Základním
typem celé řady je zesilovač DPA220, který je zde popsán. Mosfetový typ
DPA380 se částečně od bipolárního liší. Z vlastní zkušenosti vím, že
nedůvěra a obavy ze složitých zapojení stále přetrvávají. Příčinou
je stále "podvědomá" obava z ceny, případě "nerozchoditelosti"
podobných zapojení, ale to je v každém případě nesmysl. Musíte si uvědomit,
že větší složitost (a z ní plynoucí zpravidla podstatně lepší
parametry) má na výslednou cenu přístroje jen nepatrný vliv, neboť
"tranzistory navíc" jsou nejčastěji malé a laciné typy. Při dnešních
cenách tranzistorů představuje nárůst nanejvýš několik desítek korun -
největší podíl na ceně přístroje představuje napájecí zdroj,
mechanika, případně i výkonové tranzistory - to vše obsahuje každý
zesilovač a ostatní součástky jsou z cenového pohledu podstatně méně
významné.
Zesilovač je řešen "celosymetricky," důvody jsou popsány v úvodní
části. Vstupní kondenzátor C1 by měl být co nejkvalitnější, tedy ne
elektrolytický. Jeho kapacitu volíme podle předpokládaného použití
zesilovače, což musím vysvětlit podrobněji. Spolu se zpětnovazebními
kondenzátory C11 a C12 určuje tento kondenzátor dolní mezní kmitočet
zesilovače. Požadujete-li na zesilovači, aby přenášel celé akustické pásmo,
použijte kondenzátory s uvedenými kapacitami, nebo většími. Použijete-li
zesilovač např. v kytarovém kombu (DPA110), bude potřebný dolní mezní
kmitočet jen asi 80 Hz a je zcela zbytečné, aby kmitočtová charakteristika
sahala až do 20Hz. Při této aplikaci totiž zesilovač velmi často pracuje v
limitaci, která může být díky charakteru kytarové hry nesymetrická. Co se
v té chvíli stane: Nesymetricky limitovaný výstupní signál představuje
vlastně ss napětí na výstupu. Zpětnovazební kondenzátor se tímto napětím
nabije a po "odchodu" zesilovače z limitace se začne vybíjet přes
bázový přechod T3 nebo T6 (podle polarity limitace). Je-li kapacita zpětnovazebního
kondenzátoru velká, vybíjení trvá poměrně dlouhou dobu a je provázeno
objevením ss napětím na výstupu. Tento jev asi znáte, je to ono typické
"houpání" membrány hlubokotónových reproduktorů v málo tlumených
reproduktorových soustavách. Tento jev je pro reproduktor velmi nebezpečný,
může způsobit i utržení kmitačky nebo závěsu membrány z důvodu velkých
amplitud. Chceme-li proto omezit dolní mezní kmitočet zesilovače, je vhodné
se zmenšení kapacity vstupního kondenzátoru zmenšit i kapacitu zpětnovazební,
neboť tím se současně zmenší (zkrátí) popsaný nebezpečný jev. Tento
jev má samozřejmě obecný charakter, vzpomeňte si na něj hlavně u nejsilnějšího
zesilovače DPA880, u kterého je předpokládáno nejčastější použití v
hlubokotónových sekcích PA systémů. Kondenzátor C2 určuje horní mezní
kmitočet zesilovače (popis vzniku zkreslení SID viz. odkaz). V zapojení musí
být bezpodmínečně použit, nechceme-li riskovat zničení výkonových
tranzistorů při průniku vf signálu do vstupu. Kdo se bude chtít přesvědčit
o šířce pásma, může při testu kondenzátor vypojit. Kmitočtová
charakteristika má při výstupním napětí 5V pokles 3dB na kmitočtu 600kHz
(při větším napětí neměřte - příčný proud).
Diody D7 a D8, které spolu s rezistory R7 a R8 určují pracovní proud
diferenciálních zesilovačů, by měli být párované na toleranci napětí
asi 200mV. Tranzistory diferenciálních zesilovačů by měli být alespoň přibližně
spárované, v toleranci asi 25% (většinou stačí jen použít tranzistory se
stejným označením za typem - B, C). Závěrná napětí tranzistorů T1 až
T6 musí být o asi 20% větší, než je napájecí napětí každé napájecí
větve.
Diody D3 až D6 mohou být libovolné křemíkové (ovšem ne schottky), diody
D9 a D10 musí mít závěrné napětí větší než 100 V (DPA220), neboť ty
jsou při provozu namáhány napětím rovným přibližně součtu napětí
obou větví. Nelze použít typy KY130 nebo 132, neboť mají příliš dlouhé
zotavovací časy!
Tranzistory T7 a T9 by měli být rychlé, ze sortimentu Tesla proto použijeme
spínací typy. Jejich pozice lze osadit i běžnými typy BC, tato záměna ovšem
poněkud zhorší chování zesilovače v limitaci. Rychlé musí být i
tranzistory T9 a T10, které musí mít současně i velké závěrné napětí
Uceo. Stejné podmínky musí splňovat i T15 a T16.
Stabilitu zesilovače zlepšují členy RC v kolektorových obvodech diferenciálních
zesilovačů a kompenzační kondenzátory C9, C10 a C15 (C13 nezapojen) - tyto
kondenzátory musí být keramické, neboť v jiných provedeních se kapacity
pod 10pF nevyrábějí. Zdůrazňuji, že musí být buď typu TK656 (nebo
zahraniční ekvivalent na 500V). Většina kondenzátorů je jen na 50V.
Předpětí pro pootevření koncových tranzistorů (klidový proud) vytváří
obvod složený z T11 a T12. T11 slouží současně jako čidlo oteplení
koncových tranzistorů a je proto s nimi přišroubován na společném chladiči.
Zesilovač je mírně překompenzován, při ohřátí koncových tranzistorů
se klidový proud nepatrně zmenší, což je základním předpokladem bezpečného
provozu. Dynamické vlastnosti obvodu zlepšuje C14. Jeho kapacita není kritická,
může být od 100 nF do 1uF.
Pojistku proti proudovému přetížení tvoří T13 a T14 (popis viz. odkaz).
Pro maximální jednoduchost jsou použity výkonové tranzistory v Darlingtonově
zapojení (DPA220). Můžete použít dva páry paralelně spojené (tranzistory
s menším ztrátovým výkonem), ideální je však použít jeden pár s výkonem
větším, což je výhodnější - odpadají problémy s párováním). Použijte
typy s Pc = 150W, Ic= 15A a Uceo = 100V. Z tranzistorů Tesla vyhoví na této
pozici KD649T / KD650T.
Výstupní obvod RLC zlepšuje stabilitu zesilovače při komplexní zátěži.
Zde ještě malou poznámku: Z rozměrových důvodů neodpovídá R44 teoretické
hodnotě zatížitelnosti, proto při testování zesilovače na vysokých kmitočtech
(při plném výkonu) musíte test časově omezit, aby se tento rezistor nepřehřál
(asi 1 minuta). Tlumivku L1 tvoří 13 závitů lakovaného drátu o průměru
1,2mm na trnu o průměru 8mm. R43 je umístěn souose v této cívce. Součástí
modulu výkonového zesilovače je i usměrňovač a filtrační kondenzátory.
Diody jsou typu KY711 (712 - 719) na 10 A (20 A). Pro zlepšení impedance napájecích
větví na velmi vysokých kmitočtech slouží blokovací kondenzátory C20 až
C22, které jsou připájeny ze strany plošných spojů (ve schématu
nezakresleny). R45 je termistor zašroubovaný do nosného chladícího
hranolku. Slouží jako čidlo tepelné pojistky.
Oživení a nastavení zesilovače
Při pečlivém osazení zesilovače kvalitními součástkami je oživení a kontrola funkce velmi jednoduchá. Ideální pomůckou při oživování je je symetrický regulační transformátor, pomocí kterého "najíždíme" na primární straně síťového transformátoru od nuly, při současném měření odběru na straně ss. napájení. Vadná součástka se zpravidla projeví neúměrně zvětšeným odběrem klidového proudu. Při menším napájecím napětí, kdy odběr nemá ještě destruktivní charakter, můžeme součástku snadno vytipovat měřením pracovních bodů na různým místech zapojení a předejít tak mnohdy značným finančním ztrátám.
Oživení začneme (po vizuální kontrole osazené desky s plošnými spoji) nastavením trimru R13 do střední polohy a nastavením trimru R23 na minimální odpor. Na vstup připojíme generátor (1kHz, 500mV) a na výstup osciloskop. Vyjmeme pojistku v jedné napájecí větvi a na její místo připojíme ampérmetr. Napájecí napětí zvětšujeme a současné měříme odběr proudu. Od napětí cca 3V symetricky začne zesilovač pracovat a na výstupu se objeví nesymetrický limitovaný signál. Nezvětšuje-li se příliš odběr proudu (asi 30mA), můžeme napětí zvětšit na plnou hodnotu 40V symetricky a zvětšením vstupního napětí zkontrolovat symetrii limitace. Je-li vše v pořádku připojíme zátěž 4 nebo 8 ohmů / 100W a zesilovač vybudíme asi 3dB pod limitaci.
Po zahřátí výkonových tranzistorů (asi po 5 minutách) zmenšíme výstupní napětí na 1V a kmitočet generátoru přepneme na 20kHz. Na sinusovce bude vidět přechodové zkreslení, které odstraníme zvětšením klidového proudu trimrem R28. Správně nastavený zesilovač má celkový klidový odběr v každé větvi asi 50mA. Poté na výstup připojíme ss. voltmetr a trimrem R13 nastavíme co nejmenší ss. ofset. Přijatelná velikost je 10mV, při pečlivém nastavení i pod 1mV.
Závěrem můžeme zkontrolovat kmitočtovou charakteristiku, která by při výkonu 1dB pod limitací měla mít pokles 3dB na kmitočtu 200kHz (Rg=600ohmů). Pokles při přetížení R44 - viz. úvod. Dolní mezní kmitočet pravděpodobně nezměříte, neboť je s uvedenými hodnotami součástek jen asi 3Hz (viz. ovšem úvodní část).
Závěrem zkontrolujeme proudovou pojistku. Napájecí napětí zmenšíme na nulu a výstup zatížíme rezistorem asi 0,1ohmu. Kmitočet vstupního signálu bude asi 1kHz, úroveň 500mV. Při zvětšování napájecího napětí se již při náběhu zesilovače do funkce objeví na výstupu ostře omezený signál s malými jehlovými překmity na náběžných hranách (způsobených "hysterezí" pojistky, viz. popis funkce v úvodní části). Funguje-li pojistka popsaným způsobem, můžeme napájecí napětí zvětšit na jmenovanou velikost a vyzkoušet "plný zkrat" - odběr proudu v každé napájecí větvi by měl být asi 3A (netrapte zesilovač příliš dlouho).
Základní technické údaje DPA220: |
Výstupní
výkon: | 2x 100 W | 4 Ohm, 1 kHz, 1 % |
2x 65 W | 8 Ohm, 1 kHz, 1 % | |
Kmitočtová charakteristika: | 20-20 000 Hz | +0/-0,2 dB |
Odstup: | >119 dB | filtr IHF-A, Rg = 100 Ohm |
>115 dB | 20 - 20 000 Hz, Rg = 100 Ohm | |
Harmonické zkreslení: | <0,006 % | (1 kHz,1 dB pod limitací, 4 Ohm) |
<0,003 % | (1 kHz,1 dB pod limitací, 8 Ohm) | |
Intermodulační zkreslení: | <0,003 % | (60 Hz/4 kHz, 4:1, 1 dB pod limitací, 4 Ohm) |
<0,0025 % | (60 Hz/4 kHz, 4:1, 1 dB pod limitací, 8 Ohm) | |
Citlivost: | 1 V | 100W / 4 Ohm |
Vstupní impedance: | 39 kOhm | |
Filtrační kondenzátory: | 2 x 6 800 uF | (2 x 10 000 uF) |
Tranzistory: | Darlingtony | 100V/15A/150W |
Zapojení tranzistorů: | Komplementární pár |
Zesilovač DPA222 - modernizovaná verze vycházející z DPA220.