Univerzalna zaščita za zvočnike

Jože Dedič

junij 2000

Kot uvod naj povem, da so vezja za zaščito zvočnikov zelo pogosta, saj jih najdemo v mnogih izvedbah, ki pa se od vezja do vezja razlikujejo le po manjših modifikacijah. Žal pa imajo vsa ta vezja eno skupno napako - vsa vezja so narejena tako, da tipajo enosmerno napetost proti masi. Problem nastane, če želimo to vezje uporabiti pri ojačevalniku, ki ima plavajoče izhode (t.i. bridge amplifier). Rešitev seveda je - pripravimo dodatno napajanje za zaščito, ki pa mora biti galvansko ločeno od napajanja ojačevalnika. Podoben problem imamo, če hočemo zaščito uporabiti v avtu - nelogično bi bil samo za zaščito delati galvansko ločeno napajanje.

Primer univerzalne zaščite za zvočnike z zakasnitvijo vklopa (če glavna stopnja povzroča ob vklopu našim zvočnikom take sunke, da nas boli glava) je na spodnji sliki. Kako deluje; ko se C₃ preko upora R₂ napolni dovolj, se T₂ odpre (pri prbl. U_d+U_be) in rele se zapre in tako prevede vhoden signal na izhod. Zakasnitev vklopa torej nastavimo z RC členom R₂ C₃ (odtekanje v bazo T₂ lahko zanemarimo saj ima T₂ dovolj veliko tokovno ojačanje). V primeru enosmernega signala na vhodu se C₂ in C₃ pričneta polniti in ko se napolnita na 2xU_d+U_be se T₁ odpre in sprazni kondenzator C₃, sledi zapretje tranzistorja T₂ in s tem rele odklopi - zvočnik je rešen. Vezava C₁ in C₂ je nekakšna cenena simulacija bipolarnega elektrolitskega kondenzatorja (v primeru velike enosmerne napetosti je večina napetosti na kondenzatorju, ki je pravilno polariziran in le ne nekaj voltov na kondenzatorju, ki je reverzno polariziran - to pa ga ne ubije). Ko pa še podrobneje pogledamo shemo pa vidimo, da se kondenzatorja nabijeta le na par voltov, saj se praznita preko greatzovega mostiča in tranzistorja T₁, polnita pa preko velikega upora R₁. S tem RC členom torej določimo spodnjo frekvenco (hitrost odklopa v primeru enosmerne napetosti). To vezje pa nam služi tudi za zaščito zvočnikov pred prevelikim signalom - vhodna kondenzatorja se kljub izmeničnemu signalu napolnita na preveliko vrednost in zopet sledi odklop (vrednost maksimalnega signala določimo z vrednostjo R₁ - s poskušanjem). Kot že prej omenjeno pa nam tako vezje služi v primeru ene same plavajoče sponke iz ojačevalnika (drugače moramo imeti galvansko ločeno napajanje). Žal je tako vezje za v uporabo v avtomobilu povsem neuporabno, saj imajo vsi malo boljši ojačevalci oba izhoda plavajoča.

Zato sem se odločil skonstruirati spodnje vezje (ni uspelo ravno v prvo - na napakah se učimo), ki odpravi problem plavajočega izhoda. Funkcionalno deluje vezje popolnoma enako, ohranjena je tudi zakasnitev ob vklopu. Vezje pa ima to lepo lastnost, da je lahko napajano kar iz istega vira kot ojačevalnik. Paziti moramo le, da je okvirna napetost približno 12V (odvisno od releja) - to pa nas stane enega darlingtona (recimo BDX33 do 45V ali TIP122 do 100V), ene zenerjeve diode in enega upora v vezavi napetostnega stabilizatorja, torej 100 SIT, kar je ceneje in bolj elegantno kot dodaten transformator.

Na prvi pogled zgleda vezje popolnoma drugačno in komplicirano, toda ni res; naj razložim. Imamo dva popolnoma enaka vhodna dela, za detekcijo enosmerne napetosti (za vsako polariteto svoje vezje) - ne glede na ves trud, ki sem ga vložil v ta razvoj mi ni uspelo detektirati + in - napetosti (če ima kdo boljšo rešitev naj mi jo prosim pošlje ). Razložil bom le en del vhodnega detekcijskega vezja, drug deluje povsem enako, a le za nasprotno polariteto. Upor R₁ in kondenzatorja C₁ in C₂ služita istemu namenu, kot pri že opisanem prvem vezju. Ker pa v tem vezju nikakor nisem mogel uporabiti greatzove vezave in z enim samim vezjem detektirati obe polariteti napetosti morata biti vzporedno s kondenzatorjema vezani zenerjevi diodi, ki omejita napetost kondenzatorja na približno 4V, ker drugace bi se kondenzatorja v vezju, ki ni namenjeno detekciji trenutne polaritete napolnila do maksimalne vhodne napetosti. Darlington tranzistor T1, upor R2 in zener dioda Z1 delujejo kot stabilizator konstantne napetosti ali pa tudi toka (breme je stalno) - kakor gledamo na stvar - pomembno je, da je tok skozi diodo optocouplerja primeren (določen pa je tako: (U_z-U_be2-U_cesat)/R₃ in pride cca. 9mA). In tu je tudi skrit razlog zakaj ne moremo optocouplerja vzbu(r)jati kar direktno iz RC člena (RC člen, ki bi lahko pogrešal toka do 10mA, bi moral imeti zelo velik C in dovolj majhen R). Pozabil sem omeniti še vlogo R_a1, D₁, in C₃ - to nam služi za napajanje našega stabilizatorja - moč krade iz signala, upor R_a1 poskrbi, da začetni polnilni tok C₃ ne obremenjuje ojačevalca.

Kaj se zgodi ob poizkusu umora zvočnikov (ojačevalec pregori in enosmerna napetost udari na zvočnike - to sploh ni kritično, če ne traja predolgo časa, pa še vseeno se ti woofer za 500DEM zasmili, ko dobi 50V za nek majhen čas)? Vhodna kondenzatorja (s tem mislim en kondenzator C₁+C₂ in drugi C₃+C₄) obeh vezij se pričneta polniti. En kondenzator se napolni na cca. 1.4V (da premaga U_k in U_be), drugi pa na 4V (omejuje ga zenerjeva dioda). Tisti kondenzator, ki se napolni na 1.4V odpre tranzistor (v bistvu ga spravi čisto v nasičenje), prek optocouplerja pa steče točno določen že preje izračunan tok (ne glede na vhodno napetost). Eden izmed optocouplerjev postane prevoden, ne glede na to, kateri, postane prevoden tudi T₅, rdeča dioda posveti, C₇ se sprazni, rele odklopi in zvočnik preživi. Pri prvem designu sem med drugim pozabil na diodo D₇, kar je povzročilo takojšen vklop zvočnikov ob vklopu zaščite (polnilni tok za C₇ je bil mnogo večji kot je sicer preko R₁₁).

Pozoren je treba biti pri izbiri tranzistorjev T₁ in T₃, ker morata prenesti maksimalno možno vhodno napetost, ki jo je ojačevalnik nehote sposoben spustiti, prav tako morata to napetost prenesti tudi C₃ in C₆. Prav tako je potrebno za miren spanec rahlo predimenzionirati upora R₂ in R₅ ter zenerjevi diodi Z₁ in Z₂, saj želimo,da vezje prime pri čim manjši vhodni enosmerni napetosti, prav tako pa se še ne sme skuriti pri recimo 50V (vezje sem testiral pri 70V vhodne napetosti, takrat teče preko upora R2 (ali R5) cca. 17mA (upora sem spremenil na 3k9!!! in ne tako kot je na shemi), kar da lep wat moči, tako da je za take ekstremne primere potrebno ta upor ali povečati (zvišamo spodnjo mejo odklopa) ali pa zamenjati s 5W, da se tudi pri trajni obremenitvi ne pregreva).

Pri opisu sem se (upam!!!) dovolj potrudil, kljub temu, pa lahko pohvale,vprašanja in kritike napišete sem:  

Prav tako lahko vprašate za kakšen nasvet ali pa dobite kakšnega izmed mojih izdelanih pcbjev in schjev (pretežno audio stuff in PIC1684 stuff, čeprav se tudi ostalega ne manjka). Dokumentiran je pa samo ta (what a man got to do he got to do for a mark).

Protection (zipped Protel99 format, pcb and sch incleded)

	Some pics about this project (made with Kodak dc120)	mail the author
		no copyrights at all, produce for free