articol recuperat si postat in 01.2016

AMPLIFICATOR AUDIO DE 50W

(I.C. Boghitoiu – Constructii electronice pentru tinerii amatori, Ed. Albatros, 1989)


amplificator 50W

Pentru lanţurile audio lucrīnd mono sau stereo, amplificatorul cel mai uzitat este cel care asigură 50W pe canal. Un asemenea amplificator, realizat cu componente uşor de procurat este prezentat īn schema din figura 42. Schema se situează īn categoria celor de īnaltă fidelitate, oferă o bună stabili­tate īn funcţionare şi nu necesită reglaje deosebite.

Schema amplificatorului propus spre realizare este caracterizată prin: etaj de intrare tip diferenţial, etaj pilot avānd ca sarcină dinamica un gene­rator de curent, circuit de protecţie automată la supracurenţi pentru tranzistoarele de putere, legătură galvanică (directă) īntre etaje. Semnalul aplicat la intrarea amplificatorului va proveni de la un preamplificator mono sau stereo, capabil să asigure o tensiune de ieşire de circa 0,5V.

Performanţele electrice ale amplificatorului sunt următoarele:

·        Puterea nominală de ieşire pe o sarcină de 4Ω este de 50W.

·        Banda frecvenţelor amplificate pentru o distorsiune de amplitudine
la capete de +2dB este cuprinsă īntre 18Hz la 30kHz.

·        Tensiunea de intrare, pentru a asigura puterea de 50W pe sarcina
de 4
Ω, la 1000Hz, este de minimum 0,5V.

·        Impedanţa de intrare: 25kΩ.

·        Coeficientul de distorsiuni nelineare: 0,3%

·        Amplificarea īn tensiune: 29dB

·        Raportul semnal/zgomot: 80dB

·        Tensiunea de  alimentare: sursă dublă 2x25V

·        Curentul de mers īn gol: maxim 120mA

·        Curentul mediu consumat pentru puterea de 50W nu depăşeşte 2A.

Funcţiunile īndeplinite de cele 13 tranzistoare ale amplificatorului sunt

următoarele: T1 - T2 constituie etajul de intrare diferenţial; T3 funcţionează ca generator de curent constant; T4 - T5 reprezintă etajul pilot; T6 reali­zează funcţia denumită superdiodă; T7 lucrează ca generator de curent con­stant; T8 - T9 funcţionează ca etaje de protecţie electronică la supracurent; T10 — T11 sunt etaje defazoare; T12 - T13 reprezintă etajul final de putere.

Semnalul audio ce trebuie amplificat trece mai īntīi prin C1 - R1 după care pătrunde īn baza amplificatorului T1. Īn emitorul tranzistoarelor T1 - T2 este introdus generatorul de curent T3 şi grupul de stabilizare D1 - D2, toate cu rol de micşorare a distorsiunilor.

Cel de-al doilea tranzistor (T2) al etajului diferenţial primeşte pe baza, prin rezistorul R7, o tensiune reprezentānd semnalul de reacţie negativă globală. Amplificarea īntregului montaj poate fi reglată, īn anumite limite, acţionānd asupra rezistorului R7. După amplificarea īn T1, semnalul audio este cules de la bornele rezistorului R3 şi introdus īn etajul pilot format din tranzistoarele T4 - T5. Tranzistorul T4, montat ca repetor, prezintă o impedanţa de intrare mare, ceea ce este convenabil pentru ieşirea lui T1.

Sarcina etajului pilot este formată din supedioda T6 şi generatorul de curent T7.

Prin R11 şi R15 tensiunea de la terminalele superdiodei este transmisă ca tensiune de polarizare pentru tranzitoarele T10 - T11. Această tensiune de polarizare este reglată prin manevrarea potenţiometrului P1 aflat īn baza superdiodei, ceea ce are ca efect şi modificarea curentului de mers īn gol al tranzistoarelor finale. Curentul de colector al tranzistorului T5, care trebuie să fie de circa 10mA, se reglează din potenţiometrul semireglabil R14 de 100Ω.

Prin rezistoarele R11 şi R15, ambele de 470Ω, semnalul audio este injectat īn bazele tranzistoarelor complementare T10 şi T11. Semialternanţa pozitivă aplicată bazei tranzistorului T10 duce la deschiderea acestuia şi īn continuare la deschiderea tranzistorului final notat cu T12. Īn acest mod, punctul median notat cu M, deci şi borna difuzorului, vor fi apropiate mult de ramura +25V a tensiunii de alimentare şi ca atare un curent important va străbate bobina mobilă. Din schemă se observă că semialternanţa pozitivă este aplicată īn acelaşi timp şi bazei lui T11, dar acesta fiind un tranzistor pnp nu se va deschide. (M este punctul comun al lui C14 şi C15).

La sosirea semialternanţei negative, tranzistorul T10 care are structura npn nu va lucra, īn schimb va funcţiona tranzistorul T11.

Prin deschiderea lui T11 este asigurată şi deschiderea celui de-al doilea tranzistor final, T13, care va apropia de data aceasta punctul M şi deci şi difuzorul de ramura -25V. Īn acest mod bobina mobilă a difuzorului este străbătută cānd de semialternanţa pozitivă cānd de cea negativă, fiind redate astfel toate alternanţele aplicate intrării.

Este posibil ca pe timpul funcţionării, datorită unor eventuale defec­ţiuni, curentul de colector prin tranzistoarele finale T12 - T13 să crească mai mult decāt cel de regim. Īntr-o asemenea situaţie va intra automat īn funcţiune sistemul de protecţie realizat cu tranzistoarele T8 – T9.

Cānd defecţiunea apare la tranzistorul T12 va intra īn funcţiune T8, iar pentrul finalul T13 va intra īn funcţiune T9. Exemplificānd, presupunem că datorită unei cauze oarecare curentrul de colector al tranzistorului T12 creşte peste -2A; automat, căderea de tensiune de la bornele rezistorului R24 va creşte peste valoarea de 0,6V şi prin R17 este condusă la baza tranzisto­rului T8, care pānă īn acest moment a fost blocat. Īn momentul īn care T8 īncepe să conducă, se observă din schema că baza lui T10 este adusă către potenţialul punctului median M şi ca atare T1o se blochează. Automat va tinde să se blocheze şi finalul T12, practic curentul prin acesta limitāndu-se la valoa­rea de protecţie īn timp ce semnalul va fi redat mult distorsionat şi cu intensitate scăzută.

Īn acelaşi mod acţionează şi ramura de protecţie a braţului din care fac parte tranzistoarele T9 şi T13.

Diodele D3...D6 aflate īn schema circuitului de protecţie au rolul de a opri trecerea semnalului audio din circuitul de emitor al finalelor către baza tranzistoarelor T10 - T11.

Pentru evitarea apariţiei de oscilaţii supraacustice, īn circuitul difuzorului s-a introdus o inductanţă L1 de 2μH. Acelaşi rol īl are şi circuitul tip
Boucherot format din C12 – R26  īn derivaţie pe difuzor, precum şi capacitoarele C2, C6 şi C7.

          Pentru realizarea inductanţei     L1 se va folosi o carcasă cu diametrul de 16mm şi va cuprinde un număr de 10 spire realizate cu sārmă de cupru emailat cu diametrul de 1mm.

Pentru alimentarea amplificatorului se va folosi un bloc redresor clasic. Pentru determinarea tensiunii şi a puterii necesare, asigurată de redresor, se pleacă de la puterea nominală de ieşire a amplificatorului şi debitată pe sarcină, care este difuzorul de 4Ω.

Tensiunea eficace măsurată la bornele sarcinii (difuzorului) este dată de relaţia

           

Tensiunea de vārf a unei semialternante a tensiunii eficace care a fost determinată mai īnainte este:

                 

Valoarea tensiunii de alimentare Ea necesară se determină cu relaţia:

                 

īn care:

         Umax - tensiunea de vārf a semnalului de la bornele sarcinii;

         URE - căderea de tensiune de la bornele rezistorului din emitor;

          UCE - căderea de tensiune dintre colectorul şi emitorul tranzistorului;

         UD - tensiunea necesară pentru a atinge regimul de saturaţie.

Uzual se folosesc valorile:

           

Īnlocuind  găsim:

           

Practic se va lucra cu o tensiune .

Curentul eficace care străbate sarcina pentru a obţine puterea maximă de 50W este:

                  

Curentul fie vārf va fi:

           

Valoarea medie a curentului de alimentare este:

           

Puterea consumată de la sursa de alimentare de ambele tranzistoare este:

         

Cu aceste date rezultă că redresorul amplificatorului va trebui să asigure o tensiune de 25V pe un braţ (deci 2x25V) şi un curent maxim de 5A.

Dacă realizăm un lanţ de amplificatoare stereo, deci vor exista două canale de amplificare simetrice, rezultă că redresorul va trebui calculat pentru o putere dublă, īn acest caz transformatorul va trebui să aibă o secţiune de minim 16 cm2.

Primarul se va bobina cu sārmă de cupru emailat, avānd diametrul de 0,6...0,7mm, iar secundarul care va trebui să asigure o tensiune de 2x20V, va fi bobinat cu sārmă de cupru emailat, cu diametrul de 1,2...1,3mm.

Amplificatorul va fi realizat pe o plăcuţă de steclotextolit placat pe o singură faţă şi cu o grosime de 1,6...2mm.

Traseul cablajului va fi executat aşa fel īncīt să urmărească, pe cāt posibil mai fidel modul īn care piesele sunt dispuse īn schema de principiu. Traseul cablajului de alimentare va avea o lăţime de circa 4mm şi va fi īncărcat cu un strat de cositor avānd īnălţimea de 1mm.

Pentru asigurarea unui regim termic care să conducă la o bună funcţio­nare a amplificatorului, va fi necesar ca tranzistoarele care disipa putere să fie montate pe radiatoare de răcire. Īn acest scop, tranzistoarele tip BD vor fi prevăzute cu plăcuţe de aluminiu avīnd o suprafaţă de minim 10cm2.

Cele două tranzistoare finale se vor fixa pe un radiator cu aripioare, care să asigure o suprafaţă de răcire de minim 150cm2 pentru fiecare. Pentru izolarea din punct de vedere electric, īntre fiecare tranzistor 2N3055 şi plă­cuţa de răcire se va aşeza o foiţă de mică decupată după conturul tranzis­torului. De asemenea, şuruburile de strīngere ale tranzistoarelor vor fi izolate prin intermediul unor cilindri de trecere confecţionaţi dintr-un material izolator oarecare.

Superdioda T6 va fi montată pe radiatorul finalelor T12 - T13. Pentru protecţia bobinei mobile a difuzorului, īn serie cu acesta se va monta o sigu­ranţă fuzibilă de 3A. După terminarea construcţiei propriu-zise se va trece la efectuarea reglajelor necesare unei funcţionări corecte.

La īnceput se va verifica tensiunea de alimentare dată de redresor. Se cuplează apoi difuzorul, iar īn lipsa acestuia un rezistor de 4Ω/50W, confec­ţionat din conductor rezistiv. Cu ajutorul unui fir de cupru, se conectează la masă borna de intrare a amplificatorului. Cu ajutorul unui miliampermetru de curent continuu, introdus īn serie cu colectorul tranzistorului T7, se reglează R14, pānă cānd īn circuit va circula un curent de circa 10mA. Se va trece apoi la reglarea curentului de mers īn gol al tranzistoarelor finale T12 şi T13.

Mai īntāi se īnseriază un miliampermetru de curent continuu īn colectorul lui T12, iar apoi īn colectorul lui T13. Reglānd din potenţiometrul P1 vom urmări ca aparatul de măsură să indice un curent de circa 40mA, atāt pentru un braţ, cāt şi pentru celălalt.

          Īn cazul cānd īntre curenţii de colector ai celor două tranzistoare există o diferenţă mai mare de 3mA, atunci se vor verifica valorile rezistoarelor din circuitele de polarizare, a rezistoarelor R24 - R25, care trebuie să fie identice, precum şi modul cum s-a făcut īmperecherea tranzistoarelor finale cāt şi al tranzistoarelor T10 - T11 din punct de vedere al factorului β. De asemenea, se va ajusta īn limite mici şi rezistorul R3. După această operaţie se conectează īn derivaţie pe difuzor un voltmetru de curent continuu. Va trebui ca acesta să nu indice nici o tensiune.

          Dacă avem la dispoziţie un osciloscop, īl vom cupla tot īn derivaţie pe difuzor şi vom controla dacă nu apar eventuale oscilaţii parazite. Īn cazul unor asemenea oscilaţii, va fi necesar să mărim pe rānd capacitoarele C6 şi C7.

          Verificarea funcţionării circuitelor de protecţie se face īn felul următor:

          Se īnlătură scurtcircuitul de la intrare şi se cuplează la bornele de intrare un generator audio fixat pe circa 800Hz şi cu o tensiune īn jur de 0,35V. Se va reţine pe cāt posibil intensitatea sunetului redat de difuzor. Apoi, folosind un rezistor de 3...4Ω  şi 50W, pe care īl vom conecta ritmic īn derivaţie pe difuzor, vom urmări dacă intensitatea sunetului scade foarte mult atunci cānd sarcina suplimentara se află conectată.

          Pentru protecţia difuzorului, īn cazul cānd unul din tranzistoare se scurtcircuitează sau datorita altor defecte, īn serie cu difuzorul se introduce o siguranţă calibrată.

          Cānd se realizează un lanţ stereo, fiecare amplificator de canal (stīnga sau dreapta) se va realiza īn cutii ecranate şi conectate la masă comună.

          Pentru a măsura performanţele amplificatorului realizat, se vor folosi ca aparate de bază un generator audio, un voltmetru electronic şi eventul un oscilograf.

          Astfel, pentru a ridica curba de răspuns īn frecvenţă a amplificatorului, vom folosi un generator de audiofrecvenţă care va fi conectat la intrare, iar la ieşire īn derivaţie pe o sarcină rezistivă sau pe difuzor avānd cuplat un voltmetru electronic.

Menţinīnd constantă tensiunea de intrare, dar modificīnd frecvenţa din aproape īn aproape, se va urmări valoric tensiunea de ieşire.

Se va putea astfel trasa curba tensiunii de ieşire (Uie) funcţie de frecvenţa (f).

Intoarcere la pagina principala