Блок защиты акустических систем схемы. Схемы устройств защиты акустических систем (АС). Схема защиты АС, отключающая усилитель ЗЧ от сети
Защита акустических систем (АС) просто необходима, и если ее не использовать, то можно лишиться своей акустики из-за неисправности усилителя НЧ. Существует множество схем обеспечивающих защиту АС. В этой статье представлена рабочая, проверенная временем и любителями звука схема, которая представляет приближенную копию защиты акустической системы усилителя БРИГ.
Схема обеспечивает защиту от напряжения постоянного тока на выходе усилителя НЧ (в случае его неисправности), а также обеспечивает задержку подключения АС до тех пор, пока не закончатся все переходные процессы в усилителе и блоке питания. Без такой задержки, при включении усилителя в сеть, в АС слышны щелчки, хлопки, звон и т.д.
Основные характеристики защиты акустической системы
Напряжение питания постоянным током от +27В до +65В.
Время задержки подключения АС от 1 секунды до 3 секунд.
Чувствительность по напряжению постоянного тока на входе защиты ±1,5В.
Схема защиты акустической системы
На элементах VD5, VD6, VT5, R13 собран стабилизатор напряжения, который обеспечивает широкий диапазон питающих напряжений. На VT5 необходимо установить небольшой радиатор. Диоды VD3 и VD4 необходимы для исключения помех от самоиндукции обмотки реле во время коммутации. Транзисторы VT3, VT4 являются управляющими для обмоток реле K1 и K2. Диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы VT1 и VT2 от пробоя, в случае появления на входе схемы отрицательного напряжения. Электролитические конденсаторы C3 и С4 напрямую влияют на время задержки, чем больше емкость, тем больше время.
Элементы схемы
Все резисторы должны быть мощностью 0,25Вт, резистор R13 можно установить на 0,5Вт, особенно при напряжении питания схемы от 40В и выше. Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в полтора раза больше чем напряжение питания схемы (я установил на 63В). Хотя только на C5 присутствует напряжение питания схемы, а на остальных электролитах единицы Вольт.
Вместо BDX53 можно применить BD875, КТ972. Расположение выводов у всех транзисторов разное, поэтому будьте внимательны в случае замены.
Транзистор 2n5551 является очень распространенным и присутствует на многих прилавках, но все же его можно заменить на КТ3102, BC546, BC547, BC548. Расположение выводов также разное.
Не мечтай, действуй!
Усилители мощности звуковой частоты с непосредственной связью представляют опасность для акустических систем. Почти все отказы внутренних компонентов усилителя приводят к значительному (по законам Мерфи, до напряжения питания) смещению на выходе. В результате дорогостоящие акустические системы могут выйти из строя, и было бы опрометчивым не снабдить усилитель схемой защиты, отключающей нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного потенциала. Защита должна срабатывать при превышении постоянного потенциала на выходе усилителя ±1,5 В, либо появления низкочастотных колебаний частотой ниже 2…3 Гц.
Практика показывает, что необходимо использовать простые и надежные схемы защиты акустических систем на основе электромагнитных реле.
Схема защиты акустических систем усилителя «Бриг-001»
На рис. 1 показана проверенная временем схема защиты акустических систем от постоянного смещения усилителя «Бриг-001». Вход схемы защиты присоединен к выходу усилителя мощности, а выход усилителя соединяется с нормально разомкнутыми контактами реле К1. После подачи питания на схему защиты, через некоторое время, определяемое постоянной времени R6, C2, составная пара транзисторов VT2, VT3 открываются, реле К1 срабатывает, и своими контактами соединяет выход усилителя с акустическими системами. Задержка включения позволяет устранить переходные процессы в усилителе в момент включения, воспринимаемые как неприятные на слух хлопки, разрушительные для акустических систем.
Рис. 1. Схема защиты акустических систем усилителя «Бриг-001»
При появлении на выходе усилителя любого из каналов постоянного напряжения положительной полярности открывается транзистор VT1, который шунтирует цепь базы составного транзистора на общий провод. При этом ток через реле К1 уменьшается настолько, что оно отпускает контакты и отключает акустические системы от усилителя. Конденсатор С1 предотвращает срабатывание реле К1 от переменного напряжения выходного сигнала.
В случае, если на выходе усилителя появится напряжение отрицательной полярности, оно поступит через делитель R6, R7 на базу составного транзистора, в результате реле К1 отпустит и отключит нагрузку от усилителя.
Случай появления на выходах усилителя равных по модулю двухполярных напряжений учтен выбором различных значений резисторов R1 и R2.
Таким образом, акустическая система защищена от постоянного напряжения любой полярности на выходе усилителя.
Подобная схема защиты акустических систем проработала в одном из моих усилителей более двух десятков лет, и ни разу не подвела, хотя около половины указанного срока усилитель трудился на увеселительных мероприятиях.
Предлагаемое устройство может быть использовано как для настоящего проекта, так и для самостоятельного конструирования усилителей звуковых частот.
Достоинства:
простота и надежность;
практически полное отсутствие ложных срабатываний;
универсальность применения.
Недостатки:
Отсутствует схема отключения акустических систем при пропадании питания.
Этот недостаток был принесен в угоду простоте и надежности устройства.
В схеме защиты установлены пассивные инфразвуковые фильтры нижних частот второго порядка (соответственно C3, C5, R10, R12 и C4, C6, R11, R13) и сенсоры аварийного постоянного напряжения на выходе усилителя (VT2, VT4, VT6 и VT3, VT5, VT7). При напряжении любой полярности более 1,5 В открывается соответствующий ключ (VT2 или VT3 для положительной полярности постоянного напряжения и VT4, VT6 или VT5, VT7 – отрицательной). При аварии база составного транзистора VT8, управляющего последовательно включенными электромагнитным реле К1 и К2, через низкоомный антизвоновый резистор R5 надежно соединяется с общим проводом, размыкая соединение выходов акустических систем через контакты реле.
Интегрирующая цепь R1, C2 в базовой цепи транзистора VT1 обеспечивает задержку подключения акустических систем при включении питания (на время 1,8 с), тем самым предотвращается проникновение в акустическую систему помех, вызванных переходными процессами в усилителе.
Схема защиты универсальна и может использоваться с другими УМЗЧ. В таблице, размещенной в правом верхнем углу схемы рис. 5 указаны номиналы R6, R7, которые необходимо изменить в соответствии с напряжением питания Uп усилителя.
Технические характеристики:
Напряжение питания, В=+25...45
Время задержки включения, с=1,8
Порог срабатывания защиты, В=более ±1,5
Выходной ток для питания реле, мА=до 100
Размеры печатной платы, мм=75х75
Детали модернизированной схемы устройства защиты акустических систем.
VT1…VT3, VT6, VT7 – Транзистор BC546B (ТО-92) – 5 шт.,
VT4, VT5 – Транзистор BC556B – 2 шт.,
VT8 – Транзистор КТ972А – 1 шт.,
VD1 - Стабилитрон КС212Ж (BZX55C12, 12V/0,5W, корпус DO-35) – 1 шт.,
VD2 - Диод 1N4004 – 1 шт.,
K1, К2 - Реле электромеханическое (1C, 12VDC, 30mA, 400R) BS-115C-12A-12VDC – 2 шт.,
R1 - Рез.-0,25-220 кОм (красный, красный, желтый, золотистый) – 1 шт.,
R2 - Рез.-0,25-1 м (коричневый, черный, зеленый, золотистый) – 1 шт.,
R3, R4 - Рез.-0,25-11 кОм (коричневый, коричневый, оранжевый, золотистый) – 2 шт.,
R5 - Рез.-0,25-10 Ом (коричневый, черный, черный, золотистый) – 1 шт.,
R6 - Рез.-0,25-2,2 кОм (красный, красный, красный, золотистый) – 1 шт.,
R7 – Перемычка,
R8…R11 - Рез.-0,25-22 кОм (красный, красный, оранжевый, золотистый) – 4 шт.,
R12, R13 - Рез.-1-22 кОм (красный, красный, оранжевый, золотистый) – 2 шт.,
C1, C2 - Конд.47/25V 0511 +105 °С – 2 шт.,
C3 – C6 - Конд.47/50V 1021 NPL (47/25V 1012 NPL) – 4 шт.,
Клеммник 2к шаг 5мм на плату TB-01A – 5 шт.
После окончания сборки не торопитесь включать устройство, а займитесь проверкой монтажа в соответствии со схемой (рис. 6). При этом особое внимание обратите на отсутствие перемычек между токоведущими дорожками, холодных паек (недостаточное пропаивание контакта элемента с печатной платой). Если таковые имеются, удалите их с помощью паяльника. Проверьте правильность установки полярных электролитических конденсаторов, транзисторов, диода и стабилитрона.
Внешний вид устройства защиты акустических систем, собранного племянником Алексеем, показан в аннотации статьи. У меня работает промежуточный вариант устройства защиты с реле РЭС22.
Для обрезки и снятия изоляции с проводов (кабелей) лучше воспользоваться специальным инструментом (рис. 9).
Рис. 9. Клещи для зачистки провода и обжима наконечников – помощник при монтаже усилителя
Включаем!
Первое включение всегда показательно. Включаю усилитель, слышен щелчок сработавших реле устройства защиты, дальше тишина. Хотя все узлы «гонял» по отдельности, еще раз измеряю напряжения питания и нули на выходах: все в порядке.Отвлекаюсь на дела и только через полчаса начинаю прослушивание. Звучит усилитель хорошо, отдавая в нагрузку сопротивлением 6 Ом около 20 Вт.
Работает чисто и прозрачно, доставляя удовольствие от прослушивания. Однако не следует забывать, что усилитель на представляет собой систему начального уровня (лучшее из простого) и есть куда расти и развиваться.
Еще раз напомню, что вместо можно применить и ; при этом напряжение питания двухполярного источника должно составлять ±22 В для , ±16 В для , и ±12 В для TDA2006.
Настоятельно советую повторить этот проект всем желающим, чтобы приобрести опыт и построить неплохой усилитель для радиокомплекса. Не случайно девизом проекта я выбрал слоган «Не мечтай, действуй!» .
На фото выше то, что получилось в итоге. Чем хороша качественная аппаратура, в том числе аудио усилители, так это наличием всякого рода дополнительных узлов, которые помогают сохранить жизнь отдельным схемам внутри усилителя, а также подключаемым к усилителю узлам
Летом в порыве ностальгии я собрал себе простенький, но тем не менее хорошо звучащий усилитель . И так как прибор ручной работы, то захотелось в него добавить блок защиты АС от внезапных проблем внутри усилителя. У нас же не военная приемка. Так что защита может пригодится =)
Например, вдруг какой-либо канал усилителя выйдет из строя и вместо переменного напряжения у него на выходе появится большое постоянное. От которого АС сначала чихнет, а потом выплюнет диффузор далеко за пределы своей коробки.
Работает она просто. Во-первых, задерживает подключение АС к усилителю. Благодаря этому нет щелчков в АС при включении усилителя. Во-вторых, отключает АС от усилителя, если на его выходе появляется постоянное напряжение большее +/- 1.5 В
Я немного подредактировал исходную ПП для своих нужд и целей. Но в целом использовал, что нашел в сети. Спасибо нашему радиолюбительскому миру, жить в котором с появлением интернета стало значительно лучше и интересней =)
При сборке использовались вперемешку импортные и отечественные компоненты. Я так думаю, что беды в этом никакой. Я его слепил из того, что было. Покупал разве что рэлюшки.
За 8 месяцев активной, ежедневной эксплуатации усилитель (вместе с защитой) показали себя прекрасно. Конечно я не выжимал все 70Вт с каждого канала (в домашних условиях даже 10 Вт уже достаточно громко, а на 20-30Вт соседи готовы застучать в стеночку).
Устройство для защиты от выхода из строя динамиков акустических систем
Часто, при включении усилителя, мы слышим неприятный "хлопок" в динамиках своей акустики. Если регулятор громкости был близок к максимуму громкости, то мы рискуем "спалить" динамики в своих АС. Для того, чтобы защитить динамики и собственные уши от "хлопков" переходных процессов в момент включения, необходимо либо принять специфические решения в схемотехнике самого выходного каскада усилителя, либо просто обеспечить подключение акустических систем к выходу усилителя с небольшой задержкой, достаточной для бесшумного пуска усилка...
Предлагаемое устройство обеспечивает задержку по времени в момент включения усилителя (время задержки регулируется от 1 до 6 секунд) и обеспечивает защиту дорогостоящих динамиков при выходе из строя - пробое транзисторов выходного каскада или специализированных микросхем - аудио усилителей. В случае пробоя в выходном каскаде акустические системы будут мгновенно отключены, останутся целыми невредимыми.
Данное устройство защиты может использоваться совместно с любым стерео усилителем мощности с напряжениями питания выходного каскада до ±50В. Само устройство питается от однополярного источника питания напряжением 12В. Защитное устройство собрано на плате размерами 70х45 мм.
Подключение проводов от усилителя, к разъёмам подключения АС и к источнику питания осуществляется при помощи винтовых клемм установленных на плате. Максимальный ток, коммутируемый реле составляет 10А. По заказу возможно изготовление устройств защиты на токи до 30А. Данным устройством можно дооборудовать любой существующий усилитель либо применить в "новострое".
Стоимость собранного и проверенного устройства: 160 грн.
Стоимость набора для сборки: 120 грн.
Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 55 грн.
Что система защиты акустических систем в современном усилителе мощности быть должна и определились с требованиями, предъявляемыми к подобным системам.
Одно из основных требований — это быстродействие . При любом потенциально опасном для колонок воздействии они должны быть отключены от выхода усилителя мощности как можно быстрее.
Рассмотрим систему защиты последовательно: от входа до выхода (реле), и определим, как различные узлы системы влияют на её быстродействие.
На входе системы защиты акустических систем для выделения из звукового сигнала постоянной составляющей обычно устанавливается фильтр низкой частоты (ФНЧ).
Чтобы оптимизировать быстродействие системы защиты и в тоже время исключить ложные срабатывания необходимо определить верхнюю граничную частоту ФНЧ . На практике для однополосных систем предел в 20Гц вполне достаточен и обеспечивает минимальную задержку в 25 мс. Для реального звукового сигнала из-за несимметричности полуволн на более высоких частотах большей задержки не требуется. Кроме того, в широкополосных акустических системах средне- и высокочастотные динамики чаще всего подключаются через конденсаторы фильтров кроссовера, которые обеспечивают их дополнительную защиту от постоянной составляющей.
Для систем bi-amping или tri-amping придётся использовать несколько систем защиты, пересчитав номиналы элементов ФНЧ для повышения быстродействия системы и надёжной защиты более чувствительных к постоянной составляющей СЧ- и ВЧ-динамиков.
В качестве ФНЧ обычно используется простой однозвенный фильтр с наклоном характеристики 6 дБ/октаву. Может показаться, что лучше более сложные фильтры: двух или трёхзвенные. Но, как показали эксперименты, с ними быстродействие системы защиты получается хуже, т.к. обеспечивая лучшую фильтрацию высоких частот, они хуже (с большей задержкой) выделяют постоянную составляющую сигнала.
В таблице приведены значения ёмкости конденсатора фильтра для использования системы защиты с различными системами усиления: широкополосными, bi-amping, tri-amping и с различными частотами разделения для многополосных систем:
Резистор (R1 и R2) во всех случаях используется на 100 кОм.
Не следует использовать в качестве конденсатора С1 полярные электролитические конденсаторы , потому как даже небольшое напряжение обратной полярности часто приводит их к выходу из строя, что снижает надёжность системы. Если есть проблемы с неполярным электролитическим конденсатором, то его легко можно заменить двумя полярными, включив их по представленной схеме:
Если с некоторыми типами музыки на большой громкости будут наблюдаться ложные срабатывания системы защиты, то ёмкость конденсатора фильтра придётся увеличить. Но максимум до 47мкФ иначе время задержки будет недопустимо велико.
Следующий элемент влияющий на быстродействие системы — детектор напряжения. Именно он определяет порог срабатывания системы . Разумеется, чем ниже порого срабатывания, тем мы имеем более быстродействующую систему.
Рассмотрим несколько типовых схем детекторов.
Довольно типичная схема даже для промышленных аппаратов:
При тестировании схема показала надёжное срабатывание при положительном напряжении на входе порядка 0,8-1В и отрицательном напряжении свыше -4В. Если для положительного напряжения порог срабатывания хороший, то для отрицательного напряжение полученное значение оставляет желать лучшего.
Другая схема, довольно популярная на просторах Рунета показала примерно аналогичные результаты:
Не буду утомлять вас описанием всех исследованных схем. Приведу пример схемы, которая показала очень хорошие результаты — одинаковые значения напряжения срабатывания (порядка 0,7В) для положительного и отрицательного входных напряжений:
Увеличение по клику
Кроме того данная схема обеспечивает задержку подключения акустических систем после включения усилителя и отключение акустических систем при пропадании любого из напряжений питания усилителя.
В качестве оптронов здесь отлично работают оптроны PC817 из компьютерных блоков питания. Такие же (или аналогичные) оптроны можно найти в блоках питания мониторов, DVD-проигрывателях и даже зарядках для мобильных телефонов и смартфонов.
Следующий способ повышения быстродействия системы защиты довольно экзотический, так как в радиолюбительских конструкциях практически не встречается (из-за некоторого усложнения схемы). Способ состоит в снижении напряжения на катушке реле после её срабатывания. Дело в том, что указанное на реле напряжение — это напряжение срабатывания. Большинство современных реле позволяют после замыкания контактов снизить напряжение на катушке в 2-3 раза. При этом контакты останутся по-прежнему надёжно замкнуты, а время отпускания контактов (т.е. по сути время срабатывания защиты) сократится в несколько раз. Но, как уже было сказано, такой способ требует усложнения схемы.
Следующий способ повышения быстродействия системы защиты достаточно простой, дешёвый, но почему-то так же редко встречается в практических конструкциях.
Сначала немного теории. Как известно, обмотка реле по сути является катушкой индуктивности из-за чего при подключении или отключении напряжения на её контактах в катушке возникает противо-ЭДС. Чтобы вы имели представление о величине противо-ЭДС приведу результаты экспериментов.
Для реле с относительно небольшой катушкой на 24 В (сопротивление обмотки было 730 Ом) напряжение противо-ЭДС, которое наводилось на обмотке при отключении составило свыше 500В . Понятно, что без принятия соответствующих мер по снижению напряжения противо-ЭДС, надёжность такой системы будет весьма сомнительной. Существует риск выхода из строя и самого реле при частых срабатываниях, и силового транзистора, управляющего реле. Либо нам потребуется дорогой высоковольтный транзистор.
Избавится от противо-ЭДС можно простым народным методом — поставить диод в обратном включении параллельно обмотки реле:
Однако, многие радиолюбители не знают, что эта мера приводит к существенному снижению быстродействия реле. Эксперименты проводились для реле типа OMRON G6B-2214P-US-DC12. Без применения защитного диода время размыкания контактов составило около 1,2 мсек. После установки защитного диода время размыкания контактов увеличилось до 8 мсек, т.е. в разы!
Существенно сократить время размыкания реле при наличии защитного диода поможет... стабилитрон :
Как показали эксперименты, для такого варианта время размыкания контактов составляет всего 2,5 мсек, т.е. всего в два раза выше, чем без защитных цепей.
Стабилитрон необходимо выбирать с напряжением стабилизации равному напряжению срабатывания реле.
Приведенные выше советы и схемы позволяют радиолюбителям довольно легко доработать уже имеющиеся системы защиты акустических систем как в самодельных, так и в промышленных аппаратах с целью повышения их быстродействия.
Как мы уже выяснили в , для обеспечения надёжной защиты акустических систем наша система защиты должна быть надёжной сама по себе. О том, что влияет на надёжность схемы и как её улучшить поговорим в следующий раз.
Продолжение следует.
