В інтернеті зараз представлена величезна кількість різних підсилювачів звуку, на будь-який смак та колір, під будь-які потрібні. Як відомо, навіть найнадійніші підсилювачі мають властивість виходити з ладу, наприклад, через неправильні умови експлуатації, перегрівання або неправильне підключення. У цьому випадку велика ймовірність того, що висока напруга живлення виявиться на виході підсилювача, і, отже, безперешкодно виявиться прямо на динаміках акустичної системи. Таким чином, підсилювач, що вийшов з ладу, тягне за собою «в інший світ» підключену до нього акустичну систему, яка може коштувати набагато дорожче самого підсилювача. Саме тому вкрай рекомендується підключати підсилювач до колонок через спеціальну плату, яка називається захистом акустичних систем.
Схема
Один із варіантів такого захисту показаний на схемі вище. Працює захист так: сигнал з виходу підсилювача подається на вхід IN, а колонки підключаються до виходу OUT. Мінус підсилювача з'єднується з мінусом схеми захисту та йде до колонок безпосередньо. У звичайному стані, коли підсилювач працює і на захист захисту надходить живлення реле Rel 1 замикає вхід плати на вихід і сигнал йде безпосередньо з підсилювача на колонки. Але щойно на вході з'являється постійна напругахоча б 2-3 вольти, захист спрацьовує, реле відключається, тим самим відключаючи підсилювач від колонок. Схема не критична до номіналів резисторів і припускає розкид. Транзистор Т1 можна ставити 2N5551, 2N5833, BC547, КТ3102 або будь-який інший малопотужний транзистор npn. Т2 обов'язково має бути складовим з більшим коефіцієнтом посилення, наприклад, BDX53 або КТ829Г. Світлодіод на схемі служить індикації стану реле. Коли він горить реле увімкнено, сигнал йде безпосередньо з підсилювача на колонки. Крім захисту від постійної напруги схема забезпечує затримку підключення акустичної системи. Після подачі напруги живлення реле вмикається не відразу, а через 2-3 секунди, це потрібно для того, щоб уникнути клацань у колонках при включенні підсилювача. Напруга живлення схеми 12 вольт. Реле можна застосувати з напругою живлення обмотки 12 вольт і максимальним струмом через контакти хоча б 10 ампер. Кнопка з фіксацією S1 виводиться на дротах, вона потрібна для примусового відключення реле, про всяк випадок. Якщо це не потрібно, можна просто замкнути доріжки на друкованій платі.(завантажень: 492)
Складання пристрою
Підсилювачі найчастіше розраховані на два канали, лівий та правий, тому схему захисту потрібно повторити двічі для кожного каналу. Для зручності плату розведено так, що на ній уже передбачено складання одразу двох однакових схем. Друкована плата виготовляється методом ЛУТ, її розміри становлять 100 х 35 мм.
Після свердління отворів доріжки бажано заблукати. Тепер можна приступати до запаювання деталей. Особливу увагу слід приділити цоколівці транзистори, дуже важливо не переплутати її і впаяти транзистори потрібною стороною. Як завжди, спочатку запаюються дрібні деталі - резистори, діоди, конденсатори, а вже потім транзистори, клемники, і в останню чергу масивні реле. Для підключення всіх проводів можна використовувати клемники, місця яких передбачені на платі. Після завершення паяння потрібно змити залишки флюсу з доріжок, перевірити правильність монтажу.
Випробування захисту
Тепер, коли плата повністю готова, можна розпочинати випробування. Подаємо живлення на схему (12 вольт), через дві секунди одночасно повинні клацнути реле і ввімкнутися світлодіоди. Тепер беремо якесь джерело постійної напруги, наприклад, батарейку, і підключаємо її між мінусом схеми та входом. Реле має одразу ж вимкнутись. Прибираємо батарейку – реле знову вмикається. Можна підключити батарейку, змінивши її полярність, схема спрацьовує незалежно від цього, який полярності напруга з'явиться її вході. Ті самі маніпуляції проробляємо з другою схемою, розташованої на цій же платі. Поріг спрацьовування захисту становить приблизно 2 вольти. Тепер, коли плата захисту протестована, можна підключати її до підсилювача та не боятися, що динаміки в дорогих колонках зіпсуються через поломку підсилювача. Вдалого складання.Захист акустичних систем від постійної напруги на виході підсилювача під назвою "Бриг" (скопійований з однойменного підсилювача радянської промисловості, що випускався) вже довгі роки знайомий багатьом радіоаматорам. За ці довгі роки ця схема зарекомендувала себе з кращого боку, рятуючи сотні та тисячі акустичних систем. Схема відрізняється надійністю та простотою.
Схема, представлена мною нижче, є однією з варіацій на тему "бригівського" захисту. Скелет схеми залишився тим самим. Зміни торкнулися лише номіналів схеми та моделей транзисторів.
Технічні характеристики схеми:
Напруга живлення: +27...+65В
Час затримки підключення АС: 2 секунди
Вхідна чутливість за постійною напругою: +/- 1,5В
Широка межа напруги живлення забезпечується застосуванням в ланцюгу живлення стабілізатора напруги на VD5, VD6, R13 і транзисторі VT5. На транзистор VT5 необхідно встановити невеликий тепловідведення. Якщо значно збільшити площу тепловідведення та замінити транзистор VT5 на BD139 можна підняти максимальну напругу живлення до +120В.
Як драйвер реле використовується складовий транзистор, що дозволило відмовитися від додаткового малопотужного транзистора і трохи заощадити місце на платі. Як драйверний транзистори реле (VT3 VT4) можна застосовувати й інші складові транзистори, наприклад: BD875 або КТ972. Перед заміною транзисторів на аналогічні слід звіритися з їхньою цоколівкою т.к. вона збігається у всіх перелічених транзисторів.
Транзистори VT1 та VT2 можна замінити на BC546-BC548 або КТ3102. Так само не забуваємо про цоколівку, як і в минулому випадку.
VD3 і VD4 необхідні для того, щоб уникнути перешкод при комутації контактів реле. VD1 і VD2 необхідні захисту VT1 і VT2 відповідно, від пробою БЕ переходу за наявності на вході схеми негативного напруги менше -15В.
Схема забезпечує затримку підключення акустичної системи (АС) на 1-2 секунди. Це необхідно для того, щоб у момент включення підсилювача з АС не лунало бавовни або інших неприємних звуків, що супроводжують перехідні процеси в підсилювачі. За час затримки підключення АС відповідає конденсатор С3 та С4. Чим більша їхня ємність, тим більший час затримки підключення акустики. З номіналами, зазначеними на схемі, час затримки становить близько 2 секунд.
Реле необхідно застосовувати з обмоткою, що управляє, 24В, 15мА і на струм не менше вихідного струму підсилювача. Я вжив реле - Tianbo HJR-3FF-S-Z.
Фотографія готового пристрою
Список радіоелементів
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1, VT2 | Біполярний транзистор | 2N5551 | 2 | BC546-BC548 або КТ3102 | До блокноту | |
| VT3, VT4 | Біполярний транзистор | BDX53 | 2 | BD875 або КТ972 | До блокноту | |
| VT5 | Біполярний транзистор | BD135 | 1 | До блокноту | ||
| VD1-VD4 | Випрямний діод | 1N4148 | 4 | До блокноту | ||
| VD5 | Стабілітрон | 1N4742 | 1 | До блокноту | ||
| VD6 | Стабілітрон | 1N4743A | 1 | До блокноту | ||
| C1, C2 | 47 мкФ | 2 | До блокноту | |||
| C3-C5 | Електролітичний конденсатор | 220 мкФ | 3 | До блокноту | ||
| R1, R5 | Резистор | 1 ком | 2 | До блокноту | ||
| R2, R6, R13 | Резистор | 1.5 ком | 3 | До блокноту | ||
| R3, R7 | Резистор | 4.3 ком | 2 | До блокноту | ||
| R4, R8 | Резистор |
Що система захисту акустичних систем у сучасному підсилювачі потужностібути повинна і визначилися з вимогами до таких систем.
Одна з основних вимог – це швидкодія. За будь-якого потенційно небезпечного для колонок впливу вони повинні бути відключені від виходу підсилювача потужності якнайшвидше.
Розглянемо систему захисту послідовно: від входу до виходу (реле), і визначимо, як різні вузли системи впливають її швидкодія.
На вході системи захисту акустичних систем для виділення звукового сигналупостійної складової зазвичай встановлюється фільтр низької частоти(ФНЧ).
Щоб оптимізувати швидкодію системи захисту та в той же час виключити хибні спрацьовуваннянеобхідно визначити верхню граничну частоту ФНЧ. На практиці для односмугових систем межа в 20Гц цілком достатня і забезпечує мінімальну затримкуо 25 мс. Для реального звукового сигналу через несиметричність напівхвиль на більш високих частотах більшої затримки не потрібно. Крім того, у широкосмугових акустичних системах середньо- та високочастотні динамікинайчастіше підключаються через конденсатори фільтрів кросовера, які забезпечують додатковий захист від постійної складової.
Для систем bi-amping або tri-amping доведеться використовувати кілька систем захисту, перерахувавши номінали елементів ФНЧ для підвищення швидкодії системи та надійного захисту, більш чутливих до постійної складової СЧ- та ВЧ-динаміків.
Як ФНЧ зазвичай використовується простий одноланковий фільтр з нахилом характеристики 6 дБ/октаву. Може здатися, що краще складніші фільтри: двох або триланкові. Але, як показали експерименти, із нею швидкодія системи захисту виходить гірше, т.к. забезпечуючи кращу фільтрацію високих частот, вони гірше (з більшою затримкою) виділяють постійну складову сигналу.
У таблиці наведено значення ємності конденсатора фільтра для використання системи захисту з різними системами посилення: широкосмуговими, bi-amping, tri-amping та з різними частотами поділу для багатосмугових систем:
Резистор (R1 і R2) завжди використовується на 100 кОм.
Не слід використовувати як конденсатор С1 полярні електролітичні конденсатори, Бо навіть невелика напруга зворотної полярності часто призводить їх до виходу з ладу, що знижує надійність системи. Якщо є проблеми з неполярним електролітичним конденсатором, його легко можна замінити двома полярними, включивши їх за представленою схемою:
Якщо з деякими типами музики на великій гучності спостерігатимуться хибні спрацьовуваннясистеми захисту, то ємність конденсатора фільтра доведеться збільшити. Але максимум до 47мкФ інакше час затримки буде неприпустимо велике.
Наступний елемент, що впливає на швидкодію системи — детектор напруги. Саме він визначає поріг спрацьовування системи. Зрозуміло, що нижче порого спрацьовування, то ми маємо більш швидкодіючу систему.
Розглянемо кілька типових схемдетектори.
Досить типова схема навіть для промислових апаратів:
При тестуванні схема показала надійне спрацьовування при позитивному напрузі на вході близько 0,8-1В та негативному напрузі понад -4В. Якщо позитивного напруги поріг спрацьовування хороший, то негативного напруга отримане значення залишає бажати кращого.
Інша схема, досить популярна на просторах Рунету, показала приблизно аналогічні результати:
Не втомлюватиму вас описом усіх досліджених схем. Наведу приклад схеми, яка показала дуже хороші результати- однакові значення напруги спрацьовування (порядку 0,7В) для позитивної та негативної вхідної напруги:
Збільшення на кліку
Крім того, дана схема забезпечує затримку підключення акустичних систем після включення підсилювача і відключення акустичних систем при зникненні будь-якого з напруг живлення підсилювача.
Як оптрони тут чудово працюють оптрони PC817 з комп'ютерних блоків живлення. Такі самі (або аналогічні) оптрони можна знайти в блоках живлення моніторів, DVD-програвачах і навіть зарядках для мобільних телефонівта смартфонів.
Наступний спосіб підвищення швидкодії системи захисту є досить екзотичним, оскільки в радіоаматорських конструкціях практично не зустрічається (через деяке ускладнення схеми). Спосіб полягає у зниженні напруги на котушці релепісля її спрацьовування. Справа в тому, що вказана на реле напруга - це напруга спрацьовування. Більшість сучасних реле дозволяють після замикання контактівзменшити напругу на котушці в 2-3 рази. При цьому контакти залишаться надійно замкнуті, а час відпускання контактів (тобто по суті час спрацьовування захисту) скоротиться в кілька разів. Але, як було зазначено, такий спосіб вимагає ускладнення схеми.
Наступний спосіб підвищення швидкодії системи захисту досить простий, дешевий, але чомусь так само рідко зустрічається у практичних конструкціях.
Спочатку трохи теорії. Як відомо, обмотка реле по суті є котушкою індуктивності, через що при підключенні або відключенні напруги на її контактах у котушці виникає проти-ЕРС. Щоб ви мали уявлення про величину протиЕРС наведу результати експериментів.
Для реле з відносно невеликою котушкою на 24 В (опір обмотки було 730 Ом) напруга проти ЕРС, яка наводилася на обмотці при відключенні склала понад 500В. Зрозуміло, що без вжиття відповідних заходів щодо зниження напруги проти ЕРС, надійність такої системи буде вельми сумнівною. Існує ризик виходу з ладу і реле при частих спрацьовуваннях, і силового транзистора, управляючого реле. Або нам знадобиться дорогий високовольтний транзистор.
Позбутися проти-ЕРС можна простим народним методом- Поставити діод у зворотному включенні паралельно обмотки реле:
Однак, багато радіоаматорів не знають, що цей захід призводить до суттєвого зниження швидкодії реле. Експерименти проводили для реле типу OMRON G6B-2214P-US-DC12. Без застосування захисного діода час розмикання контактів становив близько 1,2 мсек. Після встановлення захисного діода час розмикання контактів побільшало до 8 мсек, тобто. у рази!
Істотно скоротити час розмикання реле за наявності захисного діода допоможе... стабілітрон:
Як засвідчили експерименти, для такого варіанта час розмикання контактів становить лише 2,5 мсек, тобто. всього вдвічі вище, ніж без захисних кіл.
Стабілітрон необхідно вибирати з напругою стабілізації рівної напруги спрацьовування реле.
Наведені вище поради та схеми дозволяють радіоаматорам досить легко доопрацювати вже наявні системи захисту акустичних систем як у саморобних, так і промислових апаратах з метою підвищення їх швидкодії.
Як ми вже з'ясували, для забезпечення надійного захисту акустичних систем наша система захисту повинна бути надійною сама по собі. Про те, що впливає на надійність схеми і як її покращити, поговоримо наступного разу.
Далі буде.
Розглянуто декілька різних схем пристроїв. призначених для захисту акустичних систем (АС) та реалізації затримки часу перед підключенням АС до виходу підсилювача потужності звукової частоти.
Схема захисту та затримки включення на чотирьох транзисторах
Приведений пристрій призначений для затримки підключення гучномовців на час перехідних процесів в УМЗЧ при включенні живлення та відключенні їх при появі на виході постійної напруги будь-якої полярності.
Мал. 1. Принципова схемапристрої захисту акустичних систем та затримки включення, виконані на чотирьох транзисторах.
Принципова схема пристрою наведено на рис.1. Воно складається з діодного розподільника (VD1 – VD6) та електронного реле на транзисторах VT1 – VT4.
До виходів каналів УМЗЧ воно підключається разом із гучномовцями через контакти реле К1. Ланцюги R1C1, R2C2 запобігають спрацьовування пристрою на коливання звукової частоти.
При необхідності число контрольованих каналів можна збільшити простим підключенням відповідного числа додаткових ланцюгів, аналогічних ланцюга R1C1VD1VD2, та застосуванням електромагнітного реле з великим числом контактних груп. Постійна напруга на виході УМЗЧ, при якому спрацьовує пристрій захисту, визначається напругою стабілізації стабілізатора VD7 і пов'язане з ним співвідношенням:
При включенні живлення (джерелом напруги може бути блок живлення УМЗЧ) починає заряджатися (через резистор R9) конденсатор С3 тому транзистор VT4 закритий і реле К1 знеструмлено.
У міру заряджання напруга на конденсаторі зростає, транзистор VT4 починає відкриватися і через деякий час (приблизно 3с) його емітерний струм зростає на стільки, що реле К1 спрацьовує та підключає гучномовці до виходу УМЗЧ.
Транзистори VT1 – VT3 у вихідному стані також закриті. При появі на виході будь-якого з каналів напруги будь-якої полярності, що перевищує зазначене вище значення відкривається транзистор VT2, а за ним VT1, VT3. В результаті конденсатор С3 розряджається через ділянку емітер-колектор транзистора VT3 і резистор R8, транзистор VT4 закривається і реле К1 відключає гучномовці та вхід пристрою від виходу УМЗЧ.
Транзистор VT1, що здійснює позитивну зворотний зв'язокв каскаді на транзисторі VT2, грає роль “засувки”, підтримуючи останній у відкритому стані і після відключення пристрою від виходу УМЗЧ: якби його не було, після зникнення напруги на вході та закривання транзистора VT2, VT3 знову почалася б зарядка конденсатора С3 і після закінчення часу зарядки гучномовці знову підключилися до УМЗЧ.
У пристрої застосовано реле РЕМ-9 (паспорт РС4.524.200). Транзистори КТ603б (VT3,VT4) можна замінити на КТ315г. Для живлення пристрою використовується джерело живлення 20В.
При великій напрузі через зворотні струми колекторів можливе мимовільне відкривання транзисторів VT1, VT2. Щоб цього не сталося, необхідно зменшити опір резисторів R5, R6. Якщо напруга живлення більше 30 В, у пристрої слід використовувати транзистори з допустимою напругою колектор-емітер не менше.
При зниженні напруги (заміною стабілітрона Д814а) необхідно подбати про те, щоб амплітуда змінної напруги нижчих частотна виходах фільтрів R1C1, R2C2 не досягала значень, що викликають відключення гучномовців. Зробити це не важко – достатньо збільшити постійні часи названих ланцюгів (наприклад збільшити С1, С2).
Схема покращеного захисту для АС
Великі можливості має пристрій захисту рис.2.
Мал. 2. Принципова схема захисту акустичних систем від кидків вихідної напруги, що живиться від джерела живлення УМЗЧ.
Воно оберігає гучномовці від кидків вихідної напруги як при включенні, так і при вимкненні живлення, при несправності УМЗЧ і в моменти ймовірної відмови останнього - при зниженні або повному зникненні однієї або обох напруг живлення, а також при перевищенні гранично допустимих значенні (це може мати місце при живленні від стабілізованих джерел) і, нарешті, відключає їх під час підключення головних стерео телефонів. Живиться пристрій від того ж двополяного джерела, що й вихідні каскади УМЗЧ.
У момент увімкнення живлення починає заряджатися конденсатор С3, тому транзистор VT2 відкритий, VT3 закритий, реле К1 знеструмлено і гучномовці відключені. Як тільки напруга на конденсаторі досягає значення
Напруга стабілізації стабілітрона (VD9), стани зазначених транзисторів змінюються на зворотні, спрацьовує реле К1 і гучномовець підключаються до виходів каналів УМЗЧ.
Наведена формула справедлива за умови: .
Час затримки за вказаних на схемі номіналах елементів: .
Напруга стабілізації стабілітрону VD11 вибрано з умови 
.
При зниженні напрузі будь-якого джерела живлення на величину більшу, ніж 
транзистор VT3 закривається і реле К1 відключає гучномовці від УМЗЧ.
Стабілітрони VD7 та VD9 у ланцюгах баз відповідно транзисторів VT1, VT2 однакові та обрані з урахуванням наступного. Як видно зі схеми, для того, щоб відкрився транзистор VT2 (а отже, закрився транзистор VT3 і відпустило реле К1), напруга живлення повинна задовольняти умову:
Де і - відповідно напруга та мінімальний струм стабілізації стабілітрона VD9.
Звідси: . При вказаних на схемі номіналах та типах деталей 
А це означає, що при пристрій відключить гучномовці, якщо негативна напруга живлення зросте (по відношенню до номінального) на 2,8 Ст.
Транзистор VT1 відкривається з ланцюга VD1 - R5 - VD7, ідентичного ланцюга VD6 - R7 - VD9. Це призводить до відкриття транзистора VT2 і закриття транзистора VT3, тобто. до відключення гучномовців зі збільшенням на 8 напруги живлення позитивної полярності.
У разі появи на виході УМЗЧ постійної позитивної напруги транзистор VT2 відкривається струмом, що протікає через резистор R3 (або R4), VD4 (VD5) і ланцюг R7VD9. Умова його відкривання у разі виглядає так:
Якщо ж напруга на виході УМЗЧ має негативну полярність, ланцюгом R3 (R4) - VD2 (VD3) - R5 - VD7 відкриває транзистор VT1.
Для підключення стереотелефонів є розетка ХS1, з якою механічно пов'язаний вимикач SA1. При встановленні вилки стереотелефонів у розетку контакти вимикача розмикаються, реле К1 відпускає та гучномовці відключаються від УМЗЧ.
Те саме відбувається і при вимкненні живлення УМЗЧ кнопкою SB1 (А1 – джерело живлення). Оскільки колекторний ланцюг транзистора VT3 і ланцюг мережного живлення розриваються практично одночасно, динаміки відключаються до початку перехідного процесу і клацання не прослуховується.
У пристрої використано реле РЕМ-22 (паспорт РФ-4.500.130). Неполярні оксидні конденсатори С1, С2 – К50-6. Транзистор КТ815В можна замінити будь-яким іншим з допустимою напругою колектор - емітер більше 50 В і максимальним струмом колектора не менше значення, де - опір обмотки реле К1).
Замість стабілітронів КС527А можна використовувати КС482А, КС510А, КС512А, КС175Ж, КС182Ж, КС191Ж і т.п., з'єднавши потрібну кількість приладів для отримання напруги стабілізації, обраного наведеним формулам. Діоди VD1 – VD6, VD8, VD10, VD12 – будь-які кремнієві малопотужні зі зворотною напругою понад 50 В.
Схема захисту АС, яка живиться від сигналу ЗЧ
Оригінальні пристрої захисту гучномовців (рис.3) живляться напругою сигналу звукової частоти, що дозволяє вбудувати його в динамік.
Пристрій відключає останній при перевантаженні за потужністю, а також у разі появи на виході УМЗЧ постійної напруги будь-якої полярності. У схемі використані гучномовці потужністю 10 Вт та електричним опором 4 Ом.
Мал. 3. Принципова схема захисту акустичної колонки, яка живиться сигналу ЗЧ.
У вихідному стані реле К1 знеструмлено і сигнал ЗЧ (звуковий частоти) з виходу підсилювача надходить через контакти К1.1 гучномовець. Одночасно він випрямляє мостом VD1 - VD4, та його постійна складова через нормально замкнуті контактиК1.2 підводиться до порогового пристрою, виконаного на транзисторі VT1 та мікросхемі DA1.
Поки напруга вхідного сигналу не перевищує порога спрацьовування, транзистор закритий і напруга на виведенні 12 мікросхеми DA1 дорівнює напрузі стабілізації стабілітрона VD6, що більше напруги зразкового джерела мікросхеми, яке може перебувати в межах 1,5 ...3 В. (Стабілітрон VD6 запобігає пробію емітерного переходу транзистора диферинційного каскаду мікросхеми зворотним напругою).
У момент, коли вхідний сигнал досягає рівня спрацьовування пристрою (напруга на движку підстроювального резистора R5 - близько 1,5), транзистор VТ1 відкривається і напруга на виведенні 12 мікросхеми DA1 стає менше зразкового.
В результаті відкривається регулюючий транзистор мікросхеми, спрацьовує реле К1 і гучномовець відключається від УМЗЧ, а реле обмотка підключається безпосередньо до виходу випрямного мосту VD1 - VD4.
При зменшенні випрямленої напруги до напруги опускання реле пристрій повертається в вихідний стан. Аналогічно поводиться пристрій і при появі на виході УМЗЧ постійної напруги.
Поріг спрацьовування встановлюють резистором R6. Конденсатор С3 запобігає спрацьовування пристрою за короткочасного перевищення сигналом порога спрацьовування.
Мінімальна напруга сигналу, при якому пристрій працездатний, визначається напругою спрацьовування реле. У разі використання реле РЕМ-47 (паспорт РФ4.500.407-04) та деталей із зазначеними на схемі номіналами воно не перевищує 5 В. Стабілітрон VD8 обмежує напругу на обмотці реле.
За відсутності мікросхеми К142ЕН1А можна застосувати К142ЕН1, К142ЕН2 з будь-яким літерним індексом. Діоди КД522Б можна замінити будь-яким іншим зі зворотною напругою більше 40 В, прямим струмом не менше 100 мА і максимальною частотою (КД51А, діодні зборки серії К542 і т.п.), стабістор КС107А - будь-яким кремнієвим діодом, транзистор КТ3412 структури n-p-nз допустимою напругою колектор – емітер не менше 40 Ст.
При виготовленні пристрою для захисту гучномовців потужних звуковідтворювальних пристроїв слід використовувати діоди КД204А - КД204В, КД212А, КД212Б, КД213А, КД213Б і т.п., замінити реле РЕМ-47 іншим, з контактами, що допускають комутацію великих струмів уміщувати мікросхему DA1 зовнішніх транзисторів для забезпечення необхідного струму через обмотку реле.
Може статися, що в момент спрацьовування пристрою виникатиме дерен контактів реле. Запобігти його можна, включивши конденсатор ємністю 10...20 мкФ між висновками 16 і мікросхеми 8 DA1 або резистор опором 1 кОм між її висновком 13 і базою транзистора VT1 (створивши, таким чином, позитивний зворотний зв'язок).
Схема захисту АС із застосуванням резисторнорго оптрона
Пропонований пристрій (рис.4)
Мал. 4. Принципова схема захисту акустичних систем із застосуванням резисторнорго оптрона.
забезпечує захист акусичних систем (АС) від пошкодження з появою на виходах стереофонічного підсилювача постійної напруги позитивної чи негативної полярності.
Функції виконавчого елемента захисту виконує резисторний оптрон U1. Працює він в такий спосіб. При появі негативної або позитивної постійної напруги на будь-якому з вихідних підсилювачів звукової частоти (УЗЧ) через опрон починає протікати вхідний струм і опір резистора різко зменшується.
Як тільки величина постійної напруги досягне 3-4 (залежно від екземпляра оптрона), опір це стає настільки малим, що транзистори VT1, VT2 закриваються, обмотка реле К1 знеструмлюються і його контакти К1.1, К1.2 відключають АС від УЗЧ.
Стабілітрони VD1, VD2 обмежують вхідний струм оптрона величиною 18 мА. Оскільки для стабілітронів Д815А допускається розкид напруги стабілізації 15%, необхідно підібрати такі екземпляри, щоб напруга прикладається до світловипромінювача оптрона не перевищувала 5,5 В.
Дроселі L1, L2 обмежують змінну складову вхідного струму оптрона до величини виключає можливість спрацьовування захисту. Вони виконані на магнітопроводах ШЛ12*12 і містять по 1200 витків дроту ПЕЛ-0,23. активний опір кожного дроселя 36 Ом.
За рахунок багато часу зарядки конденсатора С1 через резистор R1 забезпечується затримка відкривання транзисторів VT1, VT2, спрацьовування реле К1 і підключення АС до підсилювача.
В результаті перехідних процесів, що виникають в підсилювачі після його включення, загасають раніше, ніж пристрій підключить АС, тому клацання в них не прослуховується.
При включенні живлення підсилювача вимикачем 8В1 контакти 1 і 4 останнього замикаються викликаючи миттєве закривання транзисторів VT1, VT2. Звичайно АС відкривається від підсилювача до початку в ньому перехідних процесів і клацання в гучномовці також не буде чути.
Пристрій захисту АС живиться від 2-полярного джерела живлення підсилювача потужності. При виборі елементів VT1, VT2, C1, R2, K1 слід враховувати величину джерела напруги.
При використанні реле РЕМ-9, РЕМ-22 пристрій захисту можна доповнити системою сигналізації його спрацьовування (рис.5).
Мал. 5. Схема доповнення пристрою захисту світловою сигналізацією АС.
Описаний пристрій розроблялося для конкретного підсилювача з напругою живлення рівним плюс-мінус 15 В. У цьому випадку при появі на одному з виходів підсилювача максимальна напруга теплова потужність, що виділяється на дроселях L1 або L2, не перевищує 3 Вт, що виключає його значний перегрів за час протягом якого може бути зроблено висновок про несправність підсилювача потужності (РОЗУМ) та прийнято рішення про його вимкнення.
Другий варіант схеми захисту з оптроном
При більш високій напрузіживлення та відсутність гарантій своєчасного виявлення моменту спрацьовування пристрою захисту його можна зібрати за дещо зміненою схемою (рис.6).
Мал. 6. Принципова схема пристрою захисту акустичних колонок, харчування від -30+30В.
У цьому випадку в момент спрацьовування системи захисту підсилювач потужності живлення відключається. Світловипромінювач оптрона контактами К1.3 реле К1 підключається до джерела живлення підсилювача, що дозволяє утримувати пристрій захисту у режимі "Аварія".
Крім того, за відсутності одного з напруг 2-хполярного джерела живлення пристрій захисту не підключає до нього РОЗУМ і відключає його, якщо одна з цих напруг зникне. Загоряння світлодіодів сигналізує про несправність підсилювача або джерела живлення.
У пристрої, зібраному за схемою рис.3, реле К1 повинно мати 4 групи контактів на перемикання (РЕМ-22, паспорт РФ4.500.130). Слід зазначити, що така схема системи захисту функції запобігання клацанням АС втрачає.
Схема захисту АС, що відключає підсилювач ЗЧ від мережі
На рис.7 представлена схема пристрою захисту АС, відключає підсилювач від мережі живлення.
Мал. 7. Принципова схема захисту акустичних систем, що відключає підсилювач ЗЧ від мережі 220В.
Щоб увімкнути підсилювач, потрібно натиснути кнопку SB1. При цьому напруга живлення надійде на захист, спрацьовує реле К1 і його контакти заблокують кнопку SB1 так, що при її відпусканні РОЗУМ залишається підключеним до джерела живлення.
Щоб вимкнути підсилювач, натисніть кнопку SB2. Принцип цього пристрою аналогічний описаному вище. Він спрацьовує та відключає підсилювач від мережі при появі постійної напруги на одному з його виходів або пропаданні напруги живлення.
Кнопки SB1, SB2 без фіксації у натиснутому положенні КМ21, КМД2-1, а реле К1-РЕМ-32, паспорт РФ 4.500.335-02 (або РЕМ-22, паспорт РФ 4.500.130).
Пасивна система захисту для гучномовця
Найбільш поширений спосіб захисту акустичних систем від небезпечної перенапруги – їх відключення від джерела сигналу за допомогою електромагнітного реле.
Однак в АС високого класу застосовувати його недоцільно через нелінійні спотворення, що вносяться у сигнал, що відтворюється. Річ у тім, що контакти реле мають власний активний опір, що у нових виробах коливається від 0,1 (у разі) до 0,5 Ом.
В результаті при проходженні через них електричного струму значної величини ними розсіюється велика теплова потужність. Це викликає окислення металу, з якого виготовлені контакти, що саме собою є джерелом спотворень.
Крім того, в процесі експлуатації реле окислення збільшується і опір контактів може зрости до1 Ома і більше, що можна порівняти з опором самих АС і здатне зменшити їхню віддачу.
В іншому варіанті захисту АС при появі на них небезпечного перенапруги виходи УМЗЧ підключається до загального дроту за допомогою тиристора до моменту спрацьовування запобіжника в ланцюгу живлення вихідного каскаду.
Однак і цей спосіб має суттєві недоліки, оскільки становить певну небезпеку для самого УМЗЧ і пов'язаний із необхідністю заміни запобіжників.
У ряді зарубіжних АС використовується полікристалічні елементи, спеціально розроблені для захисту ВЧ і СЧ головок, але вони вносять у сигнал ще більші спотворення і не можуть бути використані в АС високого класу.
Запропонований пристрій пасивного захисту гучномовців є потужним діодним симетричним обмежувачем сигналу звукової частоти (рис. 8).
Мал. 8. Потужний діодний симетричний обмежувач звукового сигналу.
Виконаний він у вигляді 2-х полюсника, що включається паралельно захищається ланцюга: або АС в цілому, або якусь із її випромінювачів, наприклад, ВЧ або СЧ головці. В останньому випадку його встановлюють безпосередньо в АС, а в першому може бути розміщений і на виході УМЗЧ, і в самій АС.
Пристрій працює наступним чином. З появою на його висновках напруги, що перевищує встановлений поріг обмеження, діоди відповідної гілки відкриваються і через них починає протікати струм.
На діодах розсіюється певна теплова потужність, а сигнал, що надходить на АС або випромінювач, м'яко обмежується напругою і відповідно потужністю.
При зменшенні напруги, що надходить на АС нижче порога спрацьовування пристрій воно відключається. У режимі очікування пристрій захисту на звукову частоту не впливає, оскільки в цьому випадку діоди обох гілок закриті, а їх результуюча ємність мізерно мала.
У пристрої слід застосовувати потужні випрямні діоди з високою перевантажувальною здатністю, підвищеною максимальною робочою частотоюта невеликою власною ємністю. з найбільш поширених можна порекомендувати КД213 з будь-яким буквеним індексом, а також КД2994, КД2995, КД2998, КД2999.
Ці діоди допускають протікання постійного струму 10..30 А і більше, залежно від типу, а максимальний імпульсний струм через них може досягати 100 А.
Без тепловідведення кожен діод здатний розсіяти електричну потужністьблизько 1 Вт, що відповідає струму порядку 1 А. При встановленні на найпростіші пластинчасті тепловідведення потужність, що розсіюється кожним діодом, може бути збільшена до 20 Вт. На рис. 9 показана можлива конструкція захисних пристроївіз використанням пластинчастих тепловідводів.
Мал. 9. Можлива конструкція захисних пристроїв з використанням пластинчастих тепловідводів.
З особливостей роботи пристрою захисту необхідно враховувати таке. У момент відкриття діодів через них протікає невеликий струм. При цьому для відкривання кожного з діодів необхідна напруга 0,6...0,7 залежно від його типу.
При подальшому збільшенні напруги на гніздах пристрою захисту росте струм, що проходить, і відповідно збільшується падіння напруги на переходах діодів. Розмір його може становити до 1..1,4 У діапазоні струмів до 10...30 А.
Розрахунок пристрою захисту зводиться до визначення типу діодів та їх числа у кожній галузі. Для цього необхідно визначити поріг обмеження за потужністю та напругою.
Припустимо, що ми хочемо захистити від навантаження динамічну головку з номінальною потужністю 10 Вт та нормальним опором 8 Ом.
При цьому доцільно визначити напругу лише на рівні потужності порядку 8 Вт. Тоді через головку повинен протікати струм рівний 1 А при напругі, що підводиться 8 В.
При використанні діодів КД213 з пороговою напругою 0,6 число діодів у кожній гілки становить приблизно 13. Всього для 2-х гілок 26 діодів.
Технічні характеристики такої системи захисту будуть дуже високі. Поріг спрацьовування становить 8 В. Максимальний рівень обмеження потужності на ланцюгу, що захищається при струмі через діоди 10 А - близько 30 Вт. Початкова потужність, що поглинається системою захисту, становить приблизно 4+4 Вт, максимальна при струмі 10 А та використанні тепловідведення – до 130 Вт.
При виборі діодів краще ті, які допускають максимальні струми 20...30 А при падінні напруги на них 1 В. До них відносяться: КД2994.
Вони значно дорожчі, ніж КД213, але мають суттєво кращі для наших цілей характеристики. Так, гранична напруга у них вище і становить близько 0,7 В, а падіння напруга при струмі 20 А становить всього 1,1 В. Крім того, їх корпус більш зручний для монтажу на друкованій платі та кріплення тепловідведення.
При використанні у вищенаведеному розрахунку КД2994 (замість КД213) їх кількість у гілках зменшиться з 13 до 11, що від частини компенсує високу вартість. Характеристика пристрою захисту буде набагато більш пологою: при струмі через діоди 10 А рівень обмеження потужності на ланцюгу, що захищається, складе вже не 30, а тільки 12 Вт. При цьому система захисту поглинатиме потужність близько 100+100 Вт.
Застосування описаної схеми в тракті звуковідтворення високої вірності, особливо якщо вихідний каскад УМЗЧ працює у чистому класі А, дозволяє повністю позбутися спотворень, які вносяться звичайними пристроями захисту.
Найбільш доцільно використовувати запропоновану систему для захисту щодо малопотужних АС та випромінювачів. Однак за наявності відповідних коштів та вільного місцяв АС її можна рекомендувати для захисту НЧ випромінювачів.
Щоправда, при цьому потрібно буде збільшити кількість паралельно включених діодних гілок. Так, при включенні в паралель 2-х однакових діодних гілок поглинається системою захист потужність збільшується в 2 рази.
Пристрій затримки увімкнення та захисту гучномовців
Принципова схема цього пристрою показана малюнку 10. Воно складається з вхідного ФНЧ R1R2С1, реле часу на транзисторі VT1 і елементах R1 - R4, С1 і ключа на транзисторі VT2.
У момент включення живлення конденсатор С1 починає заряджатися через резистори R1, R2. Протягом його зарядки транзистор VT1 буде відкритий, VT2 закритий і струм через обмотку реле не потече.
Мал. 10. Схема пристрою затримки увімкнення та захисту гучномовців, зібрана на двох транзисторах.
Резистор R3 усуває вплив базового струму транзистора VT1 на зарядку конденсатора та збільшує позитивний поріг спрацьовування пристрою захисту.
Коли конденсатор зарядиться, напруга на базі транзистора VT1 впаде і він закриється, а пов'язаний з ним ключовий транзистор VT2 відкриється через обмотку реле К1 потече струм. Реле спрацює, і його контакти К1.1 і К1.2, що замкнулися, підключать гучномовці до підсилювача. Затримка включення дорівнює приблизно 4 с.
Якщо на якомусь із виходів підсилювача з'явиться постійна напруга позитивної полярності, це призведе до часткової розрядки конденсатора С1, відкриття транзистора VT1 і закриття транзистора VT2.
Внаслідок цього струм через обмотку реле припиниться і його контакти відключать гучномовці від підсилювачів. Якщо ж на виходах останніх з'явиться постійна напруга негативної полярності, воно безпосередньо через діод VD1 надійде на базу транзистора VT2, закриє його і таким чином знеструмить реле К1, контакти К1.1, К1.2 якого розімкнуться і знову відключать гучномовці від підсилювача. Діод VD1, VD2 обмежують максимальну негативну напругу з урахуванням вхідного транзистора VT1 лише на рівні 1,3 У.
Хоча і в режимі захисту гучномовців, і в режимі затримки їх включення конденсатор С1 заряджається через ті самі ланцюги, час спрацьовування захисту на порядок менше, оскільки для цього конденсатор повинен змінити свій потенціал всього на кілька вольт. Пороги спрацьовування захисту становлять трохи більше +-4 У.
Правильно виготовлений пристрій починає працювати одразу і налаштування не вимагає. Діоди можна застосувати будь-які кремнієві. Інші елементи бажано застосувати ті, що вказані у схемі.
Реле К1 – РЕМ-9, паспорт РС4.524.200 з опором обмотки приблизно 400 Ом. Підійде і будь-яке інше реле, що спрацьовує при вибраній напрузі живлення, але в цьому випадку потрібно підібрати резистор R4, від якого залежить негативний поріг захисту спрацьовування.
Пристрій працездатний при зміні напруги живлення в межах 20...30 В. При іншій напругі живлення потрібно буде змінити опір резистора R4.
Недолік цього пристрою - необхідність живлення його від джерела з пульсаціями не більше 1, інакше можливі помилкові спрацьовування.
Література:
- Войшило А. - "Про способи включення навантаження підсилювачів НЧ" Радіо 1979 № 11 с. 36, 37;
- Корнєв І. “Захист гучномовців” Радіо'1960 № 5 с. 28;
- Роганов В. “Пристрій захисту гучномовців” Радіо'1981 № 11 с. 44, 45; 1982 р. № 4 с. 62;
- “Пристрої захисту гучномовців” Радіо'1983 № 2 с. 61;
- Барабошкін Д. “Блок захисту підсилювача потужності” Радіо'1983 №8 с. 62, 63;
- Решетніков О. “Пристрій захисту на оптронах” Радіо'1984 № 12 с. 53;
- “Пристрої захисту гучномовців” Радіо'1986 № 10 с. 56-58.
На фото вище те, що сталося в результаті. Чим хороша якісна апаратура, у тому числі аудіо підсилювачі, так це наявністю різноманітних додаткових вузлів, які допомагають зберегти життя окремим схемам усередині підсилювача, а також вузлам, що підключаються до підсилювача.
Влітку в пориві ностальгії я зібрав собі простенький, але тим не менш підсилювач, що добре звучить. І тому що прилад ручної роботи, то захотілося до нього додати блок захисту АС від раптових проблем всередині підсилювача. У нас же не військове приймання. Так що захист може стати в нагоді =)
Наприклад, раптом якийсь канал підсилювача вийде з ладу і замість змінної напруги у нього на виході з'явиться велике постійне. Від якого АС спочатку чхне, а потім виплюне дифузор далеко за межі своєї коробки.
Працює вона просто. По-перше, затримує підключення АС до підсилювача. Завдяки цьому немає клацань у АС при включенні підсилювача. По-друге, відключає АС від підсилювача, якщо на його виході з'являється постійна напруга більша +/- 1.5 В
Я трохи підредагував вихідну ПП для своїх потреб та цілей. Але загалом використав, що знайшов у мережі. Дякуємо нашому радіоаматорському світу, жити в якому з появою інтернету стало значно краще та цікавіше =)
При складанні використовувалися впереміш імпортні та вітчизняні компоненти. Я так думаю, що лиха в цьому ніякого. Я його зліпив із того, що було. Купував хіба що релюшки.
За 8 місяців активної, щоденної експлуатації підсилювач (разом із захистом) показали себе чудово. Звичайно я не вичавлював всі 70Вт з кожного каналу (в домашніх умовах навіть 10Вт вже досить голосно, а на 20-30Вт сусіди готові застукати в стінку).
