Zesilovač UNI 50 – 50W/4R

Tento článek pochází ze zrušeného webu zosilnovace.eu. Publikován je se svolením autora jak záloha či archiv.

Schéma a princip zapojení

Schéma zapojení zesilovače je na obr. 1. Pohledem na schéma není zesilovač vůbec složitý a složitý ve skutečnosti ani není. Na vstup zesilovače se přivádí nízkofrekvenční signál, jehož úroveň pro maximální vybuzení je 0,45V. Za vstupním konektorem se nachází kondenzátor C1, který zabraňuje průniku stejnosměrné složky do zesilovače z předchozího zařízení. Kondenzátor C2 spolu s odporem R1 tvoří dolně-propustný filtr, který potlačuje frekvence vyšší než 220kHz, a tak přispívá ke stabilitě zesilovače. Odpor R2 definuje vstupní impedanci zesilovače, v tomto případě je 15kOhm. Tranzistory T1 a T2 tvoří vstupní diferenciální zesilovač. Tranzistor T3 je proudový zdroj, který napájí konstantním proudem dvojici tranzistorů T1 a T2. Velikost proudu je určena červenou LED diodou a odporem R9. Odpor R3 napájí LED diodu D7 proudem cca 5mA. Velikost proudu protékajícím tranzistory T1 a T2 je 1,25mA. Na odporu R8 se vlivem protékajícího proudu vytvoří úbytek napětí, který následně budí napěťový zesilovač. Napěťový zesilovač je tvořen tranzistorem T4, který pracuje ve třídě A a jeho nastavený pracovní bod je na 10mA. Tranzistor T5 plní funkci proudového zdroje pro T4 a zároveň jeho dynamickou zátěž. Nastavený proud napěťovým zesilovačem určuje předpětí do báze a odpor R11. Proud nastavený tranzistory T4 a T5 je 10mA. Kondenzátory C9, C10 a C11 tvoří frekvenční kompenzaci a přispívají k celkové stabilitě zesilovače. Pro tepelnou vazbu a regulaci klidového proudu je použit tranzistor T6. Trimrem P1 se nastavuje klidový proud. Tranzistory T7 a T8 tvoří budič. Jsou buzeny z napěťového zesilovače. V bázích budících tranzistorů se nachází i obvod nadproudové pojistky. Ta je tvořena odpory R6, R7, R14, R15, tranzistory T11, T12, diodami D1-D4  a kondenzátory C12, C13. Budící tranzistory T7 a T8 tvoří spolu s koncovými tvz. Darlingtonovo zapojení, vyznačující se velkým proudovým zesílením. Koncové tranzistory T9 a T10 spolu s budícími zesilují už jen proudově. Emitorové odpory, jsou v tomto zesilovači vyskládány z malých metaloxidových rezistorů. Takto se můžeme vyhnout použití rozměrných výkonových odporů a přidat na estetice zesilovače. I když špičková zatížení zvládají meteloxidové rezistory hůře než drátové, za běžného provozu se odlišnosti nijak neprojeví. V případě průrazu koncových tranzistorů je více než pravděpodobné, že se spálí i takto vyskládané emitorové odpory. Na výstupu zesilovače je zapojen Boucherotův člen, který napomáhá rovněž k další stabilitě zesilovače. Diody D5 a D6 jsou rekuperační, potlačují zpětné napěťové špičky vznikající vlivem indukčnosti basových reproduktorů.

Sestavení zesilovače

Je dobré začít osazovat od nejmenších součástek po největší. Začneme propojkami, které vytvarujeme na potřebnou délku. Po osazení propojek postoupíme na rezistory, diody a kondenzátory. Nakonec osadíme tranzistory. Vhodné je součástky pájet olovnatou pájkou s obsahem tavidla. Přestože je používání olova v elektrotechnice podle evropské směrnice zakázáno, bohužel s olovnatou pájkou se lépe pracuje a také má delší trvanlivost a stálost. Pájecí plošky se snažíme velmi nepřehřívat, aby se neodplepila měď od laminátu. Při správné technice se pájka pěkně rozlije na plošku a výborně přelije i vývod součástky. Doporučujeme pájet mikropáječkou, avšak při opatrnosti lze pájet i klasickou transformátorovou páječkou. Tranzistory T6-T10 jsou osazeny na chladícím AL úhelníku pomocí izolačních podložek, průchodek a šroubů. Před samotným osazováním tranzistorů na chladič je třeba si vyvrtat tu stranu úhelníku, která bude přichycena na hlavní chladič. Slídové podložky pod koncové tranzistory T9 a T10 je nutné namazat silikonovou bílou pastou. Pod hlavičku šroubku je třeba dát nylonovou izolační průchodku, protože pouzdro tranzistorů T11 až T14 je vodivě spojeno se středním vývodem. Tranzistory T6-T10 zaletujeme do DPS až po jejich řádném upevnění na Al úhelník. Tranzistory je třeba dotahovat s citem aby nepraskly pouzdra, hlavně T6, T7 a T8. Vhodný transformátor pro zesilovač je s napětím 2x22V naprázdno. Výkon transformátoru pro jeden kanál by měl být zhruba 80VA. Filtrační kapacita bude postačovat 2×4,7mF/35V na kanál. U stereo verze 2x10mF/35V. Na vstupní konektor zesilovače se přivádí vstupní signál klasicky, na svorku IN jde živý signál a na svorku GND se připojí stínění tohoto kablíku.

Oživení zesilovače

Po pozorném osazení a pájení všech součástek, opticky zkontrolujeme opět osazení zesilovače. Pokud vše souhlasí, připojíme ve správné polaritě zesilovač na napájecí zdroj s maximálním napětím +/-33V. Na místo pojistek zařadíme ochranné odpory 10-100R/2W min. Trimr vytočíme na minimální odpor. Tak je nastaven minimální proud koncovými tranzistory. Zapneme napájecí zdroj. Rozsvítí se LED dioda D7, která je v SMD pouzdře a je zaletována ze strany spojů.

Jelikož jsou nezaloženy pojistky, zesilovač je napájen přes ochranné odpory. Význam těch odporů je hlavně ten, aby při nesprávném osazení zachránili drahé polovodiče. Tyto odpory omezují proud do zesilovače na cca 100mA. Následně změříme stejnosměrné napětí na výstupu zesilovače. Pokud je zesilovač v pořádku, tak napětí bude v tolerancí do 20mV obvykle kolem 5mV. Pokud je v pořádku, pak můžeme pomalu přidat klidový proud. To se projeví zvýšením úbytku na ochranných odporech zařazených místo pojistek. Tento úbytek stačí měřit na jednom odporu. Odběr musí být symetrický.

Vypneme napájecí zdroj a založíme do jedné větve pojistku a do druhé ampérmetr. Zapneme napájení a nastavíme hodnotu klidového proudu na cca. 40 – 60mA (napěťový zesilovač spolu se vstupním zesilovačem mají vlastní spotřebu přibližně 15mA). Potom zesilovač vypneme, a nahradíme ampérmetr pojistkou. Zesilovač je třeba jistit rychlými F3,15A pojistkami v obou napájecích větvích. Na výstup připojíme reproduktor a na vstup přivedeme audio signál. Zesilovač zapneme a začneme „zahřívat“. Po ohřátí jej vypneme a znovu zkontrolujeme klidový proud, ten nesmí být vyšší než nastavený, případně provedeme korekci.

Pokud by nechtěl zesilovač fungovat a klidový proud by se nedal nastavit, popřípadě na výstupu by bylo stejnosměrné napětí, je třeba proměřit jednotlivé pracovní body. To však je trošku zdlouhavější, proto nebudeme uvádět jak a co všechno se ovlivňuje. Uvedeme napětí, která by se měla naměřit při připojeném zesilovači na zdroj s pojistkami. Avšak při dodržení všech zásad, správném osazení a pozorném zkontrolování osazení a pájení desky plošných spojů musí zesilovač pracovat na první zapojení.

Pro připojený zesilovač na pojistkách s napájením +/-30V jsou hodnoty následující: R8 0,66V, R9 1,18V, odpor R10 65mV, R11 1,18V.
Nastavování a měření lze provádět i bez hlavního chladiče, ale v krátkém čase! Při celkovém proudu 60mA je proud tekoucí jedním tranzistorem cca 35-40mA. Při napájecím napětí +/-30V je výkonová ztráta na koncových tranzistorech cca 2,4W.

Chlazení zesilovače

Na hliníkový úhelník je třeba dát hlavní chladič zesilovače, neboť úhelník není dostačující. Zesilovač pracuje ve třídě AB, kde se účinnost zesilovačů pohybuje kolem 55-65%. Z toho vyplývá i značný ztrátový výkon zesilovače. Uvažujeme-li maximální účinnost 65%, tak výkon, který se přemění na teplo je 35% z celkového příkonu zesilovače. Zesilovač, který má výkon 50W vyzáří ve formě tepla přibližně 18W ztrátového tepla. Na tuto ztrátu je třeba dimenzovat chladič.
V katalogu hliníkových chladicích profilů se většinou uvádí tepelný odpor chladiče. Z tohoto údaje si umíme odhadnout zda bude chladič vhodný nebo ne, případně lze i pomocí článku Výpočet velikosti chladiče vypočítat přesně jeho velikost. Pokud nebudeme uvažovat tepelný odpor pouzdra tranzistoru, izolační podložky, tak orientační výpočet bude následující:
Uvažujme teplotu prostředí 25°C. Maximální pracovní teplota polovodičového přechodu je 150°C, čemuž přibližně odpovídá teplota na pouzdře tranzistoru 90-100°C. Vzhledem i k tepelné únavě polovodičů je vhodné maximální teplotu posadit níže. Budeme tedy uvažovat 80 ° C jako maximální teplotu chladiče. Čili tepelný spád chladiče bude 80-25 °C to je 55 °C. Tato teplota vypovídá o tom, o kolik °C se může chladič maximálně oteplit při uvažovaném ztrátovém výkonu 18W. Tepelný odpor, který musí mít chladič si z tohoto tedy umíme snadno vypočítat ten odpor bude 55/18, což je cca 3,1°C/W resp. 3,1 K/W. Opět zvolíme chladič s nižším tepelným odporem, v tomto případě 2,5-3°C/W resp. 2,5-3K/W. Při aktivním chlazení je přípustný i vyšší tepelný odpor přibližně o 2-2,5x v závislosti na účinnosti celé chladicí soustavy.

Osazovací plán a DPS:

DPS je v rozlišení 2400 dpi (jak vytisknout DPS naleznete v článku Jak vytisknout DPS).

Blokové schéma:

Technické parametry:

Napájecí napětí:	max. +/- 33V
Výstupní výkon:	max. 70W/4R; jmenovitý 50W/4R
Frekvenční charakteristika:	10 – 98 000 Hz/-3dB
Harmonické zkreslení:	0,066% při 70W/1kHz; 0,057% při 70W/10kHz
Intermodulační zkreslení:	0,24% při 65W/80+7kHz
Vstupní citlivost:	cca 450mV
Proudové jištění:	2×3,15A rychlá pojistka
Rychlost průběhu:	SR 12V/us
Min. zatěžovací impedance:	4R
Rozměry DPS:	72x56mm