Zosilňovač UNI 50

Zosilňovač UNI50 je obvodovo a konštrukčne upravený podľa zapojenia modulu zosilňovača UNI100. Hlavým dôvodom úpravy bolo množstvo neoverených a často krát nefungujúcich zapojení kolujúcich po internete s výkonom do 100W.

          Čo sa týka zmien oproti UNI100, tak je zmenené celé aktívne osadenie od diferenciálneho zosilňovača vyššie. V rozkmitovom stupni a jeho prúdovom zdroji sú použité tranzistory BC639 a 649. Ako budiace BD139 a 140 a ako koncové známe tranzistory BD911/912. Ďalej bolo treba zmeniť hodnoty pár odporov, a to v prúdovej ochrane a predradený odpor pre LED v prúdovom zdroji. Taktiež sú pozmenené odpory a trimer v regulácii kľudového prúdu. Ako emitorové odpory sú použité 4 paralelne zapojené odpory, hlavne kvôli rozmerom veľkých výkonových odporov.

Schéma a princíp zapojenia zosilňovača

Schéma zosilňovača je na obrázku vyššie. Pohľadom do nej, 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 1,25mA.

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 10mA.

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.

Zostavenie zosilňovača

         Osadzovať je dobré začať od najmenších súčiastok po najväčšie. Začneme odpormi, potom postupne diódy a kondenzátory. Nakoniec osadíme tranzistory. Dosku plošných spojov je potrebné pretrieť kolofóniou rozpustenou v liehu, alebo prestriekať sprejom FLUX 10 kvôli lepšiemu spájkovaniu a zároveň sa aplikuje ochrana spojov proti oxidácii. 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. Pod tieto tranzistory je nutné dať izolačné podložky. Bez problémov stačia aj obyčajné sľudové, avšak treba na styčné plochy s tranzistorom a chladiacim profilom naniesť teplovodivú silikónovú pastu. Táto pasta musí byť NEVODIVÁ. Strieborné pasty ktoré sa používajú na PC procesory sú nevhodné, nakoľko obsahujú strieborné častice. Pri upevňovaní koncových tranzistorov je nutné použiť izolačné priechodky pre púzdro TO220.

        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 kábla.

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 maximálny odpor. Tak je nastavený minimálny prúd koncovými tranzistormi. Zapneme napájací zdroj.  Rozsvieti sa LED dióda D7.

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.

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 súčiastok zosilňovača UNI 50

Osadzovací plán zosilňovača UNI 50:

Obraz plošných spojov zosilňovača UNI 50:

Predloha pre výrobu negatívnou cestou je vo formáte PNG s rozlíšením 2400 DPI.

Tlač so zachovaním rozmerov je možná cez IrfanView. Pri tlači zvoliť Original size (from image DPI).

Bloková schéma zapojenia:

                Usmerňovač  +  filtrácia              Poistky                                       Modul zosilňovača UNI 50

Technické parametre zosilňovača:

Napájacie napätie:    max. +/- 30V

Výstupný výkon:  max. 65W/4R; 45W/8R menovitý

Frekvenčná charakteristika:   10 - 98 000Hz/-3dB

Harmonické skreslenie:   0,066% pri 70W/1kHz; 0,057% pri 70W/10kHz

Intermodulačné skreslenie:   0,24% pri 65W/ 80+7kHz

Vstupná citlivosť:  cca. 0,45V

Prúdové istenie:   2x3,15A rýchle poistky

Rýchlosť priebehu SR:  12V/us

Min. zaťažovacia impedancia:  4R

Rozmery DPS:   72x56 mm

Zosilňovač bol skonštruovaný a odladený 20.5.2010.

Šírenie alebo akékoľvek komerčné využite tejto konštrukcie, ako aj ostatných na stránke

www.zosilnovace.eu publikovaných, nie je je bez súhlasu autorov dovolené.