Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова

На фото выше то, что получилось в итоге. Чем хороша качественная аппаратура, в том числе аудио усилители, так это наличием всякого рода дополнительных узлов, которые помогают сохранить жизнь отдельным схемам внутри усилителя, а также подключаемым к усилителю узлам

Летом в порыве ностальгии я собрал себе простенький, но тем не менее хорошо звучащий усилитель . И так как прибор ручной работы, то захотелось в него добавить блок защиты АС от внезапных проблем внутри усилителя. У нас же не военная приемка. Так что защита может пригодится =)

Например, вдруг какой-либо канал усилителя выйдет из строя и вместо переменного напряжения у него на выходе появится большое постоянное. От которого АС сначала чихнет, а потом выплюнет диффузор далеко за пределы своей коробки.

Работает она просто. Во-первых, задерживает подключение АС к усилителю. Благодаря этому нет щелчков в АС при включении усилителя. Во-вторых, отключает АС от усилителя, если на его выходе появляется постоянное напряжение большее +/- 1.5 В

Я немного подредактировал исходную ПП для своих нужд и целей. Но в целом использовал, что нашел в сети. Спасибо нашему радиолюбительскому миру, жить в котором с появлением интернета стало значительно лучше и интересней =)

При сборке использовались вперемешку импортные и отечественные компоненты. Я так думаю, что беды в этом никакой. Я его слепил из того, что было. Покупал разве что рэлюшки.

За 8 месяцев активной, ежедневной эксплуатации усилитель (вместе с защитой) показали себя прекрасно. Конечно я не выжимал все 70Вт с каждого канала (в домашних условиях даже 10 Вт уже достаточно громко, а на 20-30Вт соседи готовы застучать в стеночку).

Данный проект защиты акустики повзаимствован на одном из португальских сайтов. Кроме защиты от постоянки блок обеспечивает задержку подключения колонок к выходу усилителя мощности примерно от 3 до 10 секунд, устраняя при этом щелчки при включении питания усилителя. Принципиальная схема:

В схеме применены реле на напряжение 12 Вольт с одной группой переключающихся контактов, способных держать ток 6...8 Ампер.

В статье оригинале были приведены следующие изображения печатной платы:

И вид платы PCB формата:

Используя данные изображения мы нарисовали плату защиты в программе Sprint Layout. LAY6 формат выглядит так:

Фото-вид печатной платы защиты акустики LAY6 формата:

Фольгированный стеклотекстолит односторонний. Размер платы мы чуток уменьшили, теперь он стал 45 х 75 мм.

В качестве блока питания схемы применен обычный параметрический стабилизатор, напряжение стабилизации 12 Вольт. Схема показана ниже:

Надеемся для вас не составит труда расчитать номинал токоограничивающего резистора для стабилитрона, на схеме он указан стрелкой. Его номинал будет зависеть от того, какое напряжение у вас будет после диодного моста. Так же БП можно реализовать на LM7812.

Подключение блока защиты и акустики к усилителю мощности показано на следующем изображении:

Список элементов схемы блока защиты акустики:

Реле 12 Вольт - 2 шт.
Транзисторы 2SC945 - 2 шт.
Транзистор 2SC9013 – 1 шт.
Диоды 1N4007 – 5 шт.
Электролитические конденсаторы 220 uF/ 50V – 2 шт.
Резисторы 10 кОм – 4 шт.
Резистор 1 кОм – 1 шт.
Резистор 39 кОм – 1 шт.
Разъемы 2 Pin – по усмотрению
Подстроечный резистор 220...500 кОм – 1 шт.
Стабилитрон 12 Вольт 1 Ватт – 1 шт. (например импортный 1N4742A)

Плата блока защиты акустики в сборе:

Ссылка на скачивание архива со схемой и печатной платой LAY6 формата появится на этой же странице после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,3 Mb.

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

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.