Przedstawiony w artykule wzmacniacz może zaspokoić potrzeby nawet zaawansowanych elektroników i audiofilów pragnących samodzielnie wykonać wzmacniacz dużej mocy o przyzwoitych parametrach.

Wzmacniacz został skonstruowany w oparciu o monolityczną końcówkę mocy TDA7294 wykonaną technologią MOS i pracującą w klasie AB. Układ ten jest produkowany w obudowie Multiwatt 15, i zawiera w swojej strukturze wewnętrznej następujące układy pomocnicze:

zabezpieczenie termiczne,

zabezpieczenie przeciwzwarciowe,

układ wyciszania dźwięku (Mute),

układ wprowadzający całość w stan uśpienia po wyciszeniu (Stand-By).

Wzmacniacz został wykonany w układzie mostkowym przy wykorzystaniu dwóch układów TDA7294 w taki sposób aby można było wykonać na bazie tej konstrukcji stacjonarny stereofoniczny wzmacniacz dużej mocy, samochodowy booster po uzupełnieniu konstrukcji o odpowiednią przetwornicę napięcia, lub wzmacniacz niewielkiego radiowęzła po zastosowaniu odpowiedniego transformatora impedancji w miejsce głośnika.

Budowa i opis działania układu

Wzmacniacz składa się z następujących bloków funkcjonalnych:

filtru wejściowego z regulacją wzmocnienia na elementach R1, R2, R3, C1, C2,

końcówek mocy wykonanych technologią DMOS wewnątrz układów US1, i US2, wraz z elementami zewnętrznymi, kształtującymi charakterystykę wzmacniacza R10 - R16, i C16 - C19,

układu ST-BY/MUTE wewnątrz US1, i US2 wraz z elementami zewnętrznymi R6 - R8, C6, C7, i D2,

stabilizatora pomocniczego z tranzystorem T1, do sterowania układu ST-BY/MUTE.

Schemat wzmacniacza jest przedstawiony na rys.1. Sygnał wejściowy m.cz. jest podawany przez filtr wejściowy do wejścia 3 układu US1. Filtr wejściowy zapewnia odpowiednie kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej sygnału wejściowego poprzez osłabienie bardzo niskich tonów i przebiegów o charakterze wolnozmiennym dzięki pojemności C2, oraz bardzo wysokich tonów dzięki elementom C1, R2. Potencjometr R3 umożliwia ustawienie optymalnego wzmocnienia układu w zależności od źródła sygnału m.cz. z jakim będzie współpracował wzmacniacz. Ustawienia tego dokonujemy jednokrotnie w trakcie uruchomienia wzmacniacza. Wzmocnienie przebiegu wejściowego dokonuje się we wzmacniaczach operacyjnych dużej mocy zawartych w układach US1, i US2, wykonanych technologią DMOS. Charakterystyka przenoszenia tych wzmacniaczy jest ukształtowana za pośrednictwem elementów zewnętrznego sprzężenia zwrotnego R10 - R16, i C16 - C19, które ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza do około 20kHz przy ograniczeniu -3dB, i jednocześnie ustalają wzmocnienie na około 26dB. Rezystor R13 podaje sygnał z wyjścia wzmacniacza US1, do wejścia odwracającego wzmacniacza US2. Dzięki temu sygnały na wyjściach OUT1, i OUT2, podłączonych do głośnika są odwrócone w fazie względem siebie o 180°. Rezystancja zastosowanego głośnika, lub impedancja kolumny głośnikowej w żadnym przypadku nie może być mniejsza od 8Ω, aby nie nastąpiło przekroczenie maksymalnej wartości prądu wyjściowego (10A) przy pełnym wysterowaniu wzmacniacza. Maksymalne napięcie wejściowe wzmacniacza zmierzone na końcówce 3 US1 nie może przekraczać wartości 1,732V aby nie nastąpiło przesterowanie. Należy tutaj dodać że jest to wartość szczytowa napięcia zmierzonego oscyloskopem. Cennym uzupełnieniem konstrukcji jest układ ST-BY/MUTE dzięki któremu można w każdej chwili dokonać pełnego wyciszenia wzmacniacza z jednoczesnym przejściem w stan uśpienia. Stałe czasowe układu MUTE ustalają elementy R6, R8, D2, i C6, natomiast stałe czasowe układu Stand-By są ustalone przez R7, i C7. Do sterowania tych układów wykorzystuje się napięcie ze stabilizatora pomocniczego z tranzystorem T1, które możemy załączać przełącznikiem SW1.

Montaż i uruchomienie

Montaż wzmacniacza rozpoczynamy od wykonania płytki drukowanej przedstawionej na rys.2, która została tak zaprojektowana aby była możliwość wykonania jej za pomocą pisaka do druku z końcówką 0,5mm. Jednak ze względu na rozmiary płytki byłoby zalecane jej wykonanie metodą fotochemiczną. W dalszej kolejności należy na płytkę wmontować wszystkie zwory wykonując je z drutu miedzianego w izolacji igielitowej. W dalszej kolejności montujemy pozostałe elementy układu zgodnie ze schematem z rys.1. Rozmieszczenie elementów i zwor przedstawia nam rys.3. Nie zapomnijmy też o odpowiednio dużym radiatorze do chłodzenia układów US1, i US2. Jeżeli wzmacniacz ma pracować jako stacjonarny to rezygnujemy z montażu R1, i C1, w filtrze wejściowym, jeżeli układ ma pracować jako końcówka mocy w radiowęźle to rezygnujemy jedynie z montażu R1. Natomiast w przypadku pracy jako booster samochodowy należy zamontować również R1, który zastępuje obciążenie końcówkom mocy samochodowego radio odtwarzacza, które mogłyby pracować nieprawidłowo bez tego obciążenia. Wzmacniacz został zaprojektowany dla symetrycznego napięcia zasilającego o wartości ±25V. W trakcie uruchomienia wzmacniacza należy podłączyć go do zasilacza o takim właśnie napięciu wyjściowym i wydajności prądowej nie mniejszej niż 4,5A. W miejsce głośnika włączamy rezystor dużej mocy o wartości 8 - 10 Ω. Następnie podłączamy napięcia zasilające w następującej kolejności:

-25V,

+25V,

0V (GND).

Teraz należy podłączyć źródło sygnału m.cz. z którym ma współpracować nasz wzmacniacz. Przy maksymalnej amplitudzie sygnału wejściowego ustawiamy potencjometrem R3 amplitudę na końcówce 3 US1 tak aby nie przekraczała ona wartości 1,732V. W tym celu można posłużyć się oscyloskopem za pomocą którego kontrolujemy jednocześnie kształt sygnału. Amplituda sygnału na obciążeniu zastępującym głośnik nie powinna przekraczać 35V. Zgodnie z danymi katalogowymi podanymi przez producenta przy napięciu zasilającym ±25V i obciążeniu o wartości 8Ω wzmacniacz w układzie mostkowym jest w stanie oddać do obciążenia moc o wartości 150W. Na koniec pozostaje nam jeszcze uzupełnić całość o odpowiedni zasilacz sieciowy w przypadku pracy wzmacniacza jako stacjonarnego, lub o odpowiednią przetwornicę napięcia przy wykorzystaniu go w pojeździe samochodowym wyposażonym w instalację elektryczną 12V. Cały wzmacniacz należy zaekranować lub umieścić w metalowej obudowie połączonej z masą urządzenia aby zabezpieczyć całość przed wpływem zewnętrznych zakłóceń. Jeżeli wzmacniacz ma pracować w radiowęźle, to należy wyposażyć go dodatkowo w odpowiedni transformator impedancji, włączony w miejsce głośnika. Do wykonania takiego transformatora należy wybrać rdzeń ferrytowy ze szczeliną powietrzną, który jest w stanie przenieść między uzwojeniami moc nie mniejszą niż 150W. Dzięki szczelinie powietrznej unikniemy sytuacji w której materiał rdzenia wchodzi w stan nasycenia magnetycznego, który jest przyczyną spadku wartości indukcyjności uzwojeń. Liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego określamy w zależności od parametrów użytego rdzenia, natomiast liczba zwojów uzwojenia wtórnego może być określona z zależności:

,

gdzie:

Z1 - impedancja wejściowa (8Ω),

Z2 - impedancja wyjściowa,

n1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego (wejściowego),

n2 - liczba zwojów uzwojenia wtórnego (wyjściowego).

Dla przykładu: jeżeli założymy impedancję wejściową 8Ω, a wyjściową 0,5Ω , to przekładnia uzwojeń wyniesie:

.

Po obliczeniu liczby zwojów uzwojenia pierwotnego dobieramy średnicę drutu nawojowego tak aby wartość rezystancji uzwojenia była równa założonej impedancji (w naszym przypadku 8Ω), natomiast uzwojenie wtórne wykonujemy w miarę możliwości jak najgrubszym drutem, tak aby całkowicie wypełnić pozostałą przestrzeń nawojową w oknie rdzenia.

---