PAmp_LME49811. Wzmacniacz audio o mocy 80 W

Układ dzięki zastosowaniu nowoczesnych elementów zachowuje prostotę budowy i pozwala na uzyskanie przyzwoitych parametrów. Moc znamionowa wzmacniacza to 80 W przy obciążeniu 4 V, zniekształceniach THD+N<<0.1% i paśmie przenoszenia 20 Hz...50 kHz. Napięcie sygnału dla pełnej mocy wyjściowej to 0,55 Vrms.

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu wzmacniacza PAmp_LME49811

Schemat ideowy modułu wzmacniacza pokazano na rysunku 1. Składa się on z bloku wzmocnienia z układem scalonym LME49811 (U1), tranzystorów Q1 i Q2 oraz układu zasilacza z diodami D1...D8 i kondensatorami CE5, CE7. Układ U1 typu LME49811 jest specjalizowanym driverem końcówek mocy umożliwiającym względnie nieskomplikowaną konstrukcję wzmacniaczy o mocy 500 W z tranzystorami bipolarnymi w układzie Darlingtona pracującymi w stopniu mocy.

W proponowanej aplikacji układ U1 pracuje w konfiguracji nieodwracającej sterując nowoczesne tranzystory Darlingtona typu STD03N/P firmy Sanken (uwaga na podróbki!!!). Tranzystory mają wbudowane diody umożliwiające stworzenie łańcucha szybkiej kompensacji termicznej napięcia Ube. Zapewnia to stabilność termiczną układu i zabezpiecza przed zjawiskiem thermal runaway, czyli niestabilności termicznej wzmacniacza prowadzącej do przekroczenia strat mocy i zniszczenia tranzystorów końcówki.

Potencjometr RV umożliwia ustawienie prądu spoczynkowego na 40 mA. Termistor TH jest elementem dodatkowym, wspomagającym działanie układu w trudnych warunkach termicznych (model pracuje czasami w temperaturze otoczenia >60°C w aktywnym zestawie głośnikowym). Układ wyjściowy uzupełniono elementami RLC stabilizującymi wzmacniacz przy współpracy z obciążeniem o charakterze indukcyjno/pojemnościowym. Cały wzmacniacz jest objęty pętlą sprzężenia zwrotnego zbudowanej z rezystorów R3 i R4. Dla zmniejszenia wpływu napięcia niezrównoważenia wzmacniacza, rezystory R1/R3 oraz R2/R4 musza być równe parami. W praktyce wystarcza zastosowanie rezystorów o tolerancji 1%. Pozostałe kondensatory filtrują zasilanie, a pojemność C1 zapewnia stabilność wzmacniacza.

Wzmacniacz ma obwód stand-by złożony z diody Zenera DZ oraz rezystorów R8 i R9, umożliwiający synchroniczne wyłączenie końcówek mocy w konfiguracji wielokanałowej (uwaga na pętle masy, w układzie wielokanałowym najlepiej wyzwalać z transoptora lub przekaźnika wielotorowego). Zwarcie gniazda SDN wyłącza wzmacniacz. Zasilanie układu jest symetryczne, niestabilizowane, otrzymywane z prostownika na szybkich diodach D1...D8 oraz filtrowane za pomocą kondensatorów CE5 i CE7 o odpowiedniej dla mocy pojemności sumarycznej 20 mF. Model jest zasilany z toroidalnego transformatora 200 VA/2×30 V.

Montaż

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu wzmacniacza PAmp_LME49811

Wszystkie elementy modułu wzmacniacza umieszczone są na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Montaż jest typowy, płytka jest mocowana do radiatora za pomocą czterech kołków dystansowych M3×8. Układ U1 wyposażono w niewielki radiator (HS003 z nawierconymi otworami mocującymi). Tranzystory mocy są zamontowane na wspólnym radiatorze o minimalnym wymiarach A4291/100 (165 mm×100 mm×35 mm).

W przypadku forsownej pracy wzmacniacza należy radiator powiększyć lub zastosować chłodzenie z wymuszonym obiegiem. Tranzystory montowane są do radiatora przez podkładki izolacyjne, umieszczone są pod płytką drukowaną, a ich wyprowadzenia wlutowane są od strony elementów. Dostęp do śrub mocujący tranzystory zapewniają otwory w płytce drukowanej.

Termistor jest montowany od spodu płytki i musi mieć zapewniony izolowany kontakt z radiatorem. Aby uniknąć naprężeń wyprowadzeń tranzystorów Q1 i Q2, najpierw należy zamontować je "na próbę", bez lutowania wyprowadzeń. Po dopasowaniu i ich ostatecznym uformowaniu oraz odprężeniu - przylutować.

Uruchomienie

Uruchomienie wzmacniacza sprowadza się do sprawdzenia poprawności montażu, skręcenia suwaka RV do minimum (minimalny prąd spoczynkowy), dołączenia zasilania (AC1 i AC2) i ustawienia prądu spoczynkowego.

Pierwsze uruchomienie wzmacniacza najlepiej przeprowadzić przy zasilaniu z zasilacza laboratoryjnego z ograniczeniem prądowym lub z autotransformatora, a w ostateczności w transformatora docelowego, ale z włączonym szeregowo z uzwojeniami wtórnymi - rezystorami 22...47 V/10 W ograniczającymi ewentualne uszkodzenia w wypadku nieprawidłowości w układzie. Jeżeli po włączeniu zasilania nie dzieje się nic złego, a wyprostowane napięcia zasilania wynoszą ok. ±45 V, to po odczekaniu ok. 30 minut na stabilizację termiczną układu można potencjometrem RV ustawić prąd spoczynkowy na 40 mA (17,6 mV na skrajnych wyprowadzeniach złącza PR). Warto po tym odczekać kolejne kilkanaście minut i sprawdzić ponownie wartość prądu.

Jeżeli tranzystory pochodzą z pewnego źródła oraz są jednej grupy wzmocnienia, nie powinno być problemów z ustawieniem prądu spoczynkowego. Warto jednak przed wlutowaniem sprawdzić, nawet zwykłym multimetrem w trybie pomiaru diody, czy przypadkiem suma spadku napięcia na diodach kompensacyjnych nie jest większa od napięcia Ube pary tranzystorów. Może to świadczyć to o kiepskiej podróbce struktury. W takiej sytuacji skompensowanie termiczne wzmacniacza będzie niemożliwe.

Kolejnym krokiem jest przełączenie wzmacniacza na zasilanie docelowe, dołączenie obciążenia 4 V/100 W do zacisków gniazda OUT, a generatora audio do wejścia IN. Warto na kilku poziomach sygnału wejściowego sprawdzić jakość sygnału otrzymywanego na wyjściu i stabilność wzmacniacza. Jeżeli wzmacniacz pomyślnie przejdzie "przegwizdanie" sygnałem, można zamontować go w docelowym urządzeniu.

Życzę miłego odsłuchu!

Adam Tatuś, EP