Блок защиты акустических систем. Схемы устройств защиты акустических систем (АС). Схема защиты и задержки включения на четырех транзисторах

Защита акустических систем от постоянного напряжения на выходе усилителя под названием "Бриг" (скопированная из одноименного усилителя выпускавшегося советской промышленностью) уже долгие годы знакома многим радиолюбителям. За эти долгие годы данная схема зарекомендовала себя с лучшей стороны спасая сотни и тысячи акустических систем. Схема отличается надежностью и простотой.

Схема представленная мной ниже является одной из вариаций на тему "бриговской" защиты. Скелет схемы остался прежним. Изменения коснулись лишь номиналов схемы и моделей транзисторов.

Технические характеристики схемы:
Напряжение питания: +27 ... +65В
Время задержки подключения АС: 2 секунды
Входная чувствительность по постоянному напряжению: +/- 1,5В

Широкий предел питающих напряжений обеспечивается применением в цепи питания стабилизатора напряжения на VD5, VD6, R13 и транзисторе VT5. На транзистор VT5 необходимо установить небольшой теплоотвод. Если значительно увеличить площадь теплоотвода и заменить транзистор VT5 на BD139 можно поднять максимальное напряжение питания до +120В.

В качестве драйвера реле используется составной транзистор, что позволило отказаться от дополнительного маломощного транзистора и немного сэкономить место на плате. В качестве драйверного транзистора реле (VT3 VT4) можно применять и другие составные транзисторы, например: BD875 или КТ972. Перед заменой транзисторов на аналогичные следует свериться с их цоколевкой т.к. она не совпадает у всех перечисленных транзисторов.

Транзисторы VT1 и VT2 можно заменить на BC546-BC548 или КТ3102. Так же не забываем про цоколевку, как и прошлом случае.

VD3 и VD4 необходимы для того чтобы избежать помех при коммутации контактов реле. VD1 и VD2 необходимы для защиты VT1 и VT2 соответственно, от пробоя БЭ перехода при наличии на входе схемы отрицательного напряжения менее -15В.

Схема так же обеспечивает задержку подключения акустической системы (АС) на 1-2 секунды. Это необходимо для того, чтобы в момент включения усилителя из АС не раздавалось хлопка или других неприятных звуков сопровождающих переходные процессы в усилителе. За время задержки подключения АС отвечает конденсатор С3 и С4. Чем больше их емкость, тем больше время задержки подключения акустики. С номиналами указанными на схеме, время задержки составляет около 2 секунд.

Реле необходимо применять с управляющей обмоткой 24В, 15мА и на ток не менее выходного тока усилителя. Я применил реле - Tianbo HJR-3FF-S-Z.

Фотография готового устройства

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

2N5551

2 BC546-BC548 или КТ3102 В блокнот
VT3, VT4 Биполярный транзистор

BDX53

2 BD875 или КТ972 В блокнот
VT5 Биполярный транзистор

BD135

1 В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод

1N4148

4 В блокнот
VD5 Стабилитрон

1N4742

1 В блокнот
VD6 Стабилитрон

1N4743A

1 В блокнот
C1, C2 47 мкФ 2 В блокнот
C3-C5 Электролитический конденсатор 220 мкФ 3 В блокнот
R1, R5 Резистор

1 кОм

2 В блокнот
R2, R6, R13 Резистор

1.5 кОм

3 В блокнот
R3, R7 Резистор

4.3 кОм

2 В блокнот
R4, R8 Резистор

Представленное в данной статье устройство предназначено для защиты акустической системы (предотвращения повреждения акустической системы), подключенной к усилителю мощности звуковой частоты в случае возникновения аварийной ситуации (в случае появления постоянного напряжения на выходе усилителя мощности). Кроме того, данная схема обеспечивает задержку подключения акустической системы к усилителя для устранения слышимых переходных процессов (хлопков динамиков и других неприятных звуков) при включении усилителя.

Принцип работы данного устройства не нов и предельно прост: при отсутствии опасного постоянного напряжения на выходе усилителя (входе защиты), акустическая система с помощью контактов реле, через определенный короткий промежуток времени, подключается к выходу усилителя, в случае появления опасного постоянного напряжения на выходе усилителя реле размыкает свои контакты и акустическая система отключается от выхода усилителя.

Скелет схемы придуман не мной, его в разных вариациях часто можно встретить в промышленных аппаратах и за долгое время подобные схемы очень хорошо себя зарекомендовали.

Кратко перечислю особенности и технически характеристики данной схемы:
- независимая защита для каждого из двух каналов усилителя. При аварии в одном из каналов усилителя отключится только неисправный канал.
- встроенный стабилизатор напряжения позволяет питать устройство защиты непосредственно от плюсовой шины питания усилителя мощности.
- допустимый диапазон напряжений питания (+Vc) от 15 до 50В (при использовании реле с катушкой на 12В) или от 30 до 90В (при использовании реле с катушкой на 24В).
- время срабатывания защиты (отключения акустической системы) при появлении постоянного напряжения на выходе усилителя (на входе защиты):
0,7 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 5В);
0,25 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 15В);
0,15 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 25В);
0,07 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 50В).
- минимальное постоянное напряжение на выходе усилителя (входе защиты) необходимое для отключения акустической системы +1В / -3,5В.
- время задержки подключения акустической системы к выходу усилителя с момента подачи напряжения питания - 3 сек.
- автоматическое подключение акустической системы к выходу УМЗЧ после исчезновения на его выходе опасного постоянного напряжения.
- время подключения акустической системы после исчезновения опасного постоянного напряжения на выходу УМЗЧ - 3 сек.
- моментальное отключение акустической системы от выхода усилителя мощности в случае обесточивания или неисправности устройства защиты.

Рассмотрим принцип действия схемы на примере одного из каналов устройства защиты (верхнего по схеме). При нулевом постоянном напряжении на входе схемы, оба входных транзистора VT2 и VT4 полностью закрыты. При подаче питания, начинает заряжаться конденсатор С3 через резистор R4, при достижении на обкладках конденсатора напряжения примерно в 1,2-1,5В (спустя примерно 3 сек после подачи питания), открывается транзистор VT6 и на катушке реле K1 появляется напряжение равное напряжению на выходе стабилизатора напряжения (VT1), контакты реле К1.1 замыкаются и выход усилителя соединяется с акустической системой. В случае аварийной ситуации, когда на входе схемы появляется постоянное напряжение величиной более минимального напряжения срабатывания устройства защиты, открывается один из транзисторов (VT2 или VT4) в зависимости от знака постоянного напряжения на входе - плюс или минус. Открывшийся транзистор шунтирует собой конденсатор С3 и база-эмиттерный переход транзистора VT6, что приводит к его закрытию, исчезновению напряжения на катушке реле и размыканию контактов К1.1. Акустическая система отключается от выхода усилителя мощности. Как только постоянное напряжение на входе устройства защиты опускается ниже минимального значения напряжения срабатывания защиты, транзисторы VT2 и VT4 закрываются, заряжается С3, транзистор VT6 открывается, на катушке реле появляется управляющее напряжение и акустическая система снова подключается к выходу усилителя мощности. Транзистор VT1 вместе с R2 и VD1, образуют простейший стабилизатор напряжения который дает возможность запитывать устройство защиты от плюсовой шины блока питания усилителя мощности или любого другого источника питания с напряжением от 15 до 90В.

В зависимости от величины имеющегося напряжения источника питания, которое будет использовано для питания защиты, целесообразно выбирать реле с катушкой либо на 12, либо на 24В. Это необходимо для снижения рассеиваемой мощности на транзисторе стабилизатора напряжения (VT1), который обязательно должен быть установлен на небольшом теплоотводе. Так при напряжении питания от 15 до 30В, необходимо использоваться реле с катушкой рассчитанной на 12В, а при напряжении питания от 50В и выше - реле с катушкой рассчитанной на 24В. При использовании источника питания с напряжением от 30 до 50В, допускается использовать реле с катушкой как на 12В, так и на 24В. При использовании реле с катушкой рассчитанной на 24В, в обязательном порядке необходимо заменить стабилитрон VD1 (1N4743, 13В), на стабилитрон с напряжением стабилизации 24В, например на 1N4749.

Рассмотрим схему сопряжения устройства защиты с платами усилителей мощностей, блоком питания и подключаемой акустической системой.

Все довольно наглядно и просто. Единственное насчет чего может возникнуть вопрос: зачем на печатной плате защиты две клеммы GND и какую из них использовать для подключения к блоку питания? Использовать можно любую из них.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1 Биполярный транзистор

BD139

1 В блокнот
VT2-VT5 Биполярный транзистор

2N5551

4 В блокнот
VT6, VT7 Биполярный транзистор

KSP13

2 MPSA13 В блокнот
VD1 Стабилитрон

1N4743A

1 1N4749 (24В) для реле на 24В В блокнот
VD2, VD3 Выпрямительный диод

1N4148

2 В блокнот
С1, С2 100мкФ 25В 2 В блокнот
С3, С4 Электролитический конденсатор 220мкФ 25В 2 В блокнот
R1, R3 Резистор

Конструируя схему своего усилителя НЧ я заранее предусмотрел в нем блок защиты акустических систем. Для чего это нужно и что может навредить акустическим системам? - во первых хотелось избавиться от "щелчка" при подаче питания на усилитель.

При включении питания конденсаторы выпрямителя начинают заряжаться что в этот момент сказывается на УНЧ - на акустические системы кратковременно попадает постоянное напряжение. Чтобы избежать этого попадания нужна схема несложного реле времени, которое сделает задержку подключения акустических систем на 0,5-1 секунду.

Во вторых - с УНЧ может случиться всякое, например, от перегрузки может сгореть один из транзисторов в УНЧ и на колонки поступит постоянное напряжение достаточно большой величины, что может спалить НЧ динамическую головку или же вывести из строя часть фильтра ваших колонок. Чтобы исключить подобные инциденты нужна схема контролирующая напряжение на выходе УНЧ и в случае появления проблем отключающая акустические системы от УНЧ.

Принципиальная схема

Я рассмотрел множество схем для защиты АС, хотелось найти универсальный вариант и с минимумом электронных компонентов, из всех схем четко выделилась одна - нашел я ее в журнале РАДИО №5 за 1998 год, автор публикации: Ю. Залиский (г. Львов, Украина).

Кроме того что схема выполняет все пункты, о которых я упоминал выше, она построена с использованием всего двух транзисторов и обеспечивает надежную защиту акустических систем для двух каналов усилителя низкой частоты.

Рис.1. Схема устройства задержки включения и защиты акустических систем (АС).

Описание схемы и журнала

Принципиальная схема устройства задержки включения и защиты АС показана на рисунке выше. Оно состоит из входного ФНЧ R1 R2C1, реле времени на транзисторе VT1 и элементах R1-R4, С1 и ключа на транзисторе VT2.

В момент включения питания конденсатор С1 начинает заряжаться через резисторы R1, R2. В течение времени его зарядки транзистор VT1 будет открыт, VT2 закрыт и ток через обмотку реле не потечет.

Резистор R3 устраняет влияние базового тока транзистора VT1 на зарядку конденсатора и увеличивает положительный порог срабатывания устройства защиты.

Когда конденсатор зарядится, напряжение на базе транзистора VT1 упадет и он закроется, а связанный с ним ключевой транзистор VT2 откроется и через обмотку реле К1 по течет ток.

Реле сработает, и его замкнувшиеся контакты К1.1 и К1.2 подключат громкоговорители к усилителю. Задержка включения равна примерно 4 с.

Если на каком-то из выходов усилителя появится постоянное напряжение положительной полярности, это приведет к частичной разрядке конденсатора С1, открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT2. В результате ток через обмотку реле прекратится и его контакты отключат громкоговорители от усилителей.

Если же на выходах последних появится постоянное напряжение отрицательной полярности, то оно непосредственно через диод VD1 поступит на базу транзистора VT2, закроет его и таким образом обесточит реле К1, контакты К1.1, К1.2 которого разомкнутся и снова отключат громкоговорители от усилителя.

Диоды VD1-VD2 ограничивают максимальное отрицательное напряжение на базе входного транзистора VT1 на уровне 1,3 В. Хотя и в режиме защиты громкоговорителей, и в режиме задержки их включения конденсатор С1 заряжается через одни и те же цепи, время срабатывания защиты на порядок меньше, поскольку для этого конденсатор должен изменить свой потенциал всего на несколько вольт. Пороги срабатывания защиты составляют не более ±4 В.

Правильно изготовленное устройство начинает работать сразу и настройки не требует. Диоды можно применить любые кремниевые. Остальные элементы желательно применить те, которые указаны в схеме. Реле К1— РЭС-9, паспорт РС4.524.200 с сопротивлением обмотки примерно 400 Ом.

Подойдет и любое другое реле, срабатывающее при выбранном напряжении питания, но в этом случае нужно подобрать резистор R4, от которого зависит отрицательный порог срабатывания защиты.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в пределах 20...30 В. При другом напряжении питания нужно будет изменить сопротивление резистора R4.

Недостаток этого устройства — необходимость питания его от источника с пульсациями не более 1 В, иначе возможны ложные срабатывания.

Замечания по схеме

Теперь добавлю от себя: подтверждаю, для устройства действительно нужен хорошо стабилизированный источник питания иначе будут частые ложные срабатывания.

Для стабилизации я использовал схему стабилизатора с регулировкой напряжения на основе микросхемы КРЕН5 (7805) - в публикации про блок питания для моего УНЧ я о ней рассказал.

В зависимости от того какое напряжение питания схемы (20...30В) придется подобрать реле с обмоткой рассчитанной на данное напряжение срабатывания, здесь главное надежное срабатывание и чтобы катушка не перегревалась от перенапряжения. У себя я нашел пачку РЭС-48 с разными паспортами, полистав справочник я выбрал те что мне подходят по напряжению.

Таким образом при срабатывании защиты транзистор VT2 закроется и напряжение через реле и резистор поступит на светодиод - что будет сигнализировать о срабатывании.

Также при включении схемы, пока работает реле времени, светодиод светится, а потом при переходе защиты в рабочий режим он гаснет. Получается простая индикация, которой вполне достаточно чтобы отследить состояние защиты.

Детали и настройка

Сопротивление гасящего резистора R5* (гасит ток, протекающий через светодиод) подбирается экспериментально. Для этого можно применить переменный резистор на 2-3кОм включенный вместо R5.

Выставляем ручку резистора в положение с максимальным сопротивлением, подаем на схему питание, а на ее вход - постоянное напряжение от другого блока питания, чтобы схема сработала и реле обесточилось.

Вращая ручку переменного резистора нужно добиться достаточно яркого свечения светодиода VD4 в момент когда транзистор VT2 закрыт и питание на светодиод идет через обмотку реле К1.

Потом этот резистор отпаиваем и измеряем его сопротивление, устанавливаем в схему постоянный резистор с таким же сопротивлением.

Еще один вариант - примерный расчет по формуле на основе закона Ома:

R_резистора = (U_питания - U_светодиода) / I_светодиода.

  • R - сопротивление, в Омах.
  • U - напряжение, в Вольтах,
  • I - ток, в Амперах.

Примем что питание схемы защиты у нас 22В, а рабочее напряжение светодиода - 2,5В с током 15мА:

R = (22В - 2,5В) / 0,015А = 1300 Ом.

Поскольку ток через светодиод в схеме будет протекать также через обмотку реле, то свечение будет менее ярким если бы вместо реле был просто проводник, но этого достаточно для индикации состояния. Важно чтобы ток через светодиод не превышал ток срабатывания/отпускания реле.

Печатные платы проектировал по старинке:

Рис. 2. Разводка печатной платы карандашом и расстановка компонентов.

В результате мною было изготовлено два экземпляра данного устройства (2+2 канала), вот что получилось:

Рис.3. Готовые устройства задержки включения и защиты акустических систем.

Приступить к наладке схемы нужно обязательно с подключенным усилителем низкой частоты (УНЧ) и акустическими системами (АС)!

Конденсатор С1 заряжается через общий провод, ток с которого идет через АС и УНЧ, а потом через резисторы R1 и R2.

Без АС и УНЧ схема не заработает так как должна работать. Если к схеме не подключить ни АС, ни усилитель мощности, то конденсатор С1 будет очень долго заряжаться через цепочку: R3 + переход Б-Э транзистора VT1.

Испытать схему можно и без АС и без усилителя НЧ. Делается это так:

  1. Вместо АС временно подключаем по резистору на 200-300 Ом (мощностью 2-5Вт)
  2. К контактам, что подключаются к усилителю, также ставим такие же резисторы на 200-300 Ом.
  3. Включаем схему, через несколько секунд должно щелкнуть реле (конденсатор С1 зарядился через резисторы которые мы подключили к входу вместо усилителя).
  4. Подавая положительные и отрицательные постоянные напряжения 10-20В с внешнего блока питания на резисторы что подключены вместо усилителя можно убедиться в работоспособности защиты от попадания постоянного напряжения на выходе усилителя, реле должно отключить резисторы, которые мы включили вместо АС.

Я разместил платки в корпусе усилителя как можно ближе к платам УМЗЧ и выходным клемам АС (на задней панели), это нужно чтобы максимально сократить длину соединительных проводников от УНЧ к защите и к клеммам для подключения АС.

Защита акустических систем (АС) просто необходима, и если ее не использовать, то можно лишиться своей акустики из-за неисправности усилителя НЧ. Существует множество схем обеспечивающих защиту АС. В этой статье представлена рабочая, проверенная временем и любителями звука схема, которая представляет приближенную копию защиты акустической системы усилителя БРИГ.

Схема обеспечивает защиту от напряжения постоянного тока на выходе усилителя НЧ (в случае его неисправности), а также обеспечивает задержку подключения АС до тех пор, пока не закончатся все переходные процессы в усилителе и блоке питания. Без такой задержки, при включении усилителя в сеть, в АС слышны щелчки, хлопки, звон и т.д.

Основные характеристики защиты акустической системы

Напряжение питания постоянным током от +27В до +65В.

Время задержки подключения АС от 1 секунды до 3 секунд.

Чувствительность по напряжению постоянного тока на входе защиты ±1,5В.

Схема защиты акустической системы

На элементах VD5, VD6, VT5, R13 собран стабилизатор напряжения, который обеспечивает широкий диапазон питающих напряжений. На VT5 необходимо установить небольшой радиатор. Диоды VD3 и VD4 необходимы для исключения помех от самоиндукции обмотки реле во время коммутации. Транзисторы VT3, VT4 являются управляющими для обмоток реле K1 и K2. Диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы VT1 и VT2 от пробоя, в случае появления на входе схемы отрицательного напряжения. Электролитические конденсаторы C3 и С4 напрямую влияют на время задержки, чем больше емкость, тем больше время.

Элементы схемы

Все резисторы должны быть мощностью 0,25Вт, резистор R13 можно установить на 0,5Вт, особенно при напряжении питания схемы от 40В и выше. Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в полтора раза больше чем напряжение питания схемы (я установил на 63В). Хотя только на C5 присутствует напряжение питания схемы, а на остальных электролитах единицы Вольт.

Вместо BDX53 можно применить BD875, КТ972. Расположение выводов у всех транзисторов разное, поэтому будьте внимательны в случае замены.

Транзистор 2n5551 является очень распространенным и присутствует на многих прилавках, но все же его можно заменить на КТ3102, BC546, BC547, BC548. Расположение выводов также разное.


Проверили его работоспособность, оценили качество звука основного канала. Самое время добавить в него модуль защиты от случайных замыканий, чтоб вся работа не пошла лесом, из-за неизбежных случайностей в процессе его эксплуатации. Также соберём остальные маломощные каналы УНЧ, для подключения тыловых колоночек.

ЗАЩИТА АС УМЗЧ

Изначально задумал использовать схему защиты от БРИГ , но затем читая отзывы о симисторной защите захотел попробовать ее. Блоки защиты были сделаны в самом конце, тогда было туго с финансами, а симисторы и прочие компоненты схемы у нас оказались довольно дороги, поэтому вернулся к релейной защите. Напоминаю, что все схемы находятся обзора.

В итоге были собраны три блока защиты, один из них для сабвуферного усилителя, а два остальных для каналов ОМ.


В сети можно найти большое количество схем блоков защиты, но эта схема перепробована мной неоднократно. При наличии постоянного напряжения на выходе (выше допустимого) защита мгновенно срабатывает спасая динамическую головку. После подачи питания реле замыкается, а при срабатывания схемы оно должно размыкаться. Защита включает головку с небольшой задержкой - это тоже в свою очередь, является дополнительной страховкой и щелчок после включения, почти не слышен.


Компоненты блока защиты могут отклоняться от указанного, Основной транзистор можно заменить на наш КТ815Г , использовал высоковольтные транзисторы MJE13003 - их у меня навалом, кроме того, они довольно мощные и не перегреваются в ходе работы, поэтому в теплоотводе не нуждаются. Маломощные транзисторы можно заменить на S9014, 9018, 9012 , даже на КТ315 , оптимальный вариант - 2N5551 .


Реле на 7-10 Ампер, подобрать можно любое реле на 12 или 24 Вольта, в моем случае на 12 Вольт.


Блоки защиты для каналов ОМ установлены возле трансформатора второго инвертора, работает все это дело довольно четко, при максимальной громкости защита может сработать (ложно) крайне редко.

МАЛОМОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Долго решал какой усилитель использовать для маломощных акустических систем. Как дешевый вариант вначале решил использовать микросхемы TDA2030 , потом подумал, что 18-ти ватт на канал маловато и перешел к TDA2050 - умощненный аналог на 32 ватта. Затем сравнив звучание основных вариантов выбор впал на любимую микросхему - LM1875 , 24 ватта и качество звучания на 2-3 порядка лучше, чем у первых двух микросхем.


Долго копался в сети, но печатную плату под свои нужды так и не нашел. Сидя за компом несколько часов была создана своя версия для пятиканальноо усилителя на микросхемах LM1875 , плата получилась довольно компактной, на плате также предусмотрен блок выпрямителей и фильтров. Этот блок был полностью собран за 2 часа - все компоненты к тому времени имелись в наличии.


ВИДЕО УСИЛИТЕЛЯ

Качество звучания этих микросхем на очень высоком уровне, в конце концов разряд Hi-Fi , отдаваемая мощность приличная - 24 ватта синуса, но в моем случае мощность повышена путем повышения питающего напряжения до 24-х вольт, в таком случае можно получить порядка 30 ватт выходной мощности. На основной плате усилителя у меня было предусмотрено место для 4-х канального усилителя на TDA2030 , но чем-то оно мне не понравилось...


Плата для LM крепится на основную плату УНЧ через стойки в виде трубок и болтов. Питание для этого блока берется со второго инвертора, предусмотрена отдельная обмотка. Выпрямитель и фильтрующие конденсаторы расположены непосредственно на плате усилителя. В качестве выпрямительных диодов уже традиционные КД213А .

Дросселей для сглаживания ВЧ помех не использовал, да и нет нужды их применять, поскольку даже в довольно брендовых автомобильных усилителях их часто не ставят. В качестве теплоотвода использовал набор дюралюминиевых болванок 200х40х10 мм.


На плату также укреплен кулер, который одновременно отводит теплый воздух с этого блока и отдувает теплоотводы инверторов. С электроникой аудиокомплекса полностью разобрались - переходим к С уважением - АКА КАСЬЯН .

Обсудить статью ДОМАШНИЙ УСИЛИТЕЛЬ - УНЧ И БЛОК ЗАЩИТЫ

Статьи по теме: