Elektronika ::: Servisna uputstva ::: Pretpojačivači ::: Napajanja ::: Zaštite ::: Ostalo

Pojačivač snage 100 W, 8 Oma

Tokom protekle tri decenije isprobana su mnoga konceptualna rešenja solid-state hi-fi pojačivača. Mnoga od tih konceptualnih rešenja su podrazumevala velike iznose negativne povratne sprege radi obezbeđenja niskih nivoa harmonijskih izobličenja u zatvorenoj petlji. Glavni izvor ovih izobličenja su izlazni tranzistori. Ostali izvori su redom, drajveri izlaznih tranzistora i stepen visokog naponskog pojačanja, poznatiji kao transconductance stage. Kao posledica visokog pojačanja u otvorenoj petlji javlja se problem postizanja širokog frekventnog opsega sa dva stepena pojacanja, te stoga većina ovakvih rešenja sa visokom pojačanjem ima frekventni opseg u otvorenoj petlji čak manji od nekoliko kHz. Ovo praktično znači da je potrebno čak i više od neophodnog pojačanja u srednjetonskom području (misli se na audio opseg - 20 Hz ~ 20 kHz) da bi se obezbedila mala izobličenja na 20 kHz u uslovima zatvorene petlje. Srednjetonsko podrucje obuhvata frekvencije izmedju 1 kHz i 2 kHz. Dokazano je takođe i da velika povratna sprega povećava tranzijentna intermodulaciona izobličenja (TIM).

Pristup za rešenje ovog problema je korišćenje stepena sa nižim naponskim pojačanjem u otvorenoj petlji i proširenje frekventnog opsega opsega u otvorenoj petlji do 20 kHz. Smanjenje povratne sprege (i povećanje izobličenja u zatvorenoj petlji) dovelo je do različitih rešenja za ulazne stepene pojačivača, kao i za sekciju visokog naponskog pojačanja (transconductance stage). Jedno od boljih rešenja je dupliranje izlaznih tranzistora u cilju smanjenja strujnog opterećenja svakog od njih, kako bi se njihova radna tačka zadržala u linearnom opsegu. Ovo je ujedno i skuplje rešenje.

Ovaj pojačivač je baziran na vrlo linearnim izlaznim tranzistorima 2SC3281/2SA1302 cija je linearnost znatno veća od mnogih do sada korišćenih tranzistora u ovu svrhu. Topologija pojačivača je potpuno komplementarna (svaki NPN tranzistor ima svoj PNP par) sa dvostrukim diferencijalnim parom na ulazu. Primenjen je princip širokog frekventnog opsega u otvorenoj petlji (širi od audio opsega) i minimalni iznos povratne sprege - 25 dB i manje.

Pojačivač snage 100 W 8 Oma - šema (wmf fajl, 111162 bytes)

Tranzistori MPS8099/8599 na ulazu pojačivača formiraju dvostruki diferencijalni par. Njihov Vce napon od 80 V čini ih sasvim zadovoljavajućim izborom s obzirom na napajanje od 52 V. Zbog jednostavnosti pojačivača strujni izvori za ulazne diferencijalne parove zamenjeni su otpornicima od 10 k (R46 i R47), koji ih, s obzirom da su povezani na napon od ±24 V (zener diode D1 i D2 - 1N5252B), napajaju strujom od oko 2,25 mA za svaki par. Oni koji žele da eksperimentišu mogu ove otpornike da zamene nekim od klasičnih strujnih izvora, kao što je i urađeno u ovoj verziji pojačivača. Ovih 2,25 mA su dovoljno visoki da obezbede frekventni opseg koji je neophodan u ulaznom stepenu, a istovremeno dovoljno niski radi smanjenja offset-a, što je posebno vazno jer nema elektrolitskog kondenzatora u sklopu negativne povratne sprege (DC veza). Ulazna impedansa pojačivača je u prvom redu određena otpornikom R3 (33 k). Ova vrednost u kombinaciji sa ulaznim kondenzatorom od 2,2 µF postavlja donju graničnu frekvenciju na oko 2 Hz. Kondenzatori C4 i C5 (470 µF/35 V) moraju biti sa malom strujom curenja (low leakage), manjom od 50 µA i što kvalitetniji. Otpornik R5 (100 k) treba da bude višeobrtni trimer potenciometar (recimo, 25 obrta, 3/8" ili sl.). Tranzistori Q1, Q2, kao i Q3, Q4 moraju biti međusobno dobro upareni, dakle ne dva + dva, već sva četiri. Takođe je poželjno da su međusobno termički spregnuti (što bliže jedni drugima na štampanoj pločici) kako bi se izbegao temperaturni drift.

Drugi stepen naponskog pojačanja, poznatiji kao transconductance stage, sastoji se od Darlington parova MPSW56/2SA1306 i MPSW06/2SC3298. Tranzistori MPSW56/06 rade u sklopu sa zajedničkim kolektorom, sa kolektorima vezanim na masu, čime se umanjuje Miller-ov efekat. Mirna struja ovih tranzistora iznosi oko 3,5 mA sa otpornicima od 510 Oma (R20 i R21), čime je, sa druge strane, definisana i mirna struja tranzistora 2SA1306/2SC3298 na oko 50 mA. Napon Vce ovih tranzistora je 200 V što je više nego dovoljno za maksimalnu moguću promenu napona od 100 V na njima. Ovako velika mirna struja rezultira i značajnom disipacijom (oko 2,5 W) pa se ovi tranzistori moraju montirati na odgovarajući hladnjak. Ovaj stepen pojačanja opterećen je kako izlaznim stepenom, tako i otpornicima R24 i R25 (2,7 k), koji definišu njegovo naponsko pojačanje. Ako se posmatraju oba stepena naponskog pojačanja, ulazni i transcomductance stage, može se videti da je pojačanje ulaznog stepena približno 18,5 dB (8,41 puta), a pojačanje transconductance stepena 34 dB (50,12 puta), što ukupno daje pojačanje od 52,5 dB (421,7 puta). Kompenzacija oba stepena (C2, C3 za ulazni stepen i R22/C11, R23/C12 za transconductance stepen) obezbeđuju dobro pojačanje i fazne pomeraje u uslovima zatvorene petlje. Pojačanje u zatvorenoj petlji je podešeno za oko 1 V ulazne osetljivosti i iznosi 27,8 dB.

Izlazni stepen čini komplementarna Darlington konfiguracija MJF15030/2SC3281 i MJF15031/2SA1302, sa veoma velikom linearnošću što omogućava da se koristi smanjena povratna sprega uz niska izobličenja. Izlazni tranzistori su povezani paralelno preko otpornika za balansiranje (0,47 Oma/5 W i 1,2 Oma/0,5 W). Otpornici od 0,47 Oma moraju da budu neinduktivni, kao uostalom i otpornici R44 i R45. Tranzistori Q10 i Q11 (MJF15030/15031) rade u A klasi sa mirnom strujom od oko 25 mA. Mirna struja izlaznih tranzistora se podešava višeobrtnim trimer potenciometrom R27 (100 Oma), na vrednost od 100 mA po tranzistoru. Izlazne tranzistore treba montirati na hladnjak termičkog otpora ne većeg od 0,75 °C/W. Tranzistor Q9 (MPSA06) mora biti u termičkoj sprezi sa izlaznim tranzistorima, dakle montiran na zajednički hladnjak. Kondenzator C13 (100 µF) mora biti što kvalitetniji (low leakage, low ESR, audio grade). Tranzistori MJF15030/MJF15031 moraju da budu upareni, kao i izlazni tranzistori 2SC3281/2SA1302. Bez obzira na postojanje otpornika za balansiranje poželjno je međusobno upariti sve izlazne tranzistore, dakle ne samo NPN sa PNP parom.

Zaštita pojačivača od preopterećenja ili kratkog spoja na izlazu obezbeđena je dodavanjem nekoliko elemenata (Q101~Q102, D101~D104, R101~R112, C101~C102), datih na posebnoj šemi. Ovaj deo se može potpuno izbaciti ukoliko imate neki drugi vid zaštite ili jednostavno ne želite VI limiter u pojačivaču.

Zaštita pojačivača snage od preopterećenja ili kratkog spoja (wmf fajl, 53882 bytes)

Napajanje pojačivača obezbeđuje torusni transformator 400 VA, 2 x 38 V, KBPC35-02 i 2 x 10000 µF/63 V elektrolitski kondenzatori. Za stereo varijantu su vam potrebna dva ovakva napajačka stepena.

Napajački stepen pojačivača (wmf fajl, 27130 bytes)

Šta očekivati od ovog pojačivača:

Izlazna snaga (8 Oma)	100 W	20 Hz ~ 20 kHz
Izlazna snaga (4 Oma)	175 W	20 Hz ~ 20 kHz
Frekventni opseg @ 8 oma, + 0 db, - 3 dB	2 Hz ~ 210 kHz	Impedansa izvora 600 Oma
THD + šum @ 8 oma	< 0,03%	20 Hz ~ 20 kHz, 1 W ~ 100 W
THD + šum @ 4 oma	< 0,05%	20 Hz ~ 20 kHz, 1 W ~ 175 W
Slew rate	125 V/µs
DC offset napon na izlazu	< ±50 mV	@ 25 °C
Rise time	< 1,8 µs	50% punog izlaznog napona na 8 oma
Ulazna impedansa	> 32 kOma	20 Hz ~ 20 kHz
Ulazna osetljivost za punu snagu	1,18 V RMS	100 W @ 8 oma ili 28,3 V RMS
Ulazna osetljivost za 1 W @ 8 Oma	118 mV RMS
Izlazna impedansa	< 80 mOma	20 Hz ~ 20 kHz
Damping faktor	100	@ 8 oma
Šum na izlazu (A weighted)	< 75 µV	Ulaz prespojen sa 600 Oma
Šum na izlazu (C weighted)	< 150 µV	Ulaz prespojen sa 600 Oma
Odnos signal-šum (A weighted)	90 dB	1 W @ 8 oma ili 2,83 V RMS
Odnos signal-šum (C weighted)	105 dB	100 W @ 8 oma ili 28,3 V RMS
Struja kratkog spoja	7,5 A	Vršno
Vršna izlazna struja	13 A	Omsko opterećenje
Frekventni opseg u otvorenoj petlji	5 Hz ~ 21 kHz	Bez opterećenja, impedansa 600 Oma
Naponsko pojčcanje u otvorenoj petlji	52,5 dB	Bez opterećenja (mali signal)
Naponsko pojačanje u zatvorenoj petlji	27,8 dB	Bez opterećenja