Do czego to służy?
Urządzenie, zgodnie ze swą nazwą
służy do zabezpieczenia głośnika wyso−
kotonowego w zestawie głośnikowym
zwanym też kolumną.
Dlaczego jest to potrzebne?
Nie wszyscy wiedzą, że głośniki wyso−
kotonowe, mające w oznaczeniu podaną
moc, na przykład 80W, wcale nie są przy−
stosowane do obciążenia ciągłą mocą
równą 80W. Owe 80W to moc zestawu
głośnikowego, do którego taki głośnik
może być zastosowany. Całkowita moc
dostarczona do zestawu (80W) zostaje
rozdzielona pomiędzy głośniki zamonto−
wane w tym zestawie. Niezależnie od te−
go, czy zestaw jest dwu− czy trzydrożny,
głośnik wysokotonowy przetwarza tylko
składowe o częstotliwościach rzędu kilku
kiloherców i wyższych.
Od dawna wiadomo, że największa
część energii sygnałów muzycznych za−
warta jest w najniższym zakresie częstot−
liwości, poniżej 1000Hz. Składowe wyso−
kotonowe mają moc jedynie kilku pro−
cent ogólnej mocy.
Biorąc to pod uwagę, producenci głoś−
ników budowali głośniki wysokotonowe
o stosunkowo niewielkiej mocy, i ozna−
czali je mocą znacznie większą – podawa−
li moc całego zestawu.
Nieświadomy tego amator, który skoń−
czył właśnie budowę wzmacniacza o mo−
cy wyjściowej powiedzmy 50W, podłą−
czał takie 80−watowe kolumny do tego
wzmacniacza i testował całość podając
na wejście wzmacniacza silny sygnał si−
nusoidalny o częstotliwości 20Hz...20kHz
z przestrajanego generatora. Taka proce−
dura nazywana jest „przegwizdaniem
wzmacniacza”.
Najczęściej ubocznym efektem takie−
go przegwizdania były uszkodzone głoś−
niki wysokotonowe, a nierzadko zdarzało
się, że także głośniki średniotonowe
wręcz wypluły swe membrany.
Oczywiście przyczyną było podanie
na głośniki średnio− i wysokotonowe
sygnału wzmacniacza pracującego z peł−
ną mocą.
Nie zawsze przyczyną uszkodzenia
głośników wysokotonowych jest tak
wielka bezmyślność właściciela.
Uszkodzenia dość często zdarzają się
także w sytuacjach, gdy wzmacniacz lub
przedwzmacniacz wzbudzi się na wyso−
kich, akustycznych lub ponadakustycz−
nych częstotliwościach.
Jeszcze inną możliwą przyczyną
uszkodzeń jest „elektronizacja muzyki”.
Podane wcześniej proporcje rozdziału
mocy na poszczególne pasma częstotli−
wości są właściwe dla naturalnych źró−
deł dźwięku. Inaczej jest z muzyką eks−
perymentalną i elektroniczną. W tym
wypadku sztucznie wytwarzane prze−
biegi mogą mieć niespodziewanie dużą
energię także w zakresie wysokich
częstotliwości. Dla głośników wysoko−
tonowych może to być wyzwanie
ponad siły.
Wszystkie podane przyczyny uzasad−
niają celowość stosowania zabezpiecze−
nia głośnika wysokotonowego w zesta−
wie głośnikowym lub estradowym.
Najprostszym stosowanym w prak−
tyce sposobem zabezpieczenia jest
włączenie w szereg z głośnikiem wy−
sokotonowym odpowiednio dobra−
nej... żarówki. Zwykle jest to żarówka
samochodowa 12V...24 o mocy zależ−
nej od mocy głośnika. Taki sposób
opiera się na wzroście rezystancji ża−
rówki wraz ze wzrostem temperatury
włókna. Jak wiadomo, rezystancja
włókna w stanie zimnym jest kilkakrot−
nie mniejsza niż w stanie gorącym
przy nominalnym napięciu.
Sposób z żarówką jest prosty, ale op−
rócz niekorzystnego wpływu na odtwa−
rzanie wysokich częstotliwości nie za−
pewnia skutecznej ochrony. Autorzy arty−
kułu mieli okazję niejednokrotnie się
o tym przekonać.
Skuteczniejszą ochronę zapewniają
układy elektroniczne. Jeden z nich jest
opisany w tym artykule.
Jak to działa?
Schemat ideowy układu zabezpiecza−
jącego pokazano na rry
ys
su
un
nk
ku
u 1
1. Punkty
A i B dołączone są wprost do zacisków
głośnika wysokotonowego Mostek dio−
dowy D5...D8 prostuje sygnał, gwarantu−
jąc, że zabezpieczenie będzie skuteczne
zarówno w przypadku przebiegów dodat−
nich, jak i ujemnych.
Należy zauważyć, że za mostkiem
prostowniczym nie ma kondensatora filt−
rującego, a więc dalsza część układu jest
zasilana napięciem tętniącym.
Głównym elementem zabezpieczają−
cym jest tranzystor mocy T3. Jeśli prze−
bieg na głośniku ma zbyt dużą, grożącą
uszkodzeniem wartość, wtedy otwiera
się tranzystor T3 i przejmuje część prądu,
nie dopuszczając do nadmiernego wzros−
tu napięcia na głośniku. W sumie cały
układ zabezpieczenia zachowuje się jak
dioda Zenera dużej mocy. Diodę Zenera
mocy można zrealizować przy użyciu ja−
kiejkolwiek diody Zenera i tranzystora
mocy. Prezentowany układ ma dodatko−
we cechy poprawiające jego walory.
Przede wszystkim dzięki zastosowa−
niu potencjometru montażowego PR1
możliwe jest dobranie potrzebnych na−
pięć zadziałania ograniczenia.
Właśnie napięć, a nie napięcia – układ
ma bowiem dwa obwody ograniczania.
Pierwszy obwód zawiera obwód
uśredniający R2, C1, R3. Chodzi o to, by
układ monitorował średnie napięcie,
a tym samym średnią moc głośnika. Jeś−
li w sygnale pojawią się na chwilę moc−
niejsze składowe, to układ nie zareaguje
i przepuści je do głośnika.
55
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
Zabezpieczenie głośnika
wysokotonowego
2183
Jeśli jednak miałyby się pojawić bar−
dzo duże sygnały, to wtedy zareaguje
drugi obwód z diodą D9 i rezystorem R4.
Tu nie ma żadnego opóźnienia i uśrednia−
nia i układ natychmiast obcina bardzo du−
że sygnały.
W praktyce zazwyczaj wystarczy za−
stosować obwód uśredniający, a z uwagi
na małą stałą czasową uśredniania (rzędu
200 milisekund) obwód z diodą D9 nie
jest konieczny.
W układzie celowo zastosowano sta−
ły, a nie elektrolityczny kondensator C1.
Zastosowanie aluminiowego kondensa−
tora elektrolitycznego jest ryzykowne,
bowiem układ będzie działał sporadycz−
nie i kondensator taki będzie rozformo−
wany. Potem, gdy układ powinien za−
działać, duży prąd upływu takiego roz−
formowanego kondensatora uniemożli−
wi prawidłową pracę.
Kondensator C1 powinien być kon−
densatorem stałym, ceramicznym lub fo−
liowym. Wartość 1µF przyjęto ze wzglę−
dów praktycznych – kondensatory stałe
o większej pojemności są zdecydowanie
mniej popularne.
Jeśli ktoś chce zmienić wartość stałej
czasowej, może śmiało zmieniać wartość
rezystorów R2 i
R3 w
zakresie
22k
Ω
...2,2M
Ω
.
W układzie dodatkowo przewidziano
sygnalizację świetlną za pomocą czerwo−
nej diody D1 oraz akustyczną za pomocą
brzęczyka piezo Y1. Właśnie ze względu
na sygnalizację wprowadzono diody pros−
townicze D2...D4. Nie są one potrzebne
do pracy głównego układu ogranicznika,
a jedynie wykorzystuje się spadek napię−
cia na nich (około 2,1V) do zasilania syg−
nalizatora piezo i diody LED. Ze względu
na małe napięcie na diodach konieczne
jest zastosowanie sygnalizatora piezo na
napięcie 1,5V, a nie typowego sygnaliza−
tora na 12V typu PCA−06. Sygnalizatory
na tak małe napięcie są bez trudu dostęp−
ne w handlu.
Sens stosowania sygnalizacji dźwięko−
wej w zestawie głośnikowym jest dysku−
syjny, ale próby przeprowadzone przez
Autorów wykazały, że przy zastosowaniu
kondensatora C2 o pojemności co naj−
mniej 100µF, sygnał brzęczyka jest za−
uważalny.
Niewątpliwie bardziej sensowna jest
sygnalizacja świetlna, choć i tu można
dyskutować, jak wyprowadzić na ze−
wnątrz kolumny przewody do tej diody.
Oczywiście dziurawienie obudowy to
ostateczność, która może zmienić właści−
wości akustyczne kolumny.
Jeśli ktoś nie będzie stosował ele−
mentów sygnalizacyjnych, może też spo−
kojnie zamiast diod D2 – D4 wlutować
zwory.
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na małej
płytce drukowanej, pokazanej na rry
ys
su
un
n−
k
ku
u 2
2. Montaż układu nie sprawi nikomu
trudności – nie zawiera on żadnych
szczególnie wrażliwych elementów. Naj−
pierw należy wlutować jedyną zworę, po−
tem wszystkie elementy. Kolejność mon−
tażu nie ma znaczenia.
Po zmontowaniu układu, należy usta−
wić próg zadziałania.
W zasadzie należałoby zrobić to w wa−
runkach naturalnych, ale w praktyce wy−
starczy dużo prostszy sposób z wyko−
rzystaniem zasilacza prądu stałego o re−
gulowanym napięciu wyjściowym.
Ciąg dalszy na str. 59
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
56
R
Ry
ys
s.. 1
1.. S
Sc
ch
he
em
ma
att iid
de
eo
ow
wy
y
R
Ry
ys
s.. 2
2.. S
Sc
ch
he
em
ma
att m
mo
on
ntta
ażżo
ow
wy
y
W
Wy
yk
ka
azz e
elle
em
me
en
nttó
ów
w
R
Re
ezzy
ys
stto
orry
y
R1,R6: 10k
Ω
R2,R3: 220k
Ω
R4: 47k
Ω
R5: 39
Ω
PR1: 10k
Ω
miniaturowy
K
Ko
on
nd
de
en
ns
sa
atto
orry
y
C1: 1µF stały
C2: 100µF/16V elektrolityczny
P
Pó
ółłp
prrzze
ew
wo
od
dn
niik
kii
D1: LED 5mm czerw.
D2−D4: dioda 2A np. 1N5401
D5−D8: dioda 1A np. 1N4001
D9: dioda Zenera 6,2V
T1,T2: tranzystor NPN, np. BC548B
T3: tranzystor NPN mocy, np. BD282
Y1: PIEZO 1,5V
U
Uw
wa
ag
ga
a!!
Elementy D9, R4, Y1, C2 i żarówka nie
wchodzą w skład zestawu AVT−2183B.
59
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
stosowanych w układzie wyświetlaczy,
zaleca się wlutować te elementy na stro−
nie „B”. Pozwoli to na ewentualne rów−
ne dociśnięcie wyświetlaczy do płyty czo−
łowej, a właściwie do wklejonego w wy−
konany w niej otwór filtru o kolorze właś−
ciwym dla zastosowanych wyświetlaczy.
Układ zmontowany ze sprawdzonych
elementów nie wymaga uruchamiania,
ale jedynie prostej regulacji. W tym celu
należy za pomocą potencjometru regula−
cyjnego PR1 ustawić napięcie dokładnie
równe 1V pomiędzy wyprowadzeniami
REF HI i REF LO układu IC1. Do ustawie−
nia tego napięcia najlepiej wykorzystać
woltomierz cyfrowy dobrej klasy.
Omówienie wymaga jeszcze sprawa
oznaczonego na schemacie gwiazdką re−
zystora R5. Bez stosowa−
nia tego rezystora zakres
naszego woltomierza bę−
dzie wynosił 0...0,999V,
co w przypadku zastoso−
wania go do pomiaru na−
pięcia wyjściowego zasila−
cza jest wartością o dwa
rzędy wielkości za małą.
Aby uzyskać interesujący
nas zakres 0...99,9V nale−
ży stokrotnie zmniejszyć
napięcie wejściowe. A za−
tem w takim przypadku rezystor R5 po−
winien mieć wartość 11,111k. Oczywiś−
cie, podane wartości rezystorów są jedy−
nie przykładowe. Możemy zastosować
rezystory precyzyjne o innych, zbliżo−
nych wartościach. Ważne jest jedynie,
aby stosunek tych wartości pozostał
identyczny.
Jednak nie zawsze dzielnik napięcia
będzie nam potrzebny. Jeżeli będziemy
chcieli zastosować proponowany układ
do pomiaru prądu pobieranego z zasila−
cza, w którym zastosowano rezystor po−
miarowy o wartości 0,1
Ω
, to dołączenie
naszego woltomierza bezpośrednio do
końcówek takiego rezystora da nam za−
kres pomiaru prądu do 9,99A. Takie roz−
wiązanie zostało zastosowane w testo−
wanym obecnie zasilaczu modułowym,
którego opis przekażemy czytelnikom
w najbliższym czasie.
Z
Zb
biig
gn
niie
ew
w R
Ra
aa
ab
be
e
K
Ko
om
mp
plle
ett p
po
od
dzze
es
sp
po
ołłó
ów
w zz p
płły
yttk
ką
ą jje
es
stt
d
do
os
sttę
ęp
pn
ny
y w
w s
siie
ec
cii h
ha
an
nd
dllo
ow
we
ejj A
AV
VT
T jja
ak
ko
o
„
„k
kiitt s
szzk
ko
olln
ny
y”
” A
AV
VT
T−2
22
27
70
0..
R
Ry
ys
s.. 2
2.. S
Sc
ch
he
em
ma
att m
mo
on
ntta
ażżo
ow
wy
y
W
Wy
yk
ka
azz e
elle
em
me
en
nttó
ów
w
R
Re
ezzy
ys
stto
orry
y
R1: 100k
Ω
R2: 1k
Ω
R3: 470k
Ω
R4: 1M
Ω
1%
R5: 11,1k
Ω
1% (dla wersji podstawowej)
R6: 1k
Ω
K
Ko
on
nd
de
en
ns
sa
atto
orry
y
C1: 100pF
C2: 10µF/10
C3, C8: 100µF/10
C4: 220nF
C5: 47nF
C6, C9: 100nF
C7: 10nF
P
Pó
ółłp
prrzze
ew
wo
od
dn
niik
kii
IC1: ICL7107
IC2: ICL7660
DP1 DP3: wyświetlacze siedmiosegmen−
towe LED, wsp. anoda
P
Po
ozzo
os
stta
ałłe
e
CON1, CON2: ARK2
Podstawki pod układy scalone
Przykładowo, jeśli rzeczywista moc
głośnika wysokotonowego o oporności
8
Ω
wynosi powiedzmy 8W (oczywiście
moc kolumny jest większa, i wynosi 50
czy 60W), to łatwo obliczyć dopuszczalne
skuteczne napięcie ciągłe na tym głośniku:
Dla podanego przypadku:
Wartość szczytowa przebiegu sinusoi−
dalnego o takiej wartości skutecznej była−
by 1,41 razy większa. Z kolei wartość
średnia takiego przebiegu jest 0,63 razy
mniejsza od wartości szczytowej. Pomija−
jąc drobne różnice i wprowadzając pe−
wien zapas można w uproszczeniu przy−
jąć do regulacji napięcie stałe równe
100...120% obliczonego napięcia sku−
tecznego.
Niech dla podanego przypadku będzie
to 9V.
Takie napięcie stałe należy ustalić na
wyjściu zasilacza. Suwak potencjometru
PR1 zewrzeć do dolnej linii zasilającej (na
rysunku 1 w dół). Do wyjścia
zasilacza dołączyć połączony
szeregowo układ zabezpie−
czający (dowolna bieguno−
wość) i amperomierz. Pobór
prądu punktu powinien wyno−
sić poniżej 1mA. Pokręcając
powoli potencjometrem PR1
ustawić próg zadziałania ukła−
du – suwak należy powoli
przesuwać
(na
rysunku
1 w górę), aż pobór prądu
z
zasilacza wzrośnie do
50...100mA.
Taka regulacja całkowicie
wystarczy.
Jak widać, regulacja jest
prosta. Jedynym problemem
może być określenie rzeczywistej mocy
głośnika wysokotonowego. W najprost−
szym przypadku można przyjąć, że głoś−
nik ma rzeczywistą moc równą 10% jego
mocy nominalnej podanej w oznaczeniu.
Po dołączeniu do głośnika, przy muzy−
ce pochodzącej ze źródeł naturalnych, na−
wet przy dużym wysterowaniu dioda D1
nie powinna się zapalać.
Ponieważ układ zabezpieczający działa
jak dioda Zenera, dołączenie go wprost
do zacisków głośnika wysokotonowego
w kolumnie może spowodować niepo−
trzebne
obciążenie
wzmacniacza
w szczytach wysterowania (wysokich to−
nów). Dlatego obok opisanego układu za−
bezpieczającego, należy stosować wspo−
mnianą wcześniej żarówkę w układzie
według rry
ys
su
un
nk
ku
u 3
3. Może to na przykład
być popularna żarówka samochodowa
12V/21W.
P
Piio
ottrr G
Gó
órre
ec
ck
kii
Z
Zb
biig
gn
niie
ew
w O
Orrłło
ow
ws
sk
kii
U
Vsk
=
8
U
P
R
=
×
K
Ko
om
mp
plle
ett p
po
od
dzze
es
sp
po
ołłó
ów
w zz p
płły
yttk
ką
ą jje
es
stt
d
do
os
sttę
ęp
pn
ny
y w
w s
siie
ec
cii h
ha
an
nd
dllo
ow
we
ejj A
AV
VT
T jja
ak
ko
o
„
„k
kiitt s
szzk
ko
olln
ny
y”
” A
AV
VT
T−2
21
18
83
3..
Zabezpieczenie głośnika wysokotonowego
c.d. ze str. 56
R
Ry
ys
s.. 3
3.. D
Do
ołłą
ąc
czze
en
niie
e u
uk
kłła
ad
du
u d
do
o g
głło
oś
śn
niik
ka
a