Zosilňovač 150W s LM1875
Chcel by som Vám predstaviť jednoduchý výkonový zosilňovač, ktorý som navrhol do aktívnej reprosústavy s
300W reproduktorom. Schéma zapojenia nie je ničím výnimočná. Toto zapojenie zosilňovača sa bežne realizuje s
integrovaným obvodom TDA2030. Celkové zapojenie je zložené z dvoch rovnakých modulov, zapojených do mostíka.
Každý modul zosilňovača je samostatný koncový stupeň o výkone 150W pri impedancií 2Ω. (Pre mostíkové zapojenie platí
300W pri 4Ω).
Aby sme dosiahli výkon 150W pri 2Ω, je nutné zistiť veľkosť napájacieho napätia a potrebný prúd. Napájacie
napätie vypočítame z kombinovaného vzťahu pre výpočet výkonu a Ohmovho zákona P=U2/R. Pri 150W a 2Ω nám vyjde UEF=17,32V.
Tento výpočet platí pre jednosmerný výkon a nie výkon striedavého napätia. Preto musíme vypočítať aká je veľkosť amplitúdy
tohto stredového napätia. Na to použijeme prevod efektívneho striedavého napätia na maximálne napätie za pomoci konštanty
1,41 (čo je druhá odmocnina dvoch). UMAX=UEF x 1,41 = 24,5V. Prúd pri 2Ω je I= U/R = 12A. Samotné zosilňovače typu TDA2030
nie sú Rail-To-Rail zosilňovače, preto je nutné pripočítať ešte nejakú napäťovú rezervu. To sa týka aj koncových
tranzistorov, na ktorých je pri prúde IC=10A až UCE=2V. Preto som sa rozhodol pre napájacie napätie ±30V.
V zosilňovačoch rady TDA20x0 označuje práve posledné dvojčíslie maximálne pracovné napätie. U TDA2030 je to 30V
a teda ±15V. Pri radách TDA2040 a TDA2050 je to obdobné. Teda dostal som sa maximálne na ±25V. V rôznych veľkoskladoch
elektrických súčiastok som hľadal zosilňovače v puzdre pentawatt, ktoré by boli cenovo dostupné a napäťovo mi vyhovovali.
Zvolil som si LM1875, ktorý znesie napájacie napätie ±30V. Našiel som aj iné rôzne operačné zosilňovače s napájaním do 200V,
ale ich cena bola už zbytočne vysoká.
Schéma zapojenia je na obrázku 1. Srdcom zosilňovača je
spomínaný LM1875, ktorý je napájaný cez výkonové rezistory R1 a R2. Na nich sa meria prúd, ktorý zosilňovač odoberá, keď chce
vybudiť záťaž. V našom prípade reproduktor. Ak bude na rezistoroch strata 0,6V (čo činí odber okolo 0,27A), začnú sa pripájať
koncové tranzistory a dodávať prúd do výstupu. Pri strate 1V (prúd 0,5A) tranzistor dodáva do výstupu prúd až 8A [1].
Z týchto rezistorov sa odoberá napätie, ktoré otvára tranzistory Q1 až Q4. Celé zapojenie je chránené proti spätému napätiu
z výstupu pomocou dvoch diód D1 a D2. Výstup je privedený na svorku P3. Na svorku P2 sa privádza vstupný signál, ktorý
prechádza kondenzátorom C9. Odporúčam použiť elektrolyticky bipolárny kondenzátor. Rezistor R7 tvorí vstupný odpor a dá sa
povedať, že udržuje pracovný bod zosilňovača na úrovni 0V. Spätná väzba je tvorená rezistormi R4, R5 a kondenzátorom C8.
Rezistor R6 je vyvedený z výstupu a je pripojený na konektor PH2. Tento konektor slúži na prepojenie dvoch zosilňovačov do
mostíka. Práve z hlavnej dosky (kde je privedený audio signál) sa odoberá signál z konektora PH2.2 (druhý pin) a privádza sa
do druhej dosky na konektor PH2.1 (prvý pin). Na druhej doske je nutné vstupný konektor P2 vykrátiť (preklenúť prepojkou).
Reproduktor sa pripája medzi výstupné konektory P3.2 (druhá zdierka) obidvoch dosiek. Svorka P1 slúži na napájanie celého
obvodu. Vďaka kondenzátorom C2 a C3 je možné zosilňovačom dodať do záťaže okamžitý výkon (vzhľadom na odpor napájacích
vodičov). Elektrolytickým kondenzátorom sa pri vyššej frekvencii zvyšuje aj vnútorný odpor. To je kompenzované keramickými
alebo MLCC kondenzátormi C4, C5. Kondenzátor C1 udržuje stabilitu napájania zosilňovača. Článok R3, C6, C7 má za úlohu udržať
zosilňovač stabilný, najmä pri prechádzaní nulou.
Tu by bolo vhodné poznamenať, že koncové tranzistory nemusia byť párované vo dvojiciach. Teda doska funguje aj s jedným NPN a
PNP tranzistorom. Samozrejme na úkor výkonu. Dvojice tranzistorov musia byť párované z tej istej „šarže“. Pri oživení som
narazil na dva problémy, pri ktorých zosilňovač vytváral zákmity: použil som tranzistory vypajkované z rôznych zosilňovačov
(mali odlišné zosilnenie). Potom som osadil tranzistory ktoré som objednal (vo väčšom počte - rovnakej „šarže“) a skreslenie
zmizlo. Druhý faktor bol neuzemnený chladič. Aj pri neuzemnenom chladiči vznikajú zákmity.
Týchto zosilňovačov som si postavil niekoľko. Vyskúšal som nahradiť tranzistory 2SA1942 a 2SC5200 tranzistormi
TIP35C a TIP36C. Zosilňovač bol rovnako stabilný. Treba zobrať do úvahy že zosilňovač je v triede AB, čo znamená, že pri
impedancii 2Ω (na modul) sa zo zosilňovača stáva slušné vyhrievacie teleso.
[1] vyčítané z prevodovej charakteristiky UBE - Ic 2SA1942 a 2SC5200
Zoznam súčiastok zosilňovača:
R1, R2 - 2,2Ω / 3W
R3 - 1Ω / 3W
R4, R6, R7 - 22kΩ
R5 - 680Ω
C1, C6, C7 - 220nF
C2, C3 - 2,2mF / 35V
C4, C5 - 100nF / 50V
C8, C9 - 22µF / 63V
D1, D2 - 1N4007
Q1, Q2 - 2SC5200, TIP35C
Q3, Q4 - 2SA1943, TIP36C
U1 - LM1875