Circuit de protection de l'amplificateur AC Brig. Amplificateur domestique - amplificateur et unité de protection. Système de protection amélioré pour les haut-parleurs
Quel est le système de protection des enceintes dans les temps modernes amplificateur devrait être et avoir déterminé les exigences relatives à de tels systèmes.
L'une des principales exigences est performance. Lorsqu'ils sont exposés à des dommages potentiels aux haut-parleurs, ils doivent être déconnectés de la sortie de l'amplificateur de puissance le plus rapidement possible.
Considérons le système de protection de manière séquentielle : de l'entrée à la sortie (relais), et déterminons comment les différents composants du système affectent ses performances.
A l'entrée du système de protection des enceintes pour isoler de signal sonore la composante constante est généralement définie filtre passe bas(LPF).
Pour optimiser les performances du système de protection et en même temps éliminer faux positifs il est nécessaire de déterminer la fréquence limite supérieure LPF. En pratique, pour les systèmes à bande latérale unique, une limite de 20 Hz est tout à fait suffisante et permet d'obtenir délai minimumà 25 ms. Pour un vrai signal sonore, du fait de l'asymétrie des alternances de plus hautes fréquences ah, plus aucun délai n'est nécessaire. De plus, dans les systèmes de haut-parleurs large bande, les haut-parleurs moyennes et hautes fréquences sont le plus souvent connectés via des condensateurs de filtre croisé, qui leur offrent une protection supplémentaire contre le composant DC.
Pour les systèmes de bi-amplification ou de tri-amplification, vous devrez utiliser plusieurs systèmes de protection, en recalculant les valeurs des éléments de filtre passe-bas pour augmenter la vitesse du système et protéger de manière fiable les haut-parleurs médiums et hautes fréquences, qui sont plus sensibles à la composante constante.
Un simple filtre à un étage avec une pente de 6 dB/octave est généralement utilisé comme filtre passe-bas. Il peut sembler préférable d'utiliser des filtres plus complexes : deux ou trois sections. Mais, comme l'ont montré les expériences, avec eux, les performances du système de protection sont pires, car tout en offrant un meilleur filtrage passe-haut, ils sont pires (avec latence plus élevée) isoler la composante constante du signal.
Le tableau présente les valeurs de capacité du condensateur de filtrage pour l'utilisation du système de protection avec différents systèmes d'amplification : large bande, bi-amplification, tri-amplification et avec différentes fréquences de croisement pour les systèmes multi-bandes :
La résistance (R1 et R2) est utilisée dans tous les cas à 100 kOhm.
Ne doit pas être utilisé comme condensateur C1 condensateurs électrolytiques polaires, car même une petite tension polarité inversée conduit souvent à leur défaillance, ce qui réduit la fiabilité du système. S'il y a des problèmes avec un condensateur électrolytique non polaire, il peut facilement être remplacé par deux condensateurs polaires en les connectant selon le schéma présenté :
Si avec certains types de musique à volume élevé, vous ressentez faux positifs système de protection, la capacité du condensateur du filtre devra être augmentée. Mais un maximum de 47 µF, sinon le temps de retard sera inacceptablement long.
Le prochain élément qui affecte les performances du système est le détecteur de tension. C'est lui qui détermine seuil de réponse du système. Bien entendu, plus le seuil de réponse est bas, plus le système est rapide.
Considérons plusieurs circuits de détecteurs typiques.
Un schéma assez typique même pour les appareils industriels :
Lors des tests, le circuit a montré un fonctionnement fiable avec une tension d'entrée positive de l'ordre de 0,8 à 1 V et une tension négative supérieure à -4 V. Si pour une tension positive le seuil de réponse est bon, alors pour une tension négative la valeur résultante laisse beaucoup à désirer.
Un autre schéma, très populaire sur Runet, a montré des résultats à peu près similaires :
Je ne vous ennuierai pas avec une description de tous les schémas étudiés. Je vais donner un exemple de diagramme qui montre très bons résultats- valeurs de tension de réponse identiques (environ 0,7V) pour les tensions d'entrée positives et négatives :
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En plus ce schéma fournit un délai dans la connexion des haut-parleurs après la mise sous tension de l'amplificateur et la mise hors tension des haut-parleurs lorsque l'une des tensions d'alimentation de l'amplificateur est perdue.
Les optocoupleurs PC817 des alimentations d'ordinateur fonctionnent bien comme optocoupleurs ici. Les mêmes optocoupleurs (ou similaires) peuvent être trouvés dans les alimentations pour moniteurs, lecteurs DVD et même dans les chargeurs pour téléphones portables et les smartphones.
La méthode suivante pour augmenter la vitesse du système de protection est assez exotique, car elle n'existe pratiquement pas dans les conceptions radioamateurs (en raison d'une certaine complication du circuit). La méthode consiste à réduire tension de la bobine du relais après son déclenchement. Le fait est que la tension indiquée sur le relais est la tension de fonctionnement. Majorité relais modernes permettre après avoir fermé les contacts réduisez la tension sur la bobine de 2 à 3 fois. Dans ce cas, les contacts resteront fermés de manière fiable et le temps de déclenchement des contacts (c'est-à-dire essentiellement le temps de réponse de la protection) sera réduit plusieurs fois. Mais, comme déjà mentionné, cette méthode nécessite plus de complexité dans le circuit.
La méthode suivante pour augmenter les performances du système de protection est assez simple et peu coûteuse, mais pour une raison quelconque, elle est également rarement trouvée dans les conceptions pratiques.
Tout d’abord, un peu de théorie. Comme vous le savez, l'enroulement du relais est essentiellement une bobine d'inductance, c'est pourquoi lorsque la tension est connectée ou déconnectée au niveau de ses contacts, une force contre-électromotrice se produit dans la bobine. Pour vous donner une idée de l'ampleur de la CEM arrière, je vais donner les résultats d'expériences.
Pour un relais avec une bobine relativement petite de 24 V (la résistance de l'enroulement était de 730 Ohms), la tension contre-EMF induite sur l'enroulement lorsqu'il était éteint était plus de 500 V. Il est clair que sans prendre les mesures appropriées pour réduire la tension contre-EMF, la fiabilité d'un tel système sera très douteuse. Il existe un risque de défaillance du relais lui-même en raison d'un fonctionnement fréquent, et transistor de puissance, relais de commande. Ou nous aurons besoin d'un transistor haute tension coûteux.
Vous pouvez vous débarrasser de la FEM inverse en utilisant une méthode populaire simple : placez une diode en connexion inverse parallèlement à l'enroulement du relais :
Cependant, de nombreux radioamateurs ne savent pas que cette mesure entraîne une diminution significative des performances du relais. Les expériences ont été réalisées pour des relais de type OMRON G6B-2214P-US-DC12. Sans l'utilisation d'une diode de protection, le temps d'ouverture du contact était d'environ 1,2 ms. Après installation de la diode de protection, le temps d'ouverture du contact est passé à 8 ms, soit facteur de!
La présence d'une diode de protection contribuera à réduire considérablement le temps d'ouverture du relais... diode Zener:
Comme l'ont montré les expériences, pour cette option, le temps d'ouverture du contact n'est que de 2,5 ms, soit seulement deux fois plus élevé que sans circuits de protection.
La diode Zener doit être sélectionnée avec une tension de stabilisation égale à la tension de fonctionnement du relais.
Les conseils et schémas ci-dessus permettent aux radioamateurs de modifier assez facilement les systèmes de protection acoustique existants dans les appareils artisanaux et industriels afin d'augmenter leurs performances.
Comme nous l'avons déjà découvert, pour garantir une protection fiable des systèmes d'enceintes, notre système de protection doit être fiable en lui-même. Nous parlerons de ce qui affecte la fiabilité du circuit et de la manière de l’améliorer la prochaine fois.
À suivre.
Dispositif de protection contre la panne des haut-parleurs des systèmes acoustiques
Souvent, lorsque nous allumons l'amplificateur, nous entendons un « pop » désagréable dans les haut-parleurs de notre acoustique. Si le contrôle du volume était proche du volume maximum, nous risquons alors de griller les haut-parleurs de nos haut-parleurs. Afin de protéger les haut-parleurs et vos propres oreilles du « pop » des transitoires au moment de la mise sous tension, il est nécessaire soit de prendre des décisions spécifiques dans la conception du circuit de l'étage de sortie de l'amplificateur lui-même, soit simplement de s'assurer que les haut-parleurs sont connectés à la sortie de l'amplificateur avec un court délai, suffisant pour que l'amplificateur démarre silencieusement.
Le dispositif proposé offre une temporisation au moment de la mise sous tension de l'amplificateur (la temporisation est réglable de 1 à 6 secondes) et assure une protection des enceintes coûteuses en cas de panne - panne des transistors de l'étage de sortie ou des microcircuits spécialisés - amplificateurs audio . En cas de panne de l'étage de sortie, les systèmes d'enceintes seront instantanément éteints et resteront indemnes.
Ce dispositif de protection peut être utilisé avec n'importe quel amplificateur de puissance stéréo avec des tensions d'alimentation d'étage de sortie jusqu'à ± 50 V. L'appareil lui-même est alimenté par une alimentation unipolaire 12 V. Le dispositif de protection est assemblé sur une planche mesurant 70x45 mm.
La connexion des fils de l'amplificateur aux connecteurs des haut-parleurs et à la source d'alimentation s'effectue à l'aide de bornes à vis installées sur la carte. Le courant maximum commuté par le relais est de 10A. Sur demande, il est possible de fabriquer des dispositifs de protection pour des courants jusqu'à 30A. Cet appareil peut être installé sur n'importe quel amplificateur existant ou utilisé dans un « nouveau bâtiment ».
Coût de l'appareil assemblé et testé : 160 UAH.
Coût du kit de montage : 120 UAH.
Coût du circuit imprimé avec masque et marquages : 55 UAH.
La protection des systèmes acoustiques (AS) est tout simplement nécessaire, et si elle n'est pas utilisée, vous pouvez perdre votre acoustique à cause d'un dysfonctionnement de l'amplificateur de basse. Il existe de nombreux systèmes assurant la protection des haut-parleurs. Cet article présente un circuit fonctionnel, testé par le temps et par les amateurs de son, qui représente une copie approximative de la protection système de haut-parleurs amplificateur BRIG.
Le circuit offre une protection contre la tension continue à la sortie de l'amplificateur de basse (en cas de dysfonctionnement) et retarde également la connexion des haut-parleurs jusqu'à ce que tous les processus transitoires dans l'amplificateur et l'alimentation soient terminés. Sans un tel délai, lorsque vous allumez l'amplificateur sur le réseau, des clics, des pops, des sonneries, etc. se font entendre dans les haut-parleurs.
Principales caractéristiques de la protection du système d'enceintes
Tension d'alimentation CC de +27V à +65V.
Le délai de connexion des enceintes est de 1 seconde à 3 secondes.
La sensibilité à la tension continue à l'entrée de protection est de ±1,5 V.
Circuit de protection des haut-parleurs
Un stabilisateur de tension est monté sur les éléments VD5, VD6, VT5, R13, qui offre une large gamme de tensions d'alimentation. Un petit radiateur doit être installé sur le VT5. Les diodes VD3 et VD4 sont nécessaires pour éliminer les interférences dues à l'auto-induction de l'enroulement du relais lors de la commutation. Les transistors VT3, VT4 contrôlent les enroulements du relais K1 et K2. Les diodes VD1 et VD2 protègent les transistors VT1 et VT2 du claquage si une tension négative apparaît à l'entrée du circuit. Les condensateurs électrolytiques C3 et C4 affectent directement le temps de retard ; plus la capacité est grande, plus le temps est long.
Éléments schématiques
Toutes les résistances doivent avoir une puissance de 0,25 W, la résistance R13 peut être réglée sur 0,5 W, surtout lorsque la tension d'alimentation du circuit est de 40 V ou plus. Les condensateurs électrolytiques doivent être conçus pour une tension une fois et demie supérieure à la tension d'alimentation du circuit (je l'ai réglée sur 63V). Bien que seulement sur C5 il y ait une tension d'alimentation pour le circuit, et sur les autres électrolytes il y a des unités de Volts.
Au lieu de BDX53, vous pouvez utiliser BD875, KT972. La disposition des broches de tous les transistors est différente, soyez donc prudent lors du remplacement.
Le transistor 2n5551 est très courant et est présent sur de nombreuses étagères, mais il peut toujours être remplacé par KT3102, BC546, BC547, BC548. L'emplacement des broches est également différent.
Il existe de nombreuses options pour protéger les haut-parleurs d'une tension constante, des clics lorsqu'ils sont allumés et éteints. Les plus avancés d'entre eux sont assemblés sur des microcontrôleurs, contrôlent un grand nombre de voies et disposent fonctions supplémentaires, par exemple - Baleine Datagor
Les appareils basés sur des microcircuits spécialisés sont également pratiques, fonctionnels et de petite taille. Malheureusement, ils ne sont pas toujours disponibles et peuvent mettre beaucoup de temps à arriver par courrier.
Je me suis intéressé à savoir quel circuit d'éléments discrets est simple, bon marché, fonctionnel et nécessite une configuration minimale. J'attire votre attention sur le dispositif qui répond le mieux à ces exigences, à mon avis.
L'article étant principalement destiné aux radioamateurs débutants, je vais essayer de décrire en détail même des choses simples.
Prototype de protection AC - Le schéma de A. Kotov
À première vue, il existe un large choix de circuits, mais après un examen plus approfondi, il s'avère qu'ils présentent des inconvénients - de nombreuses pièces, des pièces rares, une faible sensibilité, la nécessité d'un réglage, un fonctionnement dans une plage étroite de tensions d'alimentation, etc.Il s'est avéré que c'était le plus approprié.
Cependant, ce schéma n’est pas sans inconvénients :
- il n'y a pas d'extinction rapide des enceintes lorsque l'amplificateur est éteint,
- tension d'alimentation strictement définie,
- tout le courant consommé traverse la LED,
- mode de fonctionnement avec « embase arrachée » VT10.
De plus, il n'y a pas de schéma de tension ni de recommandations de réglage, ni de dessin du circuit imprimé.
Circuit de dispositif de protection des haut-parleurs amélioré
Ces défauts peuvent être facilement éliminés ; voici la version que j'ai modifiée.La numérotation des parties du schéma d’A. Kotov a été conservée et poursuivie.
Je voudrais souligner les avantages et les caractéristiques du système :
- le délai d'allumage est optimal de 4 secondes, déterminé par la chaîne R5C3,
- le circuit D5R8R9C4, lorsqu'il est déconnecté du réseau, permet de mettre rapidement hors tension le relais et d'éteindre le haut-parleur,
- une fois la protection déclenchée (le relais est éteint), le condensateur C3 se décharge rapidement et se charge lentement à travers la résistance R5, il n'y aura donc pas de commutations chaotiques rapides,
- l'appareil fonctionne dans une large plage de tensions, de la tension de réponse du relais (plus 2 V) à 36 V (limite pour TL431),
- pratiquement la seule résistance qui nécessite une sélection - R7 sert à absorber la surtension pour le relais, les valeurs des résistances restantes peuvent différer plusieurs fois et ne nécessitent pas de remplacement dans une large plage de tensions d'alimentation,
- tous les éléments, à l'exception du TL431, fonctionnent à des courants très faibles, ce qui garantit une grande fiabilité,
- l'utilisation du TL431 assure le mode de fonctionnement clé du relais,
- les tensions sur les condensateurs sauf C4 sont très faibles, pas plus de 2,5 V, ce qui permet l'utilisation de condensateurs pour les basses tensions, j'ai donc testé l'option avec les condensateurs unipolaires C1 et C2 pour les basses tensions,
- n'importe quelle LED convient (de préférence lumineuse) puisque le courant qui la traverse est réglé par une résistance,
- la sensibilité est très élevée (environ 1 V), il vaut mieux la grossir ; pour cela, la carte dispose de plots pour résistances CMS (en gris sur le schéma).
Propre alimentation électrique
Si vous alimentez les ultrasons à partir de l'alimentation principale de l'amplificateur (comme A. Kotov), lorsque vous éteignez le réseau, le relais ne se déclenchera pas immédiatement en raison des grandes capacités de l'alimentation et d'un clic, crépitement, etc. est possible ici, en raison de la très petite capacité, C4 = 1 -4,7 µF, le relais se déclenche immédiatement.Vous pouvez prendre une variable du transformateur de l'alimentation principale ULF, puis vous devrez peut-être changer le diviseur R8R9 pour réduire la tension.
Pour la « polyvalence » de ce circuit, vous avez besoin d’une alimentation avec un transformateur basse consommation à basse tension enroulement secondaire. J'ai utilisé un transformateur ~230/12 V d'une puissance de 2 VA. L'alimentation est réalisée sur une carte de même largeur que le bloc de protection ; il est pratique de les placer sur une seule carte.
La présence d'une alimentation séparée permet d'utiliser l'unité de protection avec n'importe quel amplificateur, y compris un prototype, ce qui est particulièrement pratique puisque les enceintes sont dans ce cas exposées à un danger accru.
Pièces appliquées et configuration
Un relais 12VDC « OMRON G2R-2 » est installé dans un boîtier transparent. Cela n'a pas été fait par hasard - bien qu'il ait des dimensions plus grandes que des modèles similaires dans un boîtier opaque non séparable, il peut être ouvert et les contacts peuvent être nettoyés. Je recommande, lors de l'utilisation d'un relais non séparable, de découper soigneusement son corps au préalable afin que le couvercle puisse être retiré et remis en place. Je le recommande particulièrement dans le cas d'un relais d'occasion.Les relais scellés sont généralement de plus petite taille et peuvent être facilement installés avec une modification minime du circuit imprimé. Comme j'ai placé les relais et les pinces avec des bornes à vis assez serrées, lors de la répétition de la carte, vous devez vous assurer que les tailles des pinces sont identiques, sinon ajustez légèrement circuit imprimé. On peut se passer de pinces, c'est encore plus fiable, mais c'est peu pratique, surtout lors de la mise en place d'agencements d'amplificateurs.
S'il n'y a pas d'erreurs d'installation et de pièces réparables, le circuit commence à fonctionner immédiatement, il vous suffit de calculer la résistance de limitation de courant à travers l'enroulement du relais.
Par exemple, alimentation +18 V, relais 12 V avec une résistance de 280 Ohms. Courant de fonctionnement du relais 12 V/280 Ohm = 43 mA.
Il faut éteindre 18V - 12V - 2V (chute de tension aux bornes d'un TL431 ouvert) = 4 Volts.
4 V / 43 mA = 100 ohms. La puissance de la résistance est de 43 mA x 4 V = 170 mW, c'est-à-dire que vous avez besoin d'une résistance de 0,25 W et plus. Cette résistance est « debout » sur la carte ; ceci est fait pour que vous puissiez installer des résistances de différentes tailles et avec une réserve de puissance allant jusqu'à 2 W.
Toutes les diodes, à l'exception du relais shuntant l'enroulement, sont presque toutes des diodes de faible puissance, il vous suffit de vous rappeler que le marquage en bande sur le corps du KD522 et des autres diodes soviétiques est à l'opposé du marquage importé.
S'il y a des problèmes de fonctionnement, vous devez tout d'abord vérifier la bonne installation des pièces, notamment les diodes, les transistors et le TL431. Vérifiez ensuite la qualité de la soudure (mes cordons de diodes étaient mal soudés), pour cela il faut bien rincer la carte et inspecter la soudure avec une loupe (ou un bon œil).
Vérifiez ensuite les modes en CC, les tensions aux bases des transistors doivent correspondre à celles indiquées sur le schéma ± 0,1 V.
Puisque parmi les amateurs novices il y a une passion pour la gigantomanie et les amplificateurs d'une puissance de plusieurs centaines de watts et avec une tension d'alimentation des amplificateurs de l'ordre de ± 50 V, il faut se rappeler que plus la puissance de l'amplificateur est grande, plus la les courants circulent à travers les contacts du relais, lorsque hautes tensions la probabilité qu'un arc se produise entre les contacts de relais ouverts augmente.
Dans ce cas, n'importe quel relais avec un groupe de contacts peut être installé sur cette carte ; ce relais sera intermédiaire et contrôlera un autre relais plus puissant avec des contacts conçus pour un courant plus élevé et avec une distance accrue entre les contacts ouverts. Il sera possible de connecter des fils de plus grande section à ce relais puissant.
La polyvalence de cette unité de protection dotée de sa propre alimentation réside dans le fait qu'elle peut être connectée aux sorties d'un amplificateur en pont (généralement de forte puissance). Le fil commun n'est pas connecté au fil commun de l'amplificateur, mais à une sortie de l'amplificateur, et une entrée de l'unité de protection à la deuxième sortie de l'amplificateur en pont.
Lors de l'installation d'une unité de protection dans une structure finie, il n'est pas nécessaire d'avoir recours à une alimentation séparée (pour un amplificateur ordinaire sans pont).
Total
J'ai fait deux copies - avec des résistances ordinaires et des SMD, la carte vous permet de le faire. Les impressions des appareils sont très bonnes. La longueur de la carte peut être réduite de 1 à 2 cm, en particulier avec les résistances CMS, mais je préfère les traces larges qui permettent de souder les pièces à plusieurs reprises et qui pardonnent le déplacement lors du perçage de trous ; des espaces suffisants entre les pistes.
Il ne faut pas oublier qu'un tel dispositif protège uniquement les têtes LF des tensions constantes et toutes les têtes des processus transitoires dans l'amplificateur, y compris en cas de panne des amplificateurs, et ne protège pas les têtes HF lors des surcharges et de l'excitation des amplificateurs. Dans le même temps, cette solution de circuit vous permet de connecter des capteurs de surchauffe, de limitation (écrêtage) et d'excitation pour la sécurité de toutes les têtes d'enceintes.
De plus (qui est utilisé dans un certain nombre d'amplificateurs), vous pouvez contrôler la connexion à la sortie de l'amplificateur d'une ou plusieurs paires d'enceintes à l'aide d'un interrupteur situé sur le panneau avant de l'amplificateur, sans avoir besoin de faire passer des circuits de signal à courant élevé. via cet interrupteur.