Power amplifier 60W Class A          

Power_amp_60W_class_A_block. diagram

**Click on the Image for its larger version

Υπάρχει μια κατηγορία ενισχυτών που γίνεται αποδεκτή παγκοσμίως ως ιδανικό για ηχητική χρήση: Η λειτουργία των ενισχυτών σε τάξη Α [Class A]. Πολλοί ενισχυτές λειτουργούν σε Class Α, αλλά δεν έχουν ισχύ εξόδου επάνω από 10W. Τα προβλήματα της αποβολής θερμότητας και η ανάγκη παροχής μεγάλου ρεύματος, ανάγκασε τους περισσότερους κατασκευαστές να επιστρέψουν στις απλούστερες και αποδοτικότερες ρυθμίσεις της Class B, πράγμα που φαίνεται στην ποιότητα εξόδου. Γιατί η επιλογή λειτουργίας ενός ενισχυτή σε Class Α; Επειδή, στην λειτουργία σε Class Α, τα τρανζίστορ μένουν ανοικτά πάντα, [ένα μεγάλο ρεύμα ηρεμίας ρέει συνεχώς] και ο ενισχυτής είναι πάντα έτοιμος να ανταποκριθεί στιγμιαία, σε ένα σήμα εισόδου. Τα στάδια εξόδου σε λειτουργία Class B και Class AB, απαιτούν ένα μικροδευτερόλεπτο ή και περισσότερο για να ανοίξουν. Η λειτουργία σε Class Α, επιτρέπει την καθαρότερη λειτουργία , την καλύτερη απόδοση των μεταβατικών του σήματος , αποδίδουν καλύτερα στα δύσκολα φορτία. Ο ενισχυτής είναι βασικά απλός, όπως φαίνεται από το Block διάγραμμα [Fig.1].

Power_amp_60W_class_A.

**Click on the Image for its larger version

Το απλουστευμένο κύκλωμα [ Fig.2 ] δείχνει ότι κάθε υπό-ενισχυτής αποτελείται από δύο στάδια κέρδους τάσης. Το πρώτο στάδιο αποτελείται από δυο συμπληρωματικά στάδια, σε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού [ Q1-7 ] , των οποίων το κέρδος είναι x2.3. Το δεύτερο στάδιο είναι ένα στάδιο καθρέπτου ρεύματος [ Q13-14 ] που έχει αντίσταση φορτίου που πηγαίνει στα 0V. Το κέρδος αυτού του σταδίου είναι x200. Κατά συνέπεια το γενικό κέρδος τάσης ανοικτού βρόχου είναι της τάξης x460 και έτσι, δεδομένου ότι το κέρδος κλειστού βρόχου είναι x26.7, η μείωση λόγω της αρνητικής ανάδρασης είναι x17.2 ή 24db. Οι ενισχυτές εισόδου τροφοδοτούνται με ± 15V που προέρχονται από τους συνδυασμούς ρυθμιστών τάσης αντίσταση-δίοδο zener, R14-D1 και R21-D2. Το ρεύμα του πρώτου σταδίου [ Q1 ] είναι 0.36mA [360μΑ], που παρέχεται μέσω ενός κυκλώματος που "επιπλέει" [ Q2-3 ], το οποίο παρέχει ταυτόχρονα και την απαραίτητη [και θερμική] σταθερότητα σε αυτό το στάδιο. Το κέρδος αυτού του σταδίου καθορίζεται από την αντίσταση εκπομπου R6 που παρέχει και τοπική αρνητική ανάδραση. Το δεύτερο στάδιο [ Q4 ] έχει σαν φορτίο μια συνδεσμολογία cascode [ Q5-6 ], το πρώτο έχει συνδεδεμένη τη βάση του στα 0V και το δεύτερο έχει συνδεδεμένη τη βάση του στη γραμμή των –15V. Κατά συνέπεια, ελαχιστοποιείται η μέγιστη διακύμανση της τάσης στον συλλέκτη του Q4, μειώνοντας έτσι την χωρητικότητα μεταξύ βάσης-συλλέκτου [ φαινόμενο Miller ], με αποτέλεσμα που θα είχε την μείωση του εύρους ζώνης στις υψηλές συχνότητες. Η παρουσία των Q5 και Q6 βελτιώνει το εύρος ζώνης και τη γραμμικότητα. Σαν φορτίο του Q6, είναι το δεύτερο μισό [ Q12 ] του καθρέφτη ρεύματος και το οποίο προσομοιώνεται σαν αντιστάτης σε σειρά με μια ορθά πολωμένη δίοδο . Το επόμενο στάδιο μετά τον καθρέφτη είναι ένα στάδιο κοινού εκπομπού [ Q16-17 ], ο οποίος είναι ένας απλός ενισχυτής τάσης. Αυτό το στάδιο αποτελείται από δυο τρανζίστορ που είναι συνδεσμολογημένα παράλληλα, με αποτέλεσμα, να μοιράζονται το ρεύμα. Αυτή η ρύθμιση βελτιώνει τη γραμμικότητα του σταδίου. Ο άλλος μισός [συμπληρωματικός] κλάδος, [ Q7… Q14 ] λειτουργεί με ακριβώς τον ίδιο τρόπο όπως και αυτός που περιγράφτηκε, αλλά με την αντίθετη πολικότητα [Fig.2]. Στο στάδιο εξόδου χρησιμοποιείται μια συνδεσμολογία Darlington ακόλουθου εκπομπου, αλλά με τρία παράλληλα ζευγάρια τρανζίστορ οδηγών και εξόδου, για μοιρασθούν τα ρεύματα και η παρεχόμενη ισχύς εξόδου. Το Q15 συνδέεται στις βάσεις των οδηγών τρανζίστορ [ Q18-19 ], παρέχοντας την ρύθμιση του ρεύματος ηρεμίας στο στάδιο εξόδου. Το Q15 τοποθετείται επάνω στην ψύχτρα των τρανζίστορ εξόδου, με το στόχο την θερμική ισορροπία του κυκλώματος. Με το τρίμμερ TR2 ρυθμίζουμε το ρεύμα ηρεμίας του σταδίου εξόδου, στα 1 έως 2 Α, για κάθε τρανζίστορ ισχύος, περίπου [εάν υπάρχουν κατάλληλες ψυχτρες και τροφοδοτικό, μπορεί να ανέβει έως και τα 2.5 Α] .Η συνεχής τάση στην έξοδο του ενισχυτού ισχύος, ρυθμίζεται στο μηδέν, από το τριμμερ TR1, που βρίσκεται στο στάδιο εισόδου. Θεωρητικά δεν πρέπει να υπάρξει καμία συνεχής τάση στην έξοδο, αλλά λόγω των ανοχών, που έχουν τα υλικά, πάντα υπάρχει. Το TR1 ρυθμίζεται για να κάνει το ρεύμα στο πρώτο στάδιο του ενός ημιενισχυτού είτε υψηλότερο, είτε χαμηλότερο, απ' ό,τι στον άλλο , ρυθμίζοντας έτσι την τάση offset που πιθανών παρουσιαστεί στην έξοδο. Ένα απλό φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων, δημιουργείται από το δικτύωμα RC, [R2, C2], στην είσοδο για να μειώσει το εύρος ζώνης του σήματος, κάτω από αυτό της ενίσχυσης ανοικτού βρόχο, με αυτόν τον τρόπο να αποβάλει την τάση παραγωγής παραμόρφωσης ενδοδιαμόρφωσης, από τον τελικό ενισχυτή . Το στάδιο εξόδου είναι αρκετά ουσιαστικό, χρησιμοποιώντας συνολικά έξι τρανζίστορ ισχύος 250W, [ οικογένεια MJ4502/802 ]. Αυτά τα τρανζίστορ έχουν επιλεγεί επειδή μπορούν να χειριστούν τα υψηλά ρεύματα εξόδου. Η ικανότητα του σταδίου εξόδου είναι, στην πραγματικότητα, της τάξης των 90A, σε κορυφές σήματος εισόδου. Το υπόλοιπο της κατασκευής είναι εξίσου ογκώδες σε ένα πλαίσιο [χάλυβα ή αλουμινίου], που στηρίζει έξι πολύ μεγάλες ψύχτρες, τοποθετημένες περιφερειακά. Εντούτοις, η κατασκευή είναι σχετικά απλή, για κάποιον που έχει ασχοληθεί, απλώς πρέπει να προσεχθούν ορισμένα σημεία λόγω της μεγάλης ανάγκης για την αποβολή της αναγκαστικά [λόγω λειτουργίας σε τάξη Α], παραγόμενης θερμότητας και των απαιτούμενων από το στάδιο εξόδου υψηλών ρευμάτων . Το μόνο που πρέπει να κάνουμε είναι δύο ρυθμίσεις – ρεύμα ηρεμίας και αντιστάθμιση συνεχούς τάσης στην έξοδο. Το πηνίο L1 τυλίγεται γύρω από την αντίσταση R41. Αυτό δεν είναι μια κρίσιμη διαδικασία - περίπου 17 έως 20 σμαλτωμένο μονόκλωνο χάλκινο σύρμα, διατομής 0.8mm. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην κόλληση και στήριξη, των τρανζίστορ εξόδου, καθώς επίσης και στη διατομή των αγωγών που μεταφέρουν τις τάσεις-ρεύματα ισχύος. Τα μονωτικά δακτυλίδια και τα μίκα που θα χρησιμοποιηθούν, πρέπει να είναι πολύ καλής ποιότητας, καθώς επίσης είναι ουσιαστικό να χρησιμοποιηθεί άφθονη πάστα θερμοαπαγωγής από σιλικόνη. Τα τρανζίστορ εξόδου πρέπει να βιδωθούν στις ψύχτρες πολύ γερά για να εξασφαλίσουμε καλή θερμική επαφή σε όλες τις θερμοκρασίες. Ένα τελικό σημείο σχετικά με την κατασκευή. Μόλις ολοκληρωθεί ο ενισχυτής και όλα πάνε καλά, πρέπει να αφεθεί σε ηρεμία, για να φθάσει στην κανονική θερμοκρασία λειτουργίας του [ περίπου 20 λεπτά ]. Ο ενισχυτής πρέπει έπειτα να σβήσει και όλες οι βίδες να ξανασφιχτούν, [αυτός ο έλεγχος πρέπει να γίνει και μετά από αρκετές ώρες λειτουργίας των τελικών]. Ορισμένες βίδες που δεν είναι καλά σφιγμένες ή είναι χαλαρές, μπορεί να οδηγήσουν σε αρκετά μεγάλες θερμικές μεταβολές, ιδιαίτερα μετά την διαστολή που θα υποστούν από την θέρμανση κατά την λειτουργία του ενισχυτή. Η δική μου πρόταση, για όποιον αποφασίσει να φτιάξει τον ενισχυτή, είναι να τον κατασκευάσει σε δυο ξεχωριστά κουτιά, ένα για κάθε κανάλι,[monoblock κατασκευή], διαχωρίζοντας έτσι και τις τροφοδοσίες. Αυτό θα διευκολύνει πάρα πολύ στην μηχανική και ηλεκτρολογική κατασκευή. Για όλη την κατασκευή απαιτείται κάποια σχετική εμπειρία, σε αυτούς τους τομείς. Το ηχητικό αποτέλεσμα είναι σίγουρο ότι θα δικαιώσει,όποιον προσπαθήσει, μιας και αναλόγων επιδόσεων ενισχυτές στο εμπόριο, κοστίζουν εξαιρετικά ακριβά. ETI 8/81DC Protection and Delay time

Part List

R1=47Kohm   R31-32-35-36-39-40=0.22ohm 5W D1-2=15V 1.3W zener
R2-9-27-28=1Kohm R41=10ohm  3W Q1-3-8-9-10-15-18=MPSA06
R3-18=10Kohm R42=10ohm  1W Q2-4-5-6-7-19=MPSA56
R4=18Kohm R43=5.6Kohm Q11-13-14=MPSA93
R5-13=3.9Kohm R44=330Kohm Q12-16-17=2N6515
R6-12=560ohm TR1=22Kohm trimmer Q20-21-22=BD379
R7-8-19=2.7Kohm TR2=2.2Kohm   trimmer Q23-24-25=MJ802
R10-20=120ohm C1=10uF 16V Q26-27-28=MJ4502
R11=12Kohm C2=1.5nF 100V MKT Q29-30-31=BD380
R14-21=680ohm  0.5W C3-9-10=100pF ceramic or Mylar L1= see text
R15-22-29-30-33-34-37-38=100ohm C4-5-6-7-8=100uF 25V F1-2=5A fuse fast
R16-17-23-24=220ohm C11-13=220uF 63V .
R25-26=22Kohm C12=220nF 250V MKT .
.

Power Supply for P.A 60w Class A

POWER SUPLLY FOR AMPLIFIER.

**Click on the Image for its larger version

 

Power Supply Output Voltages

V1=± 40V

V2=± 12V

V3=± 50V

Εδώ είναι το κύκλωμα του τροφοδοτικού του τελικού ενισχυτή 60W Class A. Είναι ένα σχετικά απλό και κλασσικό τροφοδοτικό. Στην γραμμή εισόδου υπάρχει το κλασσικό κύκλωμα προστασίας και ομαλής εκκίνησης. Στο κύκλωμα φαίνονται δυο μετασχηματιστές. Αυτό μπορεί να αλλάξει και όλα τα τυλίγματα να γίνουν επάνω σε ένα μετασχηματιστή. Εκείνο που πρέπει να προσέξουμε είναι τα καλώδια που μεταφέρουν τις τάσεις ισχύος ± V1 [± 40V], να είναι μεγάλης διατομής και με επένδυση σιλικόνης, ώστε να αντέχουν στα ρεύματα που θα διέρχονται από μέσα τους, αλλά και τις θερμοκρασίες μέσα στις οποίες θα βρίσκονται. Οι συνδέσεις στα διάφορα σημεία πρέπει να γίνουν με βίδες και όχι με κόλληση. Για τα άλλα δυο τυλίγματα του μετασχηματιστή, δεν χρειάζεται κάτι ιδιαίτερο. Εάν δεν χρειαζόσαστε το τύλιγμα των ± 15V, μπορούμε να το καταργήσουμε και η τροφοδοσία του κυκλώματος προστασίας , να γίνει από τις άλλα τυλίγματα του μετασχηματιστή. Προσοχή πρέπει να δοθεί στην περιοχή , γύρω από τον ρελέ RL1, στο πρωτεύον του μετασχηματιστή, το οποίο και πρέπει να μονωθεί καλά. Η γέφυρα ανόρθωσης BR1, πρέπει να βιδωθεί σε κάποιο σημείο του σασί, ώστε να ψύχεται. Αυτονόητο είναι ότι θα πρέπει να υπάρχει ένας μετασχηματιστής , για κάθε τελικό ενισχυτή.

Part List For Power Supply

C1....4=15000uF 63V C15=33nF 630V S1= 2X2 switch 250V/10A
C5-8=2200uF 25V BR1=Bridge 250V 35A IC1=7812                 IC2=7912
C6-9=100nF 100V BR2=Bridge 250V 3A T1=230VAC// 2X28V AC - 500VA

                     //2X15V AC - 20VA

T2=230VAC // 2X35V AC - 40VA

C7-10=47uF 25V BR3=Bridge 250V 3A
C11....14=1000uF 63V F1=Fuse 3.15A slow block

 

Sam Electronic Circuits 12/01