Modul ochran, pomocné obvody

   Tento modul je možné beze změny zapojení použít v celé řadě zesilovačů (mimo DPA110) i v zesilovačích jiných konstrukcí. Schéma zapojení je schéma jednoho kanálu, druhý kanál je zcela identický. Liší se pouze mechanickou konstrukcí - plošné spoje jsou zrcadlově obráceny, čímž je zjednodušena montáž.

Usměrňovač a stabilizace

   Střídavé napětí, jištěné v každé větvi pojistkou, je přivedeno přes usměrňovač na filtrační kondenzátory. Z důvodu spolehlivosti jsem zvolil dva kondenzátory s menší kapacitou, které jsou spojené paralelně (při poruše jednoho z nich je obvod nadále schopen provozu). Následují stabilizátory +-15V v pouzdru TO220 opatřené malými chladiči. V napájecích obvodech za stabilizátory jsou zapojeny blokovací kondenzátory (C12 až C15).

Časovač

   Časovací obvod slouží ke zpožděnému sepnutí výstupního relé při zapnutí a jeho rychlému odpadu při vypnutí. Klasická analogová zapojení nešla použít, protože v tomto případě (zcela nezávislé v obou kanálech) by vlivem tolerance součástek byly nestejné časy sepnutí, což by se uživatelům zcela jistě nelíbilo. Podle rady ing. Petržílka jsem proto použil binární čítač CMOS 4020, kterým je uvedený problém vyřešen zcela uspokojivě. Časové zpoždění lze odvodit od síťového kmitočtu, který je samozřejmě v obou kanálech stejný. Síťový kmitočet je přes rezistor R14 přiveden na bázi T2, který slouží jako tvarovač a z jeho kolektoru na hodinový vstup čítače (dioda D1 potlačuje záporné půlperiody). Síťový kmitočet je současně přiveden na přes R12 a D2 na kondenzátor C4 a bázi T3, jehož kolektor je připojen na nulovací vstup obvodu. Při zapnutí se téměř okamžitě nabije C4, T3 se otevře a na nulovacím vstupu je logická nula.Čítač začne počítat impulsy na hodinovém vstupu. Časové zpožděni si proto můžeme určit volbou některého v výstupů. Použil jsem Q7, neboli zpoždění asi 5 sekund, což je doba po které jsou již všechny pracovní body zesilovače dostatečně ustáleny a po přítahu relé nevznikají žádné rušivé jevy. Logická jednička na Q7 současně otevře T1, který zablokuje hodinové impulsy, takže výstup zůstane nezměněn (log. 1). Při vypnutí ze sítě se přes bázový přechod T3 vybije C4, T3 se uzavře, výstup čítače je vynulován a připraven k novému cyklu.

Stejnosměrná ochrana 

  Výstupní napětí zesilovače je přes rezistor R21 přivedeno na C5, D3 a D5. Střídavé napětí je tímto RC článkem účinně potlačeno a obvod nepracuje. Objeví-li se při poruše na výstupu zesilovače ss. napětí (například kladné), kondenzátor C5 (C6) se nabije a přes D3, báze T4 a T5 a D6 začne protékat proud. Tranzistory T4 a T5 se otevřou, což změní logickou jedničku přivedenou před R19 z výstupu čítače  na log. 0. T6 se uzavře, bází T8 přestane procházet proud, uzavře se a relé odpadne. Současně přestane protékat proud diodou D7, indikační dioda LED1 proto není touto diodou "zkratována" a průchodem proudu přes R44 se rozsvítí. Stejně funguje obvod i při záporném napětí na výstupu zesilovače. Prahové napětí pro funkci poruchy je asi 2,6V, což je citlivost dostatečná, neboť menší ss. napětí již reproduktor nepoškodí. Myšlenka takto řešeného detektoru pochází od RNDr. Sýkory.

Tepelná ochrana

   Vybavením zesilovače tepelnou ochranou chrání výrobce sebe (nevhodné pracovní podmínky) i zákazníka (bezpečnostní stránka). Zesilovač by měl být navržen tak, aby při dodržení doporučených pracovních podmínek tepelná ochrana nemusela působit. Při nevhodných podmínkách (příliš vysoká teplota okolí, špatná instalace s malou cirkulací vzduchu, příliš malé zatěžovací impedance, atd.)musí ochrana odepnutím zátěže tyto nepříznivé podmínky eliminovat, aby se přístroj neporouchal. V zahraničí je vyráběno velké množství typů tepelných čidel, založených zpravidla na bimetalovém principu, které mají různě odstupňovanou teplotní funkci i různé proudové zatížení. Nejčastěji je v zesilovačích používáno čidlo s definovanou teplotou asi 80°C, které má dostatečnou proudovou zatížitelnost a vhodnou mechanickou konstrukci (podobnou TO3). Lze je přímo upevnit na chladič výkonových tranzistorů a přes jeho kontakty zapojit například výstup zesilovače. Podobná čidla u nás, pokud je mi známo, neexistují, pouze typy definované jako ochrana před přehřátím motorů, které mají ovšem naprosto nevhodné mechanické provedení. 

   Z tohoto důvodu jsem teplotní čidla všech zesilovačů řešil termistorem, což je sice řešení složitější, které ale umožňuje zvolit si vypínací teplotu. Termistor (umístěný na chladiči výkonového zesilovače) se záporným teplotním koeficientem je připojen na vstup komparátoru. Při nízké teplotě je vstup komparátoru překlopen na kladnou úroveň, tranzistor T7 je otevřen a logickým svázáním s T6 relé sepne. Při zahřátí termistoru na jistou úroveň překlopí komparátor, T7 se uzavře a relé odpadne, což je indikováno stejnou LED jako ss. ochrana. Překlopení lze nastavit v poměrně širokém rozsahu trimrem R29. Obvod má zavedenou malou hysterezi rezistorem R32. Z konstrukčních důvodů nešel termistor v zesilovači umístit přímo u výkonových tranzistorů, takže při nastavování vypínací teploty musíte počítat i s teplotním spádem chladiče a vypnutí nastavit na poněkud nižší teplotu. Správně nastavená ochrana musí vypnout po 15 až 20 minutách plného výkonu při teplotě okolí 20°C a umístění zesilovače ve volném prostoru.

Indikace limitace

   Z důvodu popsaných v úvodní části můžete (ale nemusíte) vybavit každá zesilovač indikátorem limitace. Princip tohoto obvodu spočívá v použití komparátorů, které porovnávají výstupní napětí s napájecím napětím (obě půlperiody s oběmi větvemi napájení). Při překročení nastavené hodnoty některý z nich (nebo oba) překlopí (log. 1). Výstupní napětí je logicky sečteno a přivedeno přes R36 na bázi T9. T9 se otevře, kondenzátor C7 se velmi rychle nabije (R37 omezuje nabíjecí proud na asi 100mA). Komparátor OA5 překlopí a přes R14 a D12 otevře T10, takže LED2 se rozsvítí. Limitační špička může být velmi krátká, detektor je přesto schopen ji zachytit, neboť časová konstanta R37 C7 je velmi malá. Impuls je nutné prodloužit, prodloužení je dáno časovou konstantou R39 C7. 

   Nastavení je velmi jednoduché, osobně doporučují indikaci  1 dB pod limitací, aby indikátor sloužil spíše jako upozornění, že se zesilovač blíží kritickému režimu. Zesilovač tedy budíme na úroveň 1dB pod limitaci, co zátěže 4 nebo 8 ohmů. Osciloskop připojíme na výstup komparátoru (TP1) a pomalým otáčením trimru R27 nastavíme co nejužší "špičku  log. 1" ovšem plné úrovně. Stejná postup poté zopakujeme i na TP2 (trimr R28). Tím je celé nastavování skončeno. Operační zesilovač použitý na místě komparátoru musí být velmi rychlý (SR minimálně 10V/us). Nelze proto použít 1458 nebo podobné obvody neboť jejich šířka pásma při plném zesílení je příliš malá a chyba při indikaci na vysokých kmitočtech by byla neúměrně velká. Při použití obvodu TL082 (B082) nepřesáhne rozdíl indikace na nízkých kmitočtech vůči vysokým kmitočtům 1dB (v celém akustickém pásmu).

Symetrický vstupní zesilovač

   Na desce s plošnými spoji můžete osadit i symetrický vstupní zesilovač, tvořený obvody OA1 a OA2. Jeho princip zapojení je asi většině z Vás známý, v literatuře bývá tato konfigurace označována jako "přístrojový zesilovač" (instrumentation amplifier). Zdůvodnění jeho aplikace je popsáno v úvodní části. S uvedenými součástkami je citlivost zesilovače regulovatelná v rozsahu asi 10dB.Regulace umožňuje srovnání jmenovitých citlivostí více zesilovačů při použití různě citlivých reproduktorů ve vícepásmových soustavách.Můžete ovšem použít i jiný způsob regulace v případě, že rozsah 10dB nebude dostačovat. Vstupní zesilovač můžete zapojit na jednotkový zisk, neboli nezapojit P1, R8 až R11 osadit rezistory se stejným odporem (pro dobré potlačení soufázové složky musí mít tyto rezistory vzájemnou toleranci minimálně 1 %). Regulační potenciometr zapojíme "klasicky" na výstup OA2, tj. přímo na vstup výkonového zesilovače. Potenciometr by měl mít lineární průběh, neboť v tomto případě má regulace v prakticky používaném rozsahu (tj. asi 20dB) příznivější průběh. Velikost odporu dráhy není kritická, může být od 5kohmů do 25kohmů, vzhledem k šumu spíše volíme menší odpor (5kohmů). Pracovní referenční "zem" je od zemního potenciálu oddělena malým odporem (R4) s stejně je oddělena i vstupní zem výkonového zesilovače. Po vzájemném propojení je tedy potlačen vliv zemních smyček (viz. úvod).Stejný potenciál má i příslušná vstupní svorka (G), kterou nesmíte na skutečnou pracovní zem (kostru) propojit. Po spojení s předchozím stupněm (předzesilovač, mixážní pult) je referenční potenciál spojen do jednoho bodu, což je základním předpokladem dobrého odstupu. Vstupní zesilovač je z šumových důvodů osazen obvode NE5532, OA2 je známý nízkošumový zesilovač NE5534, který musí být pro dosažení dobré stability v tomto zapojení externě kompenzován (C1). Celý zesilovač můžete osadit i jinými obvody např. TL072 a TL071, odstup a zkreslení ale bude v tomto případě horší (C1 v tomto případě vypustíte).