Warsztatowo/samochodowy wzmacniacz audio

W naszym codziennym życiu często potrzebny jest sprzęt niezawodny i sprawdzony. Prezentowany układ zawiera szereg zabezpieczeń pozwalający na niezawodne działanie nawet, gdy użytkownik pomyli podłączenia wejść lub wyjść. W EdW były już przedstawiane liczne konstrukcje tego typu, aczkolwiek układ, który chciałbym zaprezentować ma maksymalnie prostą konstrukcję i spełnia wszystkie wymagane dla takich układów założenia. Warto zwrócić uwagę na użycie nowoczesnych podzespołów, które upraszczają całą aplikację.

Jak to działa?

Dla lepszego zrozumienia budowy i działania, warto przeanalizować schemat blokowy, pokazany na rysunku 1. Układ jest zasilany z zewnętrznego źródła, którym w zależności od zastosowania może być akumulator samochodowy lub zasilacz laboratoryjny.

Schemat modułu wzmacniacza pokazany jest na rysunku 2. Dioda na wejściu zasilania zabezpiecza układ przed odwrotnym dołączeniem zasilania. Napięcie zasilające jest filtrowane za pomocą kondensatora i trafia do układu wzmacniacza mocy STPA003. Na płytce wzmacniacza zamontowano stabilizatory napięcia +12 V oraz +5 V. Ten drugi służy do ustalenia poziomów napięcia na doprowadzeniach sterowania trybami wyciszenia (mute) i uśpienia (standby). W zależności od tego czy do odpowiednich pinów złącza P2 zostanie dołączone napięcie +5 V wzmacniacz działa w danym trybie. Złącze P9 umożliwia dostarczenie stabilnych napięć zasilania do innych modułów w obudowie wzmacniacza.

Sygnał wejściowy audio doprowadzony do wzmacniacza trafia na dzielnik napięciowy zrealizowany na podwójnym potencjometrze o charakterystyce logarytmicznej. Schemat dzielnika napięcia i dystrybucji sygnałów pokazano na rysunku 3. Na płytce z potencjometrem sygnał audio jest rozdzielany na wzmacniacz oraz wskaźnik poziomu sygnału. Schemat wskaźnika poziomu sygnału pokazany jest na rysunku 4. Układ to uproszczona wersja wskaźnika wysterowania opartego o układ LM3915 (logarytmiczna linijka świetlna). Sygnał audio nie jest dzielony przez potencjometr, by zawsze móc sprawdzić, czy sygnał audio jest dostarczany do wzmacniacza. Na płytce wskaźnika znajdują się dwa potencjometry montażowe do ustalenia czułości wskaźnika. Do układu wskaźnika wysterowania należy doprowadzić zasilanie +12 V poprzez złącze P1. Do złącza P3 należy podłączyć sygnał audio z płytki dystrybucji sygnału zaznaczając, aby nie dołączać tam masy, a jedynie sygnał z prawego i lewego kanału. Połączenie masy w tym miejscu spowodowałoby utworzenie pętli, która byłaby doprowadzona do złącza zasilania, a co za tym idzie zwiększenie poziomu zaburzeń we wzmacniaczu i przesłuchy międzykanałowe.

Układ wskaźnika sygnału wejściowego nie jest wymagany i jeżeli ktoś nie potrzebuje takiego miernika, nie ma konieczności wykonywać go, dla przykładu, jeśli urządzenie ma służyć jako wzmacniacz samochodowy.

W projekcie użyto nowoczesnego układu scalonego, zintegrowanego wzmacniacza audio STPA003 firmy ST. Najważniejsze parametry układu STPA003:

- Napięcie zasilania od z zakresu 6…28 V.
- Zabezpieczenie przed zbyt wysoką temperaturą układu.
- Zabezpieczenie przed wystąpieniem napięcia stałego na wyjściu, co chroni głośniki.
- Zredukowany wpływ zaburzeń GSM.
- Wbudowane funkcjonalności stand by i mute.
- Zabezpieczenia przeciwzwarciowe wyjścia: do masy, do napięcia zasilania oraz przed zwarciem głośników.
- Zabezpieczenie przed odwrotnym dołączeniem napięcia zasilania.
- Moc wyjściowa: 4×52 W/4 Ohm przy Vs=28 V; 4×30 W/4 Ohm przy Vs=14,4 V (f=1 kHz, THD=10%); 4×85 W/2 Ohm przy Vs=28 V; 4×55 W/2 Ohm przy Vs=14,4 V (f=1 kHz, THD=10%).
- Stopień wyjściowy pracujący w klasie AB.
- Możliwość pracy przy niskim napięciu zasilającym np. podczas uruchamiania silnika.

Montaż i uruchomienie

Układy zmontowałem na płytkach drukowanych, których schematy montażowe pokazano na rysunkach 5, 6 i 7. Montaż zaczynamy od elementów najmniejszych, a kończąc na największych. Należy pamiętać, żeby wlutować wszystkie zworki, a następnie resztę elementów.

W mierniku poziomu sygnału, potencjometry i złącza wyboru trybu wyświetlania warto zamontować od strony ścieżek, co umożliwi zmiany nastaw po montażu w obudowie (fotografia 8).

Wzmacniacz nie wymaga uruchomiania. Zmontowany ze sprawnych elementów powinien pracować natychmiast po włączeniu zasilania. Po pierwszym załączeniu należy ustawić zadowalającą czułość wskaźnika wysterowania.

Układ STPA003 należy zaopatrzyć w radiator o dużej powierzchni, w zależności od tego, w jakiej aplikacji będzie pracował układ. Gdyby mimo tego układ będzie wyłączał się z powodu przegrzewania, w obudowie należy zamontować dodatkowy wentylator.

Płytki drukowane zaprojektowane są tak, by mieściły się w obudowie Z1-W firmy Kradex razem z radiatorem o wymiarach 120 mm×35 mm×50 mm. Podczas montażu należy zwrócić uwagę na poprawne umieszczenie na płytce układów scalonych i kondensatorów, ponieważ błędne zamontowanie uniemożliwi poprawne działanie układu.

Tomasz Pachołek
pacholek.tomasz@gmail.com