Система защиты УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

В настоящее время любой современный усилитель мощности звуковых частот (УМЗЧ) содержит в своем составе систему защиты выходного каскада (ВК) от перегрузки по току на случай короткого замыкания в нагрузке (КЗ) или низкого сопротивления акустической системы (АС). Эта же система защищает АС от постоянного напряжения на выходе УМЗЧ и колебаний инфразвуковых частот. Кроме того, в высококачественных УМЗЧ предусматривается задержка подключения АС к выходу УМЗЧ (на длительность переходных процессов), необходимая для защиты АС от щелчков при включении, а также автоматическое отключение УМЗЧ от питающей сети в случае какой-либо неисправности.

Одним из самых простых и часто встречающихся способов защиты АС от постоянной составляющей на выходе УМЗЧ является включение последовательно с АС плавкого предохранителя. При наличии постоянного напряжения на выходе УМЗЧ через гальванически связанную с выходом УМЗЧ звуковую катушку динамической головки (ДГ), чаще всего низкочастотную, протекает постоянный ток. Если ток оказывается достаточным для перегорания предохранителя, то АС отсоединяется от УМЗЧ. Однако такой простой способ, конечно же. не оптимальный, так как до сгорания предохранителя АС некоторое время оказывается под постоянным напряжением. Для сокращения времени срабатывания номинальный ток предохранителя должен быть раза в три меньше тока, пережигающего его, и в несколько раз меньше предельного тока, который способна выдержать АС.

На первый взгляд, здесь нет особых проблем, так как в случае пробоя одного из транзисторов выходного каскада УМЗЧ на выходе окажется напряжение, близкое к напряжению питания ВК. Так, при напряжении 32 В ток через АС с номинальным сопротивлением 4 Ом будет около 8 А. и 2-амперный предохранитель успешно выполнит свою задачу. А что если на выходе окажется вовсе не 32 В, а, скажем, 7 В? В этом случае 2-амперный предохранитель не отключит АС от УМЗЧ, и звуковая катушка ДГ будет постепенно разогреваться, что может привести к выходу ее из строя.

Кроме того, защита АС при помощи плавких предохранителей обладает тепловыми, гармоническими и интермодуляционными искажениями, которые ухудшают качественные показатели всего УМЗЧ [1]. Эти искажения могут быть минимизированы путем использования предохранителей с большим номинальным током, но тогда защита становится неэффективной. Кроме того, такой способ не обеспечивает защиту АС от инфразвуковых колебаний, которые могут повредить диффузоры ДГ.

Другим способом защиты АС является применение специальных электронных схем, которые быстро определяют наличие на выходе УМЗЧ постоянного напряжения или колебаний инфразвуковых частот и отключают АС. Однако может случиться так, что при выходе из строя ВК (когда система защиты АС записывается от того же источника питания, что и ВК) из-за "просадки-напряжения питания система защиты АС не сработает но от этого недостатка можно избавиться, использовав отдельный источник питания для системы защиты.

Что касается защиты ВК от перегрузки по току, то здесь возможны те же два способа: плавкие предохранители и электронные схемы. Однако попытки защитить полупроводниковые приборы плавкими предохранителями бесполезны: типовой полупроводник выйдет из строя от перегрузки по току задолго до того, как расплавится предохранитель, надежную защиту от перегрузки способны обеспечить только быстродействующие электронные схемы.

Но из всего сказанного выше не следует, что нужно забыть о плавких предохранителях. Плавкие предохранители желательны в цепи вторичной обмотки силового трансформатора с целью защиты от перегрева при замыкании в мостовом выпрямителе. Обязательными являются сетевые предохранители. Сетевые и вторичные предохранители должны быть с задержкой срабатывания (slow), чтобы они не перегорали при бросках тока, обусловленных зарядкой накопительных конденсаторов и пусковым током трансформатора при включении питания.

Следует также упомянуть и о борьбе с пусковыми токами УМЗЧ. С этой целью в мощных УМЗЧ все чаще применяются системы плавного пуска (СПП, Soft Start). Назначение плавного пуска состоит в том, чтобы уменьшить пусковой ток, продлить срок службы контактов сетевого выключателя и исключить ненужное выгорание сетевых предохранителей.

В усилителях средней мощности СПП можно реализовать на основе резистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). включенного последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора. При включении усилителя по мере нагревания термистора его сопротивление в течение нескольких десятых долей секунды снижается от первоначального, относительно большого, значения практически до нуля, ограничивая тем самым скачок тока. Преимуществом такого решения является использование всего одного дополнительного элемента. В то же время, основной недостаток схемы СПП на основе NTC-резистора заключается в медленном остывании терморезистора после выключения УМЗЧ. Поэтому при последующем включении усилителя сразу после выключения NTC-резистор не успевает остыть, и скачок тока сглаживается лишь частично.

В промышленной и радиолюбительской аппаратуре широкое распространение получили каскады ограничения тока, в которых для борьбы со скачком тока последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора включается мощный резистор. Через некоторое время этот резистор шунтируется контактами реле [2J. В этом случае недостаток схемы с NTC-резистором отсутствует, однако сложность схемы гашения скачка тока повышается, как и ее стоимость. Для предупреждения больших переходных процессов индуктивного характера, которые возникают при подключении трансформатора к питающей сети, параллельно первичной обмотке трансформатора или контактам сетевого выключателя ставится цепь из последовательно соединенных резистора и конденсатора [3, 4].

Система защиты УМЗЧ, схема которой изображена на рис. 1, построена с учетом упомянутых выше замечаний. В отличие от схемы защиты из [5], она более проста. Система защиты запитывается от отдельного источника питания (ИП), выполненного на элементах Т1, VD19, С13. Этот же ИП выполняет роль источника дежурного напряжения (12 В), которое необходимо для питания схемы включения (DD2, К1, SB1 и пр.), позволяющей включать/выключать УМЗЧ нажатием всего одной кнопки без фиксации. За счет этого появляется возможность управлять состоянием усилителя подачей на вывод 1 вилки ХР5 одиночного импульса, например, от системы дистанционного управления.

(нажмите для увеличения)

При включении устройства в сеть дежурное напряжение +12 В с выхода выпрямителя VD19, С13 подается на D-триггер DD2, который при помощи цепочки С11-Н19 устанавливается в "0". Этому состоянию соответствует напряжение около +12 В на выводе 2, поддерживающее транзистор VT7 в закрытом состоянии. Следовательно, напряжение на обмотке репе К1 равно нулю, контакты К1.1 и К1.2 разомкнуты, а УМЗЧ обесточен. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 на выводе 3 DD2 формируется короткий импульс, изменяющий состояние DD2 ("0й на выводе 2 DD2). Транзистор VT7 открывается и коммутирует реле К1, контакты реле замыкаются и подключают УМЗЧ к сети. Параллельно контактам репеК1.1 иК1.2 включены цепочки R21-C15 и R22-C16, гасящие переходные процессы, возникающие при включении силового трансформатора.

При подаче питания на схему плавного пуска (R20, СЮ, VD16, VT6, К2, VD17, R23...R25) происходит медленный заряд (примерно 0,5...1 с) конденсатора СЮ. Как только напряжение на СЮ становится достаточным для открывания VT6, срабатывает реле К2 и своими контактами шунтирует составной мощный резистор R23. ..R25. служащий для гашения броска тока при включении УМЗЧ.

Одновременно напряжение +12 В подается на остальные узлы схемы. На элементах R3. R4, С1. С2, VT1, VT3 (R5, R6, C3, С4. VT2, VT4) собран двухпороговый компаратор, на элементах R3, С1, R4, С2 (R5, C3. R6. С4) - фильтр инфранизких частот. Пороговые напряжения составляют примерно +0.65 В и -0,65 В. С этими пороговыми значениями сравнивается постоянная составляющая или напряжение инфразвуковых колебаний на выходе УМЗЧ. При превышении порогового уровня отпирается один из транзисторов, в результате чего конденсатор С6 разряжается.

Конденсатор С6 разряжается и в случае срабатывания токовой защиты ВК (VD1...VD8. R7...R10, VU1, VU2). Порог срабатывания токовой защиты можно регулировать изменением сопротивления R7 (R9). При указанных номиналах токовая защита срабатывает при напряжении между контактами 1.2 - 3, 4 ХРЗ (ХР4) около 6 В, что соответствует току 6 А (если в цепи эмиттеров или истоков транзисторов ВК установлены резисторы 0,47 Ом). Чтобы исключить срабатывание токовой защиты на пиках сигнала, она обладает некоторой инерционностью.

Поскольку в момент включения из-за переходных процессов в УМЗЧ на выходе может появляться постоянная составляющая с уровнем, превышающем пороговое значение (0,65 В), необходимо заблокировать работу системы отключения усилителя от питающей сети (DD1.1, DD1.2, DD1.4). Для этого предусмотрена цепочка R14-C8. Пока напряжение на С8 не достигнет уровня "1" (около 4 с), работа схемы отключения заблокирована. В случае, когда длительность переходных процессов при включении УМЗЧ превышает 4 с, постоянную времени R14-C8 следует увеличить.

Акустическая система подключается к выходу УМЗЧ с задержкой примерно Юс, чего достаточно для полного окончания переходных процессов в УМЗЧ. Время задержки определяется постоянной времени цепи R12-C7. АС отключается от УМЗЧ в случаях, если срабатывает токовая защита ВК или постоянная составляющая на выходе УМЗЧ превышает пороговое значение.

Автор: М.Шушнов, г.Новосибирск

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

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 Вездеход DJI со стабилизированной камерой 27.12.2019 Ведущий производитель беспилотных летательных аппаратов DJI, судя по всему, работает над новым продуктом, который существенно отличается от его нынешних устройств. Компания запатентовала небольшой вездеход, оснащенный камерой со стабилизацией. Согласно документу, "наземный дрон" представляет собой платформу с колесами, шинами с протекторами и подвеской с активными и пассивными амортизирующими элементами. Все это обеспечивает механическую стабилизацию камеры при езде по неровной поверхности. Изображение ниже - это не просто схематический рисунок, какие обычно встречаются в патентных заявках. Он похож на детально проработанный чертеж реального устройства. Пока не ясно, для чего предназначен такой ровер, но предположений несколько. Он может использоваться для выполнения спасательных, военных, исследовательских или производственных задач, а также для оказания услуг по доставке товаров. Основное его преимущество по сравнению с обычными беспилотниками - это автономность. Если бы DJI задумалась о расширении арсенала своей продукции, такой дрон на колесах оказался бы весьма кстати. К слову, у компании уже есть один робот на колесной платформе под названием Robomaster S1. В патенте может быть описано устройство из этой серии.

Другие интересные новости:

▪ Орбиту Земли почистят спутники-дворники

▪ Режим ребенка для скорейшего обычения взрослого

▪ MATSUSHITA полностью перешла на бессвинцовые платы

▪ Вечная краска на основе плазмонных пикселей

▪ Ионно-оптический квантовый микроскоп видит отдельные атомы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Долгий ящик. Крылатое выражение

▪ статья Чье лицо называют самым целуемым лицом в истории? Подробный ответ

▪ статья Скорзонера. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Солнечные коллекторы. Солнечные системы горячего водоснабжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Человек проходит сквозь стекло. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025