Защита динамиков от постоянного напряжения: Защита динамиков своими руками. Схема защиты колонок от постоянного напряжения

Содержание

Защита динамиков своими руками. Схема защиты колонок от постоянного напряжения

Автор admin На чтение 4 мин Просмотров 737 Опубликовано

Схема усилителей низкой частоты должна обеспечивать безопасность устройств при эксплуатации. Одним из таких решений является устройство для защиты динамиков.

Мощные транзисторы выходных каскадов может пробить и тогда постоянное напряжение питания попадает на акустические системы. Если усилитель низкой частоты питается от напряжения свыше 40 вольт, то динамики гарантированно выйдут из строя. Схема защиты динамиков включает задержку приема питания — это позволит избежать громких щелчков при включении звуковой аппаратуры.

Схема защиты динамиков от постоянного напряжения

Современные схемы защиты могут быть собраны как на транзисторах, так и на интегральных микросхемах. Классические схемы на транзисторах широко применяются в промышленной звуковой аппаратуре и могут быть использованы радиолюбителями для своих разработок. Напряжение питания данной схемы может достигать 65 вольт благодаря использованию стабилизатора. Транзистор VT5 должен устанавливаться на радиаторе. Его замена на BD139 позволит поднять напряжение питания до 120 вольт. В цепи управления электромагнитным реле применён составной транзистор, который можно заменить на КТ972. В качестве VT1,2 можно использовать КТ3102. Кроме отключения акустических систем при появлении на выходе усилителя постоянного напряжения, схема обеспечивает задержку включения динамиков на 1-2 секунды. Схема защиты состоит из двух совершенно одинаковых ключей, поэтому на рисунке показан только один.

Для управления подключением акустических систем используются электромагнитные реле на напряжение 24 вольта и ток 15 мА.

Электросхемы защиты динамиков

Транзисторные схемы защиты динамиков от постоянного напряжения обладают рядом существенных недостатков, поэтому хорошим решением проблемы будет использование схемы на интегральных компараторах.

Устройство собрано на одной микросхеме, включающей четыре компаратора, и одном n-p-n транзисторе средней мощности. Контактные группы реле на схеме не показаны, но они включаются в разрыв цепей, соединяющих выходы усилителя звуковой частоты и акустические системы. Четыре диода на входе схемы выполняют защиту схемы от броска напряжения в результате неисправности усилителя звуковой частоты. Резистор R8 позволяет установить порог срабатывания от 0 до ± 1,75 V.

В схеме применены двойные интегрирующие RC цепи, поскольку одиночные цепи работают некорректно. С увеличением ёмкости конденсатора, время срабатывания увеличивается, а уменьшение ёмкости приводит к ошибочным срабатываниям на больших уровнях громкости. Данное схемное решение позволяет использовать устройство на усилителях с киловаттной мощностью. Гарантированное время срабатывания устройства не превышает 75-80 мсек. Для обеспечения задержки подключения акустических систем к выходу усилителя используется конденсатор С6. При указанной ёмкости время задержки включения составляет 2 секунды.

Защита динамика

Сделать системы защиты динамика своими руками может любой радиолюбитель. Есть простые схемы, при налаживании которых не требуется измерительная аппаратура и дефицитные радиодетали. В данной схеме на КТ315А сделано реле времени, а на КТ815В электронный ключ. Сразу после включения питания начинает заряжаться конденсатор С1. Пока он заряжается, транзистор VT1 будет открыт, а VT2 закрыт и через обмотку реле ток не идёт. После зарядки конденсатора напряжение на базе VT1 уменьшится, и он откроется, при этом сработает выходной ключ и реле своими контактами подключит акустические системы к выходу усилителя звуковой частоты. Время заряда конденсатора и время задержки включения составляет около 4 секунд. При появлении на выходе усилителя постоянного напряжения любой полярности транзистор VT2 закроется, реле обесточится и колонки будут отключены от усилителя.

Входные диоды ограничивают максимальное отрицательное напряжение на базе VT1 уровнем 1,3 V. Пороги срабатывания защиты не превышают ±4 V. Собранная без ошибок схема начинает работать сразу и не требует налаживания. Реле можно использовать любое, на указанное напряжение, но нужно будет подобрать сопротивление резистора R4. Чтобы исключить ложные срабатывания, устройство для защиты динамиков необходимо питать от стабилизированного источника. Простые схемы защиты не всегда могут обеспечить надёжное и мгновенное отключение акустических систем от каналов низкочастотного усилителя.

Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова. Универсальное, простое, надёжное


Существует множество вариантов зашиты АС от постоянного напряжения, щелчков при включении и выключении. Самые совершенные из них собраны на микроконтроллерах, управляют большим числом каналов, имеют дополнительные функции, например — датагорский кит Project-004 «Gatekeeper» (сервисный блок УМЗЧ, защита АС, включение одной кнопкой, управление вентиляторами и пр.)

Удобны, функциональны и малогабаритны так же устройства на специализированных микросхемах. К сожалению, они не всегда доступны, их доставка по почте может занять много времени.

Мне стало интересно — какая схема из дискретных элементов проста, дёшева, функциональна и нуждается в минимальной настройке. Наиболее отвечающую, на мой взгляд, этим требованиям схему, предлагаю вашему вниманию.
Поскольку статья рассчитана в основном на начинающих радиолюбителей, я постараюсь подробно описывать даже простые вещи.

Содержание / Contents

На первый взгляд, есть широкий выбор схем, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они имеют недостатки — много деталей, дефицитные детали, низкая чувствительность, необходимость настройки, работоспособность в узком диапазоне напряжений питания и т. п.

Наиболее подходящей оказалась схема защиты А. Котова.


Однако, и эта схема не лишена недостатков:

 — нет быстрого отключения АС при выключении усилителя,
 — строго определенное напряжение питания,
 — весь потребляемый ток протекает через светодиод,
 — режим работы с «оторванной базой» VT10.
Кроме того, нет диаграммы напряжений и рекомендаций по настройке, нет рисунка печатной платы.Эти недостатки легко устранимы, вот доработанный мной вариант.

Сохранена и продолжена нумерация деталей схемы А. Котова.
Хочу отметить достоинства и особенности схемы:
 — задержка включения составляет оптимальные 4 секунды, определяется цепочкой R5C3,
 — цепь D5R8R9C4 при выключении из сети позволяет быстро обесточить реле и отключить АС,
 — после срабатывания защиты (отключении реле), конденсатор С3 разряжается быстро, а заряжается через резистор R5 медленно, поэтому не будет быстрых хаотичных переключений,
 — устройство работает в широком диапазоне напряжений, от напряжения срабатывания реле (и плюс 2 В) до 36 В (предел для TL431),
 — практически единственный резистор, требующий подбора — R7 служит для погашения избыточного для реле напряжения, номиналы остальных резисторов могут отличаться в несколько раз и не требуют замены в широком диапазоне напряжений питания,
 — все элементы, кроме TL431, работают при очень малых токах, что обеспечивает высокую надежность,
 — применение TL431 обеспечивает ключевой режим работы реле,
 — напряжения на конденсаторах кроме С4 очень малы, не более 2,5 В, что позволяет использовать емкости на низкие напряжения, поэтому я испытал вариант с одиночными полярными конденсаторами С1 и С2 на низкое напряжение,
 — годится любой светодиод (лучше яркий) т. к. ток через него задается резистором,
 — чувствительность очень высока (порядка 1 В), ее лучше загрубить, для этого на плате предусмотрены площадки под SMD резисторы (на схеме серым цветом).Если запитать УЗ от основного БП усилителя (как у А. Котова), при выключении сети, реле не отпустит сразу из-за больших емкостей БП и возможен щелчок, треск и т. п. Здесь же из-за очень малой ёмкости С4 = 1-4,7 мкФ реле отпускает сразу.

Можно взять переменку с трансформатора основного БП УНЧ, тогда возможно придется изменить делитель R8R9, чтобы снизить напряжение.

Для «универсальности» данной схемы нужен блок питания с маломощным трансформатором с низким напряжением вторичной обмотки. Я использовал трансформатор ~230/12 В, мощностью 2 ВА. Блок питания выполнен на плате той же ширины, что и узел защиты, их удобно разместить на одной плате.

Наличие отдельного блока питания позволяет использовать узел защиты с любым усилителем, в том числе с макетируемым, что особенно удобно т. к. АС подвергаются повышенной опасности именно в этом случае.Установлено реле «OMRON G2R-2» на 12VDC в прозрачном корпусе. Это сделано не случайно — хотя оно имеет габариты большие, чем у аналогичных в неразборном непрозрачном корпусе, его можно открывать и чистить контакты. Рекомендую при использовании неразборного реле, заранее осторожно распилить его корпус так, чтобы крышку с него можно было бы снимать и ставить на место. Особенно советую в случае б/у реле.

Герметичные реле обычно меньше по размерам, поэтому легко устанавливаются с минимальными доработками печатной платы. Поскольку я расположил реле и зажимы с винтовыми клеммами достаточно плотно, при повторении платы надо убедиться в идентичности размеров зажимов, в противном случае чуть-чуть подкорректировать печатную плату. Можно обойтись без зажимов, это даже надежнее, но неудобно, особенно при настройке макетов усилителей.

При отсутствии ошибок в монтаже и исправных деталях, схема начинает работать сразу, надо только рассчитать резистор ограничения тока через обмотку реле.
Например, питание +18 В, реле на 12 В сопротивлением 280 Ом. Рабочий ток реле 12 В/280 Ом = 43 мА.
Погасить надо 18В − 12В − 2В (падение напряжения на открытом TL431) = 4 Вольта.
4 В / 43 мА = 100 Ом. Мощность резистора 43 мА х 4 В = 170 мВт, т. е. нужен резистор от 0,25 Вт и выше. На плате этот резистор «стоит», это сделано, чтобы можно было ставить резисторы разных габаритов и с запасом по мощности до 2 Вт.

Все диоды, кроме шунтирующего обмотку реле, практически любые маломощные, надо только не забыть, что маркировка полоской на корпусе диодов КД522 и других советских, обратная импортной маркировке.

При проблемах в работе, в первую очередь надо проверить правильность установки деталей, особенно диодов, транзисторов и TL431. Затем проверить качество паек (у меня плохо паялись выводы диодов), для этого надо хорошо промыть плату и осмотреть пайки с лупой (или с хорошим глазом).
Затем проверить режимы по постоянному току, напряжения на базах транзисторов должны соответствовать указанным на схеме ± 0,1 В.

Поскольку среди начинающих любителей есть страсть к гигантомании и усилителям мощностью в сотни Ватт и с напряжением питания усилителей порядка ± 50 В, надо помнить, что чем больше мощность усилителя, тем большие токи протекают через контакты реле, при высоких напряжениях возрастает вероятность возникновения дуги между разомкнутыми контактами реле.

В этом случае на данной плате может быть установлено любое реле с одной группой контактов, это реле будет промежуточным и управлять другим, более мощным реле с контактами, рассчитанными на бОльший ток и с увеличенным расстоянием между разомкнутыми контактами. К этому мощному реле можно будет подвести провода бОльшего сечения.

Универсальность данного узла защиты со «своим» питанием и в том, что его можно подключить к выходам мостового (как правило, повышенной мощности) усилителя. Общий провод соединяют не с общим проводом усилителя, а с одним выходом усилителя, а один вход узла защиты со вторым выходом мостового усилителя.

При установке узла защиты в готовую конструкцию, надобность в отдельном блоке питания отпадает (для обычного, не мостового усилителя).

Я сделал два экземпляра — с обычными резисторами и SMD, плата позволяет это сделать. Впечатления от устройств очень хорошие. Длину платы можно уменьшить на 1…2 см, особенно с резисторами SMD, но я предпочитаю широкие дорожки, позволяющие неоднократно перепаивать детали и прощающие смещения при сверлении отверстий; достаточные промежутки между дорожками.

Не надо забывать, что подобное устройство защищает только НЧ-головки от постоянных напряжений и все головки от переходных процессов в усилителе, в том числе при выходе усилителей из строя и не защищает ВЧ-головки при перегрузках и возбуждении усилителей. Вместе с тем, данное схемное решение позволяет подключать датчики перегрева, ограничения (клиппирования), возбуждения для сохранности всех головок АС.

Кроме того (что используется в ряде усилителей) можно управлять подключением к выходу усилителя одной или несколькими пар АС с помощью переключателя на лицевой панели усилителя, при этом не надо пропускать сильноточные сигнальные цепи через данный переключатель.

Печатную плату в формате LAY прилагаю.
🎁ASsmd.zip  19.07 Kb ⇣ 321

Спасибо за внимание!

17/10/2021 Камрад Дмитрий (Aknodik) повторил конструкцию с небольшими вариациями. Применил питание блока защиты от трансформатора УМЗЧ.


Печать сохранена авторская, добавлен диодный мостик D6-D9 и фильтрующий С5. Плата получает питание от вторички трансформатора усилителя.
D6 — D9 = FR102-FR107; 4007, и пр. Выбирайте диоды по Uобр, и I >= 200мА.
С5 = 4,7-10uF, раб. напряжение зависит от питания, ставьте 50V, не ошибётесь.

На печатке под провода с трансформатора разведена колодка, но я её не поставил, пожалел 🙂
Никаких настроек не делал, блок запускается и работает сразу.

🎁zaschita-as_versija-pitanija-s-osnovnogo-transa.zip  21.39 Kb ⇣ 8

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

17.10.21 изменил Datagor. Добавлена схема подключения к БП по переменке.

Устройство для защиты акустических систем


ЗАЩИТА АС УМЗЧ

Изначально задумал использовать схему защиты от БРИГ, но затем читая отзывы о симисторной защите захотел попробовать ее. Блоки защиты были сделаны в самом конце, тогда было туго с финансами, а симисторы и прочие компоненты схемы у нас оказались довольно дороги, поэтому вернулся к релейной защите. Напоминаю, что все схемы находятся в первой части обзора.


В итоге были собраны три блока защиты, один из них для сабвуферного усилителя, а два остальных для каналов ОМ.


В сети можно найти большое количество схем блоков защиты, но эта схема перепробована мной неоднократно. При наличии постоянного напряжения на выходе (выше допустимого) защита мгновенно срабатывает спасая динамическую головку. После подачи питания реле замыкается, а при срабатывания схемы оно должно размыкаться. Защита включает головку с небольшой задержкой — это тоже в свою очередь, является дополнительной страховкой и щелчок после включения, почти не слышен.


Компоненты блока защиты могут отклоняться от указанного, Основной транзистор можно заменить на наш КТ815Г, использовал высоковольтные транзисторы MJE13003 — их у меня навалом, кроме того, они довольно мощные и не перегреваются в ходе работы, поэтому в теплоотводе не нуждаются. Маломощные транзисторы можно заменить на S9014, 9018, 9012, даже на КТ315, оптимальный вариант — 2N5551.


Реле на 7-10 Ампер, подобрать можно любое реле на 12 или 24 Вольта, в моем случае на 12 Вольт.


Блоки защиты для каналов ОМ установлены возле трансформатора второго инвертора, работает все это дело довольно четко, при максимальной громкости защита может сработать (ложно) крайне редко.

Защита УМ и АС

Защита УМ и АС

Внимание! Для исключения (минимизации) искажений, вносимых контактами реле защиты АС в звуковой тракт, нужно «горячий» контакт цепи обратной связи УМ присоединять между контактами реле и АС. Контакты реле шунтируют резистором, сопротивлением на порядок большим, чем резистор цепи ООС (у меня – 2 Мом). Это необходимо для сохранения ОС по постоянному току, когда разомкнуты контакты реле.

Реле для УМ с питанием +/- 50V и нагрузкой 4 Ом, можно взять, например, типа RT315- 16А на группу контактов на переменном токе. Так же подойдёт (проверяйте параметры): RX РЭН33, WJ108-1C5V-10A, омрон g2r-2, RT21LO24, Relpol RM-81P, RT G2R112DC и G2R124DC.

DC Protection / Time Delay for Loudspeaker

https://users. otenet. gr/~athsam/protection_1.htm

A exceptionally useful circuit for all the final amplifiers, but also in other applications that we needed some time delay and protection DC. The particular circuit combines enough operations, as: [ 1 ] Smooth departure of benefit of AC line of network, with delay 1sec, to the transformers of power supply of amplifier, via the RL1 and the resistance Rx. (see block diagram). [ 2 ] Delay of connection of expenses of final amplifiers, in headphone, in order that noises emanating from the charge — uncharged of capacitors of power supply, they do not pass in them. Simultaneously becomes control of exit of amplifiers for existence of continuous voltage [DC]. If all go well it connects, the amplifiers in loudspeaker. At the duration of operation of amplifiers, exists continuous control, for DC voltage in the exit of amplifiers, unplug him loudspeaker, if is presented problem ph. «opens» some transistor in the final stage and passes the voltage of supply to loudspeaker. [ 3 ] Clue of situation ERROR, optically with the LD3 (can is flash led) and soundly with buzzer (BZ). [ 4 ].

A other operation that exists and with difficulty will find in proportional circuits, is also the existence second relay (RL3), with parallel contacts in the main relay (RL2), connection the loudspeaker in the amplifiers, that it little closes afterwards the RL2. The idea I add one still relay, was supported in the problems that exist, after frequent use of RL2, his contacts are degraded by the electric arcs that are created when it opens and closes relay. Result is a spectrum of frequencies, because the high resistance that is developed in the contacts, the sound of be degraded. This problem is untied to a large extent, if are added, other contacts at the same time with first, that would close after them, remaining thus clean, one and are not created, on them, differences of potential, so that they are degraded. The circuit can work excellently also in actively loudspeaker one and the circuits of detection DC, afterwards the J2, can make so much all loudspeakers we have. In this case, they will need so much circuits of protection, that actively loudspeaker, we have. In the BLOCK diagram I give a flavour of typical connections, that can become, when the circuit use in stereo amplifier and his supply are taken from main power supply his.

How it works.

The supply of circuit becomes from a AC line in the J1. This voltage can be from a separate transformer 2X12V (the prices of materials that I give it is for 2X12V AC), from existing coil 12V in their M/T of power amplifier or if it cannot become somebody from the two, then from the coils of mainly supply final amplifier, adapting always the prices of resistances R1/2 and R3, proportionally the price of voltage that is supplied the amplifier, according to the law of Ohm and the fall of voltage that we want to achieve (R=V/i). The voltage that it should we have in point A, before the IC2, should is bigger than + 15V 200mA, the IC2 supplies all the relay and led. The remainder circuit is supplied by the R3/D9. When we supply the amplifier with voltage of network (220V AC), charge the C6 via the R4, the price in the entry of IC1a is (H) exit (L) Q1- RL1, is in cutting off. In line with being first the M/T of power supply, intervenes the RX, which ensures smooth connection the M/T in the network, avoiding the burn of fuses, specifically if the force power supply, is big. After 1sec after charge the C6, his negative pole goes to 0V, the entry of IC1A becomes 0V (L), conduct Q1 closes the RL1, short the resistance RX and all the voltage of network is applied in the M/T. Simultaneously turns on LD 1. Via the R5 charge slow the C7 (~5sec), when charge the situation in the pin5 of IC1b become (H), (the other are already (H) from the R23), exit is (L) and the exit of IC1C (H), the Q2 drive the RL2, giving the output of amplifiers in loudspeaker. Simultaneously via the R13 charge the C8 (~2 sec). Hardly charge the C8, conduct the Q3 and close the contacts of RL3, at the same time with those of RL2. The circuit is in complete operation. If we interrupt the line of network all the supply’s fall very fast, with result all relay is cut off, very rapidly cut off, him loudspeakers. If are presented some continuous voltage in entries J2/1 and J2/4, the two circuits of detection DC, then the Q5 or Q6 conduct and lead the entry of IC1b to pin 5 to 0V (L), with result the exit is become (H), the exit of IC1c to be become (L), transistors Q2-3 are cut off and away also the RL2-3 to open, disconnect, him loudspeakers, from the output of amplifiers, until is raised the cause of presence DC.. The same time the exit of IC1D, becomes (H), Q4 conduct, the buzzer [BZ] sounds and turns on the LD3, signaling error. The intensity of sound of BZ, can be regulated from the TR1, but it can it is suppressed if we do not want sound clue of error. The prices of times can change, if are changed capacitors C7-8, with different capacity. Resistances R1-2 if use finally, R3 and RЧ, should be in some distance from pcb, one and likely hot. The IC2 should enter on heatsink, specifically if the voltage of entry exceeds the +15V. Big attention it should we give in the circuit round resistance RX/CX and the contacts of RL1, because the voltage of network is dangerous (DANGER of ELECTROCUTION). For this reason good it is insulation. What it should we are careful is the quality of all relay, is very good and from known constructor.

R1-2=See text* D1-4= 1N4007
R3=470R 1W*see text D5-8= 1N4148
R4-5= 1M D9=12V 1.2W Zener
R6-7= 1K D10-22= 1N4148
R8-14= 15K LD1-2= LED
R9-15= 56K LD3=Flash Led [RED]
R10-16= 56K BZ= BUZZER 12V
R11-17= 10K J1-4= Connectors
R12-13= 39K TR1= 10K Trimmer
R18= 39K RL1-3= 12V 2X2(10A)RELAY
R19= 1K2
R20= 1K
R21-22= 3K9
R23= 22K
R24= 39K
RX= 47R 10W
C1= 220uF 63V
C2-5= 47uF 63V
C3-4=100nF
C6= 1uF 25V
C7= 4.7uF 25V
C8= 470uF 16V
C9-14= 22uF 16V
C10-13= 33uF 63V
CX= 33nF 630V
IC1= 4093 cmos
IC2= 7812T
Q1-4= BD679
Q5-6= BC550C

Блок защиты АС. https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page52

В аварийных ситуациях, при протекании постоянного тока через динамик, его катушка сгорает, поэтому обязательным условием для мощных усилителей является применение защиты АС. Блок защиты (рис. 10) работает следующим образом.

Диапазон питающих напряжений: …………………………….. +/-20…+/-60V Время срабатывания: от постоянного напряжения +/- 1V …………………….. не более 0,5 сек. от постоянного напряжения +/- 30V ………………….. не более 0,1 сек.

При включении питания начинает заряжаться конденсатор С3 (от источника питания через R7- R8). Через 1 сек. напряжение на нём достигнет величины, достаточной для открывания VT3, затем открывается VT4, и реле своими контактами подключает АС к усилителю. При нормальной работе УМ переменное напряжение с его выхода не успевает зарядить С1-С2, а при аварийной ситуации постоянное напряжение с выхода усилителя откроет VT1 или VT2 (в зависимости от полярности), напряжение на С3 уменьшится и реле отключит АС. При ложных срабатываниях защиты на большой громкости следует увеличить ёмкость С1-C2. Чертёж печатной платы блока защиты АС приведён на рис.11 и 12. Желательно использовать для каждого канала отдельный блок защиты АС. Питание реле (U P1) нужно осуществлять от источника, имеющего меньшую ёмкость фильтра питания, чем у самого усилителя, для того, чтобы при выключении питания реле Р1 отключалось первым. Реле следует применять с как можно большей площадью контактов и усилием пружин, т. к. у миниатюрных реле (особенно у герконовых) бывают случаи пригорания контактов и невозможность отключения в аварийной ситуации.

Рис.11. Плата блока защиты АС. Вариант 2. Вид со стороны деталей. Размер 60х30мм. Шаг сетки 2,5мм.

Рис.12. Плата блока защиты АС. Вариант 2. Вид со стороны пайки. Размер 60х30мм. Шаг сетки 2,5мм.

Защита акустических систем

Универсальная защита акустических систем от постоянного напряжения, щелчков и выбросов при включении и отключении питания, инфранизких частот. Применена во всех моих усилителях с незначительными вариациями схемы. Отличается от других конструкций аналогичного назначения независимостью каналов, надежностью, простотой настройки порога срабатывания и времени задержки. Светодиод в цепи питания индицирует подключение акустических систем и выведен на лицевую панель в качестве индикации включения усилителя. Максимально допустимое напряжение питания защиты — 36 вольт, при превышении этого значения выйдет из строя ИМС TL431. Конденсаторы С1 и С2 — неполярные электролитические. Транзисторы — любые кремниевые маломощные. Диодный мост VD1 должен иметь допустимое обратное напряжение не менее значения напряжения питания усилителя, выпрямленный ток мостика не важен. Диоды VD2, VD3 — любые маломощные, VD4 — с малым временем восстановления и обратным напряжением не менее 100 вольт.

А я несколько модифицировал защиту Александра Котова. Убрал тл431, завел выход на ресет д триггера (к-й устанавливается при включении), вобщем теперь триггерная защита, если сработает, то надо выключить и снова включить аппарат. Ну и защита у меня не разрывает провод к динамикам, а рвет питание на основной трансформатор УМ. Имхо так правильней, если уж постоянка на выходе появилась, то что-то не в порядке и надо питание снимать. Еще плюсы колонки напрямую к УМ подключены, а не через контакты реле. Минус нужен еще один трансформатор, маленький дежурный на 12-18В.

НО! При пробое оконечника банки будут разряжаться в динамик. Ему может стать плохо…

А правильней было бы сделать автоматический возврат в рабочее состояние с устранением признаков неисправности. Или, если так уж важно, сбрасывать чисто триггер СЕТом, не насилуя силовые части.

Вот здесь: https://akotov. *****/2.html я запитал наоборот защиту от реле софт-старта. Печатки нет — каждый раз по месту рисовал. Насчет проще не бывает — похоже, что бывает Сейчас нарисовал следующую схему для автомобильного УМЗЧ с преобразователем напряжения на ИМС SG3525. В случае поступления одинакового по величине, но противоположного по знаку напряжения на входы защиты она сработает, так как у нее различный порог срабатывания по положительному и отрицательному напряжению. Впрочем, случай выхода из строя 2-х каналов, да еще разных плеч — редкий. Полевик — на любой старой старой материнке имеется, там же и конденсатор входного фильтра — таких много напаяно под процессором. Диода параллельно обмотке реле нет, так как в полевике есть диод между стоком и истоком. Задержку обеспечивает цепь софт-старта в ИМС SG3525, по окончанию задержки на выводе 8 около 5 вольт. При сработке защиты преобразователя реле так же выключится, так как напряжение на выводе 8 пропадёт.

Варианты.

https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page10

Уверенно срабатывает защита от постоянки от +/-2 до +/-45 вольт. См. Схему выше.

Можно ли сделать быстрое отключение реле защиты без использования традиционных для этого способов: запитки защиты от отдельного источника с малыми емкостями, отдельного выпрямителя или замыканием с помощью сетевого выключателя базы ключевого транзистора на землю? Например, так: полевик irf540 используется в качестве своеобразного порогового элемента, порог включения и соответственно выключения определяется соотношением делителя в цепи затвора. Допустим, при выключении питания усилисекунды еще работает от конденсаторов источника питания, величина напряжения падает до порога при котором полевик закрывается и обесточивает реле раньше чем усилитель начинает выходить из рабочего режима, сопровождающимся хрипом и хлопком в колонках. Допустим, напряжение питания 20В, откинем 3-5 вольт на просадку напряжения и снижение сетевого, чтобы реле не отключалось во время громкого прослушивания музыки, порог закрывания полевика с помощью делителя установим на 15В, при таком напряжении усилитель еще будет работать без существенных искажений но реле защиты уже отключит нагрузку и по идее это не должно сопровождаться заметными звуковыми эффектами? https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…?p=1323304&viewfull=1#post1323304

Получить полный текст


Уровень сработки зависит только от R3,R4,R5 — и больше ни от чего!!! https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page30

Ещё вариант от польского специалиста https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page36 :

Решение от WASO:

стариковская защита под кодовым названием «Бриг» не лишена недостатков, но работает железно и несносимо уже у нескольких поколений любителей. Комплектуху, стестно, сменить на буржуйскую, последние два транзистора перед реле на дарлингтон, я ставлю ВС618.

https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page18 защита Сакевича с добавленной цепью (КТ3107) быстрого отключения акустики при выключении уся(обесточивании обмоток трансформатора)

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
Детали схемы:

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.


Оптронная система защиты громкоговорителей индивидуальная для каждого канала. Схему выложил, она из «Радио» (
Транзисторы VT1 и VT2 должны быть с Ку не меньше 200, а VT3 и VT4 — не менее 300. Время задержки регулировать лучше емкостью С2. Работает как часы
надежно срабатывает от 1 В постоянки
.
). https://www. *****/forum/showthread. php/20941-Двухблочный-УМЗЧ/page8

Схема от Корвета-(004, кажись)

Подбором R6 добиваемся симметричности положительного и отрицательного напряжений срабатывания, подстраивая под имеющееся напряжение питания. https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page25

Всё просто, запитывать её нужно от БП имеющего после диодного моста очень мелкий электролит, порядка 5…30 мкФ, тогда при пропадании питания релюха сразу будет обесточиваться.

Следующая защита разработана для мостового УМЗЧ. На рисунке один из входов заземлён.

https://www. *****/forum/showthread. php/4226-Защита…/page37

желательно только добавить диод (любой маломощный) катодом на +12в, анодом на базу VT1, это обеспечит быстрый разряд конденсатора задержки при выключении усилителя. И ещё вместо сборки из двух транзисторов удобнее использовать микросхему tl431. Ну и может быть оптронами напрямую коротить кондёр 220мкф не стоит, могут обидеться, я бы добавил резистор ом 100 для ограничения тока разряда, хотя и чуть медленнее будет защита срабатывать.

Существует вероятность выхода из строя VT2, так как не контролируется ток базы. Почему бы не объединить коллекторы V1, VT2?

Ток эмиттера VT1 зависит от температуры, изготовителя и партии, по этому может оказаться слишком большим, даже возможно, что сгорит именно VT1.

Точно так же, когда меня достал этот разброс бетты от температуры и экземляров транзисторов, я поставил TL431. (А. Котов)

____________________________________________________________________

Рисунок выше, это широко известная «Защита Котова».

Токовая защита

Приобрести товар возможно на сайте www. conrad. ***** и www. *****
Best. N 535346 Биметаллический термовыключатель
Для непосредственного монтажа в трансформаторы, моторы и др. Подключение с помощью 6,3мм флэш-штекера. Допустимое напряжение/ток: 250В~/6А. Температура размыкания (±5°С) 145°С. Температура замыкания 105°С.

https:///sound/amps/amp162.php

Защита АС на микросхеме uPC1237 (СА1237HA)

Статья не является руководством по сборке устройства, а лишь поясняет некоторые возможности и принципы работы микросхемы описанные в даташите. Отличная идея — защита управляемая микросхемой по типу «все в одном». Тут и mute, термозащита, защита от постоянного напряжения на выходе, задержка включения и прикольная фишка в виде отключения выхода при выключении усилителя тумблером 220VAC (on/off), т. е. усилитель не будет играть от конденсаторов БП, а сразу выключится. Ну не рай ли это? Нашел в этой микре только один минус, хотя маловероятный: если у нас на выходе левого, например, будет +30В, а на выходе правого -30В постоянки, то результирующее напряжение получится 0 и защита не сработает и АС успешно погорит, правда такое маловероятно. Но это не недостаток конкретно этой микросхемы, а любой защиты с резистивным суммированием напряжения на входе. Теперь к микросхеме uPC1237 (СА1237HA). Хотя микросхема универсальна и работоспособна в пределах +25…60В для ее работы на определенном Uпит, необходимо пересчитать некоторые номиналы. Начнем по порядку (обозначения по схеме выложенной мной ниже).R6. Рассчитывается исходя из формулы R6=Uac/1.5 (результат получаем в кОм’ах). Uac — напряжение (действующее, переменное) на вторичной обмотке трансформатора. Откуда я взял эту формулу? В даташите приведены графики зависимости R от U, как видно зависимость между ними линейная и произведя простейшие математические расчеты, вывел, что коэффициент зависимости между ними равен 1,5. Полученный после расчетов результат округляем в меньшую (!!) сторону до ближайшего существующего номинала. Постоянка на 4-ой ноге должна быть не более 10В (при расчете по моей формуле это условие соблюдается).

R4. Считаем по формуле R4=Uvcc/3 (результат в кОм). Uvcc – напряжение, которое мы подаем на схему (на моей схеме +45В). Номиналы вышеизложенных резисторов можно выбирать из таблицы, приведенной в даташите.

R5. Считаем исходя из параметров реле и напряжения питания. R5=Uvcc-Ur/Ir. Ur — номинальное напряжение реле, Ir — номинальный ток реле. Этот резистор рассеивает неслабую мощь и считается она по формуле P=Uvcc-Ur*Ir, плюс не помешает запас, умножаем результат на и округляем в большую (!!) сторону, приводя к ближайшему номиналу мощности (0.25, 0.5, 1, 2 Вт и т. д.)

.Реле. Реле можно ставить любое (только сдвоенное) — хоть на 12В, хоть на 24В (достаточно только пересчитать R5). Можно два реле (не сдвоенных) на 12В последовательно (лучше всего так и сделать). Ток коммутации реле не менее 10А при 220VAC. Номинальный ток катушки реле не более 60 мА (лучше меньше). Схема ниже. Схема ниже работоспособна. Все номиналы рассчитаны на +45В и на реле 24В 40мА.

Tr1. Что отдельный трансформатор? Нееет… Все гораздо проще! Это не отдельный транс, а отдельная обмотка на уже имеющемся трансе или на худой конец та же обмотка, от которой питается усилитель (если их две, то одна из обмоток, любая). Напряжение на ней (действующее, переменное) должно быть в пределах 5…65В, лучше брать поменьше, чтобы резистору R6 жилось легче. Эта вся возня с обмотками и дает нам следующий эффект: «отключения выхода при выключении тумблера 220VAC (on/off), т. е. усилитель не будет играть от конденсаторов БП, а сразу выключится.» Если не хотите такого эффекта, то организуйте резистивный делитель и обеспечьте 4-ю ногу постоянкой в 4…8В.

Примечание. При напряжении питания 48…50В можно отказаться от резистора R5 поставив две реле на 24В с последовательным включением катушек.

Потенциал у этой микросхемы огромный. Можно еще клип-детектор на оптопаре добавить, он же будет детектором перегрузки и добавить термозащиту и будет защита всем защитам + простота такого решения и мизер деталей.

Небольшой FAQ

Как организовать на этой микросхеме термозащиту? Принцип работы ее такой: когда напруга на 1-ой ноге менее 3.5В — защита выкл, когда напряжение более 3.5В — защита отключает выход. Откуда взять эти 3.5В? Необходимо собрать схему по контролю за температурой, которая бы при превышении определенного порога температуры подавала бы на 1-ую ногу микросхемы 3.5В. Схему организовать не сложно.

Как рассчитывать R1,R2 под мощность усилителя? Судя по даташиту от мощности не зависит, т. е. 56К вне зависимости от мощности усилителя.

После срабатывания защиты она не возвращается в рабочий режим, что делать? Она вернется, но через время. За время задержки отвечает С2. Если хочешь, чтобы защита сразу выключалась после пропадания постоянки, то 3-ий вывод закороти на землю

.Как организовать режим mute? Если на 7-ом выводе менее 3.5В — режим mute активен

.

Даташит uPC1237

Стельмах Илья

(Ms. *****@***com)

МАЛОМОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛИ


Долго решал какой усилитель использовать для маломощных акустических систем. Как дешевый вариант вначале решил использовать микросхемы TDA2030, потом подумал, что 18-ти ватт на канал маловато и перешел к TDA2050 — умощненный аналог на 32 ватта. Затем сравнив звучание основных вариантов выбор впал на любимую микросхему — LM1875, 24 ватта и качество звучания на 2-3 порядка лучше, чем у первых двух микросхем.

Долго копался в сети, но печатную плату под свои нужды так и не нашел. Сидя за компом несколько часов была создана своя версия для пятиканальноо усилителя на микросхемах LM1875, плата получилась довольно компактной, на плате также предусмотрен блок выпрямителей и фильтров. Этот блок был полностью собран за 2 часа — все компоненты к тому времени имелись в наличии.

Большинство современных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) построены без разделительных конденсаторов на выходе. При неисправности усилителя появление постоянного напряжения на выходе УМЗЧ может привести к повреждению дорогостоящих динамиков акустической системы. Для их защиты от постоянного напряжения любой полярности предлагаю несложное устройство.

В качестве прототипа взята схема устройства защиты усилителя «405» ф.»Guad», но приняты меры по пре-дотвращению самопроизвольного открывания симистора при высокой скорости нарастания выходного на-пряжения, которая бывает в современных УМЗЧ. Дополнительно введена световая индикация перегорания предохранителя на мигающем светодиоде при срабатывании защиты. При появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности более 3…4 В, резко возрастает напряжение на выводах конденсаторов С2, СЗ. Ток, протекающий через резистор R4, один из диодов VD5, VD6 и один из транзисторов VT1, VT2, открывает симистор VS1. Открытый симистор шунтирует выход УМЗЧ до момента перегорания предохранителя FU1. При его перегорании начинает мигать светодиод HL1. Элементы С1, L1 предназначены для предотвращения несанкционированного открывания симистора из-за помех.

Предохранитель выбирается исходя из максимальной выходной мощности усилителя и сопротивления акустической системы. В устройстве можно использовать резисторы типов С1-4, С2-23, МЛТ и другие соответствующей мощности. Конденсатор С1 — керамический, типов К10-7, К10-17, КМ-5. Оксидные конденсаторы С2, СЗ — типа К50-16, К50-35. Оба эти конденсатора можно заменить одним неполярным, при этом диоды VD7, VD8 из схемы исключаются. Диоды КД521А можно заменить на КД102 (А, Б), КД103 (А, Б), КД518А, 1N4148. Светодиод HL1 может быть как мигающим, так и постоянного свечения, например, АЛ307, КИПД35, КИПД40.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ503Е, КТ602, КТ683, MPSA-43, 2N5550. VT2 заменяется КТ502Е или любым p-n-р транзистором из серий КТ6116, КТ668, 2SA709, 2SA910, MPSA-93. В качестве симистора VS1 подойдет КУ208 с индексами Г, Д или ТС112-10, ТС112-16 и другие на рабочее напряжение не менее 100 В. Дроссель L1 наматывается проводом ПЭВ-2 00,68 мм — 75 витков на каркасе из плотной бумаги с внешним диаметром 10 мм. Для проверки собранного узла плавкий предохранитель временно заменяется пампой накаливания на напряжение 6…12 В и ток 0,16…1 А. Узел подключается к выходу лабораторного блока питания с регули-руемым выходным напряжением 2…10 В. Плавно увеличивая выходное напряжение, по моменту зажигания лампы определяется порог срабатывания защиты. Если он будет не более 4 В, то узел пригоден для совместного использования с автомобильными УМЗЧ. При указанной на схеме емкости конденсаторов С2, СЗ, задержка срабатывания защиты составит около 1с. При необходимости время задержки можно уменьшить до 0,2…0,5 с, взяв эти конденсаторы меньшей емкости. Конструктивно этот блок может быть размещен как внутри УМЗЧ, так и в АС. В случае установки узла внутри акустической системы, если в АС есть наполнитель из горючего материала, например, вата, он не должен соприкасаться с деталями узла защиты. Для многоканального усилителя собирается соответствующее число блоков.

Литература Д.Атаев, В.Болотников. Функциональ-ные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. — Радио и связь, 1989, С.111.

ВИДЕО УСИЛИТЕЛЯ

Качество звучания этих микросхем на очень высоком уровне, в конце концов разряд Hi-Fi, отдаваемая мощность приличная — 24 ватта синуса, но в моем случае мощность повышена путем повышения питающего напряжения до 24-х вольт, в таком случае можно получить порядка 30 ватт выходной мощности. На основной плате усилителя у меня было предусмотрено место для 4-х канального усилителя на TDA2030, но чем-то оно мне не понравилось…


Плата для LM крепится на основную плату УНЧ через стойки в виде трубок и болтов. Питание для этого блока берется со второго инвертора, предусмотрена отдельная обмотка. Выпрямитель и фильтрующие конденсаторы расположены непосредственно на плате усилителя. В качестве выпрямительных диодов уже традиционные КД213А.
Дросселей для сглаживания ВЧ помех не использовал, да и нет нужды их применять, поскольку даже в довольно брендовых автомобильных усилителях их часто не ставят. В качестве теплоотвода использовал набор дюралюминиевых болванок 200х40х10 мм.


На плату также укреплен кулер, который одновременно отводит теплый воздух с этого блока и отдувает теплоотводы инверторов. С электроникой аудиокомплекса полностью разобрались — переходим к механике и слесарным работам… С уважением —
АКА КАСЬЯН.
Форум по созданию универсального домашнего аудиокомплекса

Обсудить статью ДОМАШНИЙ УСИЛИТЕЛЬ — УНЧ И БЛОК ЗАЩИТЫ

Защита акустических систем

Блок защиты акустических систем — основная часть любого профессионального усилителя мощности низкой частоты. В последнее время часто наблюдаю, что даже самые современные автомобильные и бытовые усилители лишены блока защиты, а ведь правильная защита всегда сохранит акустику при неполадках УНЧ.

Данный блок зашиты построен всего на трех транзисторах, пожалуй, это самая простая конструкция из тех, что известны мне. Этот блок может работать с любым усилителем мощности. Ограничительный резистор (по питанию) подбирается с мощностью 0,5-1ватт, его номинал подбирают исходя от напряжения питания УНЧ. Схема защиты акустических систем содержит дешевые компоненты, которые можно снять со старой аппаратуры.

Блок защиты АС.lay

Транзисторы могут быть заменены на другие. КТ817 можно заменить транзистором КТ815 и другим аналогичным средней мощности. Остальные два транзистора можно заменить транзисторами КТ315, КТ3102, С9018 и другими. Реле на 220 вольт ( в моем случае), подобрать с током 10-20 Ампер (в зависимости от мощности усилителя низкой частоты.

Принцип работы

Работает блок очень просто. Всем нам отлично знакомо, что на выходе хорошего усилителя сигнал синусоидальный. Выход усилителя мощности подключают к входу блок защиты. Когда подается питание на блок, реле замыкается, включая головку. Реле нужно подобрать исходя от мощности усилителя. В моем случае реле было снято из старого стабилизатора сетевого напряжения.

При подаче питания на блок защиты, реле замыкается с некоторой задержкой, обеспечивая плавное включение головки. Когда уровень постоянного напряжения выше номинально допустимого, то реле размыкается, этим отключая динамическую головку. Постоянное напряжение за несколько секунд может спалить катушку головки, оно может возникать, когда усилитель не исправен. Простой пример возникновения постоянки на выходе — неисправность выходного каскада, когда транзисторы вышли из строя, и переход не закрывается. В таких случаях постоянное напряжение погубит драгоценную головку. Защита предназначена для отключения головки в таких ситуациях.

Интересно: Светодиодный светильник своими руками

Головка будет отключена, пока есть высокий уровень постоянки на выходе усилителя. Как только уровень постоянного напряжения понижается, защита снова включит головку. Защита может сработать, если усилитель работает неправильно или неверно настроен, она включается только в то время, когда наблюдается «вражеский постоянный».

Зачем нужна защита в усилителе?

Все мы слышали, что в усилителях часто стоит модуль защиты, он усложняет схемотехнику, причем порой основательно вмешиваясь аж двумя, а то и тремя транзисторами в тракт усилиения полезного сигнала, т.е. музыки. Причем чем бюджетнее усиитель тем активнее туда данное вмешательство происходит. И зачем же это нужно? Давайте разбираться!

Изначально известно, что защита в усилителях срабатывает в четырех случаях:

1. Короткое замыкание на выходе УНЧ,

2. Сила тока превывшающая установленный порог на выходе УНЧ(или его потреблении — данный вариант на системах подороже),

3. Постоянное напряжение на выходе УНЧ,

4. Постоянное напряжение на входе УНЧ.

Первый пункт-то и натолкнул меня на размышения по данной теме, а часто ли у меня дома замыкает выход в усилителе? И как вообще такое может быть? Ответ на данный момент один — ни разу не было! Но чисто теоретически такое случиться может: робот пылесос например вирус словит и кабель засосет так что из колонки вырвет а потом на свой корпус намотает пока концы не замкнет; или вариант ребенок изучающий все и вся посредством канцелярской скрепки, что-нить гениальное сообразит…

Но тут меня дернула мысль в стиле «злостный маркетолог» — ну и что будет? Правильно! Ему ведь выгодно!!! Пользователь понесет аппарат или в фирменный ремонт, или за новым пойдет. Так и зачем же тогда защита от этой ситуации? Можно конечно предоположить, что производитель автомобилей например Форд придет к Сони и скажет «ребят при сгорании ваших усилков люди покупают ваши усилки снова а денег на новый авто у них от этого меньше, а так как я у вас один из самых крупных клиентов то давайте-ка вы туда защиту вставите а то я к Филипсу уйду». Но если даже такое предположить, то все равно не стыкуется, в дорогом ламповом Хай Энде защиты нет, а в бюджетном сегменте она самая навороченная. А ведь в этом сегменте аудитория в первую очередь покупает машину а уже потом об усилителе думает. Что-то не сходится. И тут я вдруг подумал, что есть страны где юридическая машина настолько сурова, что владелец бюджетного усилителя в случае если тот загорится даже адвоката искать не будет — они ему сами телефон оборвут с готовностью работать за проценты от суммы «выигрыша». И тут ведь получается, что чем бюджетнее усилитель тем сильнее его владелец может быть заинтересован в недосмотре за ребенком или с робота-пылесоса на какой сайт с бесплатными приложениями про боулинг зайти…

Вот и получается, что производитель работая заодно и на те рынки делает технику с повышенной защитой от такого инцидента.

Но хорошо. С первым пунктом разобрались. А что с остальными?

С постоянным напряжением на входе пожалуй отнесем к инцидентам первого пункта. С одной поправкой если на усилитель что-то случайно пролить, то внутри него может произойти замыкание которой приведет к похожей ситуации. Но тут вроде как явно не гарантийный случай будет. У производителя на тех рынках тоже юристы с экспетрами имеются.

Третий случай как мы знаем из некоторых статей на данном сайте, написанных солидным авторами, физически невозможен. На выходных каскадах усилителей всегда есть некоторое напряжение и оно отсекается выходным конденсатором а то и трансформатором. Но пролить кофе на усилитель все таки можно. Но это опять не гарантийный случай.

А что же у нас со вторым пунктом? Он-то тут самый интересный и он-то и призван обеспечить максимум безопасности. Дело в том, что людям помимо простого прслушивавния музыки иногда еще хочется включить погромче, позвать гостей, и пойти на улицу баркюшничиать. При этом аппарат оказывается в не зоны визуального конроля, а ароматический контроль так вообще временно отключен. Так еще и гости с хозяевами слегка на веселе, и если даже и увидят что усилитель помимо все прочего показывает синее плямя, то в панике могут запросто забыть его из розетки выдернуть прежде чем начать его поливать подручными средствами для розжига костров и каминов или еще чем хорошо проводящим электричество от внутренностей УНЧ к ногам окружающих. И тут уже как с подушками безопасности. Принудительная защита в т.ч. и виновника инцидента.

Но почему такое шоу может случится оттого, что владелец решил включить музыку погромче? Дело в том, что в этот момент начнут нагреваться катушки на динамиках в колонках. А когда они как следует нагреются они начнут неспеша перегреваться. Неспешный перегрев плох тем, что он приводит не резкому сгоранию проводника как в лампочке, а к плавному его нагреву до температуры ниже сгорания провода но выше чем выдерживает его изоляция. Было бы наоборот так и проблемы бы никакой не было. Но вот в этом режиме сопротивление катушки может может резко понизиться, что приведет к тому, что через усилитель потечет повышенный ток, он начнет искажать сигнал(чего разуместя никто на веселе не заметит) и активно греться, причем активнее чем это способна выдержать плата на которой он собран. А она кстати сделана из спресованной ткани и некоторой специальной смолы. Само название ТЕКСТОЛИТ содержит в себе текстильный корень. И вот когда плата загорается. Вот тогда-то все и начинается. И чтобы именно вероятность этого шоу понизить ставится защита. При этом становится очевидным, что аудиофильский сетап в этом режиме никто гонять не будет. Владелец который может его себе его позволить заодно прикупит для барбекюшных дел что-нить бюджетное, чтобы не жалко было на всю громкость навалить.

Вот и получается что а аудиофильских решениях защиты нет потому, что:

1. Никто не гоняет их на пределе громкости, мощности и терморежима,

2. Она портит звук,

3. Разумный компромисс гласит что без нее лучше звук, а риски изначально минимальны.

В бюджетных же решениях все с точностю до наоборот: звук не так принципиален, да и подпортить чуток «маректолог право имеет», а вот риски устроить пожар за который потом платить страховой по недвижимости, в странах с суровой юридической системой, которая по совместительству тот же самый банк, что и кредиты населению выдает, который как и Форд давить на Сони ресурсы сбыта имеет…

Вывод.

Защита в усилителе нужна в первую очередь не для того, чтобы спасти колонки от поломки внутри усилителя, а для того, чтобы прослушивание музыки на повышенной громкости не привело к поломкам последствием которых будет возгорание усилителя. Но т.к. возгарания все таки случаются, то правильнее говорить вместо «не привело», миинимизировало риски возгорания усилителя при эксплуатации его на повышенной громокости. Ну и заодно, минимизировать случаи полива горящего усилителя, водой из жезеленой кастрюли нетрезвым владельцем.

Защита акустических систем | AUDIO-CXEM.RU

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.

Также, рекомендую к прочтению статью «Еще одна защита акустических систем«.

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.

Вместо BD135 можно применить BD139. Расположение выводов одинаковое.

Реле должно быть рассчитано на напряжение 24В, ток обмотки реле должен составлять 15мА. Я установил HK3FF-DC24-SHG фирмы HUIKE.

Печатная плата СКАЧАТЬ

Схема защиты АС

    Практически все мощные усилители звука, выполненные на транзисторах или на микросхемах, несут в себе опасность вывода из строя нагрузки, которой являются акустические системы (АС). В случае пробоя транзисторов выходного каскада постоянное напряжение начинает поступать прямо на динамики колонок. Секунды достаточно, чтобы катушка динамической головки сгорела, а стоимость хороших АС может даже превышать цену самого усилителя ЗЧ. Не спасает часто и система защиты внутри микросхем, ведь если в документации на интегральную микросхему написано о наличии встроенной системы защиты акустики от постоянного напряжения, то это не означает, что все в порядке и можно иметь 100% гарантию защиты. Микросхема с защитой иногда тоже может сжечь звуковые катушки динамиков в том случае, когда детали защиты и выходной каскад уже сгорели.

   Поэтому вы должны использовать в любой усилитель, особенно мощностью более 20 ватт, блок защиты громкоговорителей. Простая и хорошо повторяемая схема показана на рисунке ниже.

Схема защиты АС

Первая часть — DC детектор. Эта цепь будет инициировать срабатывание, если постоянное напряжение присутствует на входной звуковой аудиолинии. Сигнал проходит через фильтр низких частот, а затем с помощью диодов детектируется. Если замечено появление постоянного тока на входе, схема приведёт к открытию двух транзисторах, которые будут открывать Q3, который вызывает выключение АС через коммутационный модуль.

   Блок реле, которые разрывает выход УМЗЧ на АС, управляется двумя транзисторами BC549 (их аналог кт815). Сигнал на него идёт от предыдущих блоков. Питание здесь однополярное, в пределах 12-30 вольт. Все диоды — обычные выпрямительные на ток от 0,5 ампер.

Схема защиты АС — второй вариант

   Второй вариант схемы состоит из диодного распределителя (VD1–VD6) и электронного реле на транзисторах VT1–VT4. К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговортелями через контакты реле. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты. При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп. При включении питания (это может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться через резистор R9 конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле обесточено. По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через несколько секунд его эмиттерный ток возрастает настолько, что реле срабатывает и подключает АС к выходу УМЗЧ.

   Актуальность использования модуля защиты АС вызвана тем, что все современные усилители НЧ построены с использованием двухполярного источника питания и с непосредственной связью с нагрузкой. Такая структура усилителя имеет существенный недостаток — возможность появления на выходе усилителя в случае его неисправности постоянного напряжения и выхода из строя дорогостоящей высококачественной АС. Это и вызывает необходимость в использовании специальных защитных устройств, отключающих нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного напряжения.


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Защита громкоговорителей схемы. Простая и надежная защита ас. Устройство задержки включения и защиты громкоговорителей


В интернете сейчас представлено огромное количество различных усилителей звука, на любой вкус и цвет, под любые нужны. Как известно, даже самые надёжные усилители имеют свойство выходить из строя, например, из-за неправильных условий эксплуатации, перегрева или неправильного подключения. В этом случае велика вероятность того, что высокое питающее напряжение окажется на выходе усилителя, и, следовательно, беспрепятственно окажется прямо на динамиках акустической системы. Таким образом, вышедший из строя усилитель утягивает за собой «в мир иной» подключенную к нему акустическую систему, которая может стоить гораздо дороже самого усилителя. Именно поэтому крайне рекомендуется подключать усилитель к колонкам через специальную плату, которая называется защитой акустических систем.

Схема

Один из вариантов такой защиты показан на схеме выше. Работает защита следующим образом: сигнал с выхода усилителя подаётся на вход IN, а колонки подключаются к выходу OUT. Минус усилителя соединяется с минусом схемы защиты и идёт к колонкам напрямую. В обычном состоянии, когда усилитель работает и на плату защиты поступает питание реле Rel 1 замыкает вход платы на выход и сигнал идёт напрямую с усилителя на колонки. Но как только на входе появляется постоянное напряжение хотя бы 2-3 вольта, защита срабатывает, реле отключается, тем самым отключая усилитель от колонок. Схема не критична к номиналам резисторов и допускает разброс. Транзистор Т1 можно ставить 2N5551, 2N5833, BC547, КТ3102 или любой другой маломощный npn транзистор. Т2 обязательно должен быть составным с большим коэффициентом усиления, например, BDX53 или КТ829Г. Светодиод на схеме служит для индикации состояния реле. Когда он горит реле включено, сигнал идёт напрямую с усилителя на колонки. Помимо защиты от постоянного напряжения, схема обеспечивает задержку подключения акустической системы. После подачи напряжения питания реле включается не сразу, а через 2-3 секунды, это нужно для того, чтобы избежать щелчков в колонках при включении усилителя. Напряжение питания схемы 12 вольт. Реле можно применить любое с напряжением питания обмотки 12 вольт и максимальным током через контакты хотя бы 10 ампер. Кнопка с фиксацией S1 выводится на проводах, она нужна для принудительного отключения реле, на всякий случай. Если это не требуется, можно просто замкнуть дорожки на печатной плате.

(cкачиваний: 492)

Сборка устройства

Усилители, чаще всего, рассчитаны на два канала, левый и правый, поэтому схему защиты нужно повторить дважды для каждого канала. Для удобства плата разведена так, что на ней уже предусмотрена сборка сразу двух одинаковых схем. Печатная плата изготавливается методом ЛУТ, её размеры составляют 100 х 35 мм.


После сверления отверстий дорожки желательно залудить. Теперь можно приступать к запаиванию деталей. Особое внимание следует уделить цоколёвке транзисторов, очень важно не перепутать её и впаять транзисторы нужной стороной. Как обычно, сначала запаиваются мелкие детали – резисторы, диоды, конденсаторы, а уже затем транзисторы, клеммники, и в самую последнюю очередь массивные реле. Для подключения всех проводов можно использовать клеммники, места для которых предусмотрены на плате. После завершения пайки нужно смыть остатки флюса с дорожек, проверить правильность монтажа.

Испытания защиты

Теперь, когда плата полностью готова, можно приступать к испытаниям. Подаём питание на схему (12 вольт), спустя две секунды одновременно должны щёлкнуть реле и включиться светодиоды. Теперь берём какой-нибудь источник постоянного напряжения, например, батарейку, и подключаем её между минусом схемы и входом. Реле должно сразу же выключиться. Убираем батарейку – реле вновь включается. Можно подключить батарейку, поменяв её полярность, схема срабатывает независимо от того, какой полярности напряжение появится на её входе. Те же самые манипуляции проделываем со второй схемой, расположенной на этой же плате. Порог срабатывания защиты составляет примерно 2 вольта. Теперь, когда плата защиты протестирована, можно подключать её к усилителю и не бояться, что динамики в дорогостоящих колонках испортятся из-за поломки усилителя. Удачной сборки.

Рассмотрены несколько различных схем устройств. предназначенных для защиты акустических систем (АС) и реализации задержки по времени перед подключением АС к выходу усилителя мощности звуковой частоты.

Схема защиты и задержки включения на четырех транзисторах

Приведённое устройство предназначено для задержки подключения громкоговорителей на время переходных процессов в УМЗЧ при включении питания и отключении их при появлении на его выходе постоянного напряжения любой полярности.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства защиты акустических систем и задержки включения, выполнена на четырех транзисторах.

Принципиальная схема устройства приведена на рис.1. Оно состоит из диодного распределителя (VD1 — VD6) и электронного реле на транзисторах VT1 — VT4.

К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговиортелями через контакты реле К1. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты.

При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп. Постоянное напряжение на выходе УМЗЧ, при котором срабатывает устройство защиты, определяется напряжением стабилизациистабилитрона VD7 и связано с ним соотношением:

При включении питания (источником напряжения может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться (через резистор R9) конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле К1 обесточено.

По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через некоторое время (примерно 3с) его эмиттерный ток возрастает на столько, что реле К1 срабатывает и подключает громкоговорители к выходу УМЗЧ.

Транзисторы VT1 — VT3 в исходном состоянии также закрыты. При появлении на выходе любого из каналов напряжения любой полярности, превышающее указанное выше значение , открывается транзистор VT2, а вслед за ним VT1, VT3. В результате конденсатор С3 разряжается через участок эмиттер-коллектор транзистора VT3 и резистор R8, транзистор VT4 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители и вход устройства от выхода УМЗЧ.

Транзистор VT1, осуществляющий положительную обратную связь в каскаде на транзисторе VT2, играет роль “защёлки”, поддерживая последний в открытом состоянии и после отключения устройства от выхода УМЗЧ: не будь его, после пропадания напряжения на входе и закрывания транзистора VT2, VT3 вновь началась бы зарядка конденсатора С3 и по истечении времени зарядки громкоговорители снова подключились бы к УМЗЧ.

В устройстве применено реле РЭС-9 (паспорт РС4.524.200). Транзисторы КТ603б (VT3,VT4) могут быть заменены на КТ315г. Для питания устройства используется источник питания 20В.

При большом напряжении из-за обратных токов коллекторов возможно самопроизвольное открывание транзисторов VT1,VT2. Чтобы этого не случилось, необходимо уменьшить сопротивление резисторов R5, R6. Если же напряжение питание больше 30 В, в устройстве следует использовать транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее.

При снижении напряжения (заменой стабилитрона Д814а) необходимо позаботится о том, чтобы амплитуда переменного напряжения низших частот на выходах фильтров R1C1, R2C2 не достигала значений, вызывающих отключение громкоговорителей. Сделать это не трудно — достаточно увеличить постоянные времени названых цепей (например увеличить С1, С2).

Схема улучшенной защиты для АС

Большими возможностями обладает устройство защиты рис.2.

Рис. 2. Принципиальная схема защиты акустических систем от бросков выходного напряжения, питается от источника питания УМЗЧ.

Оно предохраняет громкоговорители от бросков выходного напряжения как при включении, так и при выключении питания, при неисправности УМЗЧ и в моменты вероятного отказа последнего — при понижении или полном исчезновении одного или обоих напряжений питания, а также при превышении ими предельно допустимых значении (это может иметь место при питании от стабилизированных источников) и, наконец, отключает их при подсоединении головных стерео телефонов. Питается устройство от того же двуполяного источника, что и выходные каскады УМЗЧ.

В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор VT2 открыт, VT3 закрыт, реле К1 обесточено и громкоговорители отключены. Как только напряжение на конденсаторе достигает значения

Напряжение стабилизации стабилитрона VD9), состояния указанных транзисторов изменяются на обратные, срабатывает реле К1 и громкоговоритель подключаются к выходам каналов УМЗЧ.

Приведенная формула справедлива при условии: .

Время задержки при указанных на схеме номиналах элементов: .

Напряжение стабилизации стабилитрона VD11 выбрано из условия .

При понижении напряжении любого источника питания на величину, большую чем транзистор VT3 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители от УМЗЧ.

Стабилитроны VD7 и VD9 в цепях баз соответственно транзисторов VT1, VT2 одинаковы и выбраны с учётом следующего. Как видно из схемы, для того, чтобы открылся транзистор VT2 (а следовательно, закрылся транзистор VT3 и отпустило реле К1), напряжение питания должно удовлетворять условию:

Где и — соответственно напряжение и минимальный ток стабилизации стабилитрона VD9.

Отсюда: . При указанных на схеме номиналах и типах деталей

А это значит, что при устройство отключит громкоговорители, если отрицательное напряжение питания возрастёт (по отношению к номинальному) на 2,8 В.

Транзистор VT1 открывается по цепи VD1 — R5 — VD7, идентичной цепи VD6 — R7 — VD9. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и закрыванию транзистора VT3, т.е. к отключению громкоговорителей при увеличении на 8 В напряжения питания положительной полярности.

В случае появления на выходе УМЗЧ постоянного положительного напряжения транзистор VT2 открывается током протекающим через резистор R3 (или R4), VD4 (VD5) и цепь R7VD9. Условие его открывания в этом случае выглядит так:

Если же напряжение на выходе УМЗЧ имеет отрицательную полярность, по цепи R3 (R4) — VD2 (VD3) — R5 — VD7 открывает транзистор VT1.

Для подключения стереотелефонов служит розетка ХS1, с которой механически связан выключатель SA1. При установке вилки стереотелефонов в розетку контакты выключателя размыкаются, реле К1 отпускает и громкоговорители отключаются от УМЗЧ.

То же происходит и при выключении питания УМЗЧ кнопкой SB1 (А1 — источник питания). Поскольку коллекторная цепь транзистора VT3 и цепь сетевого питания разрываются практически одновременно, громкоговорители отключаются до начала переходного процесса и щелчок не прослушивается.

В устройстве применено реле РЭС-22 (паспорт РФ-4.500.130). Неполярные оксидные конденсаторы С1, С2 — К50-6. Транзистор КТ815В можно заменить любым другим с допустимым напряжением коллектор — эмиттер более 50 В и максимальным током коллектора ни менее значения , где — — сопротивление обмотки реле К1).

Вместо стабилитронов КС527А можно использовать КС482А, КС510А, КС512А, КС175Ж, КС182Ж, КС191Ж и т.п., соединив нужное число приборов для получения напряжения стабилизации, выбранного приведённым формулам. Диоды VD1 — VD6, VD8, VD10, VD12 — любые кремниевые маломощные с обратным напряжением более 50 В.

Схема защиты АС которая питается от сигнала ЗЧ

Оригинальные устройства защиты громкоговорителей (рис.3) питается напряжением сигнала звуковой частоты, что позволяет встроить его в громкоговоритель.

Устройство отключает последний при перегрузке по мощности, а также в случае появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности. В схеме использованы громкоговорители мощностью 10 Вт и электрическим сопротивлением 4 Ом.

Рис. 3. Принципиальная схема защиты акустической колонки, которая питается от сигнала ЗЧ.

В исходном состоянии реле К1 обесточено и сигнал ЗЧ (звуковой частоты) с выхода усилителя поступает через контакты К1.1 на громкоговоритель. Одновременно он выпрямляет мостом VD1 — VD4, и его постоянная составляющая через нормально замкнутые контакты К1.2 подводится к пороговому устройству, выполненному на транзисторе VT1 и микросхеме DA1.

Пока напряжение входного сигнала не превышает порога срабатывания, транзистор закрыт и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 равно напряжению стабилизации стабилитрона VD6, что больше напряжения образцового источника микросхемы, которое может находиться в пределах 1,5 …3 В. (Стабилитрон VD6 предотвращает пробой эмиттерного перехода транзистора дифферинциального каскада микросхемы обратным напряжением).

В момент, когда входной сигнал достигает уровня срабатывания устройства (напряжение на движке подстроечного резистора R5 — около 1,5 В), транзистор VТ1 открывается и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 становится меньше образцового.

В результате открывается регулирующий транзистор микросхемы, срабатывает реле К1 и громкоговоритель отключается от УМЗЧ, а обмотка реле подключается непосредственно к выходу выпрямительного моста VD1 — VD4.

При уменьшении выпрямленного напряжения до напряжения опускания реле устройство возвращается в исходное состояние. Аналогично ведёт себя устройство и при появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения.

Порог срабатывания устанавливают подсроечным резистором R6. Конденсатор С3 предотвращает срабатывание устройства при кратковременном превышении сигналом порога срабатывания.

Минимальное напряжение сигнала, при котором устройство работоспособно, определяется напряжением срабатывания реле. В случае использывания реле РЭС-47 (паспорт РФ4.500.407-04) и деталей с указанными на схеме номиналами оно не превышает 5 В. Стабилитрон VD8 ограничивает напряжение на обмотке реле.

При отсутствии микросхемы К142ЕН1А можно применить К142ЕН1, К142ЕН2 с любым буквенным индексом. Диоды КД522Б можно заменить любым другим с обратным напряжением более 40 В, прямым током не менее 100 мА и максимальной частотой (КД51А, диодные сборки серии К542 и т.п.), стабистор КС107А — любым кремниевым диодом, транзистор КТ3412Б — любым маломощным кремниевым транзистором структуры n-p-n с допустимым напряжением коллектор — эмиттер не менее 40 В.

При изготовлении устройства для защиты громкоговорителей мощных звуковоспроизводящих устройств следует использовать диоды КД204А — КД204В, КД212А, КД212Б, КД213А, КД213Б и т.п., заменить реле РЭС-47 другим, с контактами, допускающими коммутацию больших токов, а если необходимо, и «умощнить» микросхему DA1 внешних транзисторов для обеспечения необходимого тока через обмотку реле.

Может случиться, что в момент срабатывания устройства будет возникать дребезг контактов реле. Предотвратить его можно, включив конденсатор ёмкостью 10…20 мкФ между выводами 16 и 8 микросхемы DA1 или резистор сопротивлением 1 кОм между её выводом 13 и базой транзистора VT1 (создав, таким образом, положительную обратную связь).

Схема защиты АС с применением резисторнорго оптрона

Предлагаемое устройство (рис.4)

Рис. 4. Принципиальная схема защиты акустических систем с применением резисторнорго оптрона.

обеспечивает защиту акусических систем (АС) от повреждения при появлении на выходах стереофонического усилителя постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Функции исполнительного элемента защиты выполняет резисторный оптрон U1. Работает он следующим образом. При появлении отрицательного или положительного постоянного напряжения на любом из выходных усилителей звуковой частоты (УЗЧ) через опрон начинает протекать входной ток и сопротивление его резистора резко уменьшается.

Как только величина постоянного напряжения достигнет 3-4 В (в зависимости от экземпляра оптрона), сопротивление это становится столь малым, что транзисторы VT1, VT2 закрываются, обмотка реле К1 обесточиваются и его контакты К1.1, К1.2 отключают АС от УЗЧ.

Стабилитроны VD1, VD2 ограничивают входной ток оптрона величиной 18 мА. Поскольку для стабилитронов Д815А допускается разброс напряжения стабилизации 15%, необходимо подобрать такие экземпляры, чтобы напряжение прикладываемое к светоизлучателю оптрона не превышало 5,5 В.

Дроссели L1, L2 ограничивают переменную составляющую входного тока оптрона до величины исключающей возможность срабатывания защиты. Они выполнены на магнитопроводах ШЛ12*12 и содержат по 1200 витков провода ПЭЛ-0,23. активное сопротивление каждого дросселя 36 Ом.

За счёт большого времени зарядки конденсатора С1 через резистор R1 обеспечивается задержка открывания транзисторов VT1, VT2, срабатывания реле К1 и подключения АС к усилителю.

В результате переходных процессов, возникающие в усилителе после его включения, затухают раньше, чем устройство подключит АС, поэтому щелчок в них не прослушивается.

При включении питания усилителя выключателем 8В1 контакты 1 и 4 последнего замыкаются, вызывая мгновенное закрывание транзисторов VT1, VT2. Естественно АС открывается от усилителя до начала в нём переходных процессов и щелчок в громкоговорителе также не будет слышен.

Устройство защиты АС питается от 2-хполярного источника питания усилителя мощности. При выборе элементов VT1, VT2, C1, R2, K1 следует учитывать величину напряжения источника.

При использовании реле РЭС-9, РЭС-22 устройство защиты можно дополнить системой сигнализации его срабатывания.(рис.5)

Рис. 5. Схема дополнения устройства защиты АС световой сигнализацией.

Описанное устройство разрабатывалось для конкретного усилителя с напряжением питания равным плюс-минус 15 В. В этом случае при появлении на одном из выходов усилителя максимальное напряжение, тепловая мощность, выделяемая на дросселях L1 или L2, не превышает 3 Вт, что исключает его значительный перегрев за время в течении которого может быть сделан вывод о неисправности усилителя мощности (УМ) и принято решение о его выключении.

Второй вариант схемы защиты с оптроном

При более высоком напряжении питания и отсутствии гарантий своевременного обнаружения момента срабатывания устройства защиты его можно собрать по несколько изменённой схеме (рис.6).

Рис. 6. Принципиальная схема устройства защиты акустических колонок, питание от -30 +30В.

В этом случае в момент срабатывания системы защиты питание усилителя мощности отключается. Светоизлучатель оптрона контактами К1.3 реле К1 подключается к источнику питания усилителя, что позволяет удерживать устройство защиты в режиме «Авария».

Кроме того, при отсутствии одного из напряжений 2-хполярного источника питания устройство защиты не подключает к нему УМ и отключает его, если одно из этих напряжений исчезнет. Загорание светодиодов сигнализирует о неисправности в усилителе или источнике питания.

В устройстве, собранном по схеме рис.3, реле К1 должно иметь 4 группы контактов на перелючение (РЭС-22, паспорт РФ4.500.130). Следует отметить, что такая схема системы защиты функции предотвращения щелчков в АС утрачивает.

Схема защиты АС, отключающая усилитель ЗЧ от сети

На рис.7 представлена схема устройства защиты АС , отключает усилитель от питающей сети.

Рис. 7. Принципиальная схема защиты акустических систем, отключающая усилитель ЗЧ от сети 220В.

Для включения усилителя нужно нажать кнопку SB1. При этом напряжение питания поступит на устройство защиты, срабатывает реле К1 и его контакты заблокируют кнопку SB1 так, что при её отпускании УМ остаётся подключенным к источнику питания.

Для отключения усилителя необходимо нажать кнопку SB2. Принцип этого устройства аналогичен описанному выше. Он срабатывает и отключает усилитель от сети при появлении постоянного напряжения на одном из его выходов или пропадании напряжения питания.

Кнопки SB1, SB2 без фиксации в нажатом положении КМ21, КМД2-1, а реле К1-РЭС-32, паспорт РФ 4.500.335-02 (или РЭС-22, паспорт РФ 4.500.130).

Пассивная система защиты для громкоговорителя

Наиболее распространённый способ защиты акустических систем от опасного перенапряжения — их отключение от источника сигнала с помощью электромагнитного реле.

Однако в АС высокого класса применять его нецелесообразно из-за нелинейных искажений, вносимых в воспроизводимый сигнал. Дело в том, что контакты реле имеют собственное активное сопротивление, которое в новых изделиях колеблется от 0,1 (в лучшем случае) до 0,5 Ом.

В результате при прохождении через них электрического тока значительной величины на них рассеивается большая тепловая мощность. Это вызывает окисление металла, из которого изготовлены контакты, что само по себе уже является источником искажений.

Кроме того, в процессе эксплуатации реле окисление увеличивается и сопротивление контактов может возрасти до1 Ома и более, что соизмеримо с сопротивлением самих АС и способно уменьшить их отдачу.

В другом варианте защиты АС при появлении на них опасного перенапряжения выходы УМЗЧ подключается к общему проводу с помощью тиристора до момента срабатывания плавкого предохранителя в цепи питания выходного каскада.

Однако и этот способ имеет существенные недостатки, так как представляет определённую опасность для самого УМЗЧ и связан с необходимостью замены предохранителей.

В ряде зарубежных АС используется поликристаллические элементы, специально разработанные для защиты ВЧ и СЧ головок, но они вносят в сигнал ещё большие искажения и также не могут быть использованы в АС высокого класса.

Предложенное устройство пассивной защиты громкоговорителей представляет собой мощный диодный симметричный ограничитель сигнала звуковой частоты (рис. 8).

Рис. 8. Мощный диодный симметричный ограничитель сигнала звуковой частоты.

Выполнен он в виде 2-хполюсника, включаемого параллельно защищаемой цепи: либо АС в целом, либо какую-то из её излучателей, например, ВЧ или СЧ головке. В последнем случае его устанавливают непосредственно в АС, а в первом он может быть размещён и на выходе УМЗЧ, и в самой АС.

Устройство работает следующим образом. При появлении на его выводах напряжения, превышающего установленный порог ограничения, диоды соответствующей ветви открываются и через них начинает протекать ток.

На диодах рассеивается определённая тепловая мощность, а сигнал, поступающий на АС или излучатель, мягко ограничивается по напряжению и соответственно по мощности.

При уменьшении поступающего на АС напряжения ниже порога срабатывания устройство оно отключается. В ждущем режиме устройство защиты на звуковую частоту не влияет, поскольку в этом случае диоды обеих ветвей закрыты, а их результирующая ёмкость ничтожно мала.

В устройстве следует применять мощные выпрямительные диоды с высокой перегрузочной способностью, повышенной максимальной рабочей частотой и небольшой собственной ёмкостью. из наиболее распространённых можно порекомендовать КД213 с любым буквенным индексом, а также КД2994, КД2995, КД2998, кд2999.

Эти диоды допускают протекание постоянного тока 10..30 А и более в зависимости от типа, а максимальный импульсный ток через них может достигать 100 А.

Без теплоотвода каждый диод способен рассеять электрическую мощность около 1 Вт, что соответствует току порядка 1 А. При установке на простейшие пластинчатые теплоотводы мощность, рассеиваемая каждым диодом, может быть увеличена до 20 Вт. На рис. 9 показана возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

Рис. 9. Возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

Из особенностей работы устройства защиты необходимо учитывать следующее. В момент открывания диодов через них протекает небольшой ток. При этом для открывания каждого из диодов необходимо напряжение 0,6…0,7 В в зависимости от его типа.

При дальнейшем увеличении напряжения на гнёздах устройства защиты растёт проходящий ток и соответственно увеличивается падение напряжения на переходах диодов. Величина его может составлять до 1..1,4 В в диапазоне токов до 10…30 А.

Расчёт устройства защиты сводится к определению типа диодов и их числа в каждой ветви. Для этого необходимо определить порог ограничения по мощности и напряжению.

Предположим, что мы хотим защитить от перегрузки динамическую головку с номинальной мощностью 10 Вт и нормальным сопротивлением 8 Ом.

При этом целесообразно определить напряжение на уровне мощности порядка 8 Вт. Тогда через головку должен протекать ток равный 1 А при подводимом напряжении 8 В.

При использовании диодов КД213 с пороговым напряжением 0,6 В число диодов в каждой ветви составляет примерно 13. Всего для 2-х ветвей 26 диодов.

Технические характеристики такой системы защиты будут весьма высоки. Порог срабатывания составляет 8 В. Максимальный уровень ограничения мощности на защищаемой цепи при токе через диоды 10 А — около 30 Вт. Начальная мощность, поглощаемая системой защиты, составляет примерно 4+4 Вт, максимальная при токе 10 А и использовании теплоотвода — до 130 Вт.

При выборе диодов предпочтительнее те из них, которые допускают максимальные токи 20…30 А при падении напряжения на них 1 В. К ним относятся: КД2994.

Они значительно дороже, чем КД213, но имеют существенно лучшие для наших целей характеристики. Так, пороговое напряжение у них выше и составляет около 0,7 В, а падение напряжение при токе 20 А составляет всего1,1 В. Кроме того, их корпус более удобен для монтажа на печатной плате и крепления теплоотвода.

При использовании в вышеприведённом расчёте КД2994 (вместо КД213) их число в ветвях уменьшится с 13 до11, что от части компенсирует высокую стоимость. Характеристика устройства защиты будет гораздо более пологой: при токе через диоды 10 А уровень ограничения мощности на защищаемой цепи составит уже не 30, а только 12 Вт. При этом система защиты будет поглощать мощность порядка 100+100 Вт.

Применение описанной схемы в тракте звуковоспроизведения высокой верности, особенно если выходной каскад УМЗЧ работает в чистом классе А, позволяет полностью избавится от искажений, вносимых обычными устройствами защиты.

Наиболее целесообразно использовать предложенную систему для защиты относительно маломощных АС и излучателей. Однако при наличии соответствующих средств и свободного места в АС её можно рекомендовать и для защиты НЧ излучателей.

Правда, при этом нужно будет увеличить число параллельно включенных диодных ветвей. Так, при включении в параллель 2-х одинаковых диодных ветвей поглощаемая системой защита мощность увеличивается в 2 раза.

Устройство задержки включения и защиты громкоговорителей


Принципиальная схема этого устройства показана на рисунке 10. Оно состоит из входного ФНЧ R1R2С1, реле времени на транзисторе VT1 и элементах R1 — R4, С1 и ключа на транзисторе VT2.

В момент включения питания конденсатор С1 начинается заряжаться через резисторы R1, R2. В течении времени его зарядки транзистор VT1 будет открыт, VT2 закрыт и ток через обмотку реле не потечёт.

Рис. 10. Схема устройства задержки включения и защиты громкоговорителей, собрано на двух транзисторах.

Резистор R3 устраняет влияние базового тока транзистора VT1 на зарядку конденсатора и увеличивает положительный порог срабатывания устройства защиты.

Когда конденсатор зарядится, напряжение на базе транзистора VT1 упадёт и он закроется, а связанный с ним ключевой транзистор VT2 откроется и через обмотку реле К1 потечёт ток. Реле сработает, и его замкнувшиеся контакты К1.1 и К1.2 подключат громкоговорители к усилителю. Задержка включения равна примерно 4 с.

Если на каком-то из выходов усилителя появится постоянное напряжение положительной полярности, это приведёт к частичной разрядке конденсатора С1, открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT2.

В результате ток через обмотку реле прекратится и его контакты отключат громкоговорители от усилителей. Если же на выходах последних появится постоянное напряжение отрицательной полярности, то оно непосредственно через диод VD1 поступит на базу транзистора VT2, закроет его и таким образом обесточит реле К1, контакты К1.1, К1.2 которого разомкнутся и снова отключат громкоговорители от усилителя. Диод VD1, VD2 ограничивают максимальное отрицательное напряжение на базе входного транзистора VT1 на уровне 1,3 В.

Хотя и в режиме защиты громкоговорителей, и в режиме задержки их включения конденсатор С1 заряжается через одни и те же цепи, время срабатывания защиты на порядок меньше, поскольку для этого конденсатор должен изменить свой потенциал всего на несколько вольт. Пороги срабатывания защиты составляют не более +-4 В.

Правильно изготовленное устройство начинает работать сразу и настройки не требует. Диоды можно применить любые кремниевые. Остальные элементы желательно применить те, которые указаны в схеме.

Реле К1 — РЭС-9, паспорт РС4.524.200 с сопротивлением обмотки примерно 400 Ом. Подойдёт и любое другое реле, срабатывающее при выбранном напряжении питания, но в этом случае нужно подобрать резистор R4, от которого зависит отрицательный порог срабатывания защиты.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в пределах 20…30 В. При другом напряжении питания нужно будет изменить сопротивление резистора R4.

Недостаток этого устройства — необходимость питания его от источника с пульсациями не более 1 В, иначе возможны ложные срабатывания.

Литература:

  1. Войшилло А. — “О способах включения нагрузки усилителей НЧ” Радио 1979 № 11 с. 36, 37;
  2. Корнев И. “Защита громкоговорителей” Радио’1960 № 5 с. 28;
  3. Роганов В. “Устройство защиты громкоговорителей” Радио’1981 № 11 с. 44, 45; 1982 № 4 с. 62;
  4. “Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1983 № 2 с. 61;
  5. Барабошкин Д. “Блок защиты усилителя мощности” Радио’1983 №8 с. 62, 63;
  6. Решетников О. “Устройство защиты на оптронах” Радио’1984 № 12 с. 53;
  7. “Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1986 № 10 с. 56-58.

Данный проект защиты акустики повзаимствован на одном из португальских сайтов. Кроме защиты от постоянки блок обеспечивает задержку подключения колонок к выходу усилителя мощности примерно от 3 до 10 секунд, устраняя при этом щелчки при включении питания усилителя. Принципиальная схема:

В схеме применены реле на напряжение 12 Вольт с одной группой переключающихся контактов, способных держать ток 6…8 Ампер.

В статье оригинале были приведены следующие изображения печатной платы:

И вид платы PCB формата:

Используя данные изображения мы нарисовали плату защиты в программе Sprint Layout. LAY6 формат выглядит так:

Фото-вид печатной платы защиты акустики LAY6 формата:

Фольгированный стеклотекстолит односторонний. Размер платы мы чуток уменьшили, теперь он стал 45 х 75 мм.

В качестве блока питания схемы применен обычный параметрический стабилизатор, напряжение стабилизации 12 Вольт. Схема показана ниже:

Надеемся для вас не составит труда расчитать номинал токоограничивающего резистора для стабилитрона, на схеме он указан стрелкой. Его номинал будет зависеть от того, какое напряжение у вас будет после диодного моста. Так же БП можно реализовать на LM7812.

Подключение блока защиты и акустики к усилителю мощности показано на следующем изображении:

Список элементов схемы блока защиты акустики:

Реле 12 Вольт — 2 шт.
Транзисторы 2SC945 — 2 шт.
Транзистор 2SC9013 – 1 шт.
Диоды 1N4007 – 5 шт.
Электролитические конденсаторы 220 uF/ 50V – 2 шт.
Резисторы 10 кОм – 4 шт.
Резистор 1 кОм – 1 шт.
Резистор 39 кОм – 1 шт.
Разъемы 2 Pin – по усмотрению
Подстроечный резистор 220…500 кОм – 1 шт.
Стабилитрон 12 Вольт 1 Ватт – 1 шт. (например импортный 1N4742A)

Плата блока защиты акустики в сборе:

Ссылка на скачивание архива со схемой и печатной платой LAY6 формата появится на этой же странице после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,3 Mb.

Защита акустических систем от постоянного напряжения на выходе усилителя под названием «Бриг» (скопированная из одноименного усилителя выпускавшегося советской промышленностью) уже долгие годы знакома многим радиолюбителям. За эти долгие годы данная схема зарекомендовала себя с лучшей стороны спасая сотни и тысячи акустических систем. Схема отличается надежностью и простотой.

Схема представленная мной ниже является одной из вариаций на тему «бриговской» защиты. Скелет схемы остался прежним. Изменения коснулись лишь номиналов схемы и моделей транзисторов.

Технические характеристики схемы:
Напряжение питания: +27 … +65В
Время задержки подключения АС: 2 секунды
Входная чувствительность по постоянному напряжению: +/- 1,5В

Широкий предел питающих напряжений обеспечивается применением в цепи питания стабилизатора напряжения на VD5, VD6, R13 и транзисторе VT5. На транзистор VT5 необходимо установить небольшой теплоотвод. Если значительно увеличить площадь теплоотвода и заменить транзистор VT5 на BD139 можно поднять максимальное напряжение питания до +120В.

В качестве драйвера реле используется составной транзистор, что позволило отказаться от дополнительного маломощного транзистора и немного сэкономить место на плате. В качестве драйверного транзистора реле (VT3 VT4) можно применять и другие составные транзисторы, например: BD875 или КТ972. Перед заменой транзисторов на аналогичные следует свериться с их цоколевкой т.к. она не совпадает у всех перечисленных транзисторов.

Транзисторы VT1 и VT2 можно заменить на BC546-BC548 или КТ3102. Так же не забываем про цоколевку, как и прошлом случае.

VD3 и VD4 необходимы для того чтобы избежать помех при коммутации контактов реле. VD1 и VD2 необходимы для защиты VT1 и VT2 соответственно, от пробоя БЭ перехода при наличии на входе схемы отрицательного напряжения менее -15В.

Схема так же обеспечивает задержку подключения акустической системы (АС) на 1-2 секунды. Это необходимо для того, чтобы в момент включения усилителя из АС не раздавалось хлопка или других неприятных звуков сопровождающих переходные процессы в усилителе. За время задержки подключения АС отвечает конденсатор С3 и С4. Чем больше их емкость, тем больше время задержки подключения акустики. С номиналами указанными на схеме, время задержки составляет около 2 секунд.

Реле необходимо применять с управляющей обмоткой 24В, 15мА и на ток не менее выходного тока усилителя. Я применил реле — Tianbo HJR-3FF-S-Z.

Фотография готового устройства

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

2N5551

2 BC546-BC548 или КТ3102 В блокнот
VT3, VT4 Биполярный транзистор

BDX53

2 BD875 или КТ972 В блокнот
VT5 Биполярный транзистор

BD135

1 В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод

1N4148

4 В блокнот
VD5 Стабилитрон

1N4742

1 В блокнот
VD6 Стабилитрон

1N4743A

1 В блокнот
C1, C2 47 мкФ 2 В блокнот
C3-C5 Электролитический конденсатор 220 мкФ 3 В блокнот
R1, R5 Резистор

1 кОм

2 В блокнот
R2, R6, R13 Резистор

1.5 кОм

3 В блокнот
R3, R7 Резистор

4.3 кОм

2 В блокнот
R4, R8 Резистор

Универсальный блок защиты АС. Часть 1

Н. ВАШКАЛЮК, г. Волгоград. 

Опубликовано в журнале «Радио» №7 за 2016 год.

Авторская версия статьи с дополнениями.

Универсальный блок защиты АС выполнен на малогабаритных деталях и может быть встроен в любой усилитель, не имеющий подобной защиты. Особенность этого блока — в применении встроенного питания от сети, надёжных электромагнитных реле и светодиодной индикации появления постоянного напряжения на выходе усилителя. Устройство обеспечивает стабильную задержку и защиту даже после кратковременного пропадания сетевого напряжения.

Практически все современные УМЗЧ имеют двухполярное напряжение питания, позволяющее подключать к выходу усилителя нагрузку без разделительного конденсатора.  Такая структура имеет один существенный недостаток – возможность появления на выходе УМЗЧ, в случае его неисправности, постоянного напряжения и, следовательно, выхода из строя дорогостоящей динамической головки (акустической системы). Это обстоятельство вызывает необходимость использования  специальных защитных устройств, отключающих нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного напряжения.

Кроме того, известно, что при подаче питания на усилитель в акустической системе (АС) может возникнуть громкий щелчок (хлопок). Чтобы устранить это явление, необходимо подключать нагрузку к выходу УМЗЧ с некоторой задержкой, достаточной для завершения всех переходных процессов (обычно 1…3 с) [1]. При отключении же питания АС должна отключиться до момента, когда накопительные конденсаторы фильтра питания усилителя заметно разрядятся (более чем на 20 %). В противном случае, процесс выключения может так же иметь неприятное озвучивание.

С реализацией задержки и защиты АС вопросов не возникает. Но как отключить нагрузку от УМЗЧ быстрее, чем начнут разряжаться накопительные конденсаторы фильтра питания усилителя? Есть несколько вариантов исполнения: использование информации о наличии переменного напряжения в одной из существующих вторичных обмоток трансформатора, питающего УМЗЧ (как это может быть реализовано на микросхеме uPC1237 [2]), использование отдельного трансформатора питания (либо от дополнительной обмотки трансформатора УМЗЧ) для узла защиты, а так же применении специальной пороговой схемы, отключающая нагрузку при напряжении, ниже определенного уровня. Все эти решения будут рассмотрены в данной статье.

Первый и третий варианты накладывают определённые ограничения, сужая универсальность модуля. Второй же позволяет использовать в питании устройства сглаживающий конденсатор небольшой ёмкости, благодаря чему блок защиты гарантированно отключит АС быстрее, чем разрядятся конденсаторы в блоке питания УМЗЧ. Очевидно, что второй вариант — более надёжный и простой в реализации, позволяющий инсталлировать модуль практически в любой усилитель. Недостаток такого решения — более высокая стоимость за счёт применения дополнительного блока питания, но универсальность и надёжность здесь превалируют.

Схема с автономным питанием

Представленный модуль реализует функции бесшумного включения и выключения усилителя (фактически АС), а также позволяет защитить головки АС при появлении постоянного напряжения на выходе УМЗЧ, связанного с его аварийной работой или выходом из строя.

Технические характеристики
Напряжение питания 230 В ± 15%
Напряжение срабатывания защиты 0,6 — 0,7 В
Время задержки включения/перезапуска 2,5 — 3,0 сек.
Время срабатывания защиты (UВХ = 2 В) не более 1,4 сек.
Время срабатывания защиты (UВХ = 20 В) не более 0,25 сек.
Время выключения модуля  не более 0,25 сек.
Потребляемая мощность не более 2,5 Вт
Максимальный коммутируемый ток  12 А

Схема устройства показана на рис. 1. При подаче напряжения питания конденсатор C6 медленно заряжается через резистор R10 до 1,9 В (определяется соотношением сопротивления резисторов R10 и R11), достаточной для открывания транзистора VT4. Срабатывают реле K1, K2 и нагрузка подключается к усилителю. 

При возникновении на любом из входов устройства (контакты X2a, X3a) постоянного напряжения более ±0,6 … 0,7 В открывается соответствующий транзистор (VT1 — для напряжения плюсовой полярности, VT2 — минусовой полярности) и зажигает светодиод оптопары U1 или U2. Освещённый фототранзистор оптопары через резистор R8 разряжает конденсатор С6 и полевой транзистор VT4 закрывается, обесточивая реле. Свечение светодиода HL1 индицирует отключение АС и неисправность УМЗЧ. Резистор R8 ограничивает ток разрядки конденсатора C6, а резисторный делитель R4R5 обеспечивает искусственную среднюю точку питающего напряжения.

Рис. 1. Схема с автономным питанием

Большинство подобных устройств защиты и задержки включения АС имеют неприятный недостаток — отсутствие задержки при рестарте за короткий промежуток времени после отключения питания. Пример такой ситуации — кратковременное пропадание электричества в сети. Этот недостаток не позволяет получить должного уровня защиты АС, и не дает законченный вид аппаратуре в целом, где применен такой узел. Для исключения этого недостатка введены элементы R9, С5, VT3. Эта цепь кратковременно срабатывает при пропадании и появлении напряжения питания, разряжая конденсатор C6, что и обеспечивает нормальный последующий старт узла защиты. Применением полевого транзистора VT4 с пониженным напряжением открывания (примерно 1,5 В) удалось добиться минимально необходимого напряжения заряда C6, вследствие чего время рестарта стало практически равным времени первого включения. Увеличивать ёмкость конденсатора С1 не рекомендуется — она определяет скорость выключения блока защиты.

При номинальном сетевом напряжении 230 В и комнатной температуре 25 0С стабилизатор DA1 нагревается до 50…52 0С. При проверке на максимальном переменном напряжении 274 В (ограничено возможностями ЛАТРа) нагрев стабилизатора составил 64…65 0С — всё в пределах нормы. Если исключить резистор R1, то нижняя допустимая граница питания блока упадет до 170 В, но при этом увеличится нагрев DA1 в среднем на 10…12 0С. Понятно, что это изменение целесообразно лишь для местности, где напряжение в сети всегда ниже номинального.

Если представить себе ситуацию, когда оба канала УМЗЧ выходят из строя, и в первом канале на выходе образуется напряжение одной полярности, а на втором — обратной полярности, равное по модулю напряжению на выходе первого канала (с разницей менее 0,6 … 0,7 В), то после суммирования через резисторы R2 и R3 получится напряжение, которого недостаточно для открывания транзистора VT1 или VT2. То есть система защиты не сработает, и это является недостатком (его можно частично преодолеть изменением сопротивления одного из этих резисторов на ±10 %). Но вероятность такого события пренебрежимо мала и является скорее примером гипотетического моделирования отказа. А если учесть разброс номиналов резисторов, неоднородный выход из строя выходных транзисторов УМЗЧ, а также различную просадку напряжений на шинах питания, то такая вероятность и вовсе стремиться к нулю.

Печатная плата размерами 65.4 × 45.1 мм, спроектирована в программном пакете DesignSpark PCB 7.1, выполнена на фольгированном стеклотекстолите FR4 и рассчитана на установку транзисторов в корпусах SOT-23, резисторов типоразмера 0805 (кроме резисторов R1, R13 — 1206), конденсаторов C2, C5 типоразмера 0805 и диода VD2 в корпусе SMA. На плате резистор R13 (на схеме не показан) имеет сопротивление 0 Ом и типоразмер 1206.

В качестве T1 применён маломощный трансформатор ТПК-2 с вторичной обмоткой на 12 В. Диодный мост может быть любой из серии DB103S—DB107S или MB2S—MB6S, для чего на печатной плате предусмотрено два посадочных места. Диод VD2 — любой с прямым током 1 А и обратным допустимым напряжением не менее 200 В.

Обмотки реле должны быть на ток потребления не более 30 мА (повышенной чувствительностью) при напряжении 12 В. Можно использовать одно реле с двумя парами контактов, но автору не удалось найти доступного реле с двумя парами контактов на коммутируемый ток более 8…10 А. Достоинство указанных на схеме реле TRU-12VDC-SB-CL в том, что они имеют на контактах напыление AgCdO (серебро-окись кадмия), устойчивое к механическому износу, и максимальный коммутируемый ток 12 А. Заменить их можно более доступными реле SRD (T73) 12VDС-L-S-С фирмы SONGLE, допускающими ток коммутации до 10 А.

Рис. 2. Вид печатной платы со стороны деталей и монтажа

Оптопары U1, U2 можно применить практически любые с соответствующей структурой, например PS2501, PC817. Светодиод HL1 — любой желательно красного цвета свечения, например, из серии АЛ307, L-63IT или иные.
Транзисторы VT1—VT3 могут быть заменены любыми другими маломощными транзисторами соответствующей структуры и типоразмера. Возможно использование КТ315, КТ3102, MMBT5551, MMBT4401 (VT1, VT3) и КТ361, КТ3107, MMBT5401, MMBT4403 (VT2).

N-канальный полевой транзистор (ПТ) VT4 должен быть с низким пороговым напряжением затвора (Gate Threshold Voltage) — не более 1,8 В. В качестве замены можно порекомендовать NTR4003N, IRLML2502. Если подобные варианты недоступны, то допустимо применить любой подходящий N-канальный MOSFET с сопротивлением канала RDS(ON) не более 3 Ом, напряжением UСИ не менее 20 В и максимальным током IС не менее 500 мА. В этом случае в схему потребуется внести следующие изменения: R10 = R11 = 68 кОм и C6 = 47 мкФ на 16 В. Но следует помнить, что время задержки при быстром рестарте немного уменьшится. Так как пороговый уровень включения у различных ПТ может значительно отличаться, то возможно потребуется подкорректировать время задержки включения реле подбором пары резисторов R10, R11 из условия их равенства.

Предохранитель FU1 можно использовать на ток 0,16 … 0,25 А, например, отечественный ВП4-10 0,2 А, имеющий малые габариты и гибкие выводы для монтажа на плату. Клеммники X1—X3 — серии DG127, XY304 или аналогичные. Как видно из схемы, центральный контакт в X1 не используется. Это сделано для того, чтобы увеличить электрический зазор безопасности между проводниками сетевого питания.

Пример использования блока защиты в составе усилителя показан на рис. 3. Его входы нужно подключать к выходам каналов стереофонического УМЗЧ, а выходы — к нагрузкам (АС) соответствующих каналов. Общий провод модуля подключают к общему проводу блока питания.

Рис. 3. Схема подключения блока

Собранное устройство не нуждается в настройке или налаживании и работает сразу после подачи питания. Его конструкция повторена много раз, и высокая надёжность подтверждена длительной эксплуатацией.

Читать далее: Универсальный блок защиты АС. Часть 2

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

Добавить комментарий

Распространенные заблуждения об акустических системах постоянного напряжения и их истинных преимуществах. | Атлас IED

Главная страница блога

Акустические системы постоянного напряжения — это сети громкоговорителей, которые подключены к аудиоусилителю с помощью повышающих и понижающих трансформаторов для упрощения расчетов импеданса и минимизации потерь мощности в кабелях динамиков. Подобные системы существуют уже почти 100 лет и были изобретены в ответ на потребность в крупных системах оповещения, требующих большого количества громкоговорителей.Эти системы используют более высокое напряжение и более низкий ток для распределения сигнала с помощью провода более низкого калибра. В Канаде и США эти системы чаще всего называют системами на 70 вольт.

Немногие системы понимают так неправильно, как системы «70 В». Наиболее важной особенностью этих систем является использование трансформаторов, которые используются для «понижения» напряжения сигнала перед подачей его на громкоговоритель. Это необходимо, потому что напряжение сигнала на усилителе «повышается». Об этих системах существует множество мифов.Одни укоренены на самом деле, другие не очень.

Вот некоторые распространенные заблуждения о системах громкоговорителей на 70 В:

70,7 В присутствует постоянно, как и 120 В в бытовой электросети.

Это иллюстрирует разницу между «номинальным» напряжением и «фактическим» напряжением. Аудиосигналы являются динамическими, то есть они присутствуют только тогда, когда что-то воспроизводится в системе.

Эти системы имеют низкое качество звука и подходят только для пейджинга и прослушивания музыки в лифте.

Это незаслуженная репутация, уходящая корнями в истоки систем на 70 В. По мере совершенствования технологии улучшалось и качество вывода в системе на 70 В. Используя высококачественные громкоговорители и трансформаторы, эти системы могут иметь превосходную точность воспроизведения, неотличимую от обычных систем, в которых используются громкоговорители с сопротивлением 8 Ом. Это правда, что используется много низкокачественных 70-вольтовых систем, но это связано с факторами, которые могут ухудшить звучание любой звуковой системы, некачественной продукцией, плохим дизайном, неправильной установкой или ошибкой пользователя.Все может быть плохого качества, если все сделано неправильно.

Эти системы имеют дефицит низких частот, потому что вы не можете получить «басы» через трансформатор.

Это еще один миф, уходящий корнями в прошлое, и что технология улучшилась. Современные трансформаторы намного эффективнее воспроизводят низкие частоты с меньшим насыщением и меньшими потерями. Фактически, сегодня существует множество вариантов сабвуфера 70-вольт , которые сделают звучание вашей системы еще лучше.

Вся проводка громкоговорителя должна быть в кабелепроводе.

Это верно только в том случае, если этого требует местное, окружное или государственное регулирование. В некоторых юрисдикциях система на 70 В считается «высоковольтной» и поэтому может потребовать кабелепровода, но это не является стандартом для всех юрисдикций в Соединенных Штатах, поэтому еще раз важно знать правила в тех областях, в которых вы работаете!

Для установки системы на 70 В. требуется дорогостоящий измеритель импеданса.

Измеритель импеданса удобен, но не обязателен.Фактически, одна из причин, по которой эти системы указаны, состоит в том, чтобы избежать рейтингов импеданса и измерений импеданса. Трансформаторы громкоговорителей имеют разные настройки ответвлений мощности в зависимости от трансформатора, который понижает напряжение на громкоговорителе до полезной мощности. Пока общая суммарная мощность громкоговорителей в линии не превышает выходную мощность усилителя, все будет работать безупречно. Для проверки правильности подключения можно использовать измеритель импеданса. Если бы у вас было 10 громкоговорителей с ответвлениями трансформатора, установленными на 15 Вт, это было бы в общей сложности 150 Вт.Используя закон Ома, мы можем взять квадрат напряжения (70 x 70), разделенный на мощность (150), и получить номинальное сопротивление 33,66 Ом. Измеритель импеданса можно подключить к проводке громкоговорителя на усилителе, чтобы убедиться, что он подключен правильно.

Эти системы предназначены только для потолочных громкоговорителей.

Система 70 В — это просто средство распространения сигнала. Это не имеет ничего общего с типом используемого динамика. Хотя распределение 70 В отлично подходит для потолочных громкоговорителей, усилителю все равно, какие типы громкоговорителей подключены к сети.Совершенно приемлемо использование потолочных громкоговорителей, громкоговорителей для поверхностного монтажа и рупорных громкоговорителей в одной цепи, если это то, что требуется в проекте. Если мощность отводов на громкоговорителях не превышает общую номинальную мощность усилителя, нет ничего плохого в их смешивании.

70-вольтовые системы имеют много фазовых помех и гребенчатую фильтрацию.

Потолочные громкоговорители высокой плотности действительно демонстрируют значительные фазовые помехи и гребенчатую фильтрацию.Это одна из причин, почему они могут обеспечить равномерное звуковое покрытие. В общем, чем больше громкоговорителей, чем больше помех, тем более равномерное покрытие. Распространенная ошибка потолочных систем громкоговорителей — установка слишком малого количества громкоговорителей. По сути, если вмешательство неизбежно, обычно лучше больше, чем меньше. Такой подход «ковровой бомбы» к звуковому покрытию хорошо работает в некоторых приложениях, таких как конференц-залы, ворота аэропортов и магазины одежды. Более хирургический подход, сводящий к минимуму фазовые помехи, предпочтителен для театров, зрительных залов, студий и операционных.Тем не менее, помехи не имеют ничего общего с тем, подключены ли громкоговорители к линии 70 В. Было бы столько же помех, если бы каждый громкоговоритель имел сопротивление 8 Ом и имел собственный усилитель.

Сделанная правильно, трансформаторно-распределенная акустическая система — прекрасная стрела в колчане разработчика звуковой системы. Они служат нашей отрасли почти столетие и, вероятно, будут служить и в следующем. Просто нет другого способа выполнить то, что могут сделать эти системы:

  • Управляйте множеством громкоговорителей от одного усилителя.
  • Для этого используйте кабель относительно небольшого сечения.
  • Настройте громкость каждого динамика независимо.

Защита громкоговорителей и отключение звука

Защита громкоговорителей и отключение звука
Elliott Sound Products пр.33

© Октябрь 1999 г., Род Эллиотт (ESP)
Обновлено сентябрь 2020 г.

верхний
Обратите внимание: плат доступны для последней версии этого проекта.Нажмите на картинку для более подробной информации.
Введение

Обратите внимание, что версия печатной платы отличается от схемы, показанной в этой статье. На самом деле это проще, но выполняет те же функции. Полная информация доступна при покупке платы. Последние платы — это Revision-A, и они немного отличаются от предыдущей версии. Базовая схема схемы показана на рисунке 5.

PCB P33 может использоваться с парой реле Project 198 MOSFET, что особенно полезно, если ваш усилитель имеет напряжение питания более ± 35 В.При высоком напряжении на контактах реле возникает дуга (не может быть), и если напряжение короткого замыкания составляет около 60 В или более, реле не сможет погасить дугу. Графическое свидетельство этого см. Ниже в разделе «Отказ реле». Я также провел много тестов на реле, и деструктивная дуга почти гарантирована при напряжении 60 В при 10 А или более (при условии, что сопротивление звуковой катушки составляет 5,6 Ом). Добавлен новый подраздел, чтобы показать, как использовать релейные платы P198 MOSFET с P33,

.

Многие усилители Hi-Fi и профессиональные усилители мощности (и системы громкоговорителей) обеспечивают некоторую защиту, либо для защиты громкоговорителей от неисправности усилителя, и / или наоборот.Некоторые из них реализованы на очень простом уровне — например, использование «полисыключателя». Поликнопочный переключатель представляет собой нелинейный резистор, имеющий низкое сопротивление при нормальных температурах и гораздо более высокое сопротивление при определенной температуре. В отличие от «обычных» термисторов, характеристики которых более или менее линейны, поли- переключатель имеет быстрое переключение при достижении предела.

Мне не нравятся поли-переключатели, потому что я знаю, что введение нелинейного элемента добавит некоторую степень искажения и из-за конечного сопротивления ухудшит демпфирование.Это (то есть демпфирование) обычно не является проблемой IMO, но для многих аудиофилов это имеет первостепенное значение. (Однако я не буду здесь приводить этот аргумент — дополнительную информацию см. В разделе «Импеданс».)

Основное требование к устройству защиты динамика требует, чтобы любой потенциально опасный поток постоянного тока к динамикам прерывался как можно быстрее. Есть несколько проблем, которые необходимо решить, чтобы гарантировать, что это произойдет достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение драйверов громкоговорителей, и это становится более критичным, если используется система с двойным усилением (и тем более с триампером).

Естественно, на предохранители можно просто положиться. Хотя они также имеют конечное сопротивление, оно невелико, и использование быстродействующих предохранителей может быть весьма эффективным. Рейтинг становится довольно критическим, и типы быстрых ударов важны. Проблема с этим подходом заключается в том, что, если предохранитель имеет подходящие характеристики для обеспечения хорошей защиты, он будет подвергаться значительному тепловому напряжению, поскольку он работает почти на пределе своих возможностей. Усталость металла создаст проблему нежелательного сгорания, когда предохранитель перегорает просто потому, что он «устал» от постоянного изгиба, вызванного колебаниями температуры.Я знаю это по личному опыту работы с громкоговорителями, которые у меня были много лет назад — они использовали предохранители для защиты твитеров. Неприятные отказы предохранителей были обычным явлением (и очень раздражали).

Этот проект объясняет принципы и показывает подходящий метод обнаружения, который может быть применен. Скорость используемого реле является еще одним критическим фактором, и мы увидим, что традиционный метод предотвращения разрушения управляющего транзистора обратной ЭДС реле также замедляет реакцию до потенциально неприемлемой степени.

Схема также включает функцию отключения звука, при которой динамики остаются отключенными до тех пор, пока усилитель не стабилизируется, и отключаются динамики как можно быстрее после отключения питания, чтобы предотвратить шумы выключения, которые генерируют некоторые усилители. Они могут варьироваться от низкого уровня звука через 5-10 секунд после выключения питания до свиста, писка и других странных шумов, которые я слышал от усилителей на протяжении многих лет.


Обратите внимание: Хотя схему, показанную здесь, и версию печатной платы можно заставить нормально работать с высокими напряжениями питания (например, ± 70 В, использоваться с P101 и многими другими усилителями), имейте в виду, что большинство реле не смогут отключить это напряжение и результирующий ток ниже неисправности.Постоянный ток вызывает значительную дугу, и это более чем способно просто сжечь контакты реле.

Если вам повезет, предохранители перегорят раньше, чем реле выйдет из строя, но я бы не стал на это рассчитывать. Хотя доступны реле, способные отключать, возможно, 10 А или более при 70 В постоянного тока, они будут дорогими и, вероятно, их будет трудно достать. К сожалению, вариантов альтернативного метода немного. Статья о реле предлагает некоторые решения.


Используя реле, как показано ниже (с нормально разомкнутым контактом, подключенным к земле), дуга будет отведена от динамика и будет заземлена, но реле почти наверняка будет разрушено, если не будет отключен специализированный компонент. использовал.Несмотря на кажущуюся простоту, реле на самом деле представляют собой довольно сложные устройства. На разработку контактов уходит много инженерных усилий, но использование их сверх номинальных значений производителя означает, что нет ничего определенного. Дополнительные сведения см. В статье о реле, состоящей из двух частей.

Пожалуйста, убедитесь, что вы понимаете ограничения любой такой схемы (не только моей — то же самое относится ко всем схемам защиты громкоговорителей). Сами схемы не ограничены, но реле, безусловно, ограничены.


Реле MOSFET

Если ваш усилитель имеет напряжение питания выше ± 35 В, вы можете рассмотреть возможность использования реле Project 198 MOSFET. Вы просто соединяете пару печатных плат с полевыми МОП-транзисторами, соответствующими вашим требованиям, а также микросхему и несколько других частей. При оптимальном выборе полевых МОП-транзисторов отключение усилителя с источниками питания ± 100 В постоянного тока не проблема — это усилитель 600 Вт / 8 Ом (1,2 кВт / 4 Ом), и дуги не может быть, потому что переключение выполняется с помощью полевых МОП-транзисторов, а не электромеханических контактов. .

Для стереоусилителя вам понадобятся две платы P198 (и ни у кого другого нет , что-то вроде ), и вам нужно всего около 10 мА, чтобы управлять ими. Две входные секции просто подключаются последовательно с ограничивающим резистором в соответствии с напряжением питания платы P33. Реле MOSFET идеально подходит для любых напряжений усилителя, с которыми вы столкнетесь, и полностью изолировано, поэтому не может быть нежелательных взаимодействий.

Если вы используете полевые МОП-транзисторы с сопротивлением включения (R DS-On ) менее 10 мОм, среднее рассеивание будет меньше 1 Вт каждый, даже при выходном токе 10 А RMS (мощность 400 Вт / 4 Ом, непрерывная). — крайне маловероятно с любым нормальным программным материалом).Это новая печатная плата из линейки ESP, и она единственная в своем роде, которую вы можете купить. Он специально разработан для переменного тока — большинство из них, которые вы можете купить, предназначены только для постоянного тока, а несколько доступных версий для переменного тока имеют очень медленное включение и могут не поддерживать высокий ток. Если будет достаточно интереса, я смогу сделать больше и снизить цену.


Почему DC убивает динамики

Существует бесчисленное множество заблуждений относительно того, что происходит с приводом громкоговорителя, когда он подвергается воздействию постоянного тока.Небольшие уровни постоянного тока (менее 1 В) обычно не более чем слегка смещают конус, и принято считать, что ± 100 мВ — это максимум, который должен иметь место. Это соответствует мощности 2,5 мВт при нагрузке 4 Ом. Усилитель 100 Вт / 8 Ом обычно использует источники питания ± 42 В, хотя некоторые используют до ± 56 В постоянного тока.

Когда усилитель выдает максимальную мощность, выходное напряжение составляет 28 В (среднеквадратичное значение), что предполагает устойчивый тон. Мы не слушаем устойчивые тона (особенно при 100 Вт!), А музыка имеет динамический диапазон около 10 дБ (хотя у некоторых меньше — 5 дБ — это обычно достижимый минимум.Мы останемся на уровне 10 дБ, что означает, что средняя мощность от усилителя составляет 10 Вт с пиковыми значениями 100 Вт. Большинство достойных водителей могут с этим легко справиться, так что проблем нет. Даже если средняя мощность увеличится до 20 Вт (возможно, с некоторыми серьезными ограничениями), это все равно нормально.

Теперь, если усилитель выйдет из строя, мы можем увидеть, что произойдет. Полный отказ почти всегда связан с криком выходного транзистора, поэтому выходной сигнал усилителя перескакивает с 9 В RMS (10 Вт на 8 Ом) до 42 В постоянного тока. Это мощность 294 Вт, и это непрерывно (динамик имеет сопротивление только при постоянном токе, которое предполагается равным 6 Ом).Это выталкивает звуковую катушку из зазора магнита, и, поскольку она не движется, отсутствует эффективное охлаждение. Звуковая катушка нагреется до опасной температуры за несколько секунд, и если DC не отсоединить быстро, динамик выйдет из строя. Это может включать в себя возгорание!

Ответ — извещатель постоянного тока с реле, которое отключит ток повреждения постоянного тока. Это будет порядка 7 А, что более чем достаточно, чтобы заставить почти всех миниатюрных реле поддерживать непрерывную дугу.Если динамик не закорочен реле, ток дуги будет порядка 4 А или более непосредственно на динамик (дуги имеют импеданс, но он сильно варьируется). При устойчивой мощности где-то между 100 и 250 Вт и отсутствии движения диффузора выживут очень немногие колонки.

В подавляющем большинстве опубликованных схем , а не показано реле, замыкающее динамик, и защита обеспечивается только при постоянном напряжении 35 В или меньше. Усилители с большей мощностью намного хуже, и нет известного реле, которое могло бы разорвать дугу постоянного тока 70 В при токе не более нескольких сотен миллиампер.Прошло более двадцати лет с тех пор, как представленный здесь дизайн был опубликован, и почти никто другой не обновлял свои неисправные схемы. Чтобы разорвать дугу постоянного тока 70 В при любом вероятном токе, требуется реле с зазором между контактами не менее 1,6 мм — это крайне редко!


Схема

Важно определить наименьшую частоту, которая может быть передана в динамик, потому что это определяет задержку, которая должна быть введена, чтобы предотвратить срабатывание схемы защиты низкими частотами (ложное срабатывание).Для практических целей нижний предел частоты в 20 Гц является удовлетворительным для полнодиапазонной системы, а это означает, что минимальная задержка 25 мс является существенной. В действительности, из-за комбинации низких частот и асимметричных сигналов на более высоких частотах обычно требуется большая задержка. К сожалению, чем больше задержка, тем больше риск повреждения драйверов. В системе с полным диапазоном (то есть с использованием пассивных кроссоверов) среднечастотные и высокочастотные динамики будут иметь некоторую защиту с помощью конденсаторов, используемых в сети кроссовера, но они отсутствуют в системе с двойным или триамперным усилителем.По этой причине важно, чтобы схему можно было легко изменить, чтобы изменить начальную задержку времени до того, как система обнаружит постоянный ток и отключит динамики.

Имейте в виду, что вам нужно будет использовать транзисторы с более высоким напряжением, если усилитель работает при напряжении более ± 60 В. Показанные транзисторы рассчитаны на 65 В, но использовать транзисторы, близкие к предельному напряжению, неразумно. Если вы понимаете схему и знаете, что делаете, достаточно просто запустить схему от более низкого напряжения, если оно доступно.В качестве альтернативы можно создать простой стабилизированный источник питания для питания самой схемы (но , а не реле, поскольку они потребляют слишком большой ток). Выбор реле становится критически важным для источников высокого напряжения!


Электромонтаж цепи защиты и усилителя

На рисунке выше показано, как схема подключена к усилителю. Обычно для каждого канала используется отдельное реле, и плата P33 часто может использовать источник питания основного усилителя, как показано.Если используется вспомогательный источник питания, он должен быть около 12 В, чтобы соответствовать катушкам реле. Источник питания должен обеспечивать достаточный ток для детектора (всего несколько миллиампер) и реле (обычно около 45 мА каждое, но это зависит от используемых вами реле). Реле должны быть двухходовыми, с нормально разомкнутыми (NO) и нормально замкнутыми (NC) контактами, с нормально замкнутыми контактами, подключенными к заземлению усилителя мощности. Без этого подключения способность реле защищать ваши динамики колеблется от минимальной до нулевой!


Детектор

Это самая важная из функций.Он должен быть способен обнаруживать смещение постоянного тока любой полярности и быть невосприимчивым к эффектам асимметричных сигналов и низких частот. Это обычное требование, и наиболее целесообразно использовать простой (однополюсный) фильтр, чтобы свести сложность к минимуму. При такой компоновке отсечка низких частот около 1 Гц является примерно правильной. Не утомляя вас математикой, стоящей за этим, выясняется (в конечном итоге), что фильтр с постоянной времени 1,0 с по-прежнему будет обеспечивать возможность достаточно быстро обнаруживать высокий уровень постоянного тока, но пропускает низкие частоты без запуска.При этом питание реле может быть отключено в течение примерно 50 мс с момента, когда выходное напряжение достигает шины питания (это зависит от напряжения питания) — обычно из-за короткого замыкания транзистора в выходном каскаде. Изменяя постоянную времени фильтра, мы можем адаптировать схему для работы на других более высоких частотах, чтобы она подходила для системы с двойным (или триампированием).

Детектор может быть построен с использованием операционного усилителя и будет работать очень хорошо, но при этом возникает необходимость в источниках низкого напряжения в усилителе мощности.Это не всегда возможно (или желательно), поэтому в конструкции используются дискретные транзисторы, чтобы учесть различные напряжения питания, характерные для типичных усилителей мощности.

Схема детектора, показанная на Рисунке 1 [1] , проста и работает хорошо, и, как показано, не будет запускаться с сигналом 30 В RMS на частоте 5 Гц, но работает в течение 60 мс при подаче 30 В постоянного тока и в 50 мс при питании 45 В постоянного тока. . Этого должно быть достаточно для большинства применений и позволяет использовать в фильтре неполяризованный электролитический конденсатор.Они дешевые, маленькие и вполне подходят для этой цели.

ПРИМЕЧАНИЕ: Источники питания (+ ve и -ve), показанные на этих схемах, обычно являются шинами питания усилителя. Не пытайтесь заменить другие расходные материалы, если вы точно не знаете, что делаете, иначе схема может работать неправильно. Это особенно верно для цепи заглушения, но неправильные источники питания также могут (могут) повлиять на цепь обнаружения постоянного тока. Как и большинство моих проектов, он предназначен для опытных строителей.


Рисунок 1 — Базовая схема детектора постоянного тока

Входной фильтр представляет собой простую однополюсную (6 дБ / октаву) версию, и хотя может показаться, что предпочтительнее использовать «лучший» фильтр, двухполюсный (или более) фильтр фактически ухудшит обнаружение постоянного тока. Эта базовая схема не нова (см. Ссылку) и действительно существовала в той или иной форме в течение некоторого времени. Он идеально подходит для наших требований, так как он симметричен, а с входными диодами, как показано, можно использовать один детектор с несколькими усилителями и разными входными постоянными времени для каждого отдельного фильтра.Само устройство при желании может работать от отдельного источника питания, поэтому вся схема защиты может быть в отдельном корпусе. Регулируемые расходные материалы не требуются, а гудение или другие артефакты не появляются в линиях громкоговорителей. (См. ПРИМЕЧАНИЕ , ПРИМЕЧАНИЕ выше.)

В таблице (ниже) показаны некоторые рекомендуемые значения для фильтра для использования в двух- и трехамперных системах. Вам понадобится один фильтр и два диода для каждого подключенного канала усилителя, а также подходящее количество контактов реле, чтобы справиться со всеми ними.В некоторых случаях это будет означать несколько реле.

Частота (Гц) Значение C1
Полный диапазон 10 мкФ (неполяризованный)
100 Гц 1 мкФ
300 Гц 330 нФ
1 кГц 100 нФ
3 кГц 33 нФ

Входные резисторы (R1 и R2) должны быть оставлены на 100 кОм для всех частот.Хотя можно уменьшить порог обнаружения, используя более низкое значение, это делает требования фильтра более критичными и может легко сделать обнаружение хуже, чем , а не «лучше». Не используйте обычный электролитический конденсатор для C1, потому что любое небольшое обратное смещение в конечном итоге приведет к его разрушению. Вы можете обнаружить, что некоторые типы музыки (особенно на большой громкости) могут вызвать ложное срабатывание схемы. В этом случае увеличьте значение C1 до максимального значения 47 мкФ.Все, что выше, недопустимо замедлит реакцию.


Рисунок 1A — Базовая схема детектора постоянного тока с однополярным питанием

Схема, показанная выше, предназначена для использования от одного источника питания. Q1 может быть включен положительным напряжением на его базе или отрицательным напряжением , приложенным к эмиттеру. Это основа версии для печатной платы, и это действительно «проверенное и надежное» решение. Все сказанное выше (о двухтранзисторной версии) применимо и здесь. Значения, указанные в таблице, остаются применимыми, как и все другие комментарии и примечания.Единственное отличие — это устранение необходимости в отрицательном питании. Когда C1 / C2 выбраны для полного диапазона, время обнаружения составляет менее 60 мс для положительных или отрицательных напряжений повреждения 25 В, и оно быстрее при более высоких напряжениях повреждения.

Конечно, нет причин не использовать гораздо более сложные схемы. Однако они не обязательно будут работать лучше, а некоторые, которые я видел, не так хороши, несмотря на дополнительную сложность. Стремление к очень низким порогам обнаружения напряжения может показаться как хорошей идеей, но на самом деле это просто означает, что фильтр должен быть более сложным, и он будет медленнее реагировать на «событие» постоянного тока.Помните, что любой детектор постоянного тока никогда не должен активироваться при присутствующей самой низкой интересующей частоте при любом напряжении вплоть до полной мощности (и, возможно, с учетом некоторой степени ограничения). Однако он по-прежнему должен обнаруживать постоянный ток достаточно быстро, чтобы спасти ваши громкоговорители.


Технические характеристики реле

Реле должно быть достаточно легко достать. По крайней мере, у одного из австралийских поставщиков компонентов есть реле, которые вполне подходят, но не особенно дешевы. Номинальный ток очень важен, и если предположить, что напряжение питания составляет +/- 40 В, это вызовет ток около 6 А в динамике с сопротивлением 8 Ом в случае короткого замыкания транзистора.Хотя 6А может показаться не таким уж большим, это при постоянном токе, и поскольку нет периодов 0 В, как при переменном токе, дуга длиннее, толще и гораздо более разрушительна для контактов, чем тот же ток, использующий переменный ток.

Не поддавайтесь соблазну использовать миниатюрные реле, потому что, если нормальный сигнал динамика переменного тока слишком сильно превышает номинальный ток контактов реле, контакты могут свариться — это почти наверняка произойдет, если номинальный ток постоянного тока будет слишком низким. Вы также должны учитывать, что контактное сопротивление является дополнительным сопротивлением в проводе динамика и может повлиять на демпфирование (хотя и очень незначительно) и приведет к небольшим потерям мощности, а миниатюрные типы не подходят в этом отношении.

Я заглянул в каталог одного австралийского поставщика, и у них есть несколько реле с номиналом контакта 10А. Я бы сказал, что что-то меньшее неразумно для долгосрочной надежности. Большинство широко доступных реле имеют катушку 12 В, и это вызовет проблемы, если напряжение питания составляет 30 В или более. Силовые реле часто потребляют значительный ток (обычно> 60 мА), и обычно лучше всего подключать катушки последовательно.

Имейте в виду, что в некоторых районах в воздухе содержится значительное количество серы, и это вызывает сильное потускнение серебряных контактов.Если вы живете в таком районе, было бы целесообразно приобрести герметичные реле, если это возможно, чтобы предотвратить потускнение контактов.

Хорошо известно, что ток, требуемый для активации реле, намного больше, чем ток, необходимый для удержания контактов замкнутыми, и распространенный трюк заключается в использовании схемы «эффективности» для минимизации удерживающего тока реле. Я не считаю, что дополнительная сложность оправдана, и не включала эту возможность. Если вы действительно хотите сделать это правильно, см. Ссылку 1 (ниже).Было заявлено, что эффективная схема также ускоряет время отключения реле из-за более низкого накопленного магнитного поля. Я провел несколько тестов, и экономия в лучшем случае незначительна, хотя с разными реле все может быть иначе.

На рисунке 2 показана схема активации реле, включая подключение для сигналов отключения звука и защиты. Никакие компоненты не являются критическими, но некоторые из них необходимо будет модифицировать в зависимости от используемых реле. Я предположил, что потребуется минимум два реле (по одному на каждый канал), и это увеличивает общее напряжение катушки реле до 24 В.Если вы собираетесь использовать более двух (например, четыре однополюсных реле необходимы для системы с двойным усилением), тогда, если напряжение питания составляет 48 В или более, все 4 реле можно соединить последовательно. В большинстве случаев вам нужно будет определить номинал подходящего понижающего резистора по приведенной ниже формуле.

Клемма, помеченная как «Off», является общей для всех трех модулей, и эти точки просто соединяются вместе, как и соединения питания + ve и -ve. Положительный ток на клемме Off обесточит реле, включив Q1.Это забирает весь базовый ток для Q2, который затем отключается, как и Q3.


Рисунок 2 — Цепь активации реле

R7 и D6 не являются обязательными. Читатель использовал эту схему на усилителе сабвуфера P68 и обнаружил, что схема иногда ложно срабатывает. В конце концов было обнаружено, что с некоторыми сигналами питание резко сократилось, чтобы перезапустить таймер отключения звука. Этого можно избежать, добавив резистор и стабилитрон. R7 и D6 обычно не нужны, но если вы получите ложное срабатывание, их придется добавить.Отсутствие этого раздела просто означает, что D6 не установлен, а R7 заменен ссылкой.

Значение R7 (при необходимости) определяется напряжением питания. Схема отключения звука потребляет очень небольшой ток, поэтому R7 можно рассчитать как …

V R7 = V питание -24 (где 24 — напряжение стабилитрона)
Затем можно рассчитать

R7, исходя из тока стабилитрона 10 мА …

R7 = V R7 / 0,01 (Ом)
P = V R7 ² / R7 (Вт)

Например, при питании 56 В R7 будет 3.2 кОм и рассеивает 0,32 Вт (рекомендуется резистор 1 Вт).

Реле должны быть выключены в кратчайшие сроки, поэтому не следует использовать обычный защитный диод на катушке, поскольку он значительно замедляет реакцию. Вместо этого показанная конструкция по-прежнему защищает транзистор драйвера, но позволяет магнитному полю реле схлопнуться, не генерируя ток в катушке (это то, что замедляет срабатывание реле). Я не могу предсказать точную задержку, которую вы достигнете, поскольку выбор подходящего реле не зависит от меня.Вам придется приставать и раздражать своих местных поставщиков, чтобы найти реле с подходящими характеристиками, и быть готовым заплатить неприличную сумму денег за простое электромеханическое устройство.

D5 разряжает C1 при прекращении подачи. Это не сильно поможет в случае, если кто-то выключит питание, а затем снова включит (не то, чтобы кто-то это сделал!), Но сбросит схему намного быстрее, чем это было бы в противном случае.

Дуга постоянного тока может (и действительно) вывести из строя даже реле 10А при некоторых обстоятельствах.Чтобы обеспечить большую защиту динамика, проводка реле на рис. 2 предназначена для замыкания динамика на землю в случае неисправности. Таким образом, даже если контакты имеют дугу, они будут напрямую связаны с землей. Это намного безопаснее (для динамиков), а дуга на землю приведет к срабатыванию предохранителя намного быстрее, чем если бы в цепи была нагрузка 8 Ом. Настоятельно рекомендуется использовать эту схему как нечто само собой разумеющееся. Стоит отметить, что любая система защиты от постоянного тока, в которой , а не , использует этот метод, почти наверняка не сможет защитить громкоговорители с усилителем средней или высокой мощности. (Мои благодарности Филу Эллисону за информацию.)

Вы можете рассмотреть возможность использования двухполюсных реле для RL1 и RL2 с последовательным соединением контактов. Наиболее распространенные реле имеют номинальное значение 10 А, 30 В постоянного тока, и при использовании двух последовательно соединенных наборов контактов это (теоретически) увеличивает номинальное напряжение до 60 В постоянного тока. Нормально замкнутые (NC) контакты должны быть подключены к заземлению постоянного тока для максимальной защиты.

Обратите также внимание на то, что эту схему нельзя использовать, как показано с последовательными реле 12 В, если напряжение питания меньше +/- 24 В (но вы уже это знали)

Чтобы вычислить значение R6, вычтите объединенное напряжение реле из напряжения питания (вы должны знать ток катушки реле!).Чтобы рассчитать ток катушки по ее сопротивлению, используйте следующее (в примерах я принял напряжение 40 В):

I = V / R Где V = напряжение катушки и R = сопротивление катушки
Таким образом, для катушки на 180 Ом (довольно типично) это работает
I = 12/180 = 67 мА
Номинал резистора рассчитывается с помощью:
R = V / I, где V = напряжение, оставшееся после вычитания, а I = ток катушки.
Вам также необходимо определить номинальную мощность резистора:
P = V² / R где V — напряжение, а R — сопротивление.
Опять же, для приведенного выше примера это работает
R = (40 — 24) / 67 мА = 16/0.067 = 239 Ом (220R должно подойти)
P = (16 × 16) / 220 = 1,16 Вт
Таким образом, для достаточного запаса прочности, резистор мощностью 2 Вт следует считать минимальным (лучше 5 Вт).

Чтобы определить транзистор для Q3, сложите напряжение питания и напряжения стабилитрона, чтобы получить максимальное напряжение коллектора и эмиттера. В данном случае это 40 + 48 = 88 Вольт, и я бы посоветовал использовать транзистор с напряжением пробоя не менее 100 В для обеспечения некоторого запаса прочности. MJ350 (номинальное значение 300 В) будет подходить почти (если не) для всех приложений, или вы можете использовать MPSA92 — более низкий ток, но все еще имеет рейтинг 300 В.


Рисунок 2A — Альтернативная защита от обратного ЭДС

На рис. 2A показан альтернативный метод, который можно использовать для подавления обратной ЭДС от реле, но для его правильной реализации полезно (если не обязательно) получить доступ к осциллографу. Если резисторы имеют примерно такое же сопротивление, как и катушки реле, обратная ЭДС должна (!) Быть ограничена примерно до нормального напряжения реле, плюс-минус 50% или около того. В тестах, которые я проводил (см. Тесты ниже) с использованием реле 24 В, обратная ЭДС была ограничена примерно до -30 В, что в большинстве случаев было бы нормально.

Этот метод немного дешевле стабилитрона, но менее предсказуем. Дополнительной альтернативой является использование ограничивающего диода для отрицательного источника питания. 1N4004 между верхом релейной цепи и источником -ve усилителя ограничит противо-ЭДС до напряжения -ve-источника питания, поэтому для примера это будет -40В. Рассчитываю, что это было бы вполне приемлемо, но не пробовал. Убедитесь, что диод подключен правильно — катод идет к верхней части реле, а анод — к отрицательному питанию.


Отключение звука

Поскольку у нас есть все эти новые схемы, наиболее целесообразно включить функцию отключения звука, чтобы при отключении питания от системы реле открывалось, чтобы не слышать переходные процессы выключения. Аналогичным образом, мы обычно хотим отключить систему примерно на 2 секунды после подачи питания, чтобы также остановить переходные процессы при включении. C1 и R1 в схеме на Рисунке 2 обеспечивают задержку включения, подавая ток на клемму «Выкл.» По мере зарядки C1.После зарядки ток падает до нуля, и Q1 отключается, позволяя Q2 и Q3 включиться, тем самым запитывая реле. (Обратите внимание, что этот таймер не будет сброшен, если питание будет быстро выключено и снова включено, но, поскольку это процедура, которой в любом случае следует избегать, для нее не предусмотрено никаких мер.)

Чтобы сделать это эффективно, мы должны иметь доступ к переменному току от трансформатора усилителя мощности или иметь внешний блок, управляемый главным выключателем питания в системе.В некоторых системах Hi-Fi будет множество различных устройств, которые будут включаться (и выключаться) каждый раз при использовании системы. Я оставлю читателю самим решать, какой блок использовать в качестве элемента управления, но предлагаю предположить, что при использовании отдельного предусилителя это может быть идеальный контроллер для всей системы. К сожалению, Hi-Fi не последовал разумному подходу многих компьютеров с коммутируемым разъемом IEC на задней панели предусилителя для управления усилителями мощности и другими внешними устройствами.(Я сделал это на своем предусилителе, и он очень полезен.)


Рисунок 3 — Детектор потери переменного тока

Детектор мощности не может полагаться на источник постоянного тока, так как это может занять значительное время. Обычный подход заключается в использовании выпрямленного, но несглаженного выхода вторичной обмотки трансформатора. Поскольку он не сглажен, он мгновенно исчезает при отключении питания, и это идеально. На рисунке 3 показана базовая схема, при этом привод реле будет удален примерно через 50 мсек после отключения питания.Мы могли бы сделать это быстрее, но в этом мало смысла.

Схема просто использует импульсы тока для поддержания разряда конденсатора через Q1. Когда импульсы прекращаются, крышка заряжается до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое напряжение на клемме «Выкл.» (0,65 В), и реле выключатся. После первого включения питания схема таймера активирует реле примерно через 4 секунды (обычно). При желании его можно увеличить, увеличив значение C1 на рисунке 2.


Тесты

Я провел несколько тестов, чтобы увидеть, насколько быстро могут работать реле.Результаты были чем-то вроде откровения (а я знал о дополнительной задержке, вызванной диодом!). Реле, которое я использовал, представляло собой небольшую катушку на 24 В с катушкой 730 Ом и надежными контактами (не менее 10 А). Без защиты от обратной ЭДС реле размыкало контакты за 1,2 мс — это намного быстрее, чем я ожидал, но обратная ЭДС вышла за пределы шкалы моего осциллографа, и я предполагаю, что напряжение было выше 500 В. . При добавлении диода время отпускания увеличилось до 7.2 мс, что является значительным увеличением, и, конечно, не было обратной ЭДС (хорошо, было 0,65 В, но мы можем это игнорировать). При использовании метода диод / резистор, описанного выше, время отпускания составляло 3,5 мс, а максимальная обратная ЭДС составляла -30 В, так что это кажется подходящим компромиссом.

Я не тестировал метод стабилитрона до публикации, но я знаю, что он работает так же, как комбинация диод / резистор. На графиках ниже показано поведение схемы с резистором и диодом и без них.Расчетное значение 500 В или более типично для всех реле, поэтому диод всегда включен. Такое напряжение мгновенно разрушит большинство транзисторов. Это точно такой же процесс, который используется в стандартной системе зажигания Kettering, используемой в автомобилях, но без вторичной обмотки или трансформатора обратного хода, используемого в горизонтальной выходной секции телевизора с ЭЛТ.


Рисунок 4 — Напряжения реле

График с надписью «Контакты» является репрезентативным и не масштабируется.Пиковое напряжение реле (вверху слева) превысило входной диапазон моего осциллографа (и мне было лень настроить внешний аттенюатор), и, как показано, оно отключено на моем пределе измерения. По моим оценкам, напряжение больше 500 В.

Обратите внимание, что изгиб кривой напряжения реле вызван тем, что якорь (бит, который движется) отходит от полюсного наконечника реле и снижает индуктивность. Это заставляет накопленный магнитный заряд снова пытаться увеличить напряжение, но он поглощается сопротивлением и быстро рассеивается.Контакты размыкаются в точке размыкания ранее замкнутого магнитного поля по мере удаления якоря от полюсного наконечника. Как видно, это 3,4 мс после отключения питания реле.

Эти графики являются репрезентативными, так как разные реле будут иметь разные характеристики. Как отмечалось выше, я не могу предсказать, какой тип реле вы сможете получить, но можно ожидать, что его поведение будет похоже на показанное. Все испытания проводились с использованием реле 24 В с контактами 10 А.После замыкания контакта я также измерил 2,5 мс отскока контакта. Если к моменту замыкания контактов ваш усилитель стабилен, этого будет совершенно не слышно.


Версия печатной платы

Версия печатной платы немного отличается от показанных схем, но все равно выполняет все функции. Он включает в себя детектор «потери переменного тока» для отключения звука усилителя мощности при выключении питания, что очень полезно для усилителей, которые настаивают на том, чтобы издавать громкий «удар» через несколько секунд после выключения. Ни один из проектов ESP не делает этого (по крайней мере, ни один из них не имеет доступной печатной платы), но довольно много усилителей это делают.


Рисунок 5 — Версия печатной платы схемы

Схема показана без значений компонентов, но полная информация представлена ​​на защищенном сайте, доступном для тех, кто покупает плату. В нем используется небольшое количество дешевых деталей, и он зарекомендовал себя как очень надежный в использовании. Печатная плата очень мала, но не включает реле, так как они должны располагаться как можно ближе к выходным клеммам на шасси.


Отказ реле

Вероятность отказа реле проиллюстрирована ниже.Когда возникает дуга постоянного тока, температуры значительно превышают те, которые может выдержать любой нормальный металл, и расплавление является обычным явлением. Показанная фотография была отправлена ​​читателем и не из схемы P33. Однако процесс идентичен, и реле может легко стать похожим на то, что на фотографии.


Рисунок 6 — Расплавление реле из-за дуги постоянного тока

Если усилители мощности оснащены предохранителями, повреждения должны быть намного меньше. При условии, что предохранитель срабатывает достаточно быстро, энергия дуги по-прежнему будет достаточно высокой, но с значительно меньшей продолжительностью.Это ограничивает повреждение реле. Тем не менее, реле по-прежнему намного дешевле, чем новый драйвер громкоговорителя (или драйверы), поэтому не имеет большого значения, если реле принесено в жертву для «общего блага».

Испытанное и проверенное решение — использовать два набора контактов последовательно. Большинство реле имеют максимальное напряжение 30 В постоянного тока при номинальном токе, поэтому два последовательных комплекта могут прерывать 60 В постоянного тока. Конденсатор (даже 1 мкФ достаточно) на нормально разомкнутых контактах может гарантировать минимальную дугу (или ее отсутствие) даже при напряжениях выше максимума реле.Я тестировал реле с 1 мкФ на контактах при 60 В с напряжением около 15 А (нагрузка 4 Ом) без дуги, но вам нужно провести свои собственные тесты. Имейте в виду, что конденсатор (если он используется) допускает некоторую «утечку» сигнала в динамик.

Вам также необходимо знать (и предпочтительно очень ), что конденсатор, подключенный к контактам, в конечном итоге подключается непосредственно от выхода усилителя к земле. Если вы это сделаете, очень много усилителей будут колебаться, поэтому тщательное тестирование очень важно.Схема защиты, которая повреждает усилитель, бесполезна. Этого не происходит, если нормально замкнутый контакт реле не заземлен, но это снижает способность цепи защищать динамики. Я настоятельно рекомендую вам прочитать статьи о Relays (Часть I и Часть II).


Рисунок 7 — Контакты реле в серии

Если вы используете реле промышленного класса DPDT (с расстоянием между контактами 0,8 мм), подключенное, как показано (реле того же класса, что и на рисунке 6), я убедился, что оно может выдерживать до 60 В постоянного тока при токе короткого замыкания около 16 А.Один комплект контактов с разделением 0,8 мм будет просто дугой ( сильно ), и это также было подтверждено лабораторными испытаниями. Стандартные миниатюрные реле обычно имеют расстояние между контактами не более 0,4 мм, и они не могут выдерживать возникающую дугу. Контактный узел реле испарится!


P33 с реле P198 MOSFET

Как описано выше, дуги высокого напряжения очень разрушительны, и хотя может иметь успех с парой последовательно соединенных контактов, это все же ограничивает напряжение питания примерно до ± 60 В.Этого будет достаточно для большинства дизайнов ESP, так как я не рекомендую использовать больше ни для одного из опубликованных дизайнов. Однако, вероятно, многим понравится идея твердотельного реле, которое не может дугу , независимо от напряжения.


Рисунок 8 — Версия печатной платы схемы с реле P198 MOSFET

Рекомендуемая микросхема для плат P198 — Si8752, в которой используется «эмуляция диода», а ограничивающие резисторы должны быть выбраны для тока 10 мА.Поскольку эти две платы подключены последовательно, каждая плата P198 будет получать половину общего напряжения питания. Например, рекомендуемый ток составляет 10 мА, поэтому, если питание P33 составляет 12 В, каждый модуль P198 будет использовать резистор 390 Ом в позиции R3 (только один резистор используется для микросхемы драйвера Si8752). Вы также можете использовать 330 Ом, что обеспечит немного больше тока).

Это также будет работать с более высокими напряжениями, и формулы, показанные выше, могут быть использованы. Единственная разница в том, что общее напряжение снижается в 4 раза.4 В (2,2 В для каждого Si8752), а ток установлен на 10 мА (± 2 мА). Использование большего тока через Si8752 только ускоряет его включение — это не влияет на общую производительность схемы отключения / защиты. Малый ток потребления (по сравнению с реле) значительно упрощает работу главного переключателя (Q4), а также снижает общее потребление тока. В остальном схема P33 ведет себя нормально.


Список литературы
  1. D. Реле с самозатуханием, Electronics World, июль 1999 г.
  2. Реле
  3. , выбор и использование (Часть 1) — ESP (также см. Часть 2, которая конкретно касается контактной дуги)
  4. Фото реле предоставлено Бобом


Основной индекс Projects Index
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 1999. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: Обновления: страница создана и авторские права © октябрь 99./ ноя 99 — добавлена ​​информация о потускнении серой и комментарий о том, что таймер отключения звука не сбрасывается быстро. / Авг 00 — добавлены заземленные контакты для дополнительной защиты динамика. / Сен 06 — Добавлены R7 и D6 на Рисунок 2, измененный текст, очищенные изображения. / Январь 07 — Добавлена ​​информация о сбое реле. / 17 ноября — Добавлен Рисунок 1A и соответствующий текст. / Июль 2019 — добавлен Рисунок 6. / Август 2020 — Включено комментарии к контактам в серии (раздел неисправности реле).


Защита динамика

Защита динамика
Elliott Sound Products пр.208

© Сентябрь 2020, Род Эллиотт (ESP)

верхний
Введение

Защита громкоговорителей от постоянного тока всегда представляет собой нечто неоднозначное. Такие устройства, как Project 33, ведут себя хорошо и обеспечивают высокий уровень защиты динамика. Если усилитель выходит из строя, наиболее распространенным видом отказа является короткое замыкание выходного устройства, в результате чего выход переключается на одну или другую шину питания.Это приведет к повреждению динамика, а звуковая катушка, подверженная (скажем) 70 В постоянного тока, не выживет, если экскурсия не будет очень короткой.

Задача сложнее с высокочастотными драйверами, потому что они имеют гораздо меньшие звуковые катушки с очень небольшой тепловой массой, поэтому повреждение может быть почти мгновенным. Однако в системе с пассивным кроссовером постоянный ток не может попасть на ВЧ драйвер (ы), потому что есть конденсатор, включенный последовательно. Для низкочастотных драйверов мы можем установить произвольный предел, возможно, в 50 мс, что обеспечивает полную мощность при 20 Гц, но отключит динамик, если сигнал останется на полном напряжении еще дольше.К сожалению, это не так просто, и есть много других факторов, которые необходимо учитывать.

Усилители

BTL (мостовая нагрузка) создают дополнительные проблемы, поскольку теоретически возможно, что один усилитель «перейдет в режим постоянного тока», в то время как другой продолжает работать. Хотя усилитель прослужит недолго («рабочий» усилитель выйдет из строя раньше, чем позже), он может просуществовать достаточно долго, чтобы разрушить громкоговоритель. Project 175 (защита динамика усилителя BTL с одним источником питания) является решением для этого, но он предназначен для установки внутри шасси усилителя — было бы трудно заставить его работать как внешний блок, потому что для него требуется заземление и шина питания постоянного тока. использованная литература.Показанные здесь конструкции могут защитить громкоговоритель при использовании с таким усилителем, но это далеко не гарантировано.

С хорошо спроектированными схемами и внутренней защитой от постоянного тока, встроенной в большинство высококачественных усилителей, существует бесчисленное множество примеров плохой конструкции, которая почти гарантирует отказ в какой-то момент срока службы усилителя. Недооценка пикового рассеяния выходных устройств — редкость в большинстве коммерческих предложений, но все еще есть множество примеров усилителей, которые не были продуманы.Они могут быть на рынке недолго, а некоторые выйдут из строя. После ремонта владелец вполне может решить, что его не стоит оставлять, особенно если ему удалось уничтожить колонки на несколько сотен долларов, когда они вышли из строя. Новый владелец не узнает об этом, и процесс может легко повториться.

На протяжении многих лет было выдано несколько патентов на систему защиты с питанием от усилителя, но некоторые из них имеют серьезные недостатки [1] , тогда как другие лучше всего рассматривать как концепцию.Существует множество зависимостей, и универсального решения не существует. Описанные здесь схемы, вероятно, настолько просты, насколько это возможно, и позволяют выполнять требуемую работу. Однако этот не означает, что он будет защищать любой драйвер от любого усилителя, поскольку для этого требуется источник питания, обеспечивающий известное фиксированное напряжение, которое питает схему.


Автономная защита

Если мы попытаемся создать схему, которая не полагается ни на что, кроме выхода усилителя мощности, все усложняется.Без собственного источника питания схема должна полагаться на все, что выдает усилитель. Пока это сигнал переменного тока (будь то синусоида или музыка), защита не должна каким-либо образом реагировать. Если усилитель выходит из строя и выдает постоянный ток (не слишком распространенный, но очень разрушительный механизм отказа), динамик должен быть отключен. Это должно произойти как можно быстрее, но схема должна игнорировать все, что , то есть , а не , является неисправностью. Это на удивление сложно, особенно если сигналы очень низкой частоты проходят через усилитель.По этой причине всегда следует использовать фильтр верхних частот, ограничивая амплитуду любым значением ниже самой низкой интересующей частоты.

Система должна быть спроектирована для работы с максимально вероятным входным напряжением (переменного и постоянного тока), но все равно должна работать, если защищенный динамик используется с меньшим усилителем. Поскольку напряжение ниже, реакция займет больше времени, но они должны достаточно хорошо сбалансироваться, чтобы предотвратить отказ звуковой катушки. В конце концов, это баланс между скоростью обнаружения и скоростью.допустимое напряжение и предел низкой частоты. Хотя легко сказать, что все мощные системы PA / звукоусиления должны использовать фильтр верхних частот, многие этого не делают, и «звукорежиссер» должен держать все в допустимых пределах.

Распространенной ошибкой многих опубликованных схем защиты является неправильное подключение реле. При постоянном напряжении выше 30 В контакты неизбежно будут дугой при размыкании, и если дуга не исчезнет (что будет при источнике постоянного тока 70 В), то защиты нет вообще.Это подробно описано в статье Project 33, а также показано правильное подключение реле. Крайне важно, чтобы контакты реле закорачивали громкоговоритель при активации, так как это позволяет практически полностью «расплавить» реле (из-за дуги), сохраняя при этом защиту нагрузки. Необходимо следить за тем, чтобы контакты не замыкали усилитель коротким замыканием, так как это приведет только к большему ущербу. Да, усилитель уже вышел из строя, но нет причин наносить еще больший ущерб, если этого можно избежать.

Как отмечалось выше, одна вещь, которую следует включать в каждую систему звукоусиления (но обычно отсутствует), — это фильтр верхних частот. Существует очень мало систем, которые могут обрабатывать частоты ниже 30 Гц или около того, и крутой фильтр, удаляющий все, что ниже 25 Гц, является стоящим вложением. Примером может служить Project 99, фильтр 36 дБ / октава, разработанный специально для удаления «дозвуковых» сигналов. Эти драйверы напряжения и (если они есть) используют ценные резервы мощности в усилителях и вызывают нежелательные отклонения диффузора, которые ничего не влияют на общий звук.Использование такого фильтра находится где-то между «настоятельно рекомендуется» и «обязательно», если используется любая из схем, описанных здесь.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ


Описанные схемы не гарантируют защиту драйверов громкоговорителей от неисправного усилителя при всех возможных неисправностях. Хотя были приняты все меры чтобы гарантировать, что сами схемы работают, как описано, могут быть некоторые обстоятельства, вызывающие ложное срабатывание (например, чрезмерная мощность или на низких частотах).Система всегда должны включать фильтры верхних частот, чтобы гарантировать быстрое ослабление частот ниже 20-30 Гц.

Реле остается «самым слабым звеном», и с очень мощными усилителями оно может быть не в состоянии полностью предотвратить повреждение динамиков постоянным током. Это особенно верно, если реле выходит из строя из-за дуги. Подавление дуги особенно сложно, когда напряжение питания превышает 30 В постоянного тока (типичный максимум, указанный для большинства распространенных реле). Рассмотреть возможность с использованием двух последовательно соединенных комплектов контактов для высокого напряжения питания (выше ± 35 В).Не используйте «стандартное» миниатюрное реле, а стремитесь к реле с прочными контактами и большой контактный зазор (рекомендуемый минимум 0,8 мм).

Нереально ожидать, что любая система защиты защитит подключенные драйверы от повреждений во всех предсказуемых (или непредвиденных) ситуациях. Ассортимент усилителей огромен, некоторые из них имеют внутреннюю систему защиты, а многие нет. Диапазон напряжений источника питания также обширен: от базовых усилителей BTL (мостовая нагрузка) с питанием ± 35 В (примерно 200 Вт на 8 Ом) до усилителей класса D (переключаемых) с напряжением питания до ± 100 В.Если (когда) какой-либо усилитель BTL выходит из строя, наиболее частым отказом будет только один усилитель, и хотя теоретически возможных для другого усилителя продолжит работать «нормально», это маловероятно в долгосрочной перспективе (более нескольких секунд). или так).

Ни одна из показанных схем не может справиться с ситуацией, когда одновременно присутствует высокое напряжение сигнала переменного тока и смещения постоянного тока. Схема, показанная на Рисунке 1, активируется, если переменная составляющая комбинированного сигнала имеет частоту значительно выше естественного спада фильтра и / или имеет сравнительно низкую амплитуду.Например, тест с пиковым сигналом переменного тока 30 Гц, 25 В вместе со смещением 35 В постоянного тока показывает, что он будет работать, но я не на это полагаюсь! Упрощенная версия, показанная на Рисунке 2 , не активирует при тех же условиях.

Детектор постоянного тока, встроенный в усилитель мощности, будет (или должен) всегда работать надежно, независимо от подаваемого сигнала, потому что каждый канал (усилителя BTL) можно контролировать независимо. Это невозможно с внешней схемой, которая не имеет фиксированного заземления и должна полагаться на сигнал от усилителя, чтобы работать.

Обе схемы, показанные здесь, предназначены для работы с минимальной частотой , равной 20 Гц. Работа какого-либо мощного звукового усилителя или усилителя Hi-Fi ниже этого не требуется, и если присутствует значительная энергия на очень низких частотах (<20 Гц), цепи могут ложно сработать. Это создаст очень неприятные переходные процессы с более чем достаточной амплитудой, чтобы повредить твитеры или драйверы компрессии. В идеале ни одна из схем не должна использоваться в любой системе , в которой используются пассивные кроссоверы.


Описание проекта, версия 1

В этой схеме нет ничего особенного, но ее работа сложнее, чем кажется на первый взгляд. Даже небольшая ошибка с подключением реле может быть фатальной для усилителя, поэтому перед использованием его необходимо тщательно проверить. В основном есть три отдельных секции: цепь обнаружения постоянного тока, источник питания (полученный из напряжения повреждения) и цепь отключения, которая управляет реле. Реле отключает динамик от усилителя и закорачивает клеммы динамика.Для обнаружения постоянного тока, но игнорирования аудиосигнала, требуется фильтр, который отвечает за большую часть задержки между появлением неисправности и отключением нагрузки. Если бы это было мгновенно, реле бы постоянно размыкало и замыкало контакты в соответствии с применяемым звуком.

Источник питания сравнительно прост, но с усилителем очень высокой мощности напряжение будет намного выше, чем хотелось бы. Это можно было бы отрегулировать на что-то более разумное, но это потребовало бы еще большего количества деталей.Например, если усилитель способен выдавать 50 В RMS на выходе (310 Вт на 8 Ом, 620 Вт на 4 Ом), источник питания детектора будет иметь пиковое напряжение постоянного тока до 70 В, если усилитель находится в режиме ограничения, и то же самое, если на выходе выход из строя — на громкоговоритель обычно подается полное напряжение питания. Конечно, напряжение в режиме привода или неисправности может быть положительным или отрицательным. Мостовой выпрямитель обеспечивает правильную полярность независимо от выходного напряжения усилителя.

Ток, требуемый, когда цепь находится в режиме ожидания, очень низкий (т.е.е. с сигналом на разных уровнях, но без неисправности усилителя). Как показано, даже при пиковом сигнале 70 В (50 В RMS) ток составляет менее 10 мА. Обеспечение такого небольшого тока от усилителя с типичным низким выходным сопротивлением (обычно не более 0,1 Ом) не вызовет слышимых искажений в любой разумно подключенной системе. Напряжение и ток источника питания, конечно, будут меняться, и при отсутствии сигнала они будут равны нулю.

Обратите внимание, что мостовой выпрямитель источника питания должен использовать быстродействующие диоды.В полнодиапазонной системе частота будет примерно до 15 кГц с большинством материалов (некоторые могут доходить до 20 кГц), а «обычные» сетевые диоды откажутся от , потому что они не могут выключиться достаточно быстро. Это вызывает значительный обратный ток, из-за которого диоды становятся горячими (или очень горячими), и они не выживут. В этой роли вполне подойдут диоды UF4004 (UF — сверхбыстрые), как и любое подобное устройство. Большой ток не требуется, поэтому нет необходимости в сверхмощных быстрых диодах.


Рисунок 1 — Схема защиты динамика с питанием от усилителя (№1)

Показанные значения компонентов рассчитаны на усилитель мощности, имеющий шину питания от ± 35 до ± 100 В. Для более низких или более высоких направляющих может потребоваться несколько изменений. Схема была смоделирована с использованием эквивалента усилителя мощности 1200 Вт (у меня нет его, чтобы проверить его) и всего 100 Вт (оба имеют номинальное сопротивление 4 Ом). При низком напряжении питания активация занимает больше времени, если есть неисправность по постоянному току, но, конечно, рассеиваемая мощность динамика также значительно снижается, и оба имеют тенденцию уравновешиваться.

Управление простое, но не обязательно интуитивно понятное. Одна часть, с которой очень легко работать, — это блок питания — это просто мостовой выпрямитель, за которым следует конденсатор, который, кажется, слишком мал, чтобы быть полезным. Однако целью схемы является обнаружение DC и игнорирование нормального (звукового) выхода усилителя. Источник постоянного тока станет «твердым», если возникнет неисправность усилителя, из-за которой на выходе усилителя станет постоянный ток (на сегодняшний день это наиболее распространенный режим отказа, вызывающий поломку динамика).При неисправности 70 В постоянного тока реле активируется примерно через 33 мс. Более низкие напряжения вызывают соответствующее увеличение времени активации реле (около 65 мс при 35 В).

В детекторе постоянного тока используется оптрон (4N28 или аналогичный), который следует за фильтром, удаляющим переменную составляющую. Выход оптопары будет активирован только , если на входе присутствует постоянный ток (или нереально низкая частота). Есть бесчисленное множество других оптопар, которые будут работать одинаково хорошо, и я использовал LTV817 для тестирования.Выход неисправности может быть положительным или отрицательным, поэтому используется низковольтный мостовой выпрямитель, чтобы гарантировать, что оптопара будет работать с напряжением повреждения любой полярности. Выход обеспечивает ток затвора на полевой МОП-транзистор (Q1), который включает реле защиты. Если обнаруживается ложное срабатывание на низких частотах, можно уменьшить значение R6 (номинально 100k). Не уменьшайте его слишком сильно и убедитесь, что вы проверили схему со входом постоянного тока, чтобы убедиться, что она работает надежно!

Указанный полевой МОП-транзистор (IRF630) является избыточным, но он рассчитан на 200 В, а они стоят менее 2 австралийских долларов.00 каждый. Можно использовать любое количество других — это совсем не критично. Однако вы, , должны убедиться, что используемый не предназначен для логики, так как пороговое напряжение затвора слишком низкое, и он может работать (периодически) с нормальным сигналом. Для полевого МОП-транзистора требуется радиатор, особенно в системах, которые, как ожидается, будут работать на мощных усилителях. Радиатор должен иметь температуру не ниже 10 ° C / Вт, в результате чего полевой МОП-транзистор будет работать при температуре примерно на 25 ° C выше температуры окружающей среды (температура внутри корпуса !).Требуется механическая опора, потому что во многих установках система будет подвергаться сильной вибрации.

В полевом МОП-транзисторе используется ограничитель тока (Q2), который предназначен для обеспечения примерно 120% нормального рабочего напряжения на реле, чтобы дать ему наилучший шанс срабатывания, даже если контакты реле NC (нормально замкнутые) имеют легкая сварка . D12 должен быть 1N4004 или аналогичным. Значение R7 определяется из следующего …

I Реле = V Реле / R Реле × 1.2
R7 = 0,6 / I Реле

Например, если реле 24 В имеет катушку 576 Ом, номинальный ток составляет 42 мА (50 мА при 120%), поэтому R7 будет 12 Ом. Реле нужно считать жертвенным — при выходе из строя усилителя реле может выйти из строя, если контакты загорятся. Небольшой дополнительный ток катушки вряд ли станет проблемой на практике. Это одна из спецификаций реле, в которой мы можем позволить себе вольность — мы не хотим, чтобы катушка перегорела, но если она перегреется, нас это не волнует, потому что ее все равно следует заменить после выхода из строя усилителя.Те же комментарии относятся к схеме на Рисунке 2, показанной ниже.

Показанный предохранитель не является обязательным, но рекомендуется. Без него дуга, протянутая через контакты реле, может привести к полному расплавлению реле, но сам предохранитель очень важен. Я предлагаю предохранитель HRC (высокая разрывная способность), и он должен поддерживать ток, потребляемый во время обычного звука, при максимальной рекомендуемой мощности для системы. Для систем очень большой мощности (> 1 кВт) это означает предохранитель не менее 15 А. Например, усилитель мощностью 620 Вт (4 Ом) будет обеспечивать около 7 А среднеквадратичного значения на динамик (-ы), обеспечивая довольно минимальное соотношение пикового и среднего уровня 5 дБ (сильно сжатый материал, когда усилитель просто отсекает переходные процессы).Это может показаться нереальным, но это не так. Усилитель мощностью 1 кВт обеспечит около 14 А при тех же условиях. В интересах максимальной надежности вы, вероятно, использовали бы предохранитель на 20 А для предотвращения «неприятных» отказов предохранителя. Стоит прочитать «Предохранители — Как применять устройства защиты цепей», чтобы увидеть характеристики предохранителей — как и во многих других областях электроники, они не так просты, как кажется.


Альтернативный контур

Следующая схема является упрощенной версией, но она будет работать почти так же.Пока есть звук, Q1 включается с каждым полупериодом и поддерживает напряжение на C3 ниже порогового напряжения для полевого МОП-транзистора. Это происходит даже на самой низкой интересующей частоте (20 Гц) и при любой амплитуде до 70 В RMS. Как и в схеме на Рисунке 1, в ней используется источник питания, который не может поддерживать постоянное напряжение, но если усилитель «переходит в постоянный ток» из-за неисправности, у него будет надежный источник питания для активации реле. Та же самая цепь источника тока используется для управления реле, но обнаружение постоянного тока не так быстро, как в схеме на Рисунке 1.Если усилитель выходит из строя с выходным напряжением 70 В постоянного тока, до активации реле требуется 60 мс, а при напряжении сбоя 35 В. этот срок увеличивается примерно до 95 мс. Время можно сократить, уменьшив значение C3, но вам нужно будет убедиться, что он не запускается с «нормальным» программным материалом.


Рисунок 2 — Схема защиты динамика с питанием от усилителя (# 2)

Детектор переменного тока гарантирует, что переходные напряжения (или постоянная высокая мощность) не могут включить полевой МОП-транзистор. Пока присутствует переменный ток, C3 остается разряженным, поскольку Q1 включается дважды за каждый полный входной цикл и поддерживает напряжение на C3 ниже напряжения включения MOSFET.Это особенно важно, если усилитель работает с сильным ограничением, поскольку это может поддерживать более чем достаточное напряжение питания для включения реле без цепи разряда. Как только сигнал переменного тока заменяется постоянным током (неисправность усилителя), сигнал возбуждения на Q1 не поступает, поэтому C3 заряжается до тех пор, пока не включится полевой МОП-транзистор, тем самым приводя в действие реле. К используемому МОП-транзистору относятся те же комментарии, что и к описанному для первой схемы. Однако в этой версии пороговое напряжение более критично, поэтому будьте осторожны с заменителями.

Несмотря на упрощения, эта схема активирует реле в течение 100 мс после замены переменного тока (сигнал) на постоянный ток (неисправность), предполагая, что напряжение питания составляет 70 В. Время срабатывания реле добавляет, возможно, 10 мс, но это зависит от реле. Большинство из них довольно быстрые, и небольшая дополнительная задержка обычно не является проблемой. Ограничением является то, что схема на рис. 2 не может эффективно отделить переменный ток от постоянного тока, поэтому, если в усилителе возникает неисправность, когда есть значительный постоянный ток, но сигнал переменного тока все еще присутствует, реле будет срабатывать , а не .Хотя такие неисправности очень редки, они остаются возможными (хотя и маловероятными) с некоторыми конструкциями. Я сомневаюсь, что это серьезная проблема, но если вы хотите наиболее надежное обнаружение постоянного тока, используйте схему, показанную на рисунке 1.

Проводка реле идентична проводке, используемой в схеме на Рисунке 1, а требования к реле показаны в следующем разделе.


Реле

Обратите внимание на схему подключения реле на чертежах и убедитесь, что вы видите рисунок 6 ниже! Питание динамика обычно осуществляется через «NC» (нормально замкнутые) контакты, и когда реле срабатывает, динамик закорачивается (но , а не выход усилителя!).Это помогает предотвратить прохождение дугового тока в громкоговоритель. Never просто используйте нормально открытый контакт для «защиты» динамика, потому что обычно этого не происходит. Требуемые реле известны как «1 форма C» — также называемые SPDT (однополюсные, двухпозиционные) или переключающие (нормально разомкнутые [NO] и нормально замкнутые [NC] контакты). Альтернативой является 2 Form C — DPDT (двухполюсный, двухходовой). Это двойные переключающие типы и , поэтому контакты могут быть подключены последовательно.

Я настоятельно рекомендую всем, кто собирается построить показанные здесь конструкции, прочитать статьи «Реле (части 1 и 2)», чтобы получить полное представление о сильных и слабых сторонах электромагнитных реле (ЭМИ).Реле MOSFET использовать нельзя, потому что они обычно от , и для нормальной работы потребуется внутренняя батарея. Я сомневаюсь, что кто-то сочтет это хорошей идеей. EMR — единственный разумный выбор, и то, как он подключен (и использование конденсаторов), определяет, защитит ли он ваш громкоговоритель.

Еще одно ограничение, с которым вы столкнетесь, заключается в том, что многие реле имеют более низкий номинальный ток для своих контактов NC, чем для контактов NO. Это в значительной степени связано с тем, что при замыкании нормально разомкнутых контактов катушкой доступно большее контактное давление.Все реле используют пружину для восстановления якоря после срабатывания, и эта пружина должна быть на слабее, чем доступная сила магнитного поля, иначе реле вообще не сработает. По мере того, как зазор якоря закрывается, становится доступной большая электромагнитная сила, что обеспечивает более высокое контактное давление для замыкающих контактов. В описанном здесь приложении нет выбора — можно использовать только нормально замкнутые контакты, поскольку источник постоянного тока отсутствует до тех пор, пока не произойдет неисправность усилителя.

Реле критично, и подавляющее большинство доступных реле рассчитано только на 30 В постоянного тока.Хотя текущий рейтинг также является ограничением, это не так уж и серьезно. Текущий рейтинг (обычно) средний, и при нормальном использовании он может быть превышен более высокими пиками без особого беспокойства. Однако никакие общедоступные реле не способны отключать 70 В постоянного тока (или более) при токе около 20 А. Когда контакты размыкаются, возникает дуга, которая будет поддерживать прохождение тока, а также вызовет большое количество тепла, которое может (и действительно!) Расплавить структуру внутреннего контакта. Некоторые автомобильные реле утверждают, что могут отключать 75 В, но они имеют очень высокий ток катушки (обычно около 250 мА, катушка 12 В).Это заставляет релейный MOSFET рассеивать гораздо больше энергии, поэтому требуется радиатор. Я довольно настороженно отношусь к таким заявлениям, особенно когда речь идет о сильном токе, но этот вариант стоит изучить.

В усилителях очень большой мощности существует риск того, что контакты могут свариться, если их средний номинал будет превышен. Реле на 10 А, которое я использовал для испытаний контактного сопротивления, было подвергнуто воздействию 50 А в течение нескольких секунд, и контакты сделали именно это — мне пришлось подать 24 В на катушку 12 В, прежде чем реле достаточно «хрюканье», чтобы разъединить контакты.Я знаю, что это довольно серьезная перегрузка, но все, что важно, если мы обеспечиваем последнюю линию защиты (а это именно то, что есть).

Конденсатор на контактах реле предназначен для подавления дуги, но это скорее компромисс. Самый дешевый — биполярный электролитический, используемый в бюджетных кроссоверных сетях. Они довольно дешевы и при нормальной работе не пропускают ток. Колпачок будет поглощать начальное напряжение на контактах, но для работы при высоких напряжениях этого может быть недостаточно.Можно использовать конденсатор большего размера, но ожидать полного гашения дуги может быть нереально.

Я протестировал схему емкостного гашения дуги и смог полностью подавить дугу с напряжением 70 В постоянного тока на нагрузке 8 Ом, всего лишь с 2 мкФ (все еще рекомендуется 10 мкФ). Тем не менее, реле все же следует считать «жертвенным» — если выход из строя усилителя, реле тоже может выйти из строя. Однако это намного дешевле, чем громкоговорители. Очень высокий пиковый ток также может вывести из строя конденсатор, поэтому необходимо тщательно проверить всю систему после того, как она заработала из-за отказа усилителя.

Другой тип реле, который, возможно, стоит попробовать, — автомобильные реле. Они легко доступны и, как правило, недороги и рассчитаны на очень большой ток. Версии на 24 В имеют сопротивление катушки от 250 Ом до 330 Ом (от 96 мА до 72 мА соответственно). Это приведет к гораздо большей нагрузке на переключающий полевой МОП-транзистор, и ему потребуется более прочный радиатор. При напряжении короткого замыкания 70 В постоянного тока и почти 150 мА для пары реле рассеиваемая мощность MOSFET составит около 7 Вт. Тепловое сопротивление радиатора должно быть не более 5 ° C / ватт, иначе MOSFET перегреется и (возможно) умрет.Обратите внимание, что значение R7 необходимо уменьшить, чтобы MOSFET мог обеспечивать требуемый ток (около 6,2 Ом для 96 мА).


Рисунок 3 — Внутреннее устройство автомобильного реле

Показанное выше реле было продано как тип 40A, но это очень оптимистично. Он имеет более широкий, чем обычно, зазор между контактами, измеряемый примерно на 0,85 мм. При 10А контактное сопротивление для нормально замкнутых контактов составило 4,7 мОм, а для нормально разомкнутых контактов — 3,8 мОм (естественно, в замкнутом состоянии). Они довольно рентабельны (обычно около 4 австралийских долларов.00, включая розетки), но катушка потребляет намного больше тока, чем большинство других реле. Обычно я бы вообще не предлагал автомобильные реле, потому что их изоляция между катушкой и контактами недостаточно хороша, но в этом приложении это не имеет значения. Тем не менее, показанное реле не может, , отключить 70 В постоянного тока при 20 А или более — оно будет разрушено! То же самое будет с вашим динамиком (-ами), который по-прежнему будет получать большой ток постоянного тока через дугу. Параллельный конденсатор был опробован с этим реле, и, похоже, он надежно разрывает дугу при 60 В постоянного тока и до 10 А.

Другой общий стиль или реле, которое (будем надеяться) выживет, — это одно из реле TE Connectivity 30A, показанных в техническом описании серии T9A, но если оно когда-либо сработает от источника высокого напряжения, оно почти наверняка будет разрушено. Однако заменить реле намного дешевле, чем драйвер (ы) громкоговорителя. К сожалению, этот тип реле — это , а не с более чем одним набором контактов. Реле Omron LY2-0-DC24 является DPDT и рассчитано на 10 А. Без конденсаторов он не выдержит разрыва 70 В постоянного тока, даже с последовательными контактами, но при их установке должно иметь возможность разорвать дугу .Как и ожидалось, для меня не представляется возможным и непрактичным пытаться протестировать каждое доступное реле.

Обратите внимание, что реле «1 Form C» рассчитано на 20 А (замыкающие контакты), но только на 10 А для замыкающих контактов. Такая схема выдерживает среднюю мощность до 400 Вт, но пиковый ток может значительно превышать номинальную мощность. Пиковый ток при источниках питания 70 В на 4 Ом будет около 17 А, и вам может потребоваться выбрать более мощное реле. Серия T9A — это предложение, но вы должны быть готовы провести свои собственные тесты.Выбор реле, способных выдерживать ток более 20А, весьма ограничен.

Чтобы вы не подумали, что я преувеличиваю и что это не может быть так плохо, как я утверждаю, обратите внимание на следующую фотографию. Вы видите все, что осталось от верхнего контакта после продолжительной дуги. Показанное реле является сверхмощным и внутренне почти идентично тому, которое я использовал для некоторых испытаний (но не до разрушения). Реле этого класса обычно имеют зазор между контактами 0,7 мм, тогда как у обычных «миниатюрных» реле только 0.Контактный зазор 4 мм. Несмотря на увеличенное расстояние между контактами, дуга полностью разрушила контактную группу.


Рисунок 4 — Реле разрушено из-за дуги

Для получения более высокого номинального напряжения вы можете использовать два реле с нормально замкнутыми контактами, соединенными последовательно. Такая компоновка снижает напряжение на каждом наборе контактов, и, таким образом, может быть достаточно для предотвращения дуги. В таблице данных, приведенной выше, начальное сопротивление контакта указано как 75 мОм, но это довольно пессимистично и будет означать рассеивание контакта 67 Вт при 30 А (что явно невозможно).Я протестировал реле на 10 А с частотой 50 Гц при 10 А RMS и измерил 60 мВ (6 мОм), и даже при 20 А я смог измерить только 132 мВ на контактах (6,6 мОм), включая внутренние соединения. При 20 А это представляет собой потерю 2,64 Вт — почти ничтожную по сравнению с потерями в выводах, но это много тепла на небольшой площади пары контактов. При номинальном токе (10А) рассеиваемая мощность составила всего 600 мВт. Реле в аудиосхеме никогда не должны постоянно иметь дело с максимальным током, поэтому реле на 30 А необходимо только для поддержания низкого рассеяния контактов и в качестве попытки разорвать дугу.Более высокий номинальный ток помогает защитить от сваривания контактов при нормальной эксплуатации.


Рисунок 5 — Напряжение дуги, 60 В постоянного тока, нагрузка 8 Ом

Выше показан прямой захват, измеренный на клеммах реле. Источник питания был настроен на 60 В постоянного тока, и на контактах не использовались заглушки. Период дуги начинается, как только контакты размыкаются, и продолжает подавать 30 В постоянного тока на нагрузку, пока в конечном итоге не погаснет. Этот тест был проведен с мощным промышленным реле и показывает, что полное сопротивление дуги достаточно низкое, чтобы подавать значительный ток на нагрузку — в данном случае около 3.7А. Электрическая и акустическая дуга является шумной. Дуга звучит как белый шум, а частотный спектр хорошо простирается до радиочастотного (RF) диапазона.

Несмотря на недостатки, электромеханический подход дает некоторые преимущества. Миллиарды реле используются во всех сферах, от потребительских товаров до промышленных систем, работающих в тяжелых условиях. Они остаются популярными, потому что они очень надежны и намного дешевле электронных «эквивалентов».Их единственный недостаток — это неспособность надежно отключать высокие напряжения постоянного тока, что (к сожалению) является той самой задачей, которую им предъявляют для защиты динамиков. В целом (и при условии, что реле подключено, как описано), релейная защита надежна и эффективна и всегда была наиболее экономичным подходом. Использование параллельных конденсаторов — это метод подавления дуги «грубой силой», который может работать на удивление хорошо.


Рисунок 6 — Подробная информация о проводке серийного контактного реле

В показанной выше схеме реле используются два реле, с катушками, включенными последовательно или параллельно, и последовательными контактами.Реле серии T9A имеют катушки 144 Ом для 12 В или 576 Ом для версии 24 В. Следовательно, сопротивление реле составляет 288 Ом для двух последовательно соединенных катушек на 12 В (83 мА), а две параллельные катушки на 24 В дают одинаковое общее сопротивление и ток. Резистор 12 Ом (R7), показанный в обеих схемах выше, необходимо уменьшить до 6,8 Ом, если вы используете два реле. Хотя катушка реле приведена в действие, намного превышающее рекомендованное производителем, состояние перенапряжения, вероятно, не продлится долго, поскольку потеря звука из корпуса предупредит пользователя / оператора о неисправности.

Оба набора контактов прерывают постоянный ток короткого замыкания, второе реле замыкает нагрузку, а конденсаторы помогают гасить дугу, поглощая начальную энергию при размыкании контактов. Высокие значения емкости более эффективны, но есть штраф за стоимость (и размер). Вы можете добавить резисторы последовательно с колпачками, чтобы предотвратить сваривание контактов сильным разрядным током, но это снижает эффективность гашения дуги колпачками. Для схемы, которая может никогда не работать, нереально иметь большую и дорогую систему, которая никогда не активируется, если только усилитель не выйдет из строя.Очень важно убедиться, что схема остается работоспособной, несмотря на, возможно, годы бездействия. Отказ реле (из-за продолжительной дуги) — гораздо более дешевый вариант, чем замена дорогих мощных динамиков!

Я тестировал реле с расстоянием между контактами 0,8 мм и напряжением 70 В постоянного тока при нагрузке 4 Ом, и без конденсаторов оно будет дугой каждый раз (как показано выше). Достаточно всего 2 мкФ для предотвращения образования дуги, поэтому предлагаемых 10 мкФ должно быть более чем достаточно. Обратите внимание, что крышка (и) должна быть как можно ближе к реле, потому что любое дополнительное сопротивление или индуктивность снижает их эффективность.Несмотря на это, если ожидаемое напряжение неисправности превышает 50 В или около того, я настоятельно рекомендую использовать два реле с двумя последовательными наборами контактов.

Все должно быть сконструировано по очень высоким стандартам, без возможности выхода из строя даже при сильной вибрации внутри корпуса. Эти критерии нетривиальны. Если в схеме разовьется неисправность, вы не заметите, что что-то не так, пока усилитель не выйдет из строя и не загорится громкоговоритель.Как отмечалось ранее, специализированный системный оператор будет периодически подавать около 30 В постоянного тока на входные клеммы корпуса, чтобы убедиться, что реле (а) работают нормально в условиях сбоя. Громкоговоритель будет издавать довольно громкий шум при подаче постоянного тока и его отключении с помощью реле защиты. Обратите внимание, что источник питания должен быть способен выдавать не менее ½ ампер (при условии, что включен переключатель «Test»), чтобы гарантировать, что динамик не будет поврежден, но обеспечит достаточный ток для обеспечения надежной работы.Этот тест имитирует отказ усилителя и сопряжен с определенным риском!

Я рекомендую вам включить переключатель «Тест», так как он минимизирует необходимый ток (как показано выше). Помните, что переключатель должен выдерживать полный ток усилителя во время нормальной работы, поэтому должен быть усиленного типа. Это позволяет вам тестировать систему с минимальным током (около 500 мА) и значительно сниженным риском повреждения динамика (кроме твитеров / драйверов сжатия — они не будут , как , но они не должны выйти из строя).

На самом деле можно получить реле, которые рассчитаны на напряжение до 125 В постоянного тока с номинальным током контакта 15 А. Информация скудна, но RS Components продает один, сделанный TE Connectivity (Part # V23009A 7A 52). Стоимость составляет около 475 австралийских долларов (да, действительно!), И маловероятно, что кто-то заплатит так много. Мы должны довольствоваться тем, что мы можем получить, желательно дешевле, чем громкоговоритель, который он предназначен для защиты. В конечном итоге за реле отвечает конструктор, так как доступные зависят от ваших местных поставщиков — и компонентов, и поставщиков слишком много, чтобы я мог дать абсолютную рекомендацию (чего я обычно избегаю именно по этой причине).


Строительство и испытания

Приняв решение о версии, которую вы хотите использовать, я предлагаю разместить ее в корпусе из литого под давлением алюминия, при этом корпус будет служить радиатором для полевого МОП-транзистора. Входные / выходные разъемы должны быть типа Speakon, поскольку они предназначены для работы с током от мощных усилителей. Завершенная схема защиты может быть внешней, с четко обозначенными входами и выходами, а также должен быть виден светодиод. Чтобы сделать сцену менее загроможденной, коробку можно установить внутри корпуса громкоговорителя с внутренними винтовыми клеммами для входа и выхода.В идеале он должен быть съемным, , без необходимости снимать громкоговорители или задние панели с , и предлагается плоская монтажная пластина. Это также означает, что он всегда включен в цепь, что делает его защищенным от несанкционированного доступа к оборудованию, используемому другими.

Перед установкой схемы (версия на Рисунке 1 или 2) ее необходимо испытать в условиях, эквивалентных тем, которые существуют в «реальном мире». Это означает подключение входа к линии динамика, но без реле подключено.Система должна работать нормально (или ненормально, если она используется таким образом), а светодиодный индикатор должен контролироваться. При всех условиях эксплуатации и на полной мощности светодиод должен всегда оставаться выключенным. Если он мигает, это означает, что цепь активирована, вероятно, из-за избыточной низкочастотной энергии. Нет необходимости подключать динамики, если тест можно провести в мастерской или в другом месте, где система обычно хранится, когда она не используется.

Если светодиод загорается, цепи синхронизации / фильтра необходимо замедлить.Это означает, что C1 и C2 (схема на рис. 1) или C3 (схема на рис. 2) необходимо сделать больше. Это приведет к задержке срабатывания реле и снижению защиты. Конструктор также может обнаружить, что эти ограничения могут быть уменьшены в зависимости от программного материала. Уменьшение их значения увеличивает скорость обнаружения и обеспечивает лучшую защиту.

Требование тщательного тестирования не является обязательным. Это схема, которая обычно остается бездействующей в течение большей части своего срока службы.Он может (и будет) работать только в случае неисправности усилителя или если применяется частота значительно ниже порога обнаружения. Порог был разработан (очень намеренно) так, чтобы частота -3 дБ была меньше 0,5 Гц, так как это необходимо для согласования с высокими амплитудами на частоте 20 Гц. Значения конденсаторов фильтра / синхронизации рассчитаны на работу с среднеквадратичным напряжением 70 В при 20 Гц без запуска.

70 В RMS (теоретически) получается от усилителя мощности с шинами питания ± 100 В, но на самом деле напряжение питания будет выше.Такой усилитель сможет выдать 1,2 кВт при нагрузке 4 Ом. Для усилителей, которые могут обеспечить больше (и они существуют, но я не уверен, почему), значения C1 / C2 (рис. 1) или C3 (рис. 2) необходимо будет увеличить. Вот почему так важно тестирование!

Было бы идеально, если бы схема фиксировалась, когда переходный процесс вызывает ложное срабатывание, но это невозможно, потому что единственный источник питания исходит от усилителя. Вот почему так важно тщательно протестировать схему перед использованием.Ложный запуск с динамиком, имеющим пассивные кроссоверы, почти наверняка разрушит драйверы сжатия, поэтому я не рекомендую , а , чтобы любая схема использовалась с полнодиапазонными корпусами с пассивными кроссоверами.

Очень важно убедиться, что схема никогда не срабатывает ложных срабатываний при нормальном использовании. Хотя это увеличивает время до отключения динамика, это также означает, что цепь не слышна, когда она используется. Для этого типа схемы необходимо много компромиссов, и пользователь должен убедиться, что она работает так, как задумано, и отключает динамик только в случае неисправности усилителя.


Использование схем с разными усилителями мощности

Эти две конструкции предназначены для использования с усилителями, имеющими напряжение питания от ± 35 В до ± 100 В, и с использованием реле 24 В с номинальным сопротивлением катушки около 570 Ом (около 42 мА тока катушки). Это устанавливается резистором истока (R7) для переключающего полевого МОП-транзистора (номинально 12 Ом), который ограничивает ток до 54 мА. Дополнительный ток помогает гарантировать, что реле работает, несмотря на, возможно, годы простоя. Светодиодный резистор (2.2k) пропускает ток 10 мА, обеспечивая достаточную яркость светодиода, чтобы его можно было увидеть, поскольку он указывает на неисправность усилителя.

Это будет охватывать большинство случаев, но особенно мощные усилители, имеющие напряжение питания более ± 100 В, могут нуждаться в некоторых изменениях. MOSFET рассчитан на 200 В, что намного больше, чем напряжение питания, используемое в любом известном усилителе, но при более высоком напряжении питания потребуется радиатор большего размера. Например, при питании 100 В МОП-транзистор будет рассеивать 4 Вт, а без приличного радиатора он может сильно нагреваться.Вам нужно будет заменить резистор 12 Ом (R7), если выбранное вами реле потребляет больше (или меньше) тока, чем предусмотрено. Есть некоторая свобода действий, но ток MOSFET должен на превышать номинальный ток катушки реле как минимум на 10%.

Безусловно, самая большая проблема с очень высокими напряжениями питания — это прерывание постоянного тока повреждения. Рассмотрим усилитель с шинами 100 В (выход 70 В RMS, выход 1,2 кВт). Ток повреждения при номинальной нагрузке 4 Ом будет более 25 А, и попытка разорвать его без специального реле (которое будет трудно найти, а очень дорого обходится) приведет к полному расплавлению внутри реле.Если такая система используется, то я боюсь, что вы в значительной степени сами по себе. Конденсаторов для подавления дуги может хватить (а может и не хватить) для предотвращения дуги. Любой очень мощный усилитель должен иметь внутреннюю защиту от постоянного тока . Если нет, купите что-нибудь другое!


Защита ломом

Самая жесткая схема защиты — это так называемый «лом», в котором для короткого замыкания выхода усилителя обычно используются мощные симисторные тиристоры или тиристоры, соединенные спина к спине.Результатом почти наверняка будет полностью разрушенный усилитель, если у него нет хорошей защиты плавкими предохранителями (обратите внимание, что некоторые усилители вообще не имеют предохранителей постоянного тока). Найти TRIAC, который может выдерживать массивный мгновенный ток от киловаттного усилителя, является сложной задачей, но доступны SCR, которые могут легко справиться с током. Например, SCR на 50 А (более 500 А в течение 10 мс) доступны по цене около 10 австралийских долларов (но до ~ 35 австралийских долларов) каждый.

Схемы, показанные выше, можно легко адаптировать для схемы с ломом, но я бы не рекомендовал это.Хотя предполагается, что усилитель вышел из строя, если он подает постоянный ток на динамик, рисковать дальнейшим (и, возможно, катастрофическим) повреждением не рекомендуется. Если вы попробуете эту технику, включение предохранителя будет обязательным, но это добавляет сложности. Например, как вы оцениваете предохранитель по максимальной мощности, с которой может справиться акустическая система, или по меньшей мере? Для шкафа, рассчитанного на максимальную мощность 1200 Вт, вам понадобится предохранитель на 20 А при полном сопротивлении 4 Ом. Вы не должны использовать какие-либо старые предохранители на 20 А — они должны быть типа HRC (с высокой отключающей способностью), потому что пиковый ток может быть более 100 А.

Если та же система используется с усилителем меньшей мощности, она может быть не в состоянии обеспечить достаточный ток, чтобы достаточно быстро сгореть предохранитель на 20 А (или, возможно, совсем не), чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. Это может легко вывести из строя усилитель. Затем существует постоянный риск чего-то довольно тривиального (например, дозвукового сигнала, появляющегося на короткое время при включении или выключении питания), который «ложно срабатывает» в цепи и взрывает в остальном совершенно хороший усилитель. Это очень реальный шанс, и я бы не хотел его использовать.

Это причина, по которой я не рекомендую (и не буду описывать дальше) схемы с ломом. Они жестоки и совершенно неумолимы.


Выводы

Описанная схема (насколько мне известно) уникальна. Похоже, что на рынке нет ничего подобного, хотя есть некоторые коммерческие корпуса, которые, по заявлению , имеют встроенные схемы защиты. Неизвестно (по крайней мере, мне), работают ли эти схемы должным образом или нет, так как никаких подробностей в сети обнаружено не было.Есть несколько примеров систем, которые можно адаптировать (один показан в разделе ссылок), но конструкция имеет изъяны, как показано на патентных чертежах, и не может быть рекомендована ни для чего.

Защита динамика — нетривиальная задача, и подавляющее большинство схем, показанных в другом месте, не будет работать с напряжением питания выше 30 В. Как только в уравнение включаются усилители большой мощности, все становится сложнее. В идеале все мощные усилители должны иметь встроенную защиту от постоянного тока, но, к сожалению, это не всегда так.Обеспечение обнаружения и отключения постоянного тока с использованием только выхода усилителя делает все намного сложнее.

Нет никаких сомнений в том, что акустические системы необходимо защищать от неисправностей усилителя. Требуется всего несколько секунд для источника постоянного тока 70 В, чтобы сжечь звуковую катушку, поскольку она выталкивается из зазора и удерживается в неподвижном состоянии магнитным полем. 70 В постоянного тока через звуковую катушку 4 Ом составляет 1,225 кВт непрерывно , и ни один из когда-либо созданных громкоговорителей не справится с этим без сбоев. Усилитель с питанием ± 100 В попытается довести это значение до 2.5 кВт (25 А постоянного тока!), Так что выживаемость ограничена (возможно) 100 мс или около того. Хотя гарантировано, что источник питания усилителя несколько снизит это напряжение (никто не проектирует такой большой непрерывный выход постоянного тока), если в усилителе не установлена ​​отказоустойчивая схема защиты, ваши динамики (буквально) будут очень хороши.

Многие коммерческие усилители мощности включают в себя стандартную защиту от постоянного тока, но в равной степени многие этого не делают. В некоторых случаях это рекламируется, но используемое реле не может разорвать дугу в случае неисправности (некоторые реле громкоговорителей используются только для предотвращения шума включения / выключения от усилителя).Чтобы избавить себя от (немаловажной) заботы о создании внешних схем защиты, убедитесь, что все, что вы планируете купить, имеет работающую внутреннюю защиту. Если это не так, я предлагаю вам полностью избегать этого, независимо от любых других заявлений. Простой факт заключается в том, что компетентные усилители звукоусиления будут звучать одинаково (особенно при 100 дБ SPL или более), и стоит потратить немного больше на встроенную защиту, а не на , надеясь, что , что усилитель не выйдет из строя.

Хотя вы, возможно, не знаете, усилители класса D (переключающиеся) имеют , а не иммунитет к сбоям постоянного тока. Все, что должно произойти, — это отказ одного из выходных полевых МОП-транзисторов, и, как и большинство полупроводников, они выйдут из строя , закоротив . Таким образом, не имеет значения, является ли усилитель классом B, классом G или классом D, MOSFET или биполярными транзисторами. Отказ выходного каскада почти всегда приводит к появлению постоянного тока на выходе, и это почти всегда полное напряжение питания. Отказ, который дает большое смещение постоянного тока, но все же обеспечивает (по крайней мере, некоторый) звук, очень редко, но может случиться и .Это более вероятно с усилителем, который связан по постоянному току повсюду, поскольку постоянный ток от микшера или предусилителя будет усиливаться вместе со звуком. Усилителям со связью по постоянному току нет места ни в одной аудиосистеме IMO из-за риска внешнего сбоя в периферийном оборудовании, вызывающего постоянный ток на выходе. Хороший фильтр верхних частот — ваш друг, и его следует использовать всегда.

Обратите внимание, что схемы , показанные здесь , были протестированы и проверены на работу, но реле — это другое дело.Я провел тесты, которые показывают, что емкостной дугогасящий гаситель работает (и работает хорошо), но вам нужно реле с максимально широким контактным зазором. Конструктор должен найти реле (или реле) от известного надежного поставщика и быть готовым испытать одно или несколько на разрушение. Любой, кто когда-либо пользовался электросварочным аппаратом (или видел, как он используется), хорошо знает об удивительной мощности дуги — это отличный способ перемещать расплавленный металл из одного места в другое!


Список литературы
  1. Патент США US6201680 — Схема защиты регулируемого высокоскоростного аудиопреобразователя

Дополнительная информация

Основной индекс Projects Index
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2020. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: страница создана © Сентябрь 2020 г., опубликована в октябре 2020 г.


Защита динамика и отключение звука с помощью оптического соединителя


Я разрабатываю и создаю два идентичных стереоусилителя для стереосистемы, и мне нужна была хорошая защита динамика и схема отключения звука. Вот что я сделал …

Между выходом усилителя мощности звука со связью по постоянному току и динамиком установлена ​​схема защиты динамика и отключения звука.Его основная цель — отключить динамики, как только на выходе усилителя появится высокое постоянное напряжение, которое может повредить динамик.

Это может произойти при неисправности усилителя. Наиболее распространенный сценарий отказа — это когда одно из выходных устройств выходит из строя, в результате чего на выходные клеммы подается полное напряжение шины постоянного тока. Помимо защиты громкоговорителей от выхода из строя устройства вывода, схема также устраняет «стук при включении», подключая громкоговорители только после того, как усилитель мощности был включен и прошло достаточно времени для стабилизации смещения постоянного тока.

Схема защиты динамика

и схемы отключения звука существуют уже давно, но мне кажется, что одна конфигурация не была учтена. Я говорю об использовании оптического ответвителя сразу после фильтра нижних частот в передней части такой конструкции. Работая в телекоммуникационной сфере, я вспомнил, что инфракрасные светодиоды на основе GaAs, используемые в оптических соединителях, требуют небольшого количества тока для размыкания, особенно когда не требуется более высокая скорость.

Итак, я сделаю это с помощью оптического соединителя.Поиск в Google показывает, по крайней мере, одно устройство, которое отвечает всем требованиям: двухканальный двунаправленный оптический соединитель с фотодарлингтоном (LDA210) на другой стороне, что обеспечивает высокий коэффициент усиления по току. Согласно таблице данных (доступной при загрузке статей), типичное усиление по току составляет 8 500%, а для открытия светодиодов требуется около 75 мкА.

Использование двунаправленного оптического изолятора имеет несколько очевидных преимуществ. Помимо гальванической развязки, существует также идеальная симметрия без необходимости использования дифференциального источника питания или плавающего опорного напряжения, как в других схемах.После тестирования различных конфигураций я придумал схему , рис. 1 .

РИСУНОК 1. Принципиальная электрическая схема.


Таймер 555 отвечает за отключение звука; он установлен на две секунды с помощью потенциометра 100 кОм (55,1 кОм) и танталового конденсатора 33 мкФ. Мне нравится использовать танталовые конденсаторы в схемах синхронизации, потому что значение их емкости имеет хорошую стабильность во времени.

Другое время отключения звука можно рассчитать, используя t = 1.1 * RC, где R — потенциометр подстройки 100 кОм, а C — конденсатор 33 мкФ (t). Таймер 555 имеет максимальный ток 200 мА, потребляемый или подаваемый через контакт 3, что делает схему еще проще.

Резистор 133 Ом / 0,5 Вт с конденсатором 470 мкФ представляет собой схему энергосбережения. При первом включении схемы на мгновение — до тех пор, пока не будет заряжен конденсатор емкостью 470 мкФ — ток, потребляемый источником питания постоянного тока 11,37 В, составит около 84 мА. После зарядки конденсатора он падает до 42 мА.

Можно было бы подумать, что эта схема энергосбережения увеличит время срабатывания реле, но на самом деле время срабатывания примерно такое же, потому что напряжение на катушках падает с поддерживающего напряжения 6,5 В, а не с 11,37. В. Напряжение 11,37 В поступает от блока питания 12 В с последовательно включенным диодом. Конечно, схема одинаково хорошо работает и с 12 В.

Принцип его работы прост: если на выходе одного из усилителей мощности (или обоих) присутствует положительное или отрицательное напряжение постоянного тока, соответствующий биполярный конденсатор 47 мкФ начинает заряжаться через резистор 22 кОм, пока не достигнет порог 1.2В. При этом напряжении соответствующий инфракрасный светодиод откроется, и коллектор-эмиттер Дарлингтона также откроется, закорачивая конденсатор 33 мкФ на минус через резистор 200 Ом.

Когда напряжение на конденсаторе падает ниже 1/3 напряжения питания, на выходе (вывод 3) таймера 555 устанавливается высокий уровень, и реле отключают динамики и подключают их к заземлению усилителя.

Время, необходимое реле для отключения динамиков, в основном зависит от постоянной времени RC-фильтра нижних частот на входе.В таблице на рис. 2 показано время отключения при постоянном напряжении от порогового значения (1,2 В постоянного тока) до 50 В постоянного тока. Если вам интересно, я всегда разряжаю конденсатор перед каждым измерением.

РИСУНОК 2. График времени задержки.


Я разработал это для своих усилителей мощностью 40 Вт. Максимальное выходное напряжение на нагрузке 8 Ом до ограничения составляет около 18 В RMS и является линейным в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. На входе усилителя установлен конденсатор емкостью 1 мкФ с резистором 100 кОм, соединенным с землей, что составляет фильтр нижних частот с fc , равным 1.59 Гц. Оставив уровень напряжения 18 В RMS при 20 Гц, я понижал частоту до тех пор, пока реле не отключились. Частота выключения реле составляет 3 Гц при среднеквадратичном значении 17,58 В с фильтром нижних частот 22 кОм / 47 мкФ.

Это хороший компромисс. Я не думаю, что сигнал 3 Гц является чем-то распространенным в наши дни в записи, но я полагаю, что деформированная виниловая пластинка может генерировать очень низкую частоту (может быть, даже 3 Гц), если на пути сигнала нет фильтра нижних частот.

Два отдельных входа или один общий вход?

Причина, по которой я использую два отдельных входа, заключается в том, что с одним общим входом (два резистора питают один конденсатор) напряжение постоянного тока уменьшается вдвое, что увеличивает время отключения примерно вдвое.

Кроме того, существует очень малая вероятность того, что оба канала усилителя выйдут из строя одновременно: один из них выдает положительное напряжение, а другой — отрицательное напряжение постоянного тока. В этом случае, если схема защиты использует общий вход, два напряжения постоянного тока нейтрализуют друг друга, делая схему бесполезной.

Для входного фильтра я также тестировал каскадный фильтр второго порядка, но оказалось, что на самом деле он медленнее, потому что конденсаторы заряжаются по одному. Это тот случай, когда проще — лучше.

Реле

Можно найти большое количество комплектов и схем для защиты динамиков и отключения звука. Однако у большинства из них есть общая проблема: способ подключения динамика к реле не защищает динамик в случае неисправности усилителя.

В большинстве этих схем реле размыкается при наличии постоянного напряжения, но дуга сваривает контакты вместе, и энергия конденсаторов в источнике питания проходит через катушку динамика на землю.Фактически, дуга может длиться секунды, поскольку существует «пинг-понг» совпадение между индуктивным сопротивлением динамика и конденсаторами в источнике питания усилителя.

Чтобы действительно защитить динамик, используемое реле должно иметь контакт SPDT, который заземляет динамик, как мы видим на схеме. Такое расположение приведет к замыканию дуги на землю, а не через динамик, что приведет к перегоранию предохранителя.

Конечно, есть реле, рассчитанные на большие постоянные напряжения и токи, но обычно они дорогие.Есть реле с магнитами, расположенными рядом с контактами, которые разрывают дугу, или с контактами, запечатанными в инертном газе; реле с контактами с более высокой температурой плавления (например, вольфрам), дополненными серебряными контактами для лучшей проводимости; или несколько контактов последовательно и т. д.

Или мы можем использовать два быстрых твердотельных реле (довольно дорогое), управляемых схемой, представленной здесь, для отключения обеих шин постоянного тока, когда на выходе усилителя мощности присутствует постоянное напряжение. Все это можно использовать, но в конечном итоге они будут делать то же самое, что и реле G2R.

Дизайн печатной платы

Для рисования схем я использую VISIO Technical. Я сделал дизайн PCB (печатной платы) на двухстороннем FR4 с 2 унциями меди для более высоких токов. Используемое программное обеспечение — Pad2Pad, которое можно загрузить с веб-сайта Pad2Pad ( https://www.pad2pad.com ).

Внешняя дорожка шириной 1,00 мм с 2 унциями меди может нести ток 3А. На моей плате сильноточные трассы шире и увеличены вдвое, как вы можете видеть на , рис. 3, и , рис. 4, .

РИСУНОК 3. Графическое изображение печатной платы , виды сверху и снизу.

РИСУНОК 4. Фото печатной платы, сверху и снизу.


Обнаружение переменного тока

Следуя тому же принципу, цепь обнаружения переменного тока может быть вставлена ​​(как показано на Рисунок 5 ) для приложений, где нет постоянного напряжения 12 В, которое падает достаточно быстро, чтобы отключить нагрузку до того, как на выходе усилителя произойдет внезапное высокое напряжение. качели, которые могут вызвать нагрузку на динамики и уши.

РИСУНОК 5. Схема цепи с детектированием переменного тока.


TLP222A — твердотельное реле (SSR), используемое последовательно с источником питания 12 В. Он остается разомкнутым (макс. 2,0 Ом), если на входе мостового выпрямителя DF10M присутствует переменное напряжение. Согласно его техническому описанию, время, необходимое SSR для размыкания и отключения напряжения в цепи защиты, составляет не более 0,5 мс. Максимальное время срабатывания реле G2R составляет 5 мс.

Для разных напряжений переменного тока необходимо изменить значение резистора 2 кОм, чтобы ограничить ток через светодиод внутри SSR до типичного значения 7.5 мА. В техническом описании рекомендуемый диапазон тока для светодиода составляет от 5 мА до 25 мА. Тест, который я провел, был для 12 В переменного тока, а сопротивление резистора, ограничивающего ток, составляло 2 кОм.

Заключение

Эта схема защитит динамики в случае неисправности усилителя. При ремонте усилителя рекомендуется также заменить реле; это потому, что контакты будут повреждены более или менее, в зависимости от того, какой ток и как долго возникла дуга. Это все равно дешевле пары специальных реле.

Для индуктивных нагрузок переменного тока (cos q = 0,4) контакты реле большой емкости G2R, используемого в этой конструкции, рассчитаны на 16 А и 180 В.

Для резистивных нагрузок постоянного тока контакты рассчитаны на 16 А и 30 В. Для индуктивных нагрузок постоянного тока см. Графики в разделе «Технические данные» в таблице данных реле G2R.

Как бы то ни было, эта схема хорошо работает с моим усилителем мощности 40 Вт. Вероятно, он будет работать с усилителями мощностью до 100 Вт.

Для усилителей с большей мощностью необходимо выбрать другие реле.

Как я уже сказал, это важно, и это сэкономит ваши дорогие динамики, если будет выбрано правильное реле. NV


Список деталей

КОМПОНЕНТ ПОСТАВЩИК ПОСТАВЩИК PN КОЛ-ВО
154 Ом 0,5 Вт Mouser 603-MFR50SFTE52-154R 1
200 Ом 0,25 Вт Mouser 603-MFR-25FRF52-200R 1
22 кОм 0.25 Вт Mouser 603-MFR-25FRF52-22R 2
Подстроечный резистор 100 кОм Mouser 652-3296W-1-104LF 1
пленка 10 нФ Mouser 594-2222-370-36103 1
Пленка 100 нФ Mouser 594-2222-370-36104 1
33 мкФ (т) Mouser 581-TAP336K025SCS 1
100 мкФ электролитический NP Mouser 667-ECE-A1EN101UB 2
470 мкФ электролитический Mouser 667-EEU-FR1E471Y 1
1N4007 Mouser 512-1N4007 1
LM555 Mouser 926-LM555CN / NOPB 1
LDA210 Mouser 849-LDA210 1
Быстродействующий предохранитель 2А Mouser 576-0217002.HXP 2
Реле RTD34012 (16А) Mouser 655-RTD34012 2
Клеммная колодка 3,5 мм Mouser 538-39357-0002 1
Держатель предохранителя Крепление на печатной плате Mouser 534-4527 2
4-позиционная фиксированная клеммная колодка 7,5 мм (15A) Digi-Key ED1569-ND 1
2-позиционный 7.Фиксированная клеммная колодка 5 мм (15A) Digi-Key ED1567-ND 2

Загрузки

Что в почтовом индексе?

Лист данных
Список деталей
Схема
Файл печатной платы

Акустические системы постоянного напряжения — Biamp Cornerstone

Производство усилителей для систем постоянного напряжения (CV) составляет значительную часть истории продукции Biamp. Использование линий громкоговорителей с постоянным напряжением принесло много преимуществ для распределения громкоговорителей в больших помещениях и до сих пор является признанным стандартом, хотя основной принцип не менялся на протяжении десятилетий.Между тем, технологии усилителей улучшились, и с выпуском Vocia сеть динамиков с постоянным напряжением используется в критически важных приложениях, обеспечивающих безопасность жизни, таких как системы голосовой эвакуации.

В этой технической записке рассматриваются некоторые основы сетей громкоговорителей с постоянным напряжением и объясняется, как использовать усилители Biamp для достижения наилучших характеристик и надежности распределенных акустических систем.

Основы

Наиболее важным аспектом системы постоянного напряжения является то, что все подключенные усилители и динамики привязаны к значению постоянного напряжения (70.7 В или 100 В) при полном уровне выходного сигнала (0 дБ). По сравнению с системами с низким импедансом (LoZ, 4–16 Ом), система постоянного напряжения дает много преимуществ при проектировании и установке распределенных динамиков.

Рис.1 Типовой трансформатор 100 В для потолочных громкоговорителей

При постоянном напряжении используются звуковые трансформаторы для адаптации обоих уровней импеданса. Аудио трансформаторы обычно имеют разные ответвления для настройки мощности, отбираемой от линии динамика первичной обмоткой.С каждым шагом мощность удваивается, что соответствует увеличению уровня на + 3 дБ.

Во многих стандартных приложениях аудиосигнал, поступающий от усилителя мощности, будет преобразован в более высокий импеданс через встроенный или внешний аудиопреобразователь. Как только аудиосигнал преобразуется в более высокий импеданс (более высокое напряжение при той же выходной мощности), каждый динамик также должен быть оборудован трансформатором для адаптации (понижения) от CV к LoZ:

Фиг.2 Блок-схема одной линии громкоговорителей CV

Зависимость постоянного напряжения от низкого импеданса

Преимущества использования постоянного напряжения:

  • Большое количество динамиков можно подключить параллельно, ограничивается только доступной мощностью усилителя
  • Более высокое напряжение позволяет использовать длинные кабели между усилителем и динамиками с уменьшением потерь мощности.
  • Низкий ток уменьшает необходимый диаметр кабеля динамика
  • Простота проектирования и установки, использование недорогих стандартных кабелей
  • Разные типы громкоговорителей с разными требованиями к мощности могут использовать одну и ту же линию громкоговорителей одновременно

На следующем рисунке для линии громкоговорителей требуется усилитель мощностью не менее 31 Вт.Тот факт, что усилитель имеет выходную мощность 120 Вт, не означает, что динамики будут повреждены. Это можно понимать как запас по пространству: увеличенный усилитель позволит в любое время при желании добавить в линию больше динамиков.

Рис.3 Блок-схема параллельных линий динамиков CV

Таким образом, все эти преимущества выражаются в универсальности, что, несомненно, является сильной стороной акустических систем CV. Но есть и недостатки, связанные с использованием системы CV; они связаны с качеством звука:

  • Ограниченный частотный диапазон, особенно в области низких частот
  • Повышенные искажения, особенно в диапазоне высоких частот
  • Пониженный коэффициент демпфирования
  • Общая потеря производительности и точности звука

Эти характеристики ограничивают область применения систем CV.CV будет правильным выбором для широких пространств, для распределенных звуковых сред, приложений фоновой музыки и пейджинга.

Когда дело доходит до систем звукоусиления с повышенным спросом на музыкальное исполнение, следует выбрать акустическую систему LoZ. Чтобы получить оба преимущества от одной системы, современные технологии усиления позволяют управлять динамиками CV и LoZ с помощью одного устройства. В следующем примере фронтальная стереосистема PA, пара динамиков с задержкой и линия динамиков CV для распределения звука по всему зданию обслуживаются одним многоканальным усилителем.

Рис.4 Пример применения с VA-8600

Импеданс

В следующей таблице перечислены импедансы нагрузки усилителя в зависимости от мощности, потребляемой подключенными динамиками. Столбец Мощность (Вт) представляет собой сумму отводов трансформатора всех динамиков, подключенных к выходу усилителя.

Мощность (Вт) Нагрузка при 70,7 В Нагрузка при 100 В
3 1666 Ом 3334 Ом
6 833 Ом 1667 Ом
10 500 Ом 1000 Ом
50 100 Ом 200 Ом
100 50 Ом 100 Ом
150 33.3 Ом 66,7 Ом
200 25 Ом 50 Ом
300 16,7 Ом 33,4 Ом
500 10 Ом 20 Ом
600 8,3 Ом 16,7 Ом

Таблица 1: Полное сопротивление нагрузки для линейного напряжения 70 В и 100 В

Перед подключением к усилителю рекомендуется проверить импеданс линии динамика с помощью измерителя импеданса.Большинство измерителей импеданса на рынке используют синусоидальный сигнал частотой 1 кГц для считывания фактической нагрузки линии громкоговорителей. Расширенные функции измерителя импеданса могут включать в себя изменяемую частоту измерительного тона или развертку. Измерительный тон обычно слышен на всех подключенных динамиках, что делает его полезным инструментом для поиска и устранения неисправностей.

Обратите внимание, что импеданс катушки увеличивается в зависимости от частоты. Это также относится к первичной обмотке звуковых трансформаторов. Если пара из них подключена параллельно, это может привести к критическому сопротивлению на более низких частотах.Рекомендуется всегда использовать фильтр верхних частот при подключении к линиям динамиков постоянного напряжения, это предотвратит перегрев усилителя или сообщение об ошибках короткого замыкания. Большинство усилителей постоянного напряжения имеют встроенный фильтр высоких частот на каждом выходе.

Потеря кабеля

Даже несмотря на то, что постоянное напряжение может передаваться на большие расстояния, все же есть определенные потери в кабеле, которые необходимо учитывать. Как и во всех электрических соединениях, потеря мощности будет увеличиваться при увеличении расстояния, увеличении сопротивления нагрузки или уменьшении диаметра проводника.И есть еще один фактор, к которому следует отнестись серьезно: температура. Особенно при установке на открытом воздухе, где изменения температуры оказывают прямое влияние на проводник, импеданс линии громкоговорителей может легко измениться на 10%. Это следует учитывать особенно при использовании функций мониторинга импеданса.

В следующей таблице дается краткий обзор максимальной длины линии громкоговорителей. Расчет каждой длины кабеля относится к потерям, которые не превышают -1 дБ или 20% мощности.Следующие числа предполагают линейное напряжение 70,7 В. Обратите внимание, что линии 100 В могут проходить вдвое большее расстояние, чтобы получить те же потери, что и линия 70 В.

Мощность 10AWG (5,27 мм²) 12AWG (3,3 мм²) 14AWG (2,08 мм²) 16AWG (1,31 мм²) 18AWG (0,79 мм²) 20AWG (0,51 мм²)
50 Вт 12795 футов (3900 м) 8005 футов (2440 м) 5052 футов (1540 м) 3150 футов (960 м) 1903 футов (580 м) 1230 футов (375 м)
100 Вт 6398 футов (1950 м) 4003 футов (1220 м) 2526 футов (770 м) 1575 футов (480 м) 951 футов (290 м) 617 футов (188 м)
150 Вт 4265 футов (1300 м) 2657 футов (810 м) 1673 футов (510 м) 1050 футов (320 м) 640 футов (195 м) 410 футов (125 м)
200 Вт 3182 футов (970 м) 1995 футов (608 м) 1263 футов (385 м) 787 футов (240 м) 476 футов (145 м) 308 футов (94 м)
300 Вт 2133 футов (650 м) 1329 футов (405 м) 837 футов (255 м) 525 футов (160 м) 318 футов (97 м) 207 футов (63 м)
500 Вт 1280 футов (390 м) 801 футов (244 м) 502 футов (153 м) 315 футов (96 м) 190 футов (58 м) 125 футов (38 м)
600 Вт 1066 футов (325 м) 663 футов (202 м) 420 футов (128 м) 262 футов (80 м) 160 футов (48 м) 102 футов (31 м)

Таблица 2: Потери мощности на кабелях разного диаметра

ПРИМЕЧАНИЕ. Указанные расстояния являются длинами отдельных проводов.Кабели громкоговорителей всегда должны быть витой парой, поэтому разделите указанные выше расстояния на два для длины кабеля.

Каждый кабель отличается, как и результаты любого расчета потерь в кабеле. Поскольку некоторые монтажные провода состоят из медно-алюминиевого сплава, удельное сопротивление проводника может различаться в зависимости от типа кабеля и производителя. Единственный способ получить достоверные цифры — использовать данные, предоставленные производителем кабеля. В этой таблице было рассчитано удельное сопротивление меди, равное 0.0172 Ом на мм² на метр.

Постоянное напряжение в Vocia и Audia

Вместе с Audia Fusion и усилителем VA-8600 компания Biamp представила высокопроизводительные многоканальные усилители, которые способны адаптировать свое выходное напряжение напрямую к акустическим системам с низким импедансом и линиям динамиков постоянного напряжения без необходимости использования выходных трансформаторов. Этот метод бестрансформаторного интерфейса называется Direct Drive.

В программном обеспечении Vocia тип подключения динамика можно выбрать в диалоговом окне управления усилителем.По умолчанию для всех выходных параметров динамика установлено самое низкое напряжение (4 Ом, 100 Вт).

Рис.5 Настройка выхода канала на VA-8600

В усилителях Vocia серий VA-2060 и VA-4030 используются выходные трансформаторы для адаптации подключенной нагрузки. Следовательно, каждый выходной канал динамика подключен к селектору выходной нагрузки (каналы 1-4 справа налево):

Рис.6 Настройка выхода канала на VA-4030

Чтобы использовать многоканальный усилитель Audia Fusion в компоновке конфигурации Audia, в меню I / O должен быть выбран выходной блок Fusion.Сразу после добавления блока в рабочую область диалоговое окно инициализации блока позволяет применить все необходимые настройки к выходу (-ам) усилителя:

Рис.7 Настройка выхода канала на Audia Fusion

Мониторинг линии громкоговорителей

И AudiaFusion, и все модели усилителей Vocia предлагают функции мониторинга линии громкоговорителей. AudiaFusion контролирует импеданс путем прямого измерения выходного напряжения и тока, в то время как усилитель Vocia будет посылать неслышимые сигналы, которые обнаруживаются оконечным устройством (ELD-1).Этот метод контроля линии работает для всех типов импедансов и настроек мощности.

Рис.8 Пример применения с VA-8600

Любая проблема с подключением в линии громкоговорителей прервет связь между усилителем и ELD-1. Как только ошибка будет обнаружена, она отобразится в программном обеспечении Vocia или, в целях соблюдения стандартов безопасности жизнедеятельности, об этом сообщит интерфейс безопасности жизни (LSI-16, LSI-16e).

Мониторинг линии громкоговорителей в Audia Fusion работает по-другому, так как он работает с анализом фактического тока в реальном времени по отношению к частоте на выходе громкоговорителя каждого канала.Это измерение можно отобразить в виде графика в программе Audia:

Рис.9 Измерение импеданса в Audia Fusion

Для получения постоянного тока на выходе усилителя постоянно должен присутствовать сигнал достаточного уровня. Для облегчения контроля целостности линии громкоговорителей в выходной сигнал можно подмешивать неслышимые высокочастотные тона. Сам мониторинг происходит в одном или нескольких диапазонах. Например, если должен контролироваться только пилот-тон 20 кГц, можно установить полосу 20 кГц с очень узкой полосой пропускания.Если необходимо контролировать больший частотный спектр, полосу пропускания можно расширить и использовать несколько полос.

Аудиосистемы с постоянным напряжением (70 В)

Какими бы распространенными и полезными они ни были в коммерческих приложениях, часто к аудиосистемам с постоянным напряжением, обычно называемым «70-вольтовыми», часто приписывается некоторая «загадка». , Системы «25 вольт» или «100/140 вольт».
Следующий отрывок из книги «Проектирование и установка аудиосистемы» Г.Х. Филип Гиддингс является объяснением этих систем.

7.10 Распределение высокоомных громкоговорителей

Многие звуковые системы требуют, чтобы несколько громкоговорителей управлялись одним усилителем. Хотя можно взять усилитель, предназначенный для управления одним громкоговорителем 8 Ом, и, подключив громкоговорители параллельно и последовательно, можно подключить почти столько громкоговорителей 8 Ом, сколько необходимо, как показано на рис. 7-15, эту систему сложно установить, она ненадежна. , и негибкий. Чтобы преодолеть эти и многие другие недостатки, была разработана система, известная как распределение громкоговорителей с постоянным напряжением или высоким импедансом.Эти системы также упоминаются по номинальному напряжению, наиболее распространенными являются системы на 70 В и системы на 25 В.

В этих системах используются усилители, которые обеспечивают постоянное номинальное выходное напряжение, обычно 25, 70,7 или 140 В, для любого сопротивления нагрузки вплоть до номинальной нагрузки усилителя, и используют трансформаторы на громкоговорителях для преобразования высокого напряжения в Сигнал полного сопротивления низковольтного сильноточного выхода, необходимого для громкоговорителя, как показано на рис. 7-16. Эти системы обладают преимуществами, приведенными в следующем списке:

  • Все трансформаторы громкоговорителей подключены параллельно к выходу усилителя, что упрощает подключение
  • Если один громкоговоритель или трансформатор громкоговорителя выходит из строя и открывается, остальные громкоговорители продолжают работать
  • Трансформаторы громкоговорителей обычно имеют разные отводы первичной обмотки, позволяющие выбирать разные уровни мощности для каждого громкоговорителя.Уровень мощности отдельного громкоговорителя можно легко отрегулировать после установки системы. Использование переключаемых трансформаторов обеспечивает регулировку громкости на отдельных громкоговорителях.
  • Трансформаторы громкоговорителей с ответвлениями вторичной обмотки для громкоговорителей 4, 8 и 16 Ом обеспечивают простую конструкцию и установку, а также выбор желаемого уровня мощности для громкоговорителя.
  • Добавление или удаление громкоговоритель из системы не изменяет уровень сигнала на другие громкоговорители из-за постоянного выходного напряжения усилителя
  • Системы распределения громкоговорителей с высоким импедансом имеют более высокое напряжение и более низкий ток, чем системы громкоговорителей с низким импедансом (от 4 до 8 ОмВт) следующие особенности:
    • Более высокое рабочее напряжение означает, что сопротивление меди потребляет меньше энергии
    • Более длинные линии могут быть проложены до того, как сопротивление провода станет проблемой
    • Более низкий рабочий ток означает, что можно использовать более тонкий провод

7.10.1 Рекомендации по высокоимпедансной акустической системе

Выбор напряжения, наиболее подходящего для данного случая; приложение меняется. Чем выше напряжение в системе, тем меньше меди требуется для передачи мощности на нагрузку. Это становится важным в системах большой величины или физического расстояния. Однако во многих случаях с повышением напряжения в системе возрастают и требования к электробезопасности. Во многих местах системы с напряжением 25 В считаются низковольтными и не подпадают под юрисдикцию местных правил и инспекторов.Это может позволить сэкономить на методах электромонтажа и материалах. В Северной Америке широко распространены как 25-, так и 70,7-вольтовые системы, причем последняя является наиболее распространенной, поскольку для таких систем доступно большое количество оборудования. При установке больших систем перед подключением к усилителю целесообразно проверить полное сопротивление линий громкоговорителей. Таким образом можно найти множество возможных ошибок при установке. 2) / R
, где
P = мощность,
E = напряжение,
R = сопротивление

Для 70.Система 7 В,
P = 5000 / R дает мощность, когда нагрузка известна,
R = 5000 * P дает нагрузку, когда известна мощность системы.

Для системы на 25 В
P = 62 5 / R дает мощность, когда известна нагрузка, R = 625 * P дает нагрузку, когда известна мощность системы.

Теперь рассмотрим следующий пример.
Усилитель мощностью 250 Вт и 70 В будет выдавать 250 Вт, если он подключен к нагрузке, потребляющей 250 Вт. Используя формулу P = E * E / R, такая нагрузка определяется как R = E * E / P = 70. .7 * 70,7 / 250 = 5000/250 = 20 ОмВт. Типичный трансформатор на 70 В, используемый, например, в громкоговорителе поискового вызова, будет иметь первичные отводы на 0,25, 0,5, 1, 2, 4 Вт, чтобы потреблять 1 Вт от линии 70 В, первичный отвод 1 Вт должен иметь сопротивление R = E * E / P = 5000/1 = 5000 0; аналогично при 4 Вт нагрузка составляет 1250 ОмВт. Если на линии установлены два трансформатора с ответвлениями по 1 Вт, нагрузка усилителя составляет 2500 ОмВт, а общая мощность составляет 2 Вт. Поскольку все больше и больше трансформаторов громкоговорителей устанавливается поперек усилителя, нагрузка увеличивается в соответствии с суммой отводов всех трансформаторов.Когда общая мощность всех отводов трансформатора громкоговорителей достигнет 250 Вт (в нашем примере), нагрузка составит 20 Ом, а вся мощность (250 Вт) будет поступать от усилителя \. Если сумма отводов трансформаторов громкоговорителей превышает 250 Вт, тогда усилитель будет работать с мощностью менее 20 Ом и будет превышать свой номинал. В этой ситуации усилитель может проявлять одно или несколько из следующего: перегрев, отключение, нестабильность и падение уровня выходного сигнала, что приводит к общему снижению уровня в системе.

Таблица 7-3 полезна при проектировании и проверке распределительных систем с высоким сопротивлением. В верхней части таблицы указано, какие нагрузки и токи возникают для определенных мощных нагрузок, что полезно для проверки нагрузок усилителя во время настройки. В нижней части таблицы указаны токи и нагрузки, которые должны потреблять отдельные трансформаторы громкоговорителей, что полезно для проверки их рабочих характеристик.

7.10.2 Усилители мощности громкоговорителей с высоким сопротивлением

Характерной особенностью усилителя постоянного напряжения является то, что он выдает номинальное рабочее напряжение конкретной системы при полной мощности, например 25 или 70 В.Его выход регулируется, что позволяет ему поддерживать это напряжение независимо от приложенной нагрузки, пока оно равно или меньше номинальной мощности на выходе усилителя. Это достигается с помощью твердотельного усилителя с низким сопротивлением желаемой мощности, управляющего выходным трансформатором, который увеличивает это выходное напряжение (в большинстве случаев) до номинального напряжения системы. В большинстве случаев используются специальные усилители с выходами 25 и / или 70,7 В, хотя это не обязательно. Природа большинства современных полупроводниковых усилителей такова, что на выходе подается постоянное напряжение до тех пор, пока номинальные характеристики усилителя не превышаются.Например, мощность, необходимая для получения различных напряжений распределительной системы с высоким импедансом, когда трансформатор не используется, приведена в таблице 7-4.

Усилитель с низким импедансом и выходом 250 Вт на нагрузке 8 Ом вырабатывает максимальное среднее напряжение 44,7 В. Это напряжение приводит к перегрузке системы с напряжением 25 В и снижению к системе с напряжением 70,7 В.

7.10.3 Высокоимпедансные трансформаторы громкоговорителей

Назначение трансформаторов громкоговорителей в этих системах состоит в том, чтобы согласовать импеданс звуковой катушки громкоговорителя (обычно 4 или 8 ОмВт) с импедансом системы и сделать это таким образом, чтобы обеспечить желаемую мощность громкоговорителя.Рассмотрение следующего примера покажет, что делает трансформатор. Рассмотрим громкоговоритель, который должен питаться от линии 70,7 В с мощностью 8 Вт. Для подключения 8 Вт к 8 Ом требуется 8 В (E = ΩÖPR). Мы должны понизить напряжение в системе в 70-7 / 8 или 8,84 / 1 раз, и мы знаем из теории трансформаторов, что это должно быть коэффициент трансформации трансформатора. Другой способ принять это во внимание — это то, что вторичная обмотка трансформатора видит звуковую катушку громкоговорителя 8 Ом, и трансформатор должен соответствовать этому значению с 625 Ом Вт (см. Таблицу 7-3 для этого числа), что и 70.Линия 7 В хочет видеть нагрузку 8 Вт. Квадрат отношения витков — это отношение импеданса; 8 ОмВт, умноженное на 78,1 (8,84 в квадрате), равняется 625, что является желаемой нагрузкой на линию 70,7 В. В этот простой анализ не включены потери в трансформаторе, которые обычно составляют менее 1 дБ в лучших конструкциях.

Важно, чтобы трансформатор потреблял правильное количество энергии от линии и чтобы оно было постоянным на всех частотах. Разработчик аудиосистемы должен проверить, соответствует ли номинальная мощность ответвителя мощности, потребляемой из линии, или мощности, подаваемой на громкоговоритель.В последнем случае из линии будет потребляться больше энергии, чем ожидалось, из-за потерь в трансформаторе. Одной из отличительных характеристик хорошо и плохо спроектированных и изготовленных трансформаторов является ровность кривой импеданса или, по крайней мере, отсутствие провалов ниже минимального номинала трансформаторов. Испытания показали, что некоторые трансформаторы на определенных частотах потребляют от линии значительно больше энергии, чем можно предположить по номинальной мощности. Импеданс громкоговорителя (в правильном корпусе) также будет влиять на отраженный импеданс и нагрузку, поэтому испытания следует проводить с полным комплектом трансформатор / громкоговоритель / корпус.В больших, тщательно спроектированных системах с жесткими допусками (например, где имеется небольшая избыточная мощность усилителя) эти проблемы могут вызывать беспокойство.

Автотрансформатор часто используется в системах с высоким импедансом, поскольку он позволяет увеличивать и уменьшать токи и напряжения (импедансы) простым и недорогим способом. Имея только одну обмотку с отводами, его легче построить, чем большинство трансформаторов. Однако, в отличие от трансформатора, он не обеспечивает изоляцию между цепями, которые он соединяет. Обычно этого не требуется в распределительных системах громкоговорителей с высоким сопротивлением.

7.10.4 Регуляторы уровня высокоомных громкоговорителей

Часто желательно обеспечить контроль уровня в офисах и других помещениях, чтобы пользователи могли настраивать свои громкоговорители для обеспечения соответствующего уровня. Обычно это делается путем установки многоотводного трансформатора или комбинации автотрансформатора и поворотного переключателя, установленного на одноканальной плите в коробке электрического устройства в стене. Сигнал распределенного громкоговорителя проходит через регулятор уровня на пути к локальному громкоговорителю (ам) и регулирует уровень сигнала.Эти устройства, обычно автотрансформаторы, просто уменьшают входящий сигнал на определенный процент, задаваемый выбранным ответвлением. Это позволяет им работать при напряжении 25 В, 70 В или другом системном напряжении. Они могут или не могут заменить трансформатор в громкоговорителе. Они доступны с различными уровнями мощности в зависимости от количества и номинальной мощности комбинаций трансформатор / громкоговоритель, которыми они управляют. 7.10.5 Системы приоритетной отмены высокоомных громкоговорителей

Многие системы распределения с высоким импедансом используются для распространения фоновой музыки или программного звука.В этом случае устанавливаются локальные регуляторы громкости, чтобы пользователи могли регулировать уровень по своему усмотрению. Эти системы также часто используются для пейджинга, который перекрывает музыку или звук программы. В таких системах необходимо переопределить локальные регуляторы громкости, которые могут быть выключены или выключены, чтобы гарантировать, что все местоположения получат страницу. Это делается с помощью линии управления, которая работает с сигналом громкоговорителя и которая управляет реле на каждом регуляторе уровня и отменяет настройку громкости.Они известны как «элементы управления уровнем приоритета» и доступны у большинства поставщиков оборудования для фоновой музыки и пейджинговой системы. Источник питания (обычно 24 В постоянного тока) и переключение требуются для завершения системы приоритетной коррекции.

7.11 Интерфейсы низкоомных громкоговорителей

Межблочные соединения с низким импедансом характеризуются выходом твердотельного усилителя, который управляет громкоговорителем мощностью около 8 Ом, как правило, без использования трансформаторов. Эта система обеспечивает наиболее эффективные средства передачи большого количества мощности с низким уровнем искажений на один или несколько громкоговорителей, находящихся на небольшом расстоянии от усилителя.Этот подход почти всегда используется в высококачественных приложениях, таких как студии и диспетчерские, а также громкоговорители для сценических мониторов. Это также самое простое и самое прямое средство для больших систем звукоусиления, где общая мощность усилителя составляет от 2 до 100 кВт и более. Трансформаторы в любом из этих приложений либо ухудшат качество звука, либо увеличат стоимость, вес или размер.

Перепечатано из книги «Проектирование и установка аудиосистемы», первое издание, первое издание 1990 г., стр.п. 141-148. © Copyright 1990 Г. Х. Филип Гиддингс, США. Все права защищены.

Акустическая система постоянного напряжения — Acervo Lima

Громкоговоритель постоянного напряжения — это любая сеть динамиков, которые подключены к аудиоусилителю с помощью понижающих или повышающих (аудио) трансформаторов [наиболее распространенные], чтобы упростить расчет импеданса и минимизировать потери мощности в кабелях динамиков. Когда выходной трансформатор аудиосигнала представляет собой лифт [самый обычный], эти системы более уместно называть системами распределения звука высокого напряжения .Напряжение является постоянным только в том смысле, что при максимальной мощности напряжение системы не зависит от количества активированных динамиков до тех пор, пока не превышается предел мощности усилителя. Акустические системы постоянного напряжения также обозначаются как 25 , 70 , 70,7 или 100 вольт акустические системы ; распределенные акустические системы ; или акустических систем с высоким сопротивлением . В Канаде и США их чаще называют « 70-вольтовые динамики ».В Европе система 100 В является наиболее распространенной, как для усилителей, так и для акустических систем.

Операция

Громкоговорители постоянного напряжения аналогичны системам передачи электроэнергии, используемым энергетическими компаниями для передачи электроэнергии на большие расстояния. Энергетическая компания будет стремиться увеличить напряжение передачи, чтобы уменьшить ток для заданной мощности и, следовательно, уменьшить потери. По прибытии в пункт назначения напряжение постепенно снижается до необходимого уровня.Аналогичным образом, в акустической системе с постоянным напряжением аудиоусилитель использует лифтовый трансформатор для повышения напряжения аудиосигнала с уменьшением потерь энергии вдоль акустических кабелей, что позволяет передавать больше энергии для данного диаметра провода. Каждый динамик в системе имеет понижающий трансформатор для преобразования напряжения обратно до соответствующего уровня.

Подключение динамиков

Каждый динамик с понижающим трансформатором может быть рассчитан на один уровень мощности или может иметь несколько лент, одна из которых настроена на соответствие желаемому уровню мощности, применяемому к динамику.Трансформаторы с несколькими отводами напряжения позволяют установщику повышать или понижать уровень звукового давления для каждой отдельной колонки. Есть модели, в которых трансформатор находится внутри корпуса динамика. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключена параллельно к линии постоянного напряжения.

Усилитель подключения

Есть три способа подключения линий постоянного напряжения к усилителю:

  • Внешний лифт-трансформатор;
  • Трансформатор внутреннего лифта;
  • Высокое напряжение, без выходного трансформатора.

Внешний трансформатор лифта

Используется обычный усилитель общего назначения с низким сопротивлением. Его выход подключен к первичной обмотке внешнего лифтового трансформатора. Трансформаторы специального назначения позволяют адаптировать конструкцию системы к конкретным уровням мощности. Несколько усилителей могут быть объединены с использованием трансформаторов для получения более высокого линейного напряжения и / или тока. Например, три усилителя на 70 В можно использовать для получения линии на 210 В, подключив их к специальному внешнему выходному трансформатору с тремя первичными и одной вторичной обмотками.

Трансформатор внутреннего лифта

Усилители

со встроенными трансформаторами, выходное напряжение 70 В, доступны с соединениями с низким или высоким выходным сопротивлением, которые называются соответственно «25 В» и «70 В». Эти надежные усилители обладают множеством конструктивных особенностей для конкретных приложений, таких как защита от перегрузки по току и агрессивная фильтрация верхних частот, чтобы защитить обратное напряжение . Некоторые модели могут быть сконфигурированы так, чтобы один канал питал один или два динамика с низким сопротивлением 8 Ом, а другие — цепь динамиков с постоянным напряжением.

Высокое напряжение без трансформатора

С развитием силовых полупроводников стало возможным выводить высокое напряжение непосредственно с выходного каскада усилителя. Например, в 1967 году компания «Crown International» представила усилитель DC300, способный напрямую питать линии 70 В, а также традиционные нагрузки динамиков, благодаря своей общей мощности 500 Вт. В 1987 году компания Crown представила Macrotech 2400, способный напрямую запитывать линии напряжением 100 вольт. С тех пор будущие высокотехнологичные разработки усилителей мощности расширили выбор; многие производители выпускают усилители, способные напрямую подключаться к динамикам постоянного напряжения с высоким сопротивлением.Усилители звука высокого напряжения стали возможны на одном кристалле. Например, National SemiconductorLME49810 (и аналогичные продукты, LME49811 и LME49830) обеспечивают размах выходного сигнала 100 В для сигналов, но имеют относительно низкий выходной ток, поэтому стандартная схема включает дискретный Дарлингтон или полевой транзистор в качестве выходного каскада.

Более высокие уровни энергии

Высокое напряжение

Системы высокого и постоянного напряжения могут быть спроектированы для использования на линиях 140, 200 и 210 вольт, в зависимости от выбранного трансформатора и топологии соединительного усилителя.Такие высоковольтные системы использовались в местах, где уже есть провод небольшого диаметра, где задействованы большие расстояния, а также в специальных установках громкоговорителей, таких как Daytona International Speedway и Indianapolis Motor Speedway до его модернизации в 2003 году. Соображения безопасности, связанные с такими высокими напряжениями, требуют прокладки линии громкоговорителей внутри кабелепровода в большинстве частей мира.

Сильноточная

Трансформаторы на 600 Вт широко доступны для подрядчиков, которым требуется большая мощность от динамиков и установок постоянного напряжения.Доступны специальные трансформаторы, способные выдерживать нагрузку на 1250 Вт при низкой частоте до 50 Гц. Проблема с трансформаторами высокого напряжения и высокого тока заключается в том, что на одной линии постоянного напряжения можно использовать немного. Рекомендуется кабель динамика большего диаметра. Трансформаторы большего размера, необходимые для обработки высокой мощности, уменьшили частотную характеристику.

Альтернативы

Традиционной альтернативой акустическим системам с постоянным напряжением являются акустические системы с низким сопротивлением (обычно называемые «акустическими системами с сопротивлением 8 Ом», несмотря на то, что их импеданс не может быть 8 Ом), в которых усилитель и динамик соединены напрямую без использование трансформаторов.Недостатки, связанные с постоянным напряжением и системами, которые представляют собой акустические кабели, должны быть меньшего или большего диаметра, и что необходимо больше усилителей, если желательны разные уровни слуха в разных местах.

Другой альтернативой являются динамики с усилителем, встроенным в корпус динамика. Пока усилитель находится в том же месте, что и динамик, в качестве входа требуется только линия уровня аудиосигнала. Линейные сигналы обычно составляют около 1-2 вольт и могут передаваться по кабелям гораздо меньшего размера (обычно 20-26 AWG).Основным недостатком активных динамиков является то, что они требуют дополнительного питания переменного тока, в то время как пассивный динамик этого не требует.

Льготы

Основными преимуществами использования акустической системы с постоянным напряжением по сравнению с обычной акустической системой с низким сопротивлением являются:

  • Несколько динамиков: нескольких комплектов могут получать питание от одного усилителя без сложных схем последовательного / параллельного подключения.
  • Различные уровни мощности: Различные целевые уровни звукового давления могут быть достигнуты в разных областях слуха и при этом с использованием одного усилителя.
  • Более низкая стоимость: Поскольку напряжение сигнала было усилено, а ток относительно низкий, можно использовать более легкий и менее дорогой кабель без дополнительных затрат на потерю мощности. Там, где для обычной акустической системы с сопротивлением 8 Ом может потребоваться кабель калибра 12, от одного до 70 вольт можно использовать кабель 18 калибра или меньше.
  • Расширяемость системы: Система на 70 В легко расширяется.
  • Простота регулировки громкости: Можно установить пассивный регулятор громкости, чтобы пользователь мог легко регулировать уровень через один динамик или зону из нескольких динамиков.

Недостатки

  • Частотная характеристика: Дешевые трансформаторы могут плохо воспроизводить низкие и высокие частоты.
  • Искажение воспроизведения: Насыщенные трансформаторы могут добавить искажения к аудиосигналу. Недорогие трансформаторы склонны к искажениям на более высоких уровнях энергии, особенно в отношении низкочастотной характеристики. Сигналы низкого уровня могут не питать трансформатор с сердечником, недостаточно спроектированный для предотвращения больших, чем обычно, гармонических искажений.
  • Вариация: Различия между блоками можно увидеть у плохо изготовленных трансформаторов.
  • Задержка передачи: громкоговорителей дальше на той же линии постоянного напряжения могут быть задержаны, чтобы соответствовать скорости звука в воздухе, чтобы импульсы ряда громкоговорителей приходили одновременно с точки зрения удаленного слушатель.
  • Вносимые потери: Трансформаторы сами по себе обычно уменьшают общую мощность, подаваемую на динамики, требуя, чтобы усилитель был примерно на десять-двадцать процентов мощнее, чем общая мощность, которая предназначена для подачи на динамики.Типичные измеренные потери трансформатора взяты на частоте 1000 Гц, чтобы характеристики трансформатора выглядели как можно лучше. При использовании этого метода типичные вносимые потери составляют около 1 дБ, что составляет 20% потерь мощности. К сожалению, большая часть энергии в голосовых приложениях аудиосистем находится ниже 400 Гц, а это означает, что вносимые потери на более низких частотах будут больше. Лучшие трансформаторы уменьшают частоту полуполосы на 0,5 дБ (около 10% потерь мощности) или меньше, что приводит к конструкции динамика мощностью 10 Вт 11.
  • Собственная емкость: Для достижения более высоких уровней энергии трансформаторы должны быть больше по размеру. Большие трансформаторы (более 200 Вт) начинают страдать от ослабления высоких частот из-за автоматической емкости.
  • Более высокая стоимость: Если используются мощные громкоговорители с акцентом на низкочастотную характеристику, трансформаторы будут намного выше и значительно увеличат стоимость проекта. Кроме того, в некоторых районах строительные площадки и электрические нормы требуют прокладки кабеля на 70 вольт внутри кабелепровода, что увеличивает общую стоимость проекта.
  • Более высокая чувствительность: Поскольку системы постоянного напряжения работают при относительно высоком уровне импедансов, они более чувствительны к небольшим величинам частичного тока утечки и коротких замыканий. Прокладка 70-вольтных линий громкоговорителей в кабелепроводе, в которых может накапливаться вода, может привести к потрескивающим звукам, слышимым в системе.

Список литературы

  1. «Разматывающие распределительные трансформаторы». Технические заметки
  2. «Системы распределения звука постоянного напряжения: 25, 70.7 и 100 Вольт ». Технические заметки
  3. Crown Engineering Staff (октябрь 2005 г.). Корона Аудио. Руководство по системам постоянного напряжения
  4. Edcor Electronics. TEK-NOTES V1.0 1997-2004 [ссылка неактивна]
  5. DC300 руководство, страница 1
  6. «Живой звук: исторические файлы: усилитель Crown DC300 ведет твердотельную революцию»
  7. «LME49810 — Драйвер усилителя мощности звука на 200 В с зажимом Бейкера».Проверено 31 декабря, 2011. Архивировано 8 января 2012 года.
  8. «LME49811 — Высококачественный входной каскад усилителя мощности 200 В с функцией отключения». Проверено 31 декабря 2011 г. Архивировано 26 января 2012 года.
  9. «LME49830 — Входной каскад усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах на 200 В с высокой точностью воспроизведения и с отключением звука». Проверено 31 декабря, 2011. Архивировано 16 декабря 2008 года.
  10. Боген.Приложения. Правила питания для динамиков на Daytona Speedway
  11. «Подрядчик по звуку и видео. УСТАНОВКА: Автострада Индианаполиса 18 февраля 2004 г., Робилард Невин ». Проверено 28 мая, 2018. Архивировано 27 апреля 2006 года.
  12. «Громкоговоритель Sx600 от Electro-Voice дебютирует с AES». Проверено 28 мая, 2013. Подано с оригинала 27 ноября 2002 года.
  13. Джон Эргл, Крис Форман. JBL Audio Engineering для звукоусиления (2002) ISBN 0-634-04355-2
  14. Трансформаторы Jensen. FAQ

Внешние ссылки

Текст переведен Acervo Lima из Википедии.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *