Усилитель мощности Пал-Ник

16 Фев 2015     Рубрика: Усилители мощности
arrow  arrow

Усилитель мощности Пал-Ник Королькова

 
amp_palnik

 

Усилитель мощности Пал-Ник Королькова — это аппарат класса D обладающий превосходными характеристиками, не требующий первоначальных настроек, схема без всяких сложных наворотов и доступна для сборки даже для начинающих радиолюбителей. Как и все устройства такого класса имеет чистый прозрачный звук, надежный в работе. При внимательной и правильной сборке усилитель практически начинает работать сразу.

 

Принципиальная схема усилителя

 

amp_PalNik-1

 

Небольшие примеры отражающие принцип работы схемы

 

Внизу на снимке, транзистор Q2 выполняющий функции компаратора, а именно уравнивает при помощи цепочки R2-R3 напряжение на входе и выходе схемы, также этим делителем устанавливается значение коэффициента усиления.

 

amp_PalNik-2

 

Установленный во входной цепи транзистор уравнивает входящее и выходящее напряжения. На коллекторе Q2 появляются импульсы как результат этого выравнивания, которые в виде графика можно видеть на рисунке 2.(График V1). В свою очередь импульсные сигналы осуществляют управление драйвером, в выходной цепочке ключей появляется широтно-импульсная модуляция. На снимке она показана на графике V8, а на выходном фильтре образуется напряжение такое же как и на входе. В случае отличия выходного напряжения по форме сигнала от входного, то это отличие появляется в цепи база-эмиттер транзистора установленного на входе и он передает импульсные сигналы необходимой полярности.

 

amp_PalNik-3

 

На картинке ниже такая же схема, только вместо одного транзистора установлен дифференциальный каскад.
Одинарный транзистор выдает ошибку в 0.5v – это смещение база-эмиттер, стало быть форма напряжения входа и выхода будут отличаться друг от друга на 0.5v.

 

amp_PalNik-4

 

На снимке графическое изображение напряжения на затворах VGS(M1) и VGS(M2):

 

amp_PalNik-5

 

Мощность усилителя определяется напряжением питания УМ, а уже питающее напряжение подбирается исходя из электрических параметров выходных транзисторов и их максимального напряжения. Для примера вот несколько советов: при использовании ключей рассчитанных на 100 v выходного напряжения, нельзя делать питание усилителя более ±45v,при 150v- питание не более ±65v, при 200v — питание не более ±85v, при 250v — питание не более ±110v. Предельное напряжение для драйвера MOSFET IR2184 ±300Вv. Соответственно при напряжении питания ±85v и сопротивлении нагрузки 4 Ом, мы получим выходную мощность 800 Вт. Если вам не нужна такая мощность, то тогда необходимо снизить питающее напряжение усилителя. Определить зависимость напряжения к мощности можно по таблице 200 вольтовых транзисторов, показанной ниже.

 

amp_PalNik-6

 

При подборе мощных транзисторов для оконечного каскада, также следует обращать на максимально допустимый ток ключа, который должен быть в пределах от 30 А до 50 А. В качестве примера можно привести транзисторы подходящие по таким параметрам — IRFB42N20D MOSFET N-канал 200В/44А/330Вт, IRFB4227 MOSFET N-канал 200В/65А/330Вт. Также ключевую роль в подборе транзисторов играет емкость затвора, чем меньше ее значение, тем комфортней управляющей микросхеме работать с выходными ключами, и соответственно появляется возможность увеличить частоту, но ток у этих транзисторов, как правило, меньше.

 

Возможные варианты замены деталей

 

В цепях затвора применяются любые быстродействующие диоды, напряжение должно быть не меньше 20v, допускается применение диодов Шоттки 1N5817-5819. Полупроводниковый прибор, обозначенный на схеме VD4, может быть любым, но с обратным напряжением не меньше 200В и скоростью 50ns. Отлично подойдет высокоэффективный быстрый диод HER207 (2A 800V). В случае отсутствия стабилитронов на напряжение 13v, можно свободно ставить на 12v.

 

В данной схеме используется параметрический стабилизатор напряжения для питания драйвера ключей IR2184, выполненный на транзисторе MJE13007. Для этого транзистора существуют замены, такие как биполярный транзистор TIP41 или советский КТ817Г, цоколевка в зеркальном отображении! Драйвер выходных транзисторов IR2184 потребляет ток в пределах 50мА.

 

Дроссель

 

Расчет дросселя нужно производить с помощью специальных программ, которых полно в сети. Одна из самых распространенных имеет название InductorRing(4200) и Inductor(5200), которую можно взять у нас на сайте: Скачать → Программы для расчета дросселя. Эти программы имеют в своих базах множество самых необходимых и нужных сердечников импортного и советского производства.

 

amp_PalNik-12

 

Берется из базы нужный магнитопровод. (в данном случае это ТПИ).
Для усилителей мощности D — класса ставится галка в чек-боксе «Дроссель другого применения». Вбиваются исходные данные:

 

Расчет дросселя

 
Существует несколько видов печатных плат:

 

Ниже плата от пользователя Peregar, выполненная для установки SMD компонентов.

 

amp_PalNik-13

 

Имеется печатная плата с встроенной защитой от короткого замыкания в акустике, модернизированная под стандартные электронные компоненты с размещением конденсаторов по питанию в непосредственной близости от выходных транзисторов, что обеспечивает большую стабильность. Был заменен резистор по току сопротивлением 0.04 Ом, вместо него было установлено несколько параллельно соединенных резисторов.

 

amp_PalNik-14

 

Ввиду того, что работа схемы защиты зависит от падения напряжения на резисторе ограничивающим ток, то естественно при большем значении сопротивления этого резистора, ток срабатывания защиты будет меньше, а при меньшем сопротивлении ток наоборот будет больше. Номинальное значение резистора по току полностью зависит от питающего напряжения и полного сопротивления акустики. Настройка производится экспериментально, путем подбора сопротивления во время работы усилителя на акустическую систему. Принцип такой: вначале устанавливаем три двух-ваттных резистора номиналом 0.1 Ом, даем полную громкость. В случае громкого треска, а акустике (этот треск дает ограничитель тока в защите), то тогда нужно добавить еще один 2-х ваттный резистор сопротивлением 0,22 Ом. Дальше опять прослушиваем, если потрескивания еще слышны, то нужно добавить еще сопротивление.

 

Если возникла ситуация, когда вы уже собрали плату с встроенной защитой, а проверить работу усилителя мощности без защиты забыли проверить, то тогда не устанавливайте пока транзисторы Т9 и Т10 и тогда можно испытать аппарат временно без защиты. Существует плата разводку, которой выполнил другой радиолюбитель, здесь уже установлен драйвер ключей IR2184S в корпусе SMD, а на выходе МОП-транзистор IRF540N. Разработчик советует использовать ее на мощности до 200 Вт. Не забывайте, что питающее напряжение для усилителя с установленными выходными транзисторами IRF540 должно быть не более ± 45 v.

 

amp_PalNik-15

 

Есть печатная плата разработанная пользователем «Dimonis», на которой выходные транзисторы установлены перпендикулярно плате (боковое расположение). Есть в плате встроенный предварительный усилитель, фильтр низких частот, выполненный на операционной микросхеме. Широтно-импульсный модулятор и ОУ находятся в корпусе SMD.Плата изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита! В архиве находится печатная плата, схема и фото готовой платы.

 

amp_PalNik-16

 

Вот еще плата. В ней также имеется предварительный усилитель и фильтр низких частот. Имеется защита от короткого замыкания в акустике. Мощные транзисторы на выходе выполнены в корпусе ТО-247. На плате предусмотрен стабилизатор напряжения 7812 для питания драйвера IR2184S, питание подается от дополнительного источника постоянного тока с напряжением 15 v. Также все необходимое находится в архиве.

 

amp_PalNik-17

 

Здесь показана плата того же автора, но спроектирована немного раньше. В этом варианте широтно-импульсный модулятор находится в корпусе SMD, выходные ключи в корпусе ТО-247. Плата разработана с встроенной защитой от постоянного напряжения с использованием реле.

 

amp_PalNik-18

 

Разработка «Dimonis» ПалНик 311. Гибридный – модифицирован ПалНиком так как драйвер ключей IR2184 используется только в нем.

 

amp_PalNik-19

 

В этой схеме, во входной цепи, транзисторный усилитель заменен на компаратор, так как он обладает вдвое большим усилением, а поэтому и обратная отрицательная связь глубже. Вследствие чего появляется возможность уменьшить искажения, в отличии с вариантом комбинированной ООС. В пал-нике удалось снизить искажения в три раза.

 

Мощные транзисторы выходного каскада, которые установлены сбоку, перпендикулярно печатной плате. Широтно-импульсный модулятор расположен в корпусе SMD. Светодиодный индикатор Led1, сигнализирует о начале генерации. В архиве находится принципиальная схема, печатная плата, фото собранной платы.

 

amp_PalNik-20

 

Для удобства пользователей на всех печатных платах рисунок выполнен со стороны компонентов. Зеркальное отображение делать не требуется!

 

Процесс сборки усилителя

 

Перед установкой деталей в плату, необходимо проверить их работоспособность, а в данном случае были замерены все сопротивления, чтобы исключить возможные ошибки при заводской маркировке резисторов. Все транзисторы проверены прибором для проверки полупроводниковых приборов, то есть проверено коэффициент передачи тока, обратное напряжение на перехода, максимальное прямое напряжение и ток и исходя из параметров составлены пары для каждого плеча выходного каскада. Перемычки ставить нужно проводами покрытыми изоляцией.

 

Транзисторы выходного каскада устанавливать на теплоотвод необходимо через изоляционные прокладки, типа слюды или керамики, используя также для лучшего контакта теплопроводную пасту КПТ-8. Не забывайте после крепления транзисторов на радиаторе проверить мультиметром средние выводы на предмет короткого замыкания на радиатор. Ввиду того, что коллектор параметрического стабилизатора соединен с массой, то изолировать его от радиатора нет необходимости.

 

Первое пробное включение усилителя мощности нужно делать с использованием электрической лампочки мощностью 100 Вт. Для этого нужно лампу включить последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора. Также желательно установить в цепях питания сопротивления номиналом от 60 Ом до 100 Ом и мощностью 5 Вт в каждом плече, это нужно для ограничения тока в цепи. Соблюдение такой предосторожности в несколько раз увеличивает шанс, что усилитель после первого включения останется целым. После запуска усилителя проверьте напряжение 13v на пятом выводе драйвера IR2184, проверять нужно относительно минусового значения питания усилителя.

 

Далее проверяют постоянное напряжение на выходных клеммах усилителя (его не должно быть — идеально, должен быть «0»). После этого подсоединяем акустическую систему, а на вход усилителя источник звука. При первом тесте выходная мощность будет не высокой, потому что установлены гасящие резисторы. Для нас главное на этом этапе услышать в акустике усиленное звучание, в это время эти резисторы будут сильно греться, не обращайте внимание, это так должно быть. Если в акустической системе нет никакого гудения и свиста, а звук нормальный, то тогда снимаем электрическую лампочку и гасящие резисторы.

 

Защита акустики от постоянного напряжения

 

При возникновении возможных неполадок в усилителе появляется опасность спалить дорогую акустику, чтобы этого не произошло нужно всегда устанавливать в схему усилителя защиту от постоянного напряжения и короткого замыкания в нагрузке. Если при относительно не высоком питании усилителя ±50В еще можно устанавливать реле, то при напряжении питании усилителя ±80В уже использовать релейную защиту весьма нежелательно. В случае не штатной ситуации в усилителе, происходят некоторые процессы, при которых между контактами реле образуется сильная электрическая дуга способная просто сплавить контакты вместе.

 

amp_PalNik-21

 

Когда контакты на реле сплавятся, напряжение через них поступит на акустическую систему, учитывая высокое напряжение она выгорит за несколько секунд. При работе усилителя на напряжениях питания ±70v и выше многие применяют бесконтактную семмисторную схему защиты.

 

amp_PalNik-22

 

Принцип работы такой схемы заключается в том, что при возникновении постоянки в нагрузке, семистор переключит выход усилителя на «землю», тем самым спалит плавкий предохранитель и спасет акустику от выхода из строя.

 

Обратите внимание! Для аппаратов с установленной защитой от короткого замыкания в нагрузке, не подключайте минусовой провод акустики с печатной платы усилителя на массу защиты. Его нужно протянуть непосредственно на клемму, к которой будет подключаться акустическая система. Общую шину защиты нужно тянуть от средней точки (общий) источника питания. Смотрите схему выше.

 

amp_PalNik-23

 

Картинка собранной Евгением платы

 

amp_PalNik-24

 

Фото собранной мной платы:

 

amp_PalNik-25

 

amp_PalNik-26

 

Картинка готовой платы, которую собирал Дмитрий

 

amp_PalNik-28

 

Картинка платы по ПП — Максим Владимирович

 

amp_PalNik-29

 

amp_PalNik-30

 

Здесь показана готовая плата ПалНик 311 на ПП Дмитрия

 

amp_PalNik-31

 

Скачать файлы к статье →  Файлы PalNik

 

Список радиоэлементов

 

amp_PalNik-32

Rambler's Top100 Яндекс.Метрика