Wzmacniacz 2000W 2.pdf

ELEKTOR w EdW

GIGANT 2000

Część 3: Wykonanie wzmacniacza mocy

Nawet posiadając najpiękniej wyko−

naną płytkę drukowaną i szczegółową

instrukcję montażu należy pamiętać

o tym, że projekt ten nie jest przezna−

czony dla początkujących elektroni−

ków−amatorów. Różnorodne układy po−

mocnicze i częściowe sprawiają, że Gi−

gant 2000 jest bardzo skomplikowa−

nym i wyrafinowanym urządzeniem.

W przypadku Giganta 2000

uzyskujemy szczególną kom−

binację bardzo wysokiej jako−

ści dźwięku i imponującej mo−

cy wyjściowej, których połą−

czenie było trudnym zadaniem

nie tylko dla projektantów, ale

także i dla konstruktorów. Pro−

jekt ten jest bardzo obszerny,

wymaga starannego i dokład−

nego montażu oraz okablowa−

nia, co jest jednym z podsta−

wowych warunków niezbęd−

nych do uzyskania zadanych,

wysokich rezultatów. Proste

wskazówki i zalecenia odno−

śnie wykazu elementów i od−

powiedniego ich montażu na

płytce drukowanej w żadnym

przypadku nie wystarczą,

w związku z tym konstrukcji

wzmacniacza jest poświęcona

cała oddzielna część.

W jednym

z poprzednich

numerów zamie−

szczony został

opis funkcjono−

wania i wykona−

nia układów zabezpieczają−

cych. Układ ten, podobnie jak

i pomocniczy zasilacz sieciowy

oraz układ opóźniający włącze−

nie napięcia sieciowego mogą

zostać w tym czasie wykona−

ne. Tym, czego jeszcze brakuje

są, obok głównej płyty wzmac−

niacza, sterowanie wentylato−

rem oraz układ zabezpieczenia

temperaturowego. Obydwa

ostatnio wymienione układy

mogą z powodzeniem praco−

wać także i z innymi wzmac−

niaczami, i z tego względu po−

winny zostać potraktowane

odrębnie – o ile wszystko bę−

dzie poprawnie funkcjonowało

w złożonym cyklu wydawni−

czym pisma. Na wykonanie te−

go wzmacniacza zniecierpli−

wieni czytelnicy czekają już

w sumie od kilku miesięcy.

Płyta główna

wzmacniacza

Na samym wstępie jedna

bardzo ważna uwaga. W przy−

padku szybkich wzmacniaczy

mocy, takich jak właśnie ten

(iloczyn szerokości pasma

i wzmocnienia dochodzi do

0,5GHz!), płytka, a właściwie

jej projekt stanowi integralną

część układu elektronicznego.

W procesie projektowania

wzmacniacza przygotowanie

odpowiedniego projektu płytki

drukowanej odgrywało istotną

rolę. Długość ścieżek przewo−

dzących, wielkość i kształt po−

wierzchni masy, precyzyjne

ulokowanie niektórych ele−

mentów, jak przykładowo kon−

densatory odsprzęgające –

wszystko to są istotne czynni−

ki, które trzeba uwzględnić

w celu zapewnienia prawidło−

wego i stabilnego funkcjono−

wania stopnia mocy. Każdy,

kto chce samodzielnie wypro−

dukować płytkę drukowaną,

powinien jej projekt zachować

dokładnie w takim kształcie,

w jakim jest przedstawiony.

Nawet najmniejsze zmiany

mogą prowadzić do fatalnych

następstw ...

I jeszcze jedna ważna kwe−

stia. Szczególną cechą Giganta

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Elektor w EdW

Rysunek 1. Dwuwarstwowa płytka druko−

wana wraz z radiatorem tworzą klasyczny

sandwich (kanapkę).

Wykaz elementów

dla płyty głównej

Rezystory

R1, R53 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1M

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .562

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47k

R4, R6, R12, R14, R60,

R61, R69, R70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

R5, R62, R71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330

R7, R34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470

R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .390

R10, R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . .470 / 5W

R13, R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k00

R16, R17, R38 . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

R18, R20, R58, R67 . . . . . . . . . . . . . .270

R19, R21 . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k / 1W

R22, R23 . . . . . . . . . . . . . . . . . .3k3 / 1W

R24 ... R29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

R30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*

R31, R32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22k

R33, R35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220

R36, R37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560

R39 ... R44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

R45 ... R52 . .022 MPC71 (bezindukcyjne)

R54, R55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4M7

R56, R65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

R57, R63, R66, R72 . . . . . . . . . . . . . .15k

R59, R68 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5k6

R64, R73 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12k

R74, R76, R77 . . . . . . . . . . . . . . . . .100

R75 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

R78 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2k2

R79 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 / 5W

P1, P4, P5 . .5k potencjometr regulowany

P2 . . . . . .250 potencjometr regulowany

P3 . . . . . .500 potencjometr regulowany

Kondensatory

C1 . . . . . .2µ2 MKP (WIMA MKP4 160V)

C2, C3, C42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1n

C4, C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2n2

C6, C7 . . . . . . . . . . . .220µ / 25V stojący

C8, C9, C11, C12, C15 . . . . . . . . . .100n

C10, C13 . . . . . . . . . .100µ / 25V stojący

C14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*

C16 ... C23 . . . . . . . . . . . . . .100p (100V)

C24 . . . . . . . . . . . . . . .1µ MKT, RM5/7,5

C25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68n

C26, C27, C32, C39 . . .2µ2 / 63V stojący

C28, C34, C35, C41 .470µ / 100V stojący

C29, C33, C36, C40 . . . . . . .220n / 100V

C30, C37 . . . . . . . . . . .47µ / 63V stojący

C31, C38 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15n

C43 ... C48 . . . . . . . . . . . . . . .100n / 63V

Cewki

L1 . . . . . . . . . . . . . .0,6µH, 4 x 8 zwojów

1,5mm lakierowanym drutem miedzianym,

średnica wewnętrzna 16mm (5/8”)

Półprzewodniki

D1, D2 . . . . . . . . .LED (płaski) czerwony

D3, D18, D19 . . . . . . . . . . . . . . .1N4148

D4, D6 . . . . . . . . . . . . . . . . . .5V6 / 0W5

D5, D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . .15V / 1W3

D8, D11 . . . . . . . . . . . . . . . . .30V / 1W3

D9, D12 . . . . . . . . . . . . . . . . .39V / 1W3

D10, D13, D16, D17 . . . . . . . . . .1N4004

D14, D15 . . . . . . . . . . . . . . . .12V / 0W5

T1, T4, T5, T15 ... T17 . . . . . . . .BC560C

T2, T3, T6, T18 ... T20 . . . . . . . .BC550C

T7, T8, T43, T48 . . . . . . . . . . . . .BF245A

T9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF871

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Elektor w EdW

2000 jest to, że tranzystory

dla stopnia sterującego

i wstępnego są włączone

równolegle, co gwarantuje

uzyskanie takiej wysokiej mo−

cy. Podczas montażu powsta−

je dosyć istotna, szkodliwa

pojemność do masy, tak więc

duży radiator, jak i sześć ma−

łych dla tranzystorów T21 ...

T26, musi zostać ze względu

na stabilność, podłączonych

do masy. Kluczowym wymo−

giem jest to, aby ta szkodliwa

pojemność była możliwie naj−

mniejsza. Warunek ten można

spełnić jedynie w taki sposób,

że w celu zapewnienia ter−

micznego sprzężenia dla tran−

zystorów T21 ... T34 konse−

kwentnie zastosuje się solid−

ne płytki ceramiczne o grubo−

ści 1,5mm. Zastosowanie

w tym celu podkładek z miki

byłoby poważnym błędem.

Podkładki mikowe można za−

stosować wyłącznie pod tran−

zystory końcowe, gdyż w tym

przypadku w mniejszym stop−

niu chodzi o zminimalizowanie

pasożytniczych pojemności,

a o wiele istotniejsze jest za−

stosowanie podkładek o mini−

malnej oporności cieplnej.

Na rysunku 1 przedstawio−

ny jest projekt płytki drukowa−

nej oraz plan rozmieszczenia

elementów stopnia końcowe−

go. W całości zaprojektowana

ona została na dwuwarstwo−

wym laminacie i oprócz wła−

ściwego wzmacniacza znalazł

się na niej fragment zawierają−

cy przekaźniki wyjściowe. Tę

część płytki (z przekaźnikami)

można oczywiście oddzielić

i następnie zainstalować bez−

pośrednio nad główną płytą,

w taki sposób, żeby złącza dla

LS− oraz LS+ na płycie głów−

nej i na płytce z przekaźnikami

znalazły się dokładnie naprze−

ciw siebie. Umieszczone

w tych punktach dwa, w przy−

bliżeniu 50−milimetrowe, me−

talowe kołki dystansowe za−

pewniają dobre połączenie

elektryczne. Obydwa pozosta−

łe kołki dystansowe mogą być

wykonane z tworzywa sztucz−

nego. Mają one za zadanie je−

dynie dodatkowo podtrzymy−

wać płytkę z przekaźnikami.

Szczegóły dotyczące spo−

sobu zainstalowania płytki

z przekaźnikami są doskonale

widoczne na rysunku 2. Wy−

konanie cewki L1 wcale nie

jest taką prostą sprawą. Cew−

ka ta składa się z czterech po−

łączonych równolegle uzwo−

jeń, każde po osiem zwojów

lakierowanego drutu nawojo−

wego o grubości 1,5mm. We−

wnętrzna średnica uzwojenia

powinna wynosić około

16mm, tak więc w charakte−

rze matrycy do nawinięcia

cewki zastosować można pla−

stykową rurkę do instalacji

elektrycznych o średnicy

5/8”. Kawałek takiej rurki na−

leży “zaopatrzyć” w dwa

uchwyty oddalone od siebie

Rysunek 3. Cewkę powietrzną L1 wykonuje się nawijając jednocze−

śnie po dwa druty, w dwóch uzwojeniach po osiem zwojów. Jako

prowizoryczny karkas dla cewki służy odcinek rurki z PCV o śre−

dnicy 16mm. Cztery takie cewki są po prostu włączone równolegle.

o 35mm – tak jak to przedsta−

wiono na rysunku 3.

Każdy z tych uchwytów

może składać się ze śruby

(M3x30), dwóch tulejek dy−

stansowych i nakrętki. Na−

stępnie, pomiędzy tymi

uchwytami, wykonuje się wo−

kół rurki osiem zwojów ułożo−

nymi równolegle dwoma od−

cinkami izolowanego lakierem

drutu o długości około 25cm.

Należy przy tym zwrócić uwa−

gę na to, żeby obydwie koń−

cówki były mniej więcej tej sa−

mej długości. Uchwyty powin−

ny zapobiec obracaniu lub

przemieszczaniu się uzwojeń.

Na pierwszą warstwę uzwoje−

nia nawija się teraz drugą war−

stwę drutami o takiej samej

długości i takiej samej liczbie

zwojów. W trakcie tej operacji

pomocne może być posłuże−

nie się taśmą klejącą w celu

połączenia końcówek drutów.

Skoro tylko cewka zostanie

nawinięta, należy wygiąć

w odpowiednią stronę koń−

cówki drutów, następnie, po−

zostawiając oczywiście pe−

wien odcinek, usunąć staran−

nie izolację i wstawić cewkę

we właściwe otwory na płyt−

ce przekaźników w celu

późniejszego wlutowania.

Jeśli na początek odsunie

się na dalszy plan sprawę

tranzystorów sterujących

i mocy, to rozmieszczenie ele−

mentów na płycie głównej nie

wyróżnia się zasadniczo ni−

czym szczególnym w porów−

naniu z innymi projektami.

Oczywiście należy nieco bar−

dziej uważnie i staranniej niż

zwykle postępować w trakcie

montażu oraz dodatkowo

zwrócić uwagę na kilka detali.

Pewne elementy – a mianowi−

cie T1/T3, T2/T4, D1/T5

i D2/T6 – powinny być ze sobą

sprzężone termicznie. W tym

celu na stykające się ze sobą

powierzchnie ich obudów na−

leży nałożyć odrobinę pasty

kontaktowej przewodzącej

ciepło, a następnie na złączo−

ne obudowy tych elementów

naciągnąć odcinek rurki izola−

cyjnej. To samo dotyczy

wzmacniaczy różnicowych

T45/T46 i T50/T51. Na zakoń−

czenie mocuje się tranzystory

T21 ... T26 do radiatorów,

w których wykonać należy od−

powiednio 3mm otwory. Po−

nieważ radiatory te są połą−

czone z masą, należy zastoso−

wać ceramiczne podkładki izo−

lacyjne. W otworki w radiato−

rze należy włożyć odpowie−

dnie nóżki tranzystorów

i wszystko starannie przyluto−

wać, pamiętając o właściwej

kolejności – zawsze najpierw

Rysunek 2. Na tej fotografii jest doskonale widoczne, w jaki spo−

sób nad płytą główną wzmacniacza, na metalowych kołkach dystan−

sowych, należy zainstalować płytkę z przekaźnikami.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Elektor w EdW

wlutowuje się radiator, a do−

piero potem tranzystor.

W celu podłączenia sygna−

łu wejściowego i napięcia ro−

boczego ±85V mogą zostać

zastosowane zwykłe szpilki lu−

townicze, podczas gdy podłą−

czenie zasilania dla wzmacnia−

czy prądowych (±70V), podob−

nie jak i sygnał wyjściowy

(z płyty głównej do płytki

z przekaźnikami) wymagają

czegoś znacznie solidniejsze−

go. Przewidziano do wykona−

nia tych podłączeń duże, 3mm

otwory, w których można przy−

kładowo zainstalować masyw−

ne kołki dystansowe (do płytki

z przekaźnikami), albo pierście−

niowe oczka AMP, które gwa−

rantują prawidłowy przepływ

bardzo dużych prądów.

rozpocząć od zainstalowania

(izolowanie!) tranzystorów

prądu spoczynkowego T27

i T28, które nie znajdują się

bezpośrednio na płycie głów−

nej, lecz jak to widać na rysun−

ku szablonu, zostały ulokowa−

ne poniżej płyty w okolicach

tranzystorów mocy. Podłącze−

nia należy nieco przedłużyć,

tak żeby przewody można by−

ło przełożyć przez płytkę

i przylutować.

Teraz należy przy pomocy

szczypiec zagiąć nóżki tranzy−

storów końcowych (w odle−

głości 5mm od obudowy) oraz

tranzystorów sterujących

(w miejscu, w którym nóżki

stają się cieńsze). Następnie,

po założeniu odpowiednich

podkładek izolacyjnych, należy

mocno przykręcić tranzystory

do radiatora. O ile Gigant 2000

będzie przewidziany do pracy

z mocą powyżej 500W i ko−

nieczne będzie zainstalowa−

nie chłodzenia z wentylato−

rem, to należy jeszcze przewi−

dzieć montaż czujnika tempe−

ratury (tranzystor BD140) po−

między tranzystorami T37

a T40, na środku radiatora, co

nie zostało zaznaczone na

szablonie montażu tranzysto−

rów na radiatorze.

Wymaganych będzie przy−

najmniej 10 kołków dystanso−

wych o długości 10mm, na−

gwintowanych na długości

3mm. Dwa z nich zostaną za−

stosowane do zamontowania

pod płytką z przekaźnikami,

dwa dalsze służą do połączenia

pomiędzy złączem zera na zasi−

laczu sieciowym a radiatorem.

Nie należy także zapomnieć

o czterech długich kołkach dy−

stansowych, które podtrzymu−

ją płytkę z przekaźnikami.

Teraz najważniejszy mo−

ment. Płytę główną należy

osadzić na kołkach dystanso−

wych i wszystkie końcówki

tranzystorów ostrożnie wsu−

nąć w odpowiednie otwory.

To wcale nie jest takie proste,

jakby się mogło początkowo

wydawać. Szczęśliwie tak się

składa, że nóżki tranzystorów

sterujących i mocy mają różną

długość, dzięki temu całą tę

dłubaninę można rozłożyć na

dwa etapy. Skoro tylko każda

nóżka znajdzie się w odpo−

wiednim otworze (a płytka

główna zostanie zamocowa−

na na kołkach dystansowych),

należy dokręcić śruby mocują−

ce, a następnie przylutować

nóżki tranzystorów, rozpoczy−

nając od góry.

Na zakończenie montażu

modułu stopnia końcowego

należy jeszcze osadzić płytkę

z przekaźnikami na przewi−

dzianych do tego celu kołkach

dystansowych, które jedno−

cześnie doprowadzają napię−

cia LS− i LS+. W tym momen−

cie moduł jest wprawdzie cał−

kowicie wykonany, ale przed

uruchomieniem konieczne

jest oczywiście jego

ite ograniczenie prądu, co po−

winno zapewnić dodatkowe

bezpieczeństwo.

Rozsądnie jest rozpocząć

od wyregulowania przy pomo−

cy P4 i P5 stabilizatora napię−

cia ±78V zbudowanego na

tranzystorach T43 ... T52. Nie

chodzi przy tym o superdo−

kładne ustawienie napięcia

z dokładnością do dziesiątych

części wolta, ale bardziej istot−

ne jest zapewnienie precyzyj−

nej symetryczności tych na−

pięć. Napięcia wyjściowe bar−

dzo wygodnie dają się mierzyć

na wyprowadzeniach do radia−

tora na obudowach odpowie−

dnio tranzystora T47 oraz T52.

Następnie przychodzi pora

na P2. Ponieważ zastosowane

w stopniu wejściowym tranzy−

story NPN i PNP nigdy nie mają

dokładnie takich samych para−

metrów (oczywiście po uwzglę−

dnieniu odmiennego oznacze−

nia), więc stopień ten może za−

chowywać się lekko niesyme−

trycznie. Wada ta może oczywi−

ście zostać skompensowana

w taki sposób, że źródło prądo−

we T5 należy tak wyregulować,

aby napięcie wyjściowe na IC1

(pin6) dla zimnego stopnia mo−

cy było dokładnie równe 0.

Dostrojenie

Są trzy parametry, które

muszą zostać wyregulowane,

a mianowicie regulator napię−

cia 78V przy pomocy P4 i P5,

symetryczność stopnia wej−

ściowego przy pomocy P2

oraz prąd spoczynkowy przy

pomocy P3. Potencjometr P1

służy wyłącznie do regulacji

symetryczności w układzie

mostkowym, a przy “normal−

nej” pracy nie odgrywa żadne−

go znaczenia.

Przed włączeniem napięcia

roboczego należy

potencjometry P2,

P4 i P5 ustawić

w położeniu środ−

kowym, a potencjo−

metr regulacji prą−

du spoczynkowego

P3 skręcić całkowi−

cie w lewo. Na−

stępnie należy się−

gnąć po wykonany

już wcześniej

i sprawdzony zasi−

lacz sieciowy wraz

z zasilaczem po−

mocniczym. Je−

szcze bez napięć

należy odpowie−

dnio podłączyć na−

pięcia: +70V na za−

ciski “+” i “0”, −

70V na “−” i “0”,

+85V na “++”

a –85V na “− −”. Dwa

rezystory

Radiator

Skoro tylko główna płyta

została wykonana i wlutowa−

no wszystkie elementy, moż−

na przystąpić do montażu na

radiatorze tranzystorów steru−

jących i końcowych – T27 ...

T42. Problemem jest to, że

tranzystory na radiatorze zain−

stalowane są poniżej płytki

drukowanej. W tym miejscu

należy wyjaśnić, że radiato−

rem jest wysoki na 150mm

specjalny profil SK157 z firmy

Fischer, który charakteryzuje

się opornością cieplną około

0,25 K/W (!).

Otwory do zamocowania

tranzystorów powinny zostać

wykonane z maksymalną do−

kładnością. Z tej przyczyny,

wraz z płytką drukowaną do−

starczany jest szablon, okre−

ślający z dużą dokładnością

pozycję każdego otworu.

Otwory te należy wiercić wier−

tłem o średnicy 2,7mm i o ile

jest to możliwe przy pomocy

wiertarki elektrycznej na staty−

wie. Otwory nieprzelotowe po−

winny mieć głębokość 10mm

i należy je nagwintować gwin−

tem M3. Należy przy tym pra−

cować ostrożnie i nie przekrzy−

wiać gwintownika, gdyż może

się złamać w otworze, a wtedy

nie ma już sposobu na jego

usunięcie bez uszkodzenia dro−

giego radiatora.

Podłączanie radiatora,

w którym wykonane zostały

już wszystkie otwory, należy

T10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF872

T11, T50, T51 . . . . . . . . . . . . . . . .BC640

T12, T45, T46 . . . . . . . . . . . . . . . .BC639

T13, T14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF256C

T21 ... T23 . . . . . . . . . . . . . . . . .MJE350

T24 ... T26 . . . . . . . . . . . . . . . . .MJE340

T27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BD139

T28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BD140

T29 ... T31 . . . . . . . . . . . . . . . .2SC5171

T32 ... T34 . . . . . . . . . . . . . . . .2SA1930

T35 ... T38 . . . . . . . . . . . . . . . .2SC5359

T39 ... T42 . . . . . . . . . . . . . . . .2SA1987

T44, T49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF256A

T47 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BD712

T52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BD711

IC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .OP90G

IC2 = 6N136

Pozostałe elementy

JP1, JP2 . . . . . . . . . . . .zacisk mostkowy

2−biegunowy + zworka

K1 . . . . . .3−biegunowa listwa zaciskowa

do montażu na płytce, RM5

Re1 . . . .przekaźnik V23042−A2003−B101

(12V / 600) (Siemens)

Re2 ... Re4 . . . . . .przekaźniki RP310012

(16A / 12V / 270) (Siemens)

6 radiatorów dla tranzystorów

sterujących i mocy . . . . .SK157, 150mm,

0,25 K/W (Fischer)

12 ceramicznych przekładek izolacyjnych

dla tranzystorów T21 ... T26, T29 ... T34

(AOS220 Fischer)

8 przekładek mikowych dla tranzystorów

T35 ... T42

płytka drukowana EPS 990001−1

/5W włączone

w linie

–70V i +70V za−

pewniają, że pod−

czas fazy testowa−

nia będzie przyzwo−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Elektor w EdW

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: