Wzmacniacz 200W


10
Ocena: None Średnia: 10 (2 głosujących)

Przedstawiona tutaj konstrukcja jest modułem monofonicznego wzmacniacza o dużej mocy i bardzo dobrych parametrach. Schemat układu prawie w całości został zaczerpnięty z opracowania Anthony'ego Holton'a. Układ posiada niskie zniekształcenia harmoniczne, które na pewno nie przekroczą 0.1%, przy mocy oddawanej do obciążenia rzędu 200W. Opisywany wzmacniacz jest alternatywą dla popularnych wzmacniaczy serii TDA i podobnych jednak niewiele większym kosztem można uzyskać wzmacniacz o bardzo dużej mocy. Wielką zaletą układu jest prosta budowa i tani stopień wyjściowy składający się z 4 ogólnodostępnych tranzystorów MOSFET. Wzmacniacz może pracować z głośnikami o impedancji zarówno 4 jak i 8 omów. Jedyną regulacją jaką należy dokonać w czasie uruchomienia jest ustawienie prądu spoczynkowego tranzystorów mocy.

Działanie:


Schemat ideowy układu znajduje się na rysunku poniżej:

Układ wzmacniacza jest klasycznym wzmacniaczem dwustopniowym, składa się on z różnicowego wzmacniacza wejściowego i symetrycznego wzmacniacza mocy w którym pracują dwie pary tranzystorów mocy. Tranzystory T1 (BC546) i T2 (BC546) pracują w konfiguracji wzmacniacza różnicowego i są zasilane ze źródła prądowego zbudowanego w oparciu o tranzystory T3 (BC546) i T4 (BC546) i rezystory R12 (22k), R13 (680R) i R14 (22k). Sygnał wejściowy podawany jest na dwa filtry: dolnoprzepustowy zbudowany z elementów R1 (470R) i C4 (1nF) - ogranicza on wysokoczęstotliwościowe składowe sygnału, oraz filtr górnoprzepustowy złożony z C1 (1uF), R1 (470R) i R11 (47k), ograniczający składowe sygnału o niskich częstotliwościach. Obciążeniem wzmacniacza różnicowego są rezystory R2 (4,7k) i R3 (4,7k). Tranzystory T8 (MJE350) i T9 (MJE350) stanowią kolejny stopień wzmacniający, a jego obciążeniem są tranzystory T5 (MJE340), T6 (MJE340) i T7 (BD139), które jednocześnie polaryzują tranzystory końcówki mocy. Kondensatory C2 (33pF) i C3 (33pF) o niewielkiej wartości przeciwdziałają wzbudzeniom wzmacniacza. Kondensator C6 (10nF) włączony równolegle do R15 (10k) poprawia odpowiedź impulsową wzmacniacza co ma znaczenie dla szybkich sygnałów wejściowych.

Tranzystor T7 wraz z elementami R7 (4,7k), R17 (680R), R20 (82R) oraz P1 (4,7k) pozwala ustawić poprawną polaryzację stopni wyjściowych wzmacniacza w stanie spoczynkowym. Za pomocą potencjometru należy ustawić prąd spoczynkowy w granicach 90-110mA na każdą parę tranzystorów wyjściowych. Całkowity pobór prądu w czasie spoczynku wzmacniacza powinien wynieść w okolicach 230mA. Wyjściowymi elementami wzmacniacza są tranzystory MOSFET T10-T11 (IRFP240) oraz T12-T13 (IRFP9240). Połączone równolegle pary tranzystorów skonfigurowane są jako wtórnik napięciowy o dużej wydajności prądowej, zatem dwa pierwsze stopnie muszą uzyskać wystarczająco dużą amplitudę sygnału wyjściowego. Wzmocnienie układu ustalone jest stosunkiem rezystancji R5 (22k) do R4 (470R) i w projekcie modelowym wynosi około 47 V/V. Rezystory R22-R23 (0.22R) i R25-R26 (0.22R) o małej wartości zostały zastosowane ze względu na różnice w rezystancjach kanałów otwartych tranzystorów i zapobiegają ich uszkodzeniu. Rezystory bramkowe R9-R10 (470R) i R23-R24 (470R) ograniczają szybkość ładowania pojemności bramek tranzystorów, a tym samym ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza. Diody D1-D2 (12V) zabezpieczają przed zbyt dużym wysterowaniem tranzystorów mocy. W tym przypadku napięcia na bramkach względem źródeł tranzystorów nie powinny być większe niż 12V.

Na płytce wzmacniacza przewidziano miejsce na kondensatory filtrujące zasilanie C14-C19 (4700uF) oraz bezpieczniki topikowe F1-F2 (6A). Kondensatory C10-C13 (100uF) filtrują dodatkowo zasilanie, gdyż bezpiecznik zawsze cechuje się pewną niewielką rezystancją. Stopień wejściowy i sterujący zasilany jest poprzez dodatkowy filtr RC zbudowany na elementach R8 (100R), C9 (100uF) oraz R19 (100R) i C11 (100uF).

Układ wzmacniacza osiąga moc 200W (skuteczna sinusoidalna) dla amplitudy sygnału wejściowego w okolicach 850mV i impedancji obciążenia 4R. Zalecanym transformatorem jest toroid 250-300W o napięciach 2x40V AC. Po wyprostowaniu i odfiltrowaniu powinno dać to zasilanie końcówki mocy w okolicach +/-55V względem masy.

Budowa:


Układ z powodzeniem można zbudować w oparciu o płytkę drukowaną dostępną tutaj. Rysunek w odbiciu lustrzanym dostępny jest tutaj. Pomocą w konstrukcji może okazać się schemat montażowy dostępny tutaj. Montaż należy rozpocząć od wlutowania dwóch zworek z tym, że zworka na sygnale wyjściowym powinna być wykonana grubym drutem. W dalszej kolejności montujemy rezystory i kondensatory, dbając o odpowiednią moc zastosowanych elementów. W pierwszej fazie nie należy montować tranzystorów mocy, a jedynie tranzystor T7.

Uruchamianie wzmacniacza:


  • Potencjometr P1 powinien być skręcony maksymalnie w prawo. W miejsce bezpieczników należy przylutować od spodu rezystory 22R/5W i podłączyć transformator poprzez mostek prostowniczy.
  • Podczas włączania transformatora miernikiem sprawdzamy spadek napięcia na rezystorach 22R. Powinien być spadek napięcia (rzędu 1V lub mniej), gdyż układ nie powinien pobierać więcej niż 50mA. Sprawdzamy to samo na obu szynach zasilania.
  • Za pomocą miernika sprawdzamy oba napięcia zasilania względem masy. Powinny one być rzędu +/-55V.
  • Wyłączamy napięcie zasilania, rozładowujemy kondensatory za pomocą rezystora o małej wartości i przystępujemy do lutowania tranzystorów mocy T10-T13. Wszystkie tranzystory mocy razem z T7 powinny być na wspólnym radiatorze aby zachować dobre sprzężenie termiczne tych elementów. Obowiązkowe będą tutaj podkładki mikowe albo silikonowe bo tranzystory mają różne potencjały podczas pracy. Po wlutowaniu tranzystorów mocy i przykręceniu ich oraz T7 do radiatora warto sprawdzić czy radiator nie łączy się z którąkolwiek z nóżek tranzystorów, gdyż powinien on zostać dołączony do masy wzmacniacza.
  • Włączamy zasilanie układu mierząc spadek napięcia na rezystorze 22R/5W podobnie jak w punkcie 2. Spadek napięcia powinien być podobny, gdyż prąd spoczynkowy powinien być w tym momencie równy 0. Sprawdzamy czy ten sam spadek napięcia występuje na obu rezystorach.
  • Ustawiamy prąd spoczynkowy. W tym celu bardzo powoli kręcimy potencjometrem P1 w lewo (mierząc napięcie na jednym z rezystorów 22R) aż do zauważalnego wzrostu spadku napięcia. Przypinamy jedną końcówkę miernika do wyjścia wzmacniacza, a drugą dotykamy po kolei do źródeł wszystkich tranzystorów, mierząc spadek napięcia na rezystorach źródłowych. Spadek napięcia powinien wynosić ok 18-22mV, co daje prąd spoczynkowy na parę tranzystorów rzędu 100mA. Ustawień dokonujemy dla tranzystora, który ma największy prąd.
  • Mierzymy napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza względem masy, powinno ono być bliskie 0. Może się wahać w granicach +/-100mV
  • Jeśli wszystko jest ok, prad spoczynkowy nie różni się więcej niż 20-30% między tranzystorami, a na wyjściu jest napięcie stałe blisko 0, to wyłączamy zasilanie układu, odlutowujemy rezystory i wkładamy bezpieczniki 6A w przeznaczone na nie gniazda.
  • Włączamy zasilanie i jeszcze raz sprawdzamy spadki napięcia na wszystkich czterech rezystorach źródłowych. Jeśli mieszczą się w założonych granicach. Możemy podłączyć głośnik i sygnał wejściowy z przedwzmacniacza. Wszystkich zmian układowych należy oczywiście dokonać przy wyłączonym zasilaniu.

Wykaz Elementów:

2x Bezpiecznik 6A + Gniazdo
1x Listwa Goldpin 1x2
4x 0,22R/5W
3x 4,7k
1x 10R/2W
1x 10k/1W
3x 22k
1x 47k
1x 82R
3x 100R/1W
2x 100R/2W
6x 470R
2x 680R
1x Potencjometr Monta?owy 4,7k
1x 1nF
1x 1uF
1x 10nF
2x 33pF
1x 100nF
1x 100nF/100V
1x 470nF
4x 100uF/100V Elektrolit
1x 220uF Elektrolit
6x 4700uF/63V Elektrolit
2x Dioda Zenera 12V/1W
4x BC546
1x BD139
2x MJE340
2x MJE350
2x IRFP240
2x IRFP9240

Zdjęcia Projektu:

ZałącznikWielkość
Schemat140.28 KB
Płytka18.8 KB
Płytka (odbicie lustrzane)18.78 KB
Płytka (2 na stronie)34.63 KB
Montowanie27.28 KB
Montowanie (wersja 2)29.07 KB
Warstwa Opisowa24.86 KB
Soldermaska18.05 KB



Portret użytkownika Piscor

Wykonałem pomiary prądu

Wykonałem pomiary prądu spoczynkowego osobno dla każdego tranzystora mocy, a wyniki są następujące:

T10 59mA
T11 39mA
T12 53mA
T13 53mA

Napięcie na wyjściu to: -43mV (w normie)

Zmierzyłem również rezystory R22, R23, R25, R26 i wszystkie mają ok. 0,2 oma (na dokładniejszy pomiar nie pozwala mi jakość multimetru).

Zauważyłem także że Tranzystor T6 grzeje się bardziej niż T5, T8 i T9 (wcześniej miały w przybliżeniu tą samą temperaturę).

W międzyczasie wymieniam i sprawdzam jak leci wszystkie elementy, ale narazie nie trafiłem na ten właściwy.

Z góry dziękuję za pomoc i pozdrawiam.

Portret użytkownika mirley

Re: W200W

Skoro jeden z tranzystorów (T6) tak się grzeje to bardzo nie dobrze bo on powinien robić parę z T5. Przykręć kawałek aluminiowej blachy tak aby połączyła termicznie T5 i T6 i drugi kawałek aby połączył T8 i T9.... Jeden tranzystor niech grzeje drugi aby miały taką samą temperaturę. W nowszej wersji wzmacniacza, tylko 100W a nie 200W dałem te tranzystory w odległości 1mm od siebie aby nie było takich problemów.

Co do prądu spoczynkowego to powinien on wynosić ponad 100mA natranzystor, może to jest przyczyna, poza tym nie podoba mi się T11 bo ma dużo mniejszy prąd niż inne.... pewnie trzeba będzie go wymienić, ale najpierw dał bym większy prąd i sprawdził...

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika Piscor

Po wymianie T10 i T11 prądy

Po wymianie T10 i T11 prądy spoczynkowe wyrównały się.
Po sprzęgnięciu termicznym T8 z T9 i T5 z T6 pary te zaczęły się trochę bardziej nagrzewać. Para T8 T9 ok. 36 st.C (ciepłe), para T5 T6 ok. 40 st.C (bardzo ciepłe). Nie spodziewałem się takiej reakcji i nie wiem czy się tym przejmować.
Ogólnie wzmacniacz pracuje poprawnie i jestem z niego zadowolony, a problem przydźwięku rozwiązałem odlutowując ekran przewodu wejściowego z miejsca, które było dla niego przeznaczone i prylutowując go w miesce gdzie jest przylutowany przewód zerowy biegnący z zasilacza.(W przypadku Jabel J-35 ten sam zabieg rozwiązał identyczny problem.)

Dziękuję za zainteresowanie problemem.

Portret użytkownika mirley

Re: Wzmacniacz

ok 40 stopni to normalna temperatura pracy, ja bym się tym nie przejmował chyba że będzie ciągle się nagrzewało coraz wyżej podczas długiej pracy.

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika Piscor

Czy T3 i T4 też powinny być

Czy T3 i T4 też powinny być sprzężone termicznie ?

Portret użytkownika Piscor

... i czy T3 i T4 powinny być

... i czy T3 i T4 powinny być sparowane ?

Portret użytkownika mirley

Re: T3 i T4

Nie nie muszą byc, to nie jest układ różnicowy, jak którykolwiek z tranzystorów zmienie parametry i tak całkowity prąd sie zmieni

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika aspis

prąd spoczynkowy

Witam!
Mam problem z ustawieniem prądu spoczynkowego, uklad zasilam napięciem +/- 57V - na granicy, lecz maksymalne wartosci wszystkich elementow ponad tą miarę. Przy braku T10-13, napięcie na rezystorze wlutowanym zamiast bezpieczników ( 14ohm, 10W) wynosi 0,21-0,2V. Po wlutowaniu tranzystorów mocy nic się nie zmienia, jest dobrze. Powoli kręcąc P1 widze wzrost napiecia 0,3+. Ustawiam tak by największe spadek napiecia na rezystorze emiterowym był w granicach 20mV. Zostawiam P1, mierzę napiecia na wyjsciu (zacisk pod głosnik względem masy). Zajmuje mi to jakies 30 sec a tranzystory już się rozgrzewają ponad normę. Spadki napięć na emiterowych w granicach 0,1V. Odłączam szybko zasilanie, poprawiam styki itd. znów podobnie. W tym samym czasie T8 i T9 robią się lekko ciepłe. Pytanie teraz moje, w czym leży problem? Wina tych MJE350 czy któregoś z mosfetów ?

Portret użytkownika mirley

Re: Wzmacniacz 200W

A jaki masz do tego radiator? Zastosowałeś pastę termoprzewodzącą.... przy poprawnym ustawieniu prądu spoczynkowego moc tracona na starcie będzie gdzieś 6W na tranzystor....

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika aspis

prąd spoczynkowy

Witam ponownie. Problem prądów rozwiazałem, jest dobrze. Lecz teraz jest inny. Końcówka aby przez chwilę pracowała prawidłowo. Teraz drastycznie spadło wzmocnienie, praktycznie jakby go nie było w ogóle. Mosfety całe, kwestia któryś z T1-T4, mam rację ?

Portret użytkownika aspis

....

Zauwazyłem także, że... na wejscie dałem potencjometr, dotykajac sygnalu we i zmieniajac polozenie suwaka końcówka mocy ewidentnie reaguje na to tzn im mniejszy dzielnik tym mocnej slychac "buczenie". Jednakże dalej sinusoidalnego nie wzmacnia. Ani 1kHz ani muzyki. BD139 sprawny, wszystkie BC niby też - po teście diod na mierniku. MJE już nie ruszałem, po prostu muszę je chyba wymienić.

Portret użytkownika mirley

Re: Wzmacniacz

A jakie napięcia sa na bramkach mosfetów wyjściowych... bo jeśli da się regulowac poprawnie prąd spoczynkowy i napięcia (dla pmos i nmos) się zmieniają przy regulacji symetrycznie względem masy to powinny być te MJE dobre. Może jakiś zimny lut się pojawił?

-

UWAGA! Możliwy jest zakup zaprogramowanych uC i zestawów elementów itp. do niektórych projektów. O dostępność proszę pytać via email. Konkretne oferty pojawiają się w cenniku.

Portret użytkownika kajojzdw

Zbyt duży pobór prądu

Witam po złożeniu wzmacniacza przystąpiłem do ustawienia prądu spoczynkowego. Bez tranzystorów końcowych spadek napięcia na rezystorach 22ohm wynosi 0.5-0.8 V czyli w normie tak jak pan opisywał. Po wlutowaniu tranzystorowy na swoje miejsce dzieją się cuda rezystory 22ohm sa gorące a spadek napięcia jest ogromny coś koło 40V... Pierwsza myśl jakieś zwarcie ale gdzie ?? Wylutowałem tranzystory posprawdzałem je i niby sa ok nie ma na nich zwarć... Nie mam pomysły dalej co zrobić co może wywołać takie zachowanie wzmacniacza ?? Zasilam go napięciem 60V moze ono jest za duze i tranzystory za bardzo sie otwierają ale potencjometr ustawiony cały czas na 0 ??

Proszę o pomoc Pozdrawiam Karol