Универсальный блок защиты АС. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Акустические системы

 Комментарии к статье

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, надежных электромагнитных реле и светодиодной индикации появления постоянного напряжения на выходе усилителя. Устройство обеспечивает стабильную задержку и защиту даже после кратковременного пропадания сетевого напряжения.

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 тоже может создать неприятные призвуки или щелчки.

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

Технические характеристики

• Напряжение питания, В .......190...264
• Напряжение срабатывания защиты, В.......0,6...0,7
• Время задержки включения/перезапуска, с .......2,5...3
• Время срабатывания защиты (U_вх = 2 В), с, не более 1,4
• Время срабатывания защиты (U_вх = 20 В), с, не более 0,25
• Время выключения модуля, с, не более .......0,25
• Потребляемая мощность, Вт, не более .......2,5
• Максимальный коммутируемый ток, А .......12

С реализацией задержки и защиты АС вопросов не возникает. Но как реализовать быстрое отключение АС при пропадании (относительно кратковременном) сетевого напряжения, но достаточном для возникновения переходного процесса и щелчка? Есть два разумных варианта: использование информации о наличии переменного напряжения в одной из существующих вторичных обмоток трансформатора, питающего УМЗЧ (как это реализовано в микросхеме μРС1237 [2]), или использование отдельного трансформатора питания (либо от дополнительной обмотки трансформатора УМЗЧ) для узла защиты. Первый вариант накладывает определенные ограничения, сужая универсальность модуля. Второй же позволяет использовать в питании устройства сглаживающий конденсатор небольшой емкости, благодаря чему блок защиты гарантированно отключит АС быстрее, чем разрядятся конденсаторы в блоке питания УМЗЧ.

Очевидно, что второй вариант - более надежный и простой в реализации, позволяющий подключить модуль практически к любому усилителю. Недостаток такого решения - более высокая стоимость за счет применения дополнительного блока питания, но универсальность и надежность здесь превалируют.

Схема устройства показана на рис. 1. Его входы нужно подключать к выходам каналов стереофонического УМЗЧ, а выходы - к нагрузкам (АС) соответствующих каналов. Общий провод модуля, громкоговорителей АС (или кроссовера) подключают к общему проводу усилителя непосредственно.

Рис. 1. Схема устройства

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

При возникновении на любом из входов устройства (контакты Х2а, Х3а) постоянного напряжения более ±0,6...0,7 В открывается соответствующий транзистор (VT1 - для напряжения плюсовой полярности, VT2 - минусовой полярности), включая излучающий диод оптопары U1 или U2. Освещенный 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 С6, а резисторный делитель R4R5 обеспечивает искусственную среднюю точку питающего напряжения.

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 всей аппаратуры 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 С6, что и обеспечивает нормальный последующий старт узла защиты. Применение полевого транзистора VT4 с пониженным напряжением открывания (примерно 1,5 В) обеспечивает меньшее напряжение заряда С6, причем время рестарта практически равно времени первого включения. При сохранении постоянных времени зарядки-разрядки конденсатора С6 его емкость можно существенно уменьшить, соответственно увеличив сопротивление резисторов R8-R11. Ёмкость конденсатора С1 увеличивать не рекомендуется - она определяет скорость выключения блока защиты.

При номинальном сетевом напряжении 230 В и комнатной температуре 25 ^оС стабилизатор DA1 нагревается до 50...52 ^оС. При проверке на максимальном переменном напряжении 274 В (ограничено возможностями ЛАТРа) нагрев стабилизатора составил 64...65 ^оС - все 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 ^оС. 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 преодолеть изменением сопротивления одного из этих резисторов на ±10 %). Но вероятность такого события пренебрежимо мала и является скорее примером гипотетического моделирования отказа.

Печатная плата (рис. 2), имеющая размеры 66x45 мм, выполнена на фольгированном стеклотекстолите и рассчитана на установку транзисторов в корпусах SOT-23, резисторов типоразмера 0805 (кроме резисторов R1 и R13 - 1206), конденсаторов C2, C5 типоразмера 0805 и диода VD2 в корпусе SMA. На фото рис. 3 показана смонтированная плата со стороны пайки деталей поверхностного монтажа.

Рис. 2. Печатная плата 

Рис. 3. Смонтированная плата со стороны пайки деталей поверхностного монтажа

В качестве T1 применен маломощный трансформатор ТПК-2 с вторичной обмоткой на 12 В. Диодный мост может быть любой из серий DB103S-DB107S или MB2S-MB6S, для чего на печатной плате предусмотрены 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 чувствительности) при напряжении 12 В. Можно было бы использовать одно реле с двумя парами контактов, но автору не удалось найти такого 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.

Оптопары U1, U2 можно применить практически любые с соответствующей структурой, например, PS2501, PC817. Светодиод HL1 - любой, желательно красного цвета свечения, например, из серии АЛ307 или иные.

Транзисторы VT1-VT3 могут быть заменены любыми другими маломощными транзисторами соответствующей структуры и типоразмера. Возможно использование MMBT5551, MMBT4401 (VT1, VT3) и MMBT5401, MMBT4403 (VT2).

В качестве замены n-канального полевого транзистора (ПТ) VT4 с низким пороговым напряжением затвора (Gate Threshold Voltage) можно порекомендовать NTR4003N, IRLML2502. Если подобные замены недоступны, то допустимо применить иной n-канальный ПТ с изолированным затвором, ориентируясь на сопротивление открытого канала не более 3...5 Ом, максимальное напряжение сток-исток - не менее 20 В и максимальный ток стока - не менее 300 мА. В этом случае в схему потребуется внести следующие изменения: R8 = 75 Ом, R10 = R11 = 68 кОм, 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.

Плавкую вставку FU1 можно использовать на ток 0,16 или 0,25 А, например, отечественную ВП4-10 0,2 А, имеющую 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 зазор между проводниками сетевого питания.

Собранное устройство (его фото на рис. 4) не нуждается в налаживании и работает сразу после подачи питания. Его конструкция повторена много раз, и высокая надежность подтверждена длительной эксплуатацией.

Рис. 4. Собранное устройство

На рис. 5 представлена схема, позволяющая исключить малогабаритный трансформатор. В качестве примера показана упрощенная схема блока питания УМЗЧ с напряжением +/-30 В. При этом немного изменены как схема, так и способ подключения модуля к усилителю.

Рис. 5. Схема, позволяющая исключить малогабаритный трансформатор

Модуль имеет двухполярное питание через гасящие резисторы R8, R9, поэтому формирование искусственной средней точки не требуется (резисторы R4, R5 на рис. 2). Для большей эффективности реле включены последовательно и добавлен конденсатор (C4) в качестве фильтра питания.

На компонентах VD1, R5, C3 выполнен однополупериодный выпрямитель, напряжение с которого подается на оптопару U3. В исходном состоянии за счет резистора R10 транзистор VT3 находится в режиме насыщения, шунтируя конденсатор С5 до тех пор, пока не появится напряжение на излучающем диоде оптопары U3, после чего VT3 закрывается и С5 начинает медленно заряжаться, открывая транзистор VT4. При этом общее время задержки подключения нагрузки достигает 2...2,5 с.

При выключении усилителя конденсатор С3 быстро разряжается, обесточивая оптопару U3. Транзистор VT3 открывается и разряжает конденсатор C5, вследствие чего отключаются реле с нагрузкой. Таким образом, реализуется механизм быстрого выключения с общим временем не более 0,3...0,5 с.

Последующий старт включения происходит с разряженным конденсатором C5, поэтому, в отличие от схемы на рис. 2, его принудительная разрядка не требуется.

В качестве VT4 можно применить n-канальный ПТ с пороговым напряжением открывания 2...5 В и максимальным током стока не менее 1 А, например, IRF510-IRF540, IRF610-IRF640. Выпрямительный диод VD1 - любой с обратным напряжением не менее 100 В и прямым током от 100 мА: SF12-SF16, 1 N4002-1N4007 и пр. При использовании реле с обмотками, потребляющими ток 50 мА, необходимо изменить номиналы резисторов R8, R9 на 330 Ом.

Примечание. Для повышения надежности работы между базой и эмиттером транзистора VT3 (рис. 1) надо установить резистор сопротивлением 50...100 кОм.

Литература

1. Атаев Д. И., Болотников В. А. Функциональные узлы усилителей высококачественного звуковоспроизведения. - М.: Радио и связь, 1989, с. 120.
2. UPC1237. Protector IC for stereo power amplifier. - URL: unisonic.com.tw/datasheet/UPCI 237.pdf

Автор: Н. Вашкалюк

Смотрите другие статьи раздела Акустические системы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Новая Зеландия запустила первую космическую ракету 26.05.2017 В Новой Зеландии впервые запустили ракету в космос. Старт состоялся с первого в мире частного космодрома. Он принадлежит американской компании Rocket Lab, она и запустила ракету сверхлегкого класса Electron. Космодром, построенный в прошлом году, планируется использовать для запуска сверхлегких ракет-носителей.

Другие интересные новости:

▪ Улицу освещают солнце и ветер

▪ Компактные источники питания TRACO TXM для монтажа на шасси

▪ Новые микросхемы аналоговых переключателей серии DG

▪ Создан коллективный геном человечества

▪ Побит рекорд передачи данных по оптоволокну

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Диана. Крылатое выражение

▪ статья Какое деструктивное действие выполняют зип-бомбы? Подробный ответ

▪ статья Логист регионального склада. Должностная инструкция

▪ статья Сторож дверей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья О взаимодействии УМЗЧ с нагрузкой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025