Matelko - Webpage

Výkon(RMS):

- 68W do záťaže 4Ω pri napájaciom napätí Vcc = ±28V

- 50W do záťaže 8Ω pri napájaciom napätí Vcc = ±35V

Maximálny špičkový výkon: 135W

Odstup signál/šum (SNR) > 92dB

Celkové harmonické skreslenie+šum(THD+N) < 0,1% pre rozsah 20Hz – 20kHz

Obvod má funkciu MUTE (stlmenie výstupu)

Ochrany:

- skrat výstupu na zem alebo napájacie napätie, obvodmi obmedzujúcimi výstupný prúd.

- ochrana pred prepätím spôsobeným prechodovými javmi na induktívnej záťaži

Ako sami môžete vidieť, obvod sa oprávnene radí medzi High-End zosiľnovače, hlavne pre svoje nízke skreslenie a velmi dobrý odsup užitočného signálu od šumu. Obvod má aj radu ochrán, ktoré bývajú veľmi užitočné hlavne pre konštruktérov-amatérov :)
Rozhodol som sa skonštruovať zosilňovač podľa nasledujúceho zapojenia:

Toto zapojenie mierne upravené od zapojenia doporučeného výrobcom a bolo publikované v časopise Konstrukční elektronika 06/1999.

Popis zapojenia

V skratke uvediem hlavné časti obvodu, ktoré je vhodné aspoň zbežne poznať. Vstupný signál je privádzaný na neinvertujúci vstup integrovaného obvodu cez oddeľovací kondenzátor C1 a dolnú priepusť tvorenú R2 a C3, ktorá filtruje kmitočty nad akustickým pásmom. Výstup zosilňovača je pripojený cez člen R7, L1, ktorý zabraňuje kmitaniu zosilňovača pri kapacitnej záťaži. Kmitočtovú stabilitu zosilňovača ďalej zaisťuje obvyklý Boucherottov člen R8, C8, pripojený na výstup integrovaného obvodu. V prípade, že potrebujete nastaviť napäťové zosilnenie na vami požadovanú hodnotu, je možné zmeniť hodnoty rezistorov R3 a R4. Výsledné napäťové zosilnenie sa približne rovná (R3+R4)/R3, v našom prípade je teda Au = (1k+20k)/1k = 21. Oddeľovací kondenzátor C2 je v obvode spätnej väzby použitý preto, aby pre jednosmerný signál bolo napäťové zosilnenie rovné jednej, a aby sa tak kľudové výstupné napätie zosilňovaču čo najviac blížilo kľudovému napätiu vstupu, t.j. potenciálu zeme. Kmitočtovú charakteristiku zosilňovaču ďalej upravuje článok R5, C6, zapojený paralelne k R4 v obvode spätnej väzby.

Konštrukcia výkonového koncového stupňa (LM3886)

Ako som už spomínal, dosku plošného spoja (ďalej DPS) som vyrobil ešte na strednej škole, a moje vtedajšie schopnosti a možnosti výroby boli obmedzené. Hlavným dôvodom, prečo som sa rozhodol DPS neprerobiť bola asi moja lenivosť a ten fakt, že keby som sa pustil do návrhu, neprerobil by som iba DPS ale rovno komplet celý zosilňovač, čo by bola práca nie na dva dni ale na dva mesiace a toľko času som tomu venovať naozaj nemienil.
Na nasledujúcich obrázkoch Vám ukážem ako som to celé postupne konštruoval. Taktiež prihodím vzory mojich DPS, všetko je funkčné, a v podstate bezproblémové, ale ak nieste úplný začiatočníci, a trochu sa tomu rozumiete, spravte si radšej vlastný návrh, napríklad pomocou programu Eagle, ktorý môžete stiahnuť napríklad tu. Prípadne na internete nájdete množstvo overených zapojení. Tým som nechcel povedať, že by môj návrh bol zlý, to určite nie, ale patrí medzi jednoduchšie, a v prípade že chcete profesionálny výrobok, je nutné tomu ešte venovať trochu času. Drobnosť ako príklad:

Na obrázku môžete vidieť cievku L1, v ktorej je umiestnený rezistor R7. Zapojeniu to nevadí v praxi, ale profesionál by sa už asi vyhol takémuto riešeniu, pretože rezistor v tomto prípade tvorí jadro vzduchovej cievky, mení jej indukčnosť a taktiež nieje vylúčené, že sa na rezistore pri vysokých prúdoch nebude indukovať nežiadúce napätie. Ďalej by bolo vhodné na DPS oddeliť signálovú zem a výkonovú zem, a prepojiť ich iba na jednom mieste tak, aby sa zamedzilo rušeniu vplyvom zmien vstupného prúdu (úbytky napätia na spoločnej zemi). Keďže som ale lenivá voš, tak som sa na to vykašlal a vyhorený obvod som jednoducho vymenil :)

Aktívna výhybka 24dB/oktávu

Schéma aktívnej výhybky bola uverejnená v časopise Amatérske rádio 01/2002. Dôvod prečo som sa rozhodol konštruovať práve túto výhybku je ten, že jej strmosť je až 24dB/oktávu. Takéto výhybky sa využívajú iba v naozaj kvalitných subooferových zosilňovačoch.

Popis zapojenia

Signál je privádzaný cez vstupný logaritmický potenciometer, ktorý určuje vstupnú úroveň signálu, a teda aj celkový výstupný výkon zosilňovača cez väzobný kondenzátor na neinvertujúci vstup operačného zosilňovača IC1A, ktorý zosilňuje vstupný signál a tým kompenzuje zoslabenie signálu ďalšími časťami filtru. Za ním nasleduje filter typu horná priepusť s medzným kmitočtom asi 20Hz IC1B, ktorý odfiltruje zo signálu kmitočty, ktoré niesu počuť, ale neúmerne zaťažujú zosilňovač a reproduktor. Obvod IC1C je zapojený ako filter typu pásmová priepusť s kmitočtom asi 40Hz. Tento filter kompenzuje pokles citlivosti reproduktorov v tejto oblasti. Na vstupe obvodu IC1D sa potom signál z pásmovej priepuste pričíta k signálu z obvodu IC1B. Trimrom TRIM1 je potom možné nastaviť veľkosť kompenzácie. Ďalej je signál vedený cez invertujúci zosilňovač IC1D na vstup hlavnej časti výhybky, ktorú tvoria dve za sebou nasledujúce dolné priepuste typu Linkwitz-Riley so strmosťou 12dB/oktávu IC2A a IC2B. Týmto sa dosiahne výhybka so strmosťou 24dB/oktávu, ktorú je možné preladiť pomocou štvornásobného potenciometru. Posledný článok výhybky tvorí invertor IC2D, ktorý nastavuje fázu výstupného signálu pomocou prepnutia medzi priamym signálom a invertovaným. Obvod je pre zjednodušenie konštrukcie napájaný nesymetrickým napätím maximálne 30V a virtuálna zem VREF je vytvorená odporovým deličom R6,R7.

Konštrukcia aktívnej výhybky

Keďže som na strednej škole vyrábal DPS takým spôsobom, že som na plošný spoj nalepil lepiacu pásku a vyrezával do nej vzor spojov, bolo pre mňa zapojenie uvedené v časopise doslova nereálne. Preto som sa rozhodol zjednodušiť DPS na najväčšiu možnú mieru. Výsledok je poľa mňa naozaj pekný, a oproti bludisku, ktoré je uvedené v časopise dokáže takúto dosku vytvoriť aj amatér, ktorý nemá prístup k tvorbe DPS fotocestou. Takto vyzerá hotová doska:

Na to, aby sme dosiahli strmosť 24dB/oktávu je nutné použiť štvornásobný potenciometer, ktorý sa zháňa dosť ťažko. Preto som sa rozhodol takýto potenciometer jednoducho spraviť. Jediné čo potrebujete sú dva stereo potenciometre, ktoré zo zadnej strany prepojíte. Ja som na prepojenie použil malý kúsok hliníkovej tyčky ktorú som na koncoch zabrúsil pilníkom tak, aby zapadla do zadnej časti potenciometru z oboch strán. Výsledok vidíte na obrázkoch:

Úprava výhybky

Keď som realizoval výhybku podľa uvedeného zapojenia, zistil som, že nefunguje úplne tak ako by mala fungovať. Problémom bolo to, že nech som sa snažil sebe viac, preladenie výhybky nefungovalo. V časopise bolo uvedené, že v tomto zapojení je možné medzný kmitočet výhybky preladiť v rozsahu 30-160Hz. Keď som však zmeral frekvenčný priebeh, zistil som, že medzný kmitočet sa pohybuje v oblasti oveľa vyššej, približne 500Hz-2kHz. Takáto výhybka je v podstate úplne zbytočná, pretože subwoofer v boxe typu bandpass vyššie frekvencie úspešne filtruje a zmenu v tomto rozsahu skoro nevnímate. Preto som sa začal trochu hrať s hodnotami súčiastok použitých v obvode dolnej priepuste IC2A a IC2B. Na internete som našiel jednoduchý program, ktorý mi pomohol s výberom súčiastok ESP-LR12 - esp-lr12.exe.

Po niekoľkých pokusoch a omyloch som definitívne určil súčiastky. Zmenil som teda hodnotu štvornásobného potenciometru z 10k na 25k a kondenzátory C9-C14 som zmenil z hodnoty 100nF na hodnotu 220nF. Tak ako môžeme vidieť v okne programu, hodnota medzného kmitočtu by sa mala pri potenciometri stiahnutom na nulu (uplatnia sa iba pevné rezistory R=2k) pohybovať približne okolo 250Hz, čo je v podstate ideálny stav. Pri maximálnej hodnote odporu potenciometru (R=27k) by sa mal medzný kmitočet posunúť až na hodnotu 20Hz, čo je hodnota, ktorú už v praxi ani nevyužijeme, avšak pre nás by to bola iba výhoda. Reálne priebehy frekvenčnej charakteristiky aktívnej preladiteľnej výhybky 24dB/oktávu vidíte na nasledujúcom obrázku:

Reálne hodnoty minimálneho a maximálneho preladiteľného medzného kmitočtu sú teda po zmene hodnôt súčiastok v rozmedzí približne 50-500Hz, čo je nadmieru postačujúce. Ak si dobre pamätám, tak štandard THX využíva medzný kmitočet 80Hz, ja osobne preferujem kmitočet niekde okolo 120Hz. Záleží taktiež od toho aké používate hlavné reproduktory, a taktiež nemálo ovplyvňuje výsledný zvuk miestnosť a poloha subwooferu. Nastavenie medzného kmitočtu je teda veľmi individuálne a záleží na každom z Vás aké nastavenie zvolíte.

Indikátor vybudenia

Túto časť popíšem iba zbežne, pretože množstvo návodov na indikátory vybudenia nájdete na internete. Zapojenie je veľmi jednoduché. Hlavnou častou je integrovaný obvod a pár externých súčiastok. Uvedené schéma je od môjho zapojenia mierne odlišné. Jediný rozdiel je v tom, že som za vstupné napájanie vložil stabilizátor napätia

Indikátor vyzerá nasledovne:

Zapojenie všetkého dohromady :)

Tak sa poďme pustiť do toho. Zosilňovač pre subwoofer je uložený celý v plastovej krabici o rozmeroch cca 24x22x9cm. Krabica sa skladá zo štyroch častí a kúpil som ju za cca 300,-Sk (už pred pár rokmi).

Na napájanie som použil toroidný transformátor dostatočne dimenzovaný na to, aby bez problémov utiahol aj špičkové odbery koncového zosilňovača. Transformátor má výkon 120W a výstupné napätie je symetrické 2x21V (striedavých). V usmerňovači som použil diódy P600D dostatočne dimenzované pre vysoké prúdy (až 6A). Na vyhladenie usmerneného napätia som použil 2x4700uF pre kladné aj záporné napájanie.

Po prepojení usmerňovaču a transformátoru a dokončení zadného panelu s výstupmi to vyzerá nasledovne:

Pri pripevňovaní toroidného transformátoru musíme dbať na jednu dôležitú zásadu. V prípade, že by sme zapájali zosilňovač v kovovej konštrukcii, je nutné izolovať kovové časti tak, aby sme nevytvorili nežiaduci závit vytvorený konštrukciou a kovovou skrutkou tak, ako vidíme na nasledujúcom obrázku.

Takto vytvorený závit by bol jednoducho v skrate a zbytočne by zaťažoval transformátor vysokým prúdom. V lepšom prípade by sa transformátor iba prehrieval, v horšom však rovno zhorel :)
Ja som však tento problém nemusel riešiť, pretože som transformátor zapájal do plastovej krabice. Na nasledujúcom obrázku uvidíte, že pri práci využívam naozaj široké spektrum predmetov, napríklad maličký kvetináč :) ktorým som upevnil transformátor.

Pre zníženie rušenia transformátoru je možné ho vhodne tieniť, avšak rušenie toroidného transformátoru je niekoľkonásobne menšie ako klasického, preto to nieje podmienkou.

Pre chladenie integrovaného koncového zosilňovača som použil chladič z procesoru počítača. Hlavný dôvod je samozrejme to, že ma to nič nestálo a taktiež to, že takýto chladič má naozaj veľmi dobré vlastnosti keďže sa používa na chladenie naozaj veľkej výkonovej straty. Na chladič je možné pripevniť ventilátor a tým výrazne znížiť jeho teplotu. Každý ventilátor však vydáva malý hluk, ktorý môže pri počúvaní hudby prekážať. Preto som sa rozhodol do zadného panelu zabudovať vypínač, ktorým spustím ventilátor až keď je to naozaj nutné. Pri bežnom počúvaní hudby sa tento chladič zahreje iba nepatrne, a tak je väčšinu času vypnutý. V prípade že ho bude nutné zapnúť, ho už aj tak nebudete počuť ;o)

Chladič pripevnený k zadnému panelu s výstupnými konektormi, spínačom ventilátoru a napájacím konektorom na nasledujúcich obrázkoch s ventilátorom a bez neho.

Výkonový zosilňovač pripevnený k chladiču:

Do predného panelu som vyvŕtal diery na potenciometre a pozdĺžny otvor pre indikátor vybudenia. Ľavý spínač pripája sieťové napätie k transformátoru a pravý prepína fázu výstupného signálu o 180°.

Postupne všetky časti prepájam do jedného celku. Je dôležité používať na signálové cesty tienený kábel, aby sa na vodičoch neindukoval nežiaduce šumy a brumy napríklad z napájacieho zdroju. Taktiež nemôžeme zabúdať na správne rozloženie prvkov v zosilňovači.

Výsledné zapojenie by malo byť prehľadné a kabeláž upravená. Vedenie napájania čo najviac vzdialené od signálových ciest, jednoducho dodržiavať všetky zásady pre odrušenie zosilňovaču. Takto nejako by to mohlo vyzerať:

A takto nejako by to zase nemalo vyzerať: )

Pár fotiek ako vyzerá kompletný zosilňovač: