovača, v tomto prípade je 15kOhm. Tranzistory T1 a T2 tvoria vstupný diferenciálny zosilňovač. Tranzistor T3 je prúdový zdroj, ktorý napája konštantným prúdom dvojicu tranzistorov T1 a T2. Veľkosť prúdu je určená červenou LED diódou a odporom R9. Odpor R3 napája LED diódu D7 prúdom cca 5mA. Veľkosť prúdu pretekajúcim tranzistormi T1 a T2 je 1,05mA. Na odpore R8 a vplyvom pretekajúceho prúdu vytvorí úbytok napätia, ktorý následne budí napäťový zosilňovač. Napäťový zosilňovač je tvorený tranzistorom T4 ktorý pracuje v triede A a jeho nastavený pracovný bod je na 10mA. Tranzistor T5 plní funkciu prúdového zdroja pre T4, a zároveň jeho dynamickú záťaž. Nastavený prúd napäťovým zosilňovačom určuje predpätie do bázy a odpor R11. Prúd nastavený tranzistormi T4 a T5 je 6,5mA. Kondenzátory C9, C10 a C11 tvoria frekvenčnú kompenzáciu a prispievajú k celkovej stabilite zosilňovača. Na tepelnú väzbu a reguláciu pokojového prúdu je použitý tranzistor T6. Trimrom P1 sa nastavuje pokojový prúd. Tranzistory T7 a T8 tvoria budič. Sú budené s napäťového zosilňovača. V bázach budiacich tranzistoroch sa nachádza aj obvod nadprúdovej poistky. Tá je tvorená odpormi R6, R7, R14, R15, tranzistormi T11, T12, diódami D1-D4, a kondenzátormi C12, C13. Budiace tranzistory T7 a T8 tvoria spolu s koncovými tzv. Darlingtonovo zapojenie, vyznačujúce sa veľkým prúdovým zosilnením. Koncové tranzistory T9 a T10 spolu s budiacimi zosilňujú už iba prúdovo. Emitorové odpory, sú v tomto zosilňovači vyskladané s malých metaloxidových odporov. Takto sa môžeme vyhnúť použitiu rozmerných výkonových odporov, a pridať na estetike zosilňovača. I keď špičkové zaťaženia zvládajú meteloxidové odpory horšie ako drôtové, za bežnej prevádzky sa odlišnosť nijako neprejaví. V prípade prierazu koncových tranzistorov je viac než pravdepodobné, že sa spália aj takto vyskladané emitorové odpory. Na výstupe zosilňovača je zapojený Boucherotov člen, ktorý napomáha takisto k ďalšej stabilite zosilňovača. Diódy D5 a D6 sú rekuperačné, potláčajú spätné napäťové špičky vznikajúce vplyvom indukčnosti basových reproduktorov.
Obr. 1 Schéma zapojenie zosilňovača UNI 50 SE
Zostavenie zosilňovača
Zosilňovač obsahuje všetky súčastí vrátane protikusov k jednotlivým konektorom. Osadzovať je dobré začať od najmenších súčiastok po najväčšie. Začneme prepojkami, ktoré vytvarujeme na potrebnú dĺžku pinzetou. Po osadení prepojok postúpime na odpory , diódy, kondenzátory. Nakoniec osadíme tranzistory. Doska plošných spojov je chemicky postriebrená a pre lepšiu spájkovateľnosť je nastriekaná Fluxom. Vhodné je súčiastky spájkovať olovnatou spájkou s obsahom tavidla. Hoci je používanie olova v elektrotechnike podľa európskej smernice zakázané, bohužiaľ s olovnatou spájkou sa lepšie pracuje a aj má dlhšiu trvácnosť a stálosť. Spájkovacie plôšky sa snažíme veľmi neprehrievať, aby sa neodlepila med s podkladu. Pri správnej technike sa spájka pekne rozleje na plôšku a výborne zaleje aj vývod súčiastky. Doporučujeme spájkovať mikrospájkovačkou, avšak pri opatrnosti je možné spájkovať aj klasickou transformátorovou spájkovačkou. Tranzistory T6-T10 sú osadené na chladiacom AL uholníku pomocou izolačných podložiek, priechodiek a šróbov . Pred samotným osádzaním tranzistorov na chladič je potrebné si vyvŕtať tú stranu uholníka, ktorá bude prichytená na hlavný chladič. Izolačné podložky pod tranzistory T6-T8 sú s kerafolu. Tento materiál ma veľmi dobré tepelno-izolačné vlastnosti. Nepotrebuje na styčné plochy nanášať žiadnu silikónovú pastu ani nič podobné. Jedna styčná plocha je prelepená ochrannou fóliou. Tú treba pred použitím odlepiť. Tá je adhezívnejšia a je vhodné ju touto plochou prilepiť na výkonový tranzistor. Sľudové podložky pod koncové tranzistory T9 a T10 je nevyhnutné namazať silikónovou bielou pastou. Pod hlavičku šróbika je potrebné dať nylonovú izolačnú priechodku, pretože puzdro tranzistorov T11 až T14 je vodivo spojené zo stredným vývodom. Priechodky sú priložené. Tranzistory T6-T10 zaletujeme do DPS až po ich riadnom upevnení na Al uholník. Tranzistory je potrebné doťahovať s citom aby nepraskli púzdra, hlavne T6, T7 a T8. Vhodný transformátor pre zosilňovač je s napätím 2x22V naprázdno. Výkon transformátora pre jeden kanál by mala byť zhruba 80VA. Filtračná kapacita bude postačovať 2x4,7mF/35V na kanál. Pri stereo verzii 2x10mF/35V. Na vstupný konektor zosilňovača sa privádza vstupný signál klasicky, na svorku IN ide živý signál a na svorku GND sa pripojí tienenie tohto káblika.
Osadená PCB zosilňovača UNI 50 SE
Oživenie zosilňovača
Po pozornom osadení a zaspájkovaní všetkých súčiastok opticky skontrolujeme opäť osadenie zosilňovača. Pokiaľ všetko súhlasí, pripojíme v správnej polarite zosilňovač na napájací zdroj s maximálnym napätím +/-33V. Namiesto poistiek zaradíme ochranné odpory 10-100R/2W min. Trimer vytočíme na minimálny odpor. Tak je nastavený minimálny prúd koncovými tranzistormi. Zapneme napájací zdroj. Rozsvieti sa LED dióda D7, ktorá je v SMD puzdre a je zaletovaná zo strany spojov.
Nakoľko sú nezaložené poistky, zosilňovač je napájaný cez ochranné odpory. Význam tých odporov je hlavne ten, aby pri nesprávnom osadení zachránili drahé polovodiče. Tieto odpory obmedzujú prúd do zosilňovača na cca 100mA. Následne zmeriame jednosmerné napätie na výstupe zosilňovača. Pokiaľ je zosilňovač v poriadku, tak napätie bude v tolerancií do 20mV obvykle okolo 5mV. Pokiaľ je v poriadku, tak môžeme pomaly pridať pokojový prúd. To sa prejaví zvýšením úbytku na ochranných odporoch zaradených miesto poistiek. Tento úbytok stačí merať na jednom odpore. Odber musí byť symetrický.
Vypneme napájací zdroj, a založíme do jednej vetvy poistku a do druhej ampérmeter. Zapneme napájanie a nastavíme hodnotu pokojového prúdu na cca. 40 - 60mA (napäťový zosilňovač spolu zo vstupným zosilňovačom majú vlastnú spotrebu približne 15mA). Potom zosilňovač vypneme, a nahradíme ampérmeter poistkou. Zosilňovať je potrebné istiť rýchlymi F3,15A poistkami v oboch napájacích vetvách Na výstup pripojíme reproduktor a na vstup privedieme audio signál. Zosilňovač zapneme, a začneme zahorovať. Po ohriatí ho vypneme, a znovu skontrolujeme pokojový prúd ten nesmie byť vyšší ako nastavený, prípadne spravíme korekciu.
Pokiaľ by nechcel zosilňovač fungovať a pokojový prúd by sa nedal nastaviť, poprípade na výstupe by bolo jednosmerné napätie, je potrebné pomerať jednotlivé pracovné body. To však je trošku zdĺhavejšie, preto nebudeme uvádzať ako a čo všetko sa ovplyvňuje. Uvedieme napätia ktoré by sa mali namerať pri pripojenom zosilňovači na zdroj s poistkami. Avšak pri dodržaní všetkých zásad, správnom osadení a pozornom skontrolovaní osadenia a spájkovania dosky plošných spojov musí zosilňovač pracovať na prvé zapojenie.
Pre pripojený zosilňovač na poistkách s napájaním +/-30V sú hodnoty nasledovné: R8 0,66V, R9 1,18V, odpor R10 65mV, R11 1,18V.
Nastavovanie a meranie je možné robiť aj bez hlavného chladiča, ale v krátkom čase! Pri celkovom prúde 60mA je prúd tečúci jedným tranzistorom cca 35-40mA. Pri napájacom napätím +/-30V je výkonová strata na koncových tranzistoroch cca 2,4W.
Zdroj zosilňovača
Schéma zapojenia zdroja pre zosilňovač UNI 50 SE
Osadenie PCB zdroja pre zosilňovač
Chladenie zosilňovača
Na hliníkový uholník je potrebné dať hlavný chladič zosilňovača, pretože uholník nie je postačujúci. Zosilňovač pracuje v triede AB, kde sa účinnosť zosilňovačov pohybuje okolo 55-65%. Z toho vyplýva aj značný stratový výkon zosilňovača. Ak uvažujeme maximálnu účinnosť 65% tak výkon, ktorý sa premení na teplo je 35% s celkového príkonu zosilňovača. Zosilňovač, ktorý ma výkon 50W vyžiari vo forme tepla približne 18W stratového tepla. Na túto stratu treba dimenzovať chladič.
V katalógu hliníkových chladiacich profiloch sa väčšinou uvádza tepelný odpor chladiča. S tohto údaja si vieme odhadnúť či bude chladič vhodný alebo nie. Pokiaľ nebudeme uvažovať tepelný odpor puzdra tranzistora, izolačnej podložky, tak orientačný výpočet bude nasledovný:
Uvažujme teplotu prostredia 25°C. Maximálna pracovná teplota polovodičového prechodu je 150°C, čomu približne odpovedá teplota na puzdre tranzistora 90-100°C. Vzhľadom aj na tepelnú únavu polovodičov je vhodné maximálnu teplotu posadiť nižšie. Budeme teda uvažovať 80°C ako maximálnu teplotu chladiča. Čiže tepelný spád chladiča bude 80-25°C to je 55°C. Táto teplota vypovedá o tom, o koľko °C sa môže chladič maximálne otepliť pri uvažovanom stratovom výkone 18W. Tepelný odpor, ktorý musí mať chladič si s tohto teda vieme ľahko vypočítať ten odpor bude 55/18, čo je cca 3,1°C/W resp. 3,1 K/W. Opäť zvolíme chladič s nižším tepelným odporom, v tomto prípade 2,5-3°C/W resp. 2,5-3K/W. Pri aktívnom chladení je prípustný aj vyšší tepelný odpor približne o 2-2,5x v závislosti od účinnosti celej chladiacej sústavy.
Zoznam komponentov zosilňovača UNI 50 SE
Rozpis komponentov je uvedený pre jeden kanál.
Pozícia na PCB | Typ / Hodnota | Počet ks | Poznámka |
---|---|---|---|
R1 | 1K2 | 1 | Rezistor |
R2 | 15K | 1 | Rezistor |
R3 | 6K2 | 1 | Rezistor |
R4 | 510R | 1 | Rezistor |
R5 | 15K | 1 | Rezistor |
R6, R7, R12 | 1K8 | 3 | Rezistor |
R8, R9 | 620R | 2 | Rezistor |
R10 | 10R | 1 | Rezistor |
R11 | 180R | 1 | Rezistor |
R13 | 7K5 | 1 | Rezistor |
R14, R15 | 300R | 2 | Rezistor |
R16, R17 | 100R | 2 | Rezistor |
R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24 | 1R | 7 | Rezistor 1W |
R 26 | 10R | 1 | Rezistor 1W |
R 27, R 27a | 22R | 2 | Rezistor |
P1 | 2K5 | 1 | Trimer |
L1 | 14 závitov 0.8 mm na 3 mm priemere | ||
C1 | 22µF | 1 | Elektrolytický kondenzátor |
C2 | 470pF | 1 | Fóliový kondenzátor |
C3, C4, C7, C8, C9 | 100nF | 5 | Fóliový kondenzátor |
C3a, C4a | 100µF/63V | 2 | Elektrolitycký kondenzátor |
C5, C6 | 100µ/35V | 2 | Elektrolitycký kondenzátor |
C10, C11 | 47pF | 2 | Fóliový kondenzátor |
C12, C13 | 33nF (47nF) | 2 | Fóliový kondenzátor |
D1, D2, D3, D4 | 1N4148 | 4 | Dióda |
D5, D6 | 1N4007 | 2 | Usmerňovacia dióda |
D7 | LED | 1 | LED Dióda Červená |
T1, T2, T11 | BC546 | 3 | Tranzistor |
T3 | 2N5551 | 1 | Tranzistor |
T4, T8 | BD140 | 2 | Tranzistor |
T5, T6, T7 | BD139 | 3 | Tranzistor |
T9 | BD911 | 1 | Tranzistor |
T10 | BD912 | 1 | Tranzistor |
T12 | BC556 | 1 | Tranzistor |
CON1 | Konektor 2pin | ||
CON2 | Konektor FASTON 5x |
Celková bloková schéma prepojenia zosilňovača
Bloková schéma prepojenia jednotlivých funkčných blokov zosilňovača UNI 50 SE
Podklady pre výrobu zosilňovača
PCB pre UNI 50 SE (.brd) - klikni
PCB zdroja pre UNI 50 SE (.brd) - klikni
Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.
Kontaktujte nás!
Ahoj. Ten druhy odka na PCB zdroja... nefunguje, neda sa stiahnut.
Zdravím Miro, teraz som to kontroloval, oba odkazy sú v poriadku.
Ahoj. No nieco tam musi byt ine, pretoze k tomu suboru som sa dostal len tak, ze som si skopiroval adresu odkazu a zadal do vyhladavac. V kazdom pripade ale dakujem :)
Zesík jsem zhotovil a kompletně odzkoušel a mohu doporučit. Ovšem je tam jaká si menší chybka v návrhu plošáku zde na stránkách kde máte otočený dva elity C5 a C6 tvořící bipolární kondenzátor.
Jinak jak jsem psal výše, tak funguje báječně.