Универсальный блок защиты АС. Защита колонок от постоянного тока схема


Защита громкоговорителей

Большинство современных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) построены без разделительных конденсаторов на выходе. При неисправности усилителя появление постоянного напряжения на выходе УМЗЧ может привести к повреждению дорогостоящих динамиков акустической системы. Для их защиты от постоянного напряжения любой полярности предлагаю несложное устройство.

В качестве прототипа взята схема устройства защиты усилителя "405" ф."Guad", но приняты меры по пре-дотвращению самопроизвольного открывания симистора при высокой скорости нарастания выходного на-пряжения, которая бывает в современных УМЗЧ. Дополнительно введена световая индикация перегорания предохранителя на мигающем светодиоде при срабатывании защиты.При появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности более 3...4 В, резко возрастает напряжение на выводах конденсаторов С2, СЗ. Ток, протекающий через резистор R4, один из диодов VD5, VD6 и один из транзисторов VT1, VT2, открывает симистор VS1. Открытый симистор шунтирует выход УМЗЧ до момента перегорания предохранителя FU1. При его перегорании начинает мигать светодиод HL1. Элементы С1, L1 предназначены для предотвращения несанкционированного открывания симистора из-за помех.

zashita akustiki

Предохранитель выбирается исходя из максимальной выходной мощности усилителя и сопротивления акустической системы.В устройстве можно использовать резисторы типов С1-4, С2-23, МЛТ и другие соответствующей мощности. Конденсатор С1 — керамический, типов К10-7, К10-17, КМ-5. Оксидные конденсаторы С2, СЗ — типа К50-16, К50-35. Оба эти конденсатора можно заменить одним неполярным, при этом диоды VD7, VD8 из схемы исключаются. Диоды КД521А можно заменить на КД102 (А, Б), КД103 (А, Б), КД518А, 1N4148. Светодиод HL1 может быть как мигающим, так и постоянного свечения, например, АЛ307, КИПД35, КИПД40.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ503Е, КТ602, КТ683, MPSA-43, 2N5550. VT2 заменяется КТ502Е или любым p-n-р транзистором из серий КТ6116, КТ668, 2SA709, 2SA910, MPSA-93. В качестве симистора VS1 подойдет КУ208 с индексами Г, Д или ТС112-10, ТС112-16 и другие на рабочее напряжение не менее 100 В.Дроссель L1 наматывается проводом ПЭВ-2 00,68 мм — 75 витков на каркасе из плотной бумаги с внешним диаметром 10 мм.Для проверки собранного узла плавкий предохранитель временно заменяется пампой накаливания на напряжение 6...12 В и ток 0,16...1 А. Узел подключается к выходу лабораторного блока питания с регули-руемым выходным напряжением 2...10 В. Плавно увеличивая выходное напряжение, по моменту зажигания лампы определяется порог срабатывания защиты. Если он будет не более 4 В, то узел пригоден для совместного использования с автомобильными УМЗЧ. При указанной на схеме емкости конденсаторов С2, СЗ, задержка срабатывания защиты составит около 1с. При необходимости время задержки можно уменьшить до 0,2...0,5 с, взяв эти конденсаторы меньшей емкости.Конструктивно этот блок может быть размещен как внутри УМЗЧ, так и в АС. В случае установки узла внутри акустической системы, если в АС есть наполнитель из горючего материала, например, вата, он не должен соприкасаться с деталями узла защиты.Для многоканального усилителя собирается соответствующее число блоков.

ЛитератураД.Атаев, В.Болотников. Функциональ-ные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. — Радио и связь, 1989, С.111.

shemu.ru

StudyPort.Ru - Устройства защиты громкоговорителей

Приведённое устройство предназначено для задержки подключения громкоговорителей на время переходных процессов в УМЗЧ при включении питания и отключении их при появлении на его выходе постоянного напряжения любой полярности.

Принципиальная схема устройства приведена на рис.1. Оно состоит из диодного распределителя (VD1 – VD6) и электронного реле на транзисторах VT1 – VT4. К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговортелями через контакты реле К1. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты. При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп.

Постоянное напряжение на выходе УМЗЧ, при котором срабатывает устройство защиты, определяется напряжением стабилизации стабилитрона VD7

При включении питания (источником напряжения может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться (через резистор R9) конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле К1 обесточено. По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через некоторое время (примерно 3с) его эмиттерный ток возрастает на столько, что реле К1 срабатывает и подключает громкоговорители к выходу УМЗЧ.

Транзисторы VT1 – VT3 в исходном состоянии также закрыты. При появлении на выходе любого из каналов напряжения любой полярности, превышающее указанное выше значение, открывается транзистор VT2, а вслед за ним VT1, VT3. В результате конденсатор С3 разряжается через участок эмиттер-коллектор транзистора VT3 и резистор R8, транзистор VT4 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители и вход устройства от выхода УМЗЧ. Транзистор VT1, осуществляющий положительную обратную связь в каскаде на транзисторе VT2, играет роль “защёлки”, поддерживая последний в открытом состоянии и после отключения устройства от выхода УМЗЧ: не будь его, после пропадания напряжения на входе и закрывания транзистора VT2, VT3 вновь началась бы зарядка конденсатора С3 и по истечении времени зарядки громкоговорители снова подключились бы к УМЗЧ.

В устройстве применено реле РЭС-9 (паспорт РС4.524.200). Транзисторы КТ603б (VT3,VT4) могут быть заменены на КТ315г.

Для питания устройства используется источник питания 20В. При большом напряжении из-за обратных токов коллекторов возможно самопроизвольное открывание транзисторов VT1,VT2. Чтобы этого не случилось, необходимо уменьшить сопротивление резисторов R5, R6. Если же напряжение питание больше 30 В.

При снижении напряжения (заменой стабилитрона Д814а) необходимо позаботится о том, чтобы амплитуда переменного напряжения нижших частот на выходах фильтров R1C1, R2C2 не достигала значений, вызывающих отключение громкоговорителей. Сделать это не трудно - достаточно увеличить постоянные времени названых цепей (например увеличить С1, С2).

Большими возможностями обладает устройство защиты рис.2. Оно предохраняет громкоговорители от бросков выходного напряжения как при включении, так и при выключении питания, при неисправности УМЗЧ и в моменты вероятного отказа последнего - при понижении или полном исчезновении одного или обоих напряжений питания, а также при превышении ими предельно допустимых значении (это может иметь место при питании от стабилизированных источников) и, наконец, отключает их при подсоединении головных стерео телефонов. Питается устройство от того же двуполяного источника, что и выходные каскады УМЗЧ.

В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор VT2 открыт, VT3 закрыт, реле К1 обесточено и громкоговорители отключены.

Транзистор VT1 открывается по цепи VD1 - R5 - VD7, идентичной цепи VD6 - R7 - VD9. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и закрыванию транзистора VT3, т.е. к отключению громкоговорителей при увеличении на 8 В напряжения питания положительной полярности.

Для подключения стереотелефонов служит розетка ХS1, с которой механически связан выключатель SA1. При установке вилки стереотелефонов в розетку контакты выключателя размыкаются, реле К1 отпускает и громкоговорители отключаются от УМЗЧ. То же происходит и при выключении питания УМЗЧ кнопкой SB1 (А1 - источник питания). Поскольку коллекторная цепь транзистора VT3 и цепь сетевого питания разрываются практически одновременно, громкоговорители отключаются до начала переходного процесса и щелчок не прослушивается.

В устройстве применено реле РЭС-22 (паспорт РФ-4.500.130). Неполярные оксидные конденсаторы С1, С2 - К50-6. Транзистор КТ815В можно заменить любым другим с допустимым напряжением коллектор - эмиттер более 50 В и максимальным током коллектора. Вместо стабилитронов КС527А можно использовать КС482А, КС510А, КС512А, КС175Ж, КС182Ж, КС191Ж и т.п., соединив нужное число приборов для получения напряжения стабилизации, выбранного приведённым формулам. Диоды VD1 - VD6, VD8, VD10, VD12 - любые кремниевые маломощные с обратным напряжением более 50 В.

Оригинальные устройства защиты громкоговорителей (рис.3) питается напряжением сигнала звуковой частоты, что позволяет встроить его в громкоговоритель. Устройство отключает последний при перегрузке по мощности, а также в случае появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности. В схеме использованы громкоговорители мощностью 10 Вт и электрическим сопротивлением 4 Ом.

В исходном состоянии реле К1 обесточено и сигнал ЗЧ (звуковой частоты) с выхода усилителя поступает через контакты К1.1 на громкоговоритель. Одновременно он выпрямляет мостом VD1 - VD4, и его постоянная составляющая через нормально замкнутые контакты К1.2 подводится к пороговому устройству, выполненному на транзисторе VT1 и микросхеме DA1. Пока напряжение входного сигнала не превышает порога срабатывания, транзистор закрыт и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 равно напряжению стабилизации стабилитрона VD6, что больше напряжения образцового источника микросхемы, которое может находиться в пределах 1,5 ...3 В. (Стабилитрон VD6 предотвращает пробой эмиттерного перехода транзистора дифферинциального каскада микросхемы обратным напряжением).

В момент, когда входной сигнал достигает уровня срабатывания устройства (напряжение на движке подстроечного резистора R5 - около 1,5 В), транзистор VТ1 открывается и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 становится меньше образцового. В результате открывается регулирующий транзистор микросхемы, срабатывает реле К1 и громкоговоритель отключается от УМЗЧ, а обмотка реле подключается непосредственно к выходу выпрямительного моста VD1 - VD4. При уменьшении выпрямленного напряжения до напряжения опускания реле устройство возвращается в исходное состояние.

Аналогично ведёт себя устройство и при появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения.

Порог срабатывания устанавливают подсроечным резистором R6. Конденсатор С3 предотвращает срабатывание устройства при кратковременном превышении сигналом порога срабатывания. Минимальное напряжение сигнала, при котором устройство работоспособно, определяется напряжением срабатывания реле. В случае использывания реле РЭС-47 (паспорт РФ4.500.407-04) и деталей с указанными на схеме номиналами оно не превышает 5 В. Стабилитрон VD8 ограничивает напряжение на обмотке реле.

При отсутствии микросхемы К142ЕН1А можно применить К142ЕН1, К142ЕН2 с любым буквенным индексом. Диоды КД522Б можно заменить любым другим с обратным напряжением более 40 В, прямым током не менее 100 мА и максимальной частотой 50 кГц (КД51А, диодные сборки серии К542 и т.п.), стабистор КС107А - любым кремниевым диодом, транзистор КТ3412Б - любым маломощным кремниевым транзистором структуры n-p-n с допустимым напряжением коллектор - эмиттер не менее 40 В. При изготовлении устройства для защиты громкоговорителей мощных звуковоспроизводящих устройств следует использовать диоды КД204А - КД204В, КД212А, КД212Б, КД213А, КД213Б и т.п., заменить реле РЭС-47 другим, с контактами, допускающими коммутацию больших токов, а если необходимо, и "умощнить" микросхему DA1 внешних транзисторов для обеспечения необходимого тока через обмотку реле.

Может случиться, что в момент срабатывания устройства будет возникать дребезг контактов реле. Предотвратить его можно, включив конденсатор ёмкостью 10...20 мкФ между выводами 16 и 8 микросхемы DA1 или резистор сопротивлением 1 кОм между её выводом 13 и базой транзистора VT1 (создав, таким образом, положительную обратную связь).

ОПТРОНННАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ АС

Предлагаемое устройство (рис.4) обеспечивает защиту акусических систем (АС) от повреждения при появлении на выходах стереофонического усилителя постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Функции исполнительного элемента защиты выполняет резисторный оптрон U1. Работает он следующим образом. При появлении отрицательного или положительного постоянного напряжения на любом из выходных усилителей звуковой частоты (УЗЧ) через опрон начинает протекать входной ток и сопротивление его резистора резко уменьшается. Как только величила постоянного напряжения достигнет 3-4 В (взависимости от экземпляра оптрона), сопротивление это становится столь малым, что транзисторы VT1, VT2 закрываются, обмотка реле К1 обесточиваются и его контакты К1.1, К1.2 отключают АС от УЗЧ.

Стабилитроны VD1, VD2 ограничивают входной ток оптрона величиной 18 мА. Поскольку для стабилитронов Д815А допускается разброс напряжения стабилизации 15%, необходимо подобрать такие экземпляры, чтобы напряжение прикладываемое к светоизлучателю оптрона не превышало 5,5 В.

Дроссели L1, L2 ограничивают переменную составляющую входного тока оптрона до величины исключающей возможность срабатывания защиты. Они выполнены на магнитопроводах ШЛ12*12 и содержат по 1200 витков провода ПЭЛ-0,23. активное сопротивление каждого дросселя 36 Ом.

За счёт большого времени зарядки конденсатора С1 через резистор R1 обеспечивается задержка открывания транзисторов VT1, VT2, срабатывания реле К1 и подключения АС к усилителю. В результате переходных процессов, возникащие в усилителе после его включения, затухают раньше, чем устройство подключит АС, поэтому щелчок в них не прослушивается. При включении питания усилителя выключателем 8В1 контакты 1 и 4 последнего замыкаются, вызывая мгновенное закрывание транзисторов VT1, VT2. Естественно АС открывается от усилителя до начала в нём переходных процессов и щелчок в громкоговорителе также не будет слышен.

Устройство защиты АС питается от 2-хполярного источника питания усилителя мощности. При выборе элементов VT1, VT2, C1, R2, K1 следует учитывать величину напряжения источника.

В изготовленном автором экземпляре использовано реле РСМ-1, паспорт Ю-171.81.37. Можно применить и другое подходящее по напряжению и току срабатывания (он не должен превышать 100 мА) реле. При использовании реле РЭС-9, РЭС-22 устройство защиты можно дополнить системой сигнализации его срабатывания.(рис.5)

Описанное устройство разрабатывалось для конкретного усилителя с напряжением питания равным плюс-минус 15 В. В этом случае при появлении на одном из выходов усилителя максимальнное напряжение, тепловая мощность, выделяемая на дросселях L1 или L2, не превышает 3 Вт, что исключает его значительный перегрев за время в течении которого может быть сделан вывод о неисправности усилителя мощности (УМ) и принято решение о его выключении.

При более высоком напряжении питания и отсутствии гарантий своевременного обнаружения момента срабатывания устройства защиты его можно собрать по несколько изменённой схеме (рис.6). В этом случае в момент срабатывания системы защиты питание усилителя мощности отключается. Светоизлучатель оптрона контактами К1.3 реле К1 подключается к источнику питания усилителя, что позволяет удерживать устройство защиты в режиме "Авария". Кроме того, при отсутствии одного из напряжений 2-хполярного источника питания устройство защиты не подключает к нему УМ и отключает его, если одно из этих напряжений исчезнет. Загорание светодиодов сигнализирует о неисправности в усилителе или источнике питания.

В устройстве, собранном по схеме рис.3, реле К1 должно иметь 4 группы контактов на перелючение (РЭС-22, паспорт РФ4.500.130).

Следует отметить, что такая схема системы защиты функции предотвращения щелчков в АС утрачивает.

На рис.7 представлена схема устройства защиты АС, отключает усилитель от питающей сети. Для включения усилителя нужно нажать кнопку SB1. При этом напряжение питания поступит на устройство защиты, срабатывает реле К1 и его контакты заблокируют кнопку SB1 так, что при её отпускании УМ остаётся подключенным к источнику питания. Для отключения усилителя необходимо нажать кнопку SB2. Принцип этого устройства аналогичен описанному выше. Он срабатывает и отключает усилитель от сети при появлении постоянного напряжения на одном из его выходов или пропадании напряжения питания.

Кнопки SB1, SB2 без фиксации в нажатом положении КМ21, КМД2-1, а реле К1-РЭС-32, паспорт РФ 4.500.335-02 (или РЭС-22, паспорт РФ 4.500.130).

ПАССИВНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ.

Наиболее распространённый способ защиты акустических систем от опасного перенапряжения - их отключение от источника сигнала с помощью электромагнитного реле. Однако в АС высокого класса применять его нецелесообразно из-за нелинейных искажений, вносимых в воспроизводимый сигнал. Дело в том, что контакты реле имеют собственное активное сопротивление, которое в новых изделиях колеблется от0,1 (в лучшем случае) до 0,5 Ом. В результате при прохождении через них электрического тока значительной величины на них рассеивается большая тепловая мощность. Это вызывает окисление металла, из которого изготовлены контакты, что само по себе уже является источником искажений. Кроме того, в процессе эксплуатации реле окисление увеличивается и сопротивление контактов может возрасти до1 Ома и более, что соизмеримо с сопротивлением самих АС и способно уменьшить их отдачу.

В другом варианте защиты АС при появлении на них опасного перенапряжения выходы УМЗЧ подключается к общему проводу с помощью тиристора до момента срабатывания плавкого предохранителя в цепи питания выходного каскада. Однако и этот способ имеет существенные недостатки, так как представляет определённую опасность для самого УМЗЧ и связан с необходимостью замены предохранителей.

В ряде зарубежных АС используется поликристалические элементы, специально разработанные для защиты ВЧ и СЧ головок, но они вносят в сигнал ещё большие искажения и также не могут быть использованы в АС высокого класса.

Предложенное устройство пассивной защиты громкоговорителей представляет собой мощный диодный симметричный ограничитель сигнала звуковой частоты (рис. 8). Выполнен он в виде 2-хполюсника, включаемого паралельно защищаемой цепи: либо АС в целом, либо какую-то из её излучателей, например, ВЧ или СЧ головке. В последнем случае его устанавливают непосредственно в АС, а в первом он может быть размещён и на выходе УМЗЧ, и в самой АС.

Устройство работает следующим образом. При появлении на его выводах напряжения, превышающего установленный порог ограничения, диоды соответствующей ветви открываются и через них начинает протекать ток. На диодах рассеивается определённая тепловая мощность, а сигнал, поступающий на АС или излучатель, мягко ограничивается по напряжению и соответсвенно по мощности. При уменьшнии поступающего на АС напряжения ниже порога срабатывания устройство оно отключается. В ждущем режиме устройство защиты на звуковую частоту не влият, поскольку в этом случае диоды обеих ветвей закрыты, а их результирующая ёмкость ничтожно мала.

В устройстве следует применять мощные выпрямительные диоды с высокой перегрузочной способностью, повышенной максимальной рабочей частотой и небольшой собственной ёмкостью. из наиболее распространённых можно порекомендовать КД213 с любым буквенным индексом, а также КД2994, КД2995, КД2998, кд2999. Эти диоды допускают протекание постоянного тока 10..30 А и более в зависимости от типа, а максимальный импульсный ток через них может достигать 100 А. Без теплоотвода каждый диод способен рассеять электрическую мощность около 1 Вт, что соответствует току порядка 1 А. При установке на простейшие пластинчатые теплоотводы мощность, рассеиваемая каждым диодом, может быть увеличена до 20 Вт. На рис.9 показана возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

Из особенностей работы устройства защиты необходимо учитывать следующее.

В момент открывания диодов через них протекает небольшой ток. При этом для открывания каждого из диодов необходимо напряжение 0,6...0,7 В в зависимости от его типа. При дальнейшем увеличении напряжения на гнёздах устройства защиты растёт проходящий ток и соответственно увеличивается падение напряжения на переходах диодов. Величина его может составлять до 1..1,4 В в диапазоне токов до 10...30 А.

Расчёт устройства защиты сводится к определению типа диодов и их числа в каждой ветви. Для этого необходимо определить порог ограничения по мощности и напряжению. Предположим, что мы хотим защитить от перегрузки динамическую головку с номинальной мощностью 10 Вт и нормальным сопротивлением 8 Ом. При этом целесообразно определить напряжение на уровне мощности порядка 8 Вт. Тогда через головку должен протекать ток равный 1 А при подводимом напряжении 8 В. Определяем число диодов в каждой ветви по простейшей формуле:______, где__- пороговое напряжение открывания диода, а __ - напряжение ограничения. При использовании Диодов КД213 с пороговым напряжением 0,6 В число диодов в каждой ветви составляет примерно 13. Всего для 2-х ветвей 26 диодов.

Технические характеристики такой системы защиты будут весьма высеки. Порог срабатывания составляет 8 В. Максимальный уровень ограничения мощности на защищаемой цепи при токе через диоды 10 А - около 30 Вт. Начальная мощность, поглощаемая системой защиты, составляет примерно 4+4 Вт, максимальная при токе 10 А и использовании теплоотвода - до 130 Вт.

При выборе диодов предпочтительнее те из них, которые допускают максимальные токи 20...30 А при падении напряжения на них 1 В. К ним относятся: КД2994. Они значительно дороже, чем КД213, но имеют существенно лучшие для наших целей характеристики. Так, пороговое напряжение у них выше и составляет около 0,7 В, а падение напряжение при токе 20 А составляет всего1,1 В. Кроме того, их корпус более удобен для монтажа на печатной плате и крепления теплоотвода.

При использовании в вышеприведённом расчёте КД2994 (вместо КД213) их число в ветвях уменьшится с 13 до11, что от части компенсирует высокую стоимость. Характеристика устройства защиты будет гораздо более пологой: при токе через диоды 10 А уровень ограничения мощности на защищаемой цепи составит уже не 30, а только 12 Вт. При этом система защиты будет поглощать мощность порядка 100+100 Вт.

Применение описанной схемы в тракте звуковоспроизведения высокой верности, особенно если выходной каскад УМЗЧ работает в чистом классе А, позволяет полностью избавится от искажений, вносимых обычными устройствами защиты. Наиболее целесообразно использовать предложенную систему для защиты относительно маломощных АС и излучателей. Однако при наличии соответствующих средств и свободного места в АС её можно рекомендовать и для защиты НЧ излучателей. Правда, при этом нужно будет увеличить число параллельно включенных диодных ветвей. Так, при включении в параллель 2-х одинаковых диодных ветвей поглощаемая системой защита мощность увеличивается в 2 раза.

УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ВКЛЮЧЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ.

Принципиальная схема этого устройства показана на рисунке 10. Оно состоит из входного ФНЧ R1R2С1, реле времени на транзисторе VT1 и элементах R1 - R4, С1 и ключа на транзисторе VT2. В момент включения питания конденсатор С1 начинается заряжаться через резисторы R1, R2. В течении времени его зарядки транзистор VT1 будет открыт, VT2 закрыт и ток через обмотку реле не потечёт. Резистор R3 устраняет влияние базового тока транзистора VT1 на зарядку конденсатора и увеличивает положительный порог срабатывания устройства защиты. Когда конденсатор зарядится, напряжение на базе транзистора VT1 упадёт и он закроется, а связанный с ним ключевой транзистор VT2 откроется и через обмотку реле К1 потечёт ток. Реле сработает, и его замкнувшиеся контакты К1.1 и К1.2 подключат громкоговорители к усиилтелю. Задержка включения равна примерно 4 с.

Если на каком-то из выходов усилителя появится постоянное напряжение положительной полярности, это приведёт к частичной разрядке конденсатора С1, открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT2. В результате ток через обмотку реле прекратится и его контакты отключат громкоговорители от усилителей. Если же на выходах последних появится постоянное напряжение отрицательной полярности, то оно непосредственно через диод VD1 поступит на базу транзистора VT2, закроет его и таким образом обесточит реле К1, контакты К1.1, К1.2 которого разомкнутся и снова отключат громкоговорители от усилителя. Диод VD1, VD2 ограничивают максимальное отрицательное напряжение на базе входного транзистора VT1 на уровне 1,3 В.

Хотя и в режиме защиты громкоговорителей, и в режиме задержки их включения конденсатор С1 заряжается через одни и те же цепи, время срабатывания защиты на порядок меньше, поскольку для этого конденсатор должен изменить свой потенциал всего на несколько вольт. Пороги срабатывания защиты составляют не более +-4 В.

Правильно изготовленное устройство начинает работать сразу и настройки не требует. Диоды можно применить любые кремниевые. Остальные элементы желательно применить те, которые указаны в схеме. Реле К1 - РЭС-9, паспорт РС4.524.200 с сопротивлением обмотки примерно 400 Ом. Подойдёт и любое другое реле, срабатывающее при выбранном напряжении питания, но в этом случае нужно подобрать резистор R4, от которого зависит отрицательный порог срабатывания защиты. Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в пределах 20...30 В. При другом напряжении питания нужно будет изменить сопротивление резистора R4.

Недостаток этого устройства - необходимость питания его от источника с пульсациями не более 1 В, иначе возможны ложные срабатывания.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Рисунок 8.

Рисунок 9.

Рисунок 10.

studyport.ru

Универсальный блок защиты АС - RadioRadar

Аудиотехника

Главная  Радиолюбителю  Аудиотехника

Универсальный блок защиты АС выполнен на малогабаритных деталях и может быть встроен в любой усилитель, не имеющий подобной защиты. Особенность этого блока - в применении встроенного питания от сети, надёжных электромагнитных реле и светодиодной индикации появления постоянного напряжения на выходе усилителя. Устройство обеспечивает стабильную задержку и защиту даже после кратковременного пропадания сетевого напряжения.

Известно, что при подаче питания на усилитель в акустической системе (АС) может возникнуть громкий щелчок (хлопок). Чтобы устранить это явление, необходимо подключать нагрузку к выходу УМЗЧ с некоторой задержкой, достаточной для завершения всех переходных процессов (обычно 1...3 с) [1]. При отключении же питания АС должна отключиться до момента, когда накопительные конденсаторы фильтра питания усилителя заметно разрядятся (более чем на 20 %). В противном случае процесс выключения тоже может создать неприятные призвуки или щелчки.

Представленный модуль реализует функции бесшумного включения и выключения усилителя (фактически АС), а также позволяет защитить НЧ-головки АС при появлении постоянного напряжения на выходе УМЗЧ, связанного с его аварийной работой или выходом из строя.

Технические характеристики

Напряжение питания, В ...........190...264

Напряжение срабатывания защиты, В................0,6...0,7

Время задержки включения/перезапуска, с ...........2,5...3

Время срабатывания защиты (Uвх = 2 В), с, не более 1,4

Время срабатывания защиты (Uвх = 20 В), с, не более 0,25

Время выключения модуля, с, не более ..................0,25

Потребляемая мощность, Вт, не более ..................2,5

Максимальный коммутируемый ток, А ....................12

С реализацией задержки и защиты АС вопросов не возникает. Но как реализовать быстрое отключение АС при пропадании (относительно кратковременном) сетевого напряжения, но дос-таточном для возникновения переходного процесса и щелчка? Есть два разумных варианта: использование информации о наличии переменного напряжения в одной из существующих вторичных обмоток трансформатора, питающего УМЗЧ (как это реализовано в микросхеме μРС1237 [2]), или использование отдельного трансформатора питания (либо от дополнительной обмотки трансформатора УМЗЧ) для узла защиты. Первый вариант накладывает определённые ограничения, сужая универсальность модуля. Второй же позволяет использовать в питании устройства сглаживающий конденсатор небольшой ёмкости, благодаря чему блок защиты гарантированно отключит АС быстрее, чем разрядятся конденсаторы в блоке питания УМЗЧ.

Очевидно, что второй вариант - более надёжный и простой в реализации,позволяющий подключить модуль практически к любому усилителю. Недостаток такого решения - более высокая стоимость за счёт применения дополнительного блока питания, но универсальность и надёжность здесь превалируют.

Схема устройства показана на рис. 1. Его входы нужно подключать к выходам каналов стереофонического УМЗЧ, а выходы - к нагрузкам (АС) соответствующих каналов. Общий провод модуля, громкоговорителей АС (или кроссовера) подключают к общему проводу усилителя непосредственно.

Схема устройства

Рис. 1. Схема устройства

При подаче напряжения питания конденсатор C6 медленно заряжается через резистор R10 до 1,9 В (определяется соотношением сопротивления резисторов R10 и R11), что достаточно для открывания транзистора VT4. Срабатывают реле K1, K2, и нагрузка подключается к усилителю.

При возникновении на любом из входов устройства (контакты Х2а, ХЗа) постоянного напряжения более ±0,6...0,7 В открывается соответствующий транзистор (VT1 - для напряжения плюсовой полярности, VT2 - минусовой полярности), включая излучающий диод оптопары U1 или U2. Освещённый фототранзистор оптопары через резистор R8 разряжает конденсатор С6, и полевой транзистор VT4 закрывается, обесточивая реле. Свечение светодиода HL1 индицирует отключение АС и неисправность УМЗЧ. Резистор R8 ограничивает ток разрядки конденсатора С6, а резисторный делитель R4R5 обеспечивает искусственную среднюю точку питающего напряжения.

Большинство подобных устройств защиты и задержки включения АС имеют неприятный недостаток - отсутствие задержки при рестарте за короткий промежуток времени после отключения питания. Пример такой ситуации - кратковременное пропадание электричества в сети. Этот недостаток не позволяет получить должного уровня защиты АС и всей аппаратуры в целом, где применён такой узел. Для исключения этого недостатка введены элементы R9, С5, VT3. Эта цепь кратковременно срабатывает при пропадании и появлении напряжения питания, разряжая конденсатор С6, что и обеспечивает нормальный последующий старт узла защиты. Применение полевого транзистора VT4 с пониженным напряжением открывания (примерно 1,5 В) обеспечивает меньшее напряжение заряда С6, причём время рестарта практически равно времени первого включения. При сохранении постоянных времени зарядки-разрядки конденсатора С6 его ёмкость можно существенно уменьшить, соответственно увеличив сопротивление резисторов R8-R11. Ёмкость конденсатора С1 увеличивать не рекомендуется - она определяет скорость выключения блока защиты.

При номинальном сетевом напряжении 230 В и комнатной температуре 25 оС стабилизатор DA1 нагревается до 50...52 оС. При проверке на максимальном переменном напряжении 274 В (ограничено возможностями ЛАТРа) нагрев стабилизатора составил 64...65 оС - всё в пределах нормы. Если исключить резистор R1, то нижняя допустимая граница питания блока упадёт до 170 В, но при этом увеличится нагрев DA1 в среднем на 10...12 оС. Понятно, что это изменение целесообразно лишь для местности, где напряжение в сети всегда ниже номинального.

Если представить себе ситуацию, когда оба канала УМЗЧ выходят из строя, и в первом канале на выходе образуется напряжение одной полярности, а на втором - обратной полярности, равное по модулю напряжению на выходе первого канала (с разницей менее 0,6...0,7 В), то после суммирования через резисторы R2 и R3 получится напряжение, которого недостаточно для открывания транзистора VT1 или VT2. То есть система защиты не сработает, и это является недостатком (его можно преодолеть изменением сопротивления одного из этих резисторов на ±10 %). Но вероятность такого события пренебрежимо мала и является скорее примером гипотетического моделирования отказа.

Печатная плата (рис. 2), имеющая размеры 66x45 мм, выполнена на фольгированном стеклотекстолите и рассчитана на установку транзисторов в корпусах SOT-23, резисторов типоразмера 0805 (кроме резисторов R1 и R13 - 1206), конденсаторов C2, C5 типоразмера 0805 и диода VD2 в корпусе SMA. На фото рис. 3 показана смонтированная плата со стороны пайки деталей поверхностного монтажа.

Печатная плата

Рис. 2. Печатная плата

Смонтированная плата со стороны пайки деталей поверхностного монтажа

Рис. 3. Смонтированная плата со стороны пайки деталей поверхностного монтажа

В качестве T1 применён маломощный трансформатор ТПК-2 с вторичной обмоткой на 12 В. Диодный мост может быть любой из серий DB103S-DB107S или MB2S-MB6S, для чего на печатной плате предусмотрены два посадочных места. Диод VD2 - любой с прямым током 1 А и обратным допустимым напряжением не менее 200 В.

Обмотки реле должны быть на ток потребления не более 30 мА (повышенной чувствительности) при напряжении 12 В. Можно было бы использовать одно реле с двумя парами контактов, но автору не удалось найти такого на коммутируемый ток более 8...10 А. Достоинство указанных на схеме реле TRU-12VDC-SB-CL в том, что они имеют на контактах напыление AgCdO (серебро-окись кадмия), устойчивое к механическому износу, и максимальный коммутируемый ток 12 А. Заменить их можно более доступными реле SRD (T73) 12VDС-L-S-С фирмы SONGLE, допускающими ток коммутации до 10 А.

Оптопары U1, U2 можно применить практически любые с соответствующей структурой, например, PS2501, PC817. Светодиод HL1 - любой, желательно красного цвета свечения, например, из серии АЛ307 или иные.

Транзисторы VT1-VT3 могут быть заменены любыми другими маломощными транзисторами соответствующей структуры и типоразмера. Возможно использование MMBT5551, MMBT4401 (VT1, VT3) и MMBT5401, MMBT4403 (VT2).

В качестве замены n-канального полевого транзистора (ПТ) VT4 с низким пороговым напряжением затвора (Gate Threshold Voltage) можно порекомендовать NTR4003N, IRLML2502. Если подобные замены недоступны, то допустимо применить иной n-канальный ПТ с изолированным затвором, ориентируясь на сопротивление открытого канала не более 3...5 Ом, максимальное напряжение сток-исток - не менее 20 В и максимальный ток стока - не менее 300 мА. В этом случае в схему потребуется внести следующие изменения: R8 = 75 Ом, R10 = R11 = 68 кОм, C6 = 47 мкФ на 16 В. Но следует помнить, что время задержки при быстром рестарте немного уменьшится. Так как пороговый уровень включения у различных ПТ может значительно отличаться, то, возможно, потребуется подкорректировать время задержки включения реле подбором пары резисторов R10, R11 из условия их равенства.

Плавкую вставку FU1 можно использовать на ток 0,16 или 0,25 А, например, отечественную ВП4-10 0,2 А, имеющую малые габариты и гибкие выводы для монтажа на плату. Клеммники X1-X3 - серии DG127, XY304 или аналогичные. Как видно из схемы, центральный контакт в X1 не используется. Это сделано для того, чтобы увеличить зазор между проводниками сетевого питания.

Собранное устройство (его фото на рис. 4) не нуждается в налаживании и работает сразу после подачи питания. Его конструкция повторена много раз, и высокая надёжность подтверждена длительной эксплуатацией.

Собранное устройство

Рис. 4. Собранное устройство

На рис. 5 представлена схема, позволяющая исключить малогабаритный трансформатор. В качестве примера показана упрощённая схема блока питания УМЗЧ с напряжением +/-30 В. При этом немного изменены как схема, так и способ подключения модуля к усилителю.

Схема, позволяющая исключить малогабаритный трансформатор

Рис. 5. Схема, позволяющая исключить малогабаритный трансформатор

Модуль имеет двухполярное питание через гасящие резисторы R8, R9, поэтому формирование искусственной средней точки не требуется (резисторы R4, R5 на рис. 2). Для большей эффективности реле включены последовательно и добавлен конденсатор (C4) в качестве фильтра питания.

На компонентах VD1, R5, C3 выполнен однополупериодный выпрямитель, напряжение с которого подаётся на оптопару U3. В исходном состоянии за счёт резистора R10 транзистор VT3 находится в режиме насыщения, шунтируя конденсатор С5 до тех пор, пока не появится напряжение на излучающем диоде оптопары U3, после чего VT3 закрывается и С5 начинает медленно заряжаться, открывая транзистор VT4. При этом общее время задержки подключения нагрузки достигает 2...2,5 с.

При выключении усилителя конденсатор С3 быстро разряжается, обесточивая оптопару U3. Транзистор VT3 открывается и разряжает конденсатор C5, вследствие чего отключаются реле с нагрузкой. Таким образом, реализуется механизм быстрого выключения с общим временем не более 0,3...0,5 с.

Последующий старт включения происходит с разряженным конденсатором C5, поэтому, в отличие от схемы на рис. 2, его принудительная разрядка не требуется.

В качестве VT4 можно применить n-канальный ПТ с пороговым напряжением открывания 2...5 В и максимальным током стока не менее 1 А, например, IRF510-IRF540, IRF610-IRF640. Выпрямительный диод VD1 - любой с обратным напряжением не менее 100 В и прямым током от 100 мА: SF12-SF16, 1 N4002-1N4007 и пр. При использовании реле с обмотками, потребляющими ток 50 мА, необходимо изменить номиналы резисторов R8, R9 на 330 Ом.

Примечание: Для повышения надёжности работы между базой и эмиттером транзистора VT3 (рис. 1) надо установить резистор сопротивлением 50...100 кОм.

Литература

1. Атаев Д. И., Болотников В. А. Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. - М.: Радио и связь, 1989, с. 120.

2. UPC1237. Protector IC for stereo power amplifier. - URL: http://www.unisonic.com. tw/datasheet/UPCI 237.pdf (21.03.16).

Автор: Н. Вашкалюк, г. Волгоград

Дата публикации: 10.07.2016

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net