Circuito Amplificador de Potência 300W para Subwoofer

Introdução

Os dispositivos de saída são MJL4281A (NPN) e MJL4302A (PNP), e largura de banda alta do recurso, SOA excelente (área de operação segura), alta linearidade e de alto ganho. Transistores de driver são MJE15034 (NPN) e MJE15035 (PNP). Todos os dispositivos são classificados em 350V, com os transistores de potência com a dissipação de 230W e os drivers são 50W.
Tendo construído uma P68 usando esses transistores, eu recomendo eles altamente - o amplificador é certamente no seu melhor com o ganho de altura e linearidade oferecidas por esses dispositivos. Note que existem algumas pequenas alterações ao circuito (mostrado abaixo).
Amplificadores de potência elevada não são muito comuns como projetos, uma vez que são por sua natureza, normalmente difícil de construir, e são caros. Um pequeno erro durante a montagem significa que você começar de novo - isso pode ficar muito caro. Eu recomendo que você use o PCB para este amplificador, pois vai lhe poupar muita dor. Este não é um amplificador para iniciantes que trabalham com Veroboard!
O amplificador pode ser montado por um amador razoavelmente experientes em cerca de três horas. O metal vai demorar um pouco mais, e isso é especialmente verdadeiro para a variante de alta potência contínua. Mesmo assim, é simples de construir, compacto, relativamente barato, e fornece um nível de desempenho que irá satisfazer a maioria dos requisitos.

ADVERTÊNCIAS:
  • Este amplificador não é trivial, apesar de seu pequeno tamanho e aparente simplicidade. O DC total é superior a 110V, e pode matá-lo.
  • A potência dissipada é tal que é necessário muito cuidado com a montagem de transistor.
  • O S300 é destinado para o serviço intermitente em 4 Ohm cargas, como será normalmente encontrada em um subwoofer. NÃO se destina a PA ou de outra obrigação contínua, e embora possa funcionar bem por muitos anos pode, eu absolutamente não recomendo este.
  • Para o trabalho contínuo, não use menos de 8 Ohms.
  • Não há NENHUMA PROTEÇÃO DE CURTO-CIRCUITO . O amplificador é projetado para ser usado dentro de uma caixa de subwoofer, de modo que este não tenha sido incluído. Um curto na saída quase certamente irá destruir o amplificador.
NÃO TENTE fazer este amplificador como seu primeiro projeto

Descrição
Por favor note que este amplificador é NÃO projetado para alta potência contínua em 4 Ohms. Ele é projetado para o serviço intermitente, adequado para um sistema de subwoofer empatou (por exemplo, usando o princípio ELF - consulte a página do projeto para a informação neste circuito). Onde o poder de alta contínua é necessária, outros 4 transistores de saída são necessários, com fio da mesma forma como Q9, Q10, Q11 e Q12, e usando resistores de emissor 0,1 ohm.
Potência contínua em 8 ohms é tipicamente mais de 150W, e ele pode ser usado na forma mostrada na potência máxima em uma carga de 8 ohms o dia todo, todos os dias. Os transistores adicionais são necessárias apenas se você quiser fazer a mesma coisa em 4 ohms!
O circuito é mostrado na Figura 1, e é um design razoavelmente convencional. Conexões são fornecidos para o SIM Interno (publicado em outro lugar nas páginas do projeto), e filtragem de RF é fornecida para proteção (R1, C2). A entrada é através de uma tampa de 4.7uF bipolar, uma vez que oferece lotes de capacitância em um tamanho pequeno. Por causa da degradação, impedância de pouco ou nenhum som será aparente. A tampa de poliéster pode ser usado se você preferir - 1uF com a impedância de entrada nominal 22k dará a-3dB freqüência de 7.2Hz, o que é bastante baixo o suficiente para qualquer sub.

Figura 1 - Esquema de amplificador básico

O estágio de entrada é um par de cauda longa convencional, e usa uma corrente pia (Q1) no circuito de emissor. Decidi usar um dissipador atual aqui para garantir que o amplificador iria estabilizar rapidamente após a aplicação (e retirada) de potência, para eliminar o temido por sua vez em "baque". O amp é realmente em condições de operação razoavelmente estável com tão pouco como + / -5 volts! Note também que existem conexões para o SIM (Impairment saudável monitora), que irá indicar clipping melhor do que qualquer circuito convencional clipping indicador. Veja o Projeto Páginas para detalhes sobre como fazer um circuito SIM.
A Classe-A driver é novamente convencional, e usa um boné Miller estabilização. Este componente deve ser ou uma cerâmica 500V ou um dispositivo de poliestireno para melhor linearidade. A carga de coletor utiliza o princípio bootstrap, em vez de um coletor de corrente ativa, já que esta é mais barato e muito confiável (além disso, eu gosto do bootstrap princípio :-)
 Todos os três transistores condutor deve estar em um dissipador de calor, e D2 e D3 deve estar em bom contato térmico com o dissipador de calor driver. Deixar de fazer isso eo resultado será fuga térmica, eo amplificador irá falhar. C11 não existe neste esquema, por isso não se preocupe em procurar por ela. Foi "extraviado" quando o esquema foi preparado, e eu não percebi até que alguém me perguntou onde e o que era suposto ser. Desculpe por isso.

É no estágio de saída que a capacidade de potência deste amp é revelado. O principal resultado é semelhante a muitos de meus outros projetos, mas com um valor mais alto do que o normal para o "emissor" resistores (R16, R17). A tensão entre essas resistências é então usado para fornecer corrente de base para os dispositivos de saída principal, que operam em plena classe B-. Em alguns aspectos, esta é uma versão "homem-pobre" do Quad famosa "corrente dumping" do circuito, mas sem os refinamentos.
Embora eu tenha mostrado MJL4281A e MJL4302A produção transistores, porque são novos construtores mais vai achar que estes não são tão fáceis de obter como deveriam ser. As alternativas são MJL21193 / MJL21194

Nota: Não é mais possível recomendar qualquer transistores Toshiba, uma vez que eles são os mais comumente falsificados de todos. O 2SA1302 e 2SC3281 está agora obsoleto - se você encontrá-los, eles estão quase certamente falsos, já Toshiba não tem feito estes dispositivos desde cerca de 1999 ~ 2000.
Use um padrão LED verde. Não use de alto brilho ou outras cores, como eles podem ter um slighty tensão diferente para a frente, e isso vai mudar funcionamento da pia atual - este pode ser um tipo miniatura, se desejar. Os resistores são todos 1/4W (de preferência filme de metal), exceto para R10, R11 e R22, que são os tipos de filme 1W de carbono. Todos os resistores de baixo valor (1 ohm e 0,1 ohm) é o 5W tipos wirewound.
Porque este amp opera em "puro" de classe B (uma espécie de contradição de termos, eu acho), a distorção de alta freqüência será relativamente alta, e é inadequada para o alto poder de oi-fi. No final de baixa freqüência do espectro, há muitos comentários negativos, ea distorção é realmente muito bom, a cerca de 0,04% até 1kHz.
Potência em 4 ohms é mais de 250W contínua, e por transientes superior a 300W facilmente. Uso de um transformador de potência grande e maciça tampas de filtro permitirá que o amplificador para entregar perto de 350W contínua, mas se você realmente quiser usá-lo assim, eu recomendo fortemente o transistor de saída adicional (ver comentários acima sobre este tema).
Considerações sobre a dissipação de energia
que eu fiz muito barulho sobre não usar este amplificador de serviço contínuo em 4 ohms sem os transistores extra. Um cálculo rápido revela que, no pior dos casos, a tensão de saída e transistor será o mesmo - ou seja, 28V. Com 28V, corrente de carga (e transistor) é 7A, para a dissipação instantânea é, portanto, 28 * 7 = 196W. Isto significa que os quatro transistores finais fazem a maior parte do trabalho, com os outros tendo um tempo relativamente tranqüilo.
Desde que eu gostaria de ser conservador, vou assumir que contribuem mais do que cerca de 1.5A (que é sobre a direita).Isso significa que eles só se dissipar 48W, com o principal O / P dissipar um pico de 74W cada. Os transistores são especificados 130W e 150W são as alternativas, então onde está o problema?
O problema é simples - a dissipação avaliado por um transistor está com uma temperatura de 25 ° C. Como o amplificador é utilizado, cada dado transistor interna fica quente, assim como o caso do transistor - o padrão de curvas de desclassificaçãodeve ser aplicada. Adicione a isso o componente reativo como o alto-falante dirige de volta corrente para o amplificador, e torna-se muito fácil ultrapassar os limites de dissipação de dispositivo.

Figura 1a - Estágio de Saída Dupla
A Figura 1A mostra o estágio de saída dobrou, com Q9, Q10, Q11 e Q12 simplesmente repetiram - junto com as resistências de emissor. Cada estágio meia tem uma rede Zobel própria e tampas de bypass, como mostrado, pois este é o arranjo se a versão do PCB dupla é construída. Quando você tem esse transistores de potência muitos, o amp felizmente acionar uma carga de 4 ohms todo o dia - com um dissipador de calor grande o suficiente, e / ou resfriamento forçado (altamente recomendado, por sinal).
A Especificação Poucos e Medidas


As figuras a seguir são todas relativas a uma potência de saída de 225W em 4 ohms, ou 30V RMS em 1kHz, salvo indicação em contrário. Figuras de ruído e distorção são não ponderada, e são medidos a largura de banda total. Medições foram feitas usando um transformador de 300VA, com tampas de 6800 uF filtro.

Tensão da rede foi de cerca de 4% baixo quando eu fiz os testes, então a potência será normalmente um pouco maior do que mostrado aqui, se a rede está na voltagem correta nominal.
Ganhar27dB
Alimentação (contínua)240W (4 ohms)

153W (8 ohms)
Peak Power - 5 ms185W (8 ohms)
Pico de potência - 10 ms172W (8 ohms)
Tensão de entrada1.3V RMS
Ruído-63dBV (1V ref.)
S / N Ratio92dB
Distorção0,4%
Distorção (@ 4W)0,04% (1 Khz)
Distorção (@ 4W)0,07% (10 kHz)
Taxa de variação> 3V/us
Potência de Banda Larga30 kHz

Estes números são bastante respeitável, especialmente considerando a intenção do projeto para este amplificador. Embora não seria muito normal, adequado para oi-fi, mesmo aí, é duvidoso que todas as anomalias seria facilmente perceptível, exceto talvez em freqüências acima de 10kHz. Enquanto o amp é, certamente, rápido o suficiente (e sim, 3V/us realmente é rápido o suficiente - o poder completo está disponível até 30kHz), a distorção vai ser um pouco alto demais.
Note que o "pico de potência" ratings representam a potência máxima antes da descarga tampas de filtro e os colapsos de tensão de fornecimento. Eu medi estes em 5 milissegundos e 10 milissegundos. Desempenho em 4 cargas do ohm não será tão bom, como as tampas descarrega mais rápido. A tensão de alimentação com potência zero mediu exatamente 56V, e caiu para 50.7V com força total em 8 ohms, e 47.5V com potência total em 4 ohms.
Foto do protótipo concluído


A foto não mostra a sobreposição de componentes serigrafados, uma vez que esta é a placa de protótipo. As placas de finais têm a sobreposição (como fazem todas as placas de meus outros).
Como pode ser visto, esta é a versão de placa única. Os transistores do motorista estão em uma fileira, de modo que um dissipador de alumínio de uma única folha pode ser usada para todos os três. Buracos são fornecidos na placa de modo que o dissipador de calor condutor pode ser montado com firmeza, para evitar que o transistor conduz de quebrar devido à vibração. Isto é especialmente importante se o amplificador é utilizado para um subwoofer, mas provavelmente não será necessário para um sistema montado do chassi.
O motorista e os principais dissipadores de calor mostrou ser suficiente para até 200W em 4 ohms com material de programa normal. Os transistores de potência são montados debaixo da placa, e as cabeças dos parafusos de montagem pode ser visto no topo do tabuleiro.
Enganosamente simples, não é?

Fonte de Alimentação
AVISO: Principal instalação elétrica deve ser executada por um eletricista qualificado - Não tente o fornecimento de energia a menos que devidamente qualificado. Defeituoso ou incorreto cablagem eléctrica podem resultar em morte ou ferimentos graves.
A fonte de alimentação básica é mostrada na Figura 2. É completamente convencional em todos os aspectos. Usar um transformador de 40-0-40 V, avaliado em 300VA para uso normal. Para potência máxima contínua, um transformador de 500VA ou maior será necessário. Isto lhe dará uma potência contínua de cerca de 350W, e potência de pico de cerca de 400W é possível com um bom transformador. Lembre-se de minhas advertências sobre o uso do amp dessa maneira, ea necessidade de os transistores de saída adicional.
Figura 2 - Circuito de Fonte de Alimentação Básica
Para os países em 115V, o fusível deve ser 6A, e em todos os casos, um fusível do golpe lento é necessária por causa da corrente de partida do transformador.

C1 deve ser dimensionado para 240V AC (ou 120V AC) a operação - não use tampões padrão 250V DC em qualquer circunstância, uma vez que irá falhar, e R1 vai explodir! Esta não é a intenção de ser humor - isso é fato! C1 e R1 podem ser omitidos na maioria dos casos, e se você não pode obter uma corrente nominal do capacitor eu sugiro que você não instalar esses componentes.
A tensão de alimentação pode vir a ser maior do que cotou em não carrega, e menos em plena carga. Isso é totalmente normal, e é devido ao regulamento do transformador. Em alguns casos, não será possível obter o poder avaliado se o transformador não adequadamente avaliado.
Retificadores ponte deve ser tipos 35A, e capacitores de filtro deve ser avaliado em um mínimo de 63V. Fiação precisa ser de calibre pesado, eo DC deve ser tomada dos capacitores - não a partir da ponte retificadora.
Embora apresentado com 4.700 uF capacitores de filtro, os maiores podem ser usados. Nada além de 10.000 uF é muito caro, e não vai melhorar o desempenho em qualquer grau, vale a pena. Provavelmente o melhor é usar duas tampas de 4700 uF por lado (quatro no total). Isso irá realmente funcionar melhor do que um dispositivo único uF 10.000, e será mais barato também.
NOTA: É essencial que os fusíveis são utilizados para o fornecimento de energia. Enquanto eles não vão parar o amplificador de falhar (sem fusível sempre faz), eles vão evitar danos catastróficos que resultariam de não proteger o circuito de sobre-corrente condições. Fusíveis podem ser montados em porta-fusíveis ou podem ser tipos de inline. Estes últimos são preferidos, como os cabos de alimentação pode ser o mais curto possível. Acesso a partir de fora do gabinete não é necessário - se o golpe fusíveis, o amplificador é quase certamente danificado.






0 comentários: