Многие из опубликованных в журнале «Радио» УМЗЧ имеют в своем составе устройства триггерной, электронной защиты от токовых перегрузок [1, 2, 3]. Основной эксплуатационный недостаток таких устройств — необходимость отключения питания УМЗЧ при срабатывании защиты, что вынуждает применять в предварительном усилителе амплитудное и частотное ограничение сигнала и снижать быстродействие защиты. Предлагаемый блок защиты предназначен для работы с УМЗЧ, в которых уже есть свое устройство защиты. Он автоматически возвращает устройство защиты УМЗЧ в исходное состояние после устранения причины перегрузки. При работе с таким блоком в УМЗЧ не требуется вносить каких-либо принципиальных изменений. В блок защиты входит также узел, отключающий АС при появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения и снижении напряжения питания. Помимо ука энных функций, он обеспечивает задержку подключения АС после включения питания и защиту оконечных транзисторов от перегрева.
Принципиальная схема блока защиты приведена на рис. 1 (конструкционная часть предложена для двухканального усилителя, поэтому в скобках указаны номера выводов для элементов второго канала). Устройство автоматического возврата триггерной защиты в исходное состояние состоит из входного оптронного коммутатора U1.1, одновибратора на триггере DD1.1, каскада сдвига уровня на транзисторе VT2 и выходного ключевого каскада на транзисторе VT3. Работает оно следующим образом: при срабатывании триггера электронной защиты УМЗЧ входной оптронный коммутатор U1.1, подключенный вместо (либо последовательно) светодиода аварийного состояния УМЗЧ, создает на входе С одновибратора DD1.1 запускающий скачок напряжения. В результате заряда конденсатора С4 через резистор R11 положительным напряжением, появившимся на неинвертирующем выходе одновибратора OD1, до порогового значения, на его инвертирующем выходе возникает импульс отрицательной полярности длительностью ~0,2 с. По окончании этого импульса дифференцирующая цепочка C7R15 формирует на выходе буферного инвертора DD2.2 короткий (длительностью ~5 мкс) импульс отрицательной полярности, во время действия которого открывается выходной ключ на транзисторе VT3, отключается триггер электронной защиты УМЗЧ и восстанавливается исходное состояние одновибратора (конденсатор С4 разряжается через диод VD1 и открытый инвертор DD2.2). Если же причина перегрузки УМЗЧ не устранена, устройство его защиты срабатывает вновь и весь описанный здесь процесс повторяется. Аварийное состояние перегрузки индицируется светодиодом HL1. Задержку подключения АС к УМЗЧ при включении питания обеспечивают элементы: инвертор DD2.1, транзисторы VT4.1, VT4.2, конденсатор С2 и реле К1. При включении питания на выходе инвертора DD2.1 возникает высокий потенциал, который поддерживает транзистор VT4.1 открытым, VT4.2 закрытым, а реле К1 обесточенным. По мере зарядки конденсатора С5 (через 1...2 с) потенциал на выходе инвертора DD2.1 снижается и транзистор VT4.2 открывается. В результате срабатывает реле К1 и своими контактами К1.1 и К1.2 подключает АС к выходу УМЗЧ, нормальный режим работы которого индицируется светодиодом зеленого свечения HL2. При переключении на телефоны HL2 гаснет. При появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения (>±1 В) на выходе двуполупериодного выпрямителя на микросхеме DA1.1 возникает положительный потенциал, вследствие чего реле К1 обесточивается и отключает АС от выхода УМЗЧ.
Устройство защиты оконечных транзисторов УМЗЧ от перегрева выполнено на ОУ DA2.1, включенном по схеме триггера Шмитта. Функции термочувствительного элемента выполняет транзистор VT5, закрепленный на теплоотводе оконечных транзисторов УМЗЧ. Для повышения чувствительности к перегреву этот транзистор включен аналогом стабилитрона. При нагревании выходных транзисторов уменьшается напряжение аналога стабилитрона и падает потенциал инвертирующего входа ОУ DA2.1. При определенной температуре теп-лоотвода выходных транзисторов на выходе ОУ DA2.1 устанавливается положительный потенциал, реле К1 обесточивается и отключает АС от выхода УМЗЧ. Работая в «холостом» режиме выходные транзисторы остывают и вызывают возвращение триггера Шмитта в исходное состояние. Режим перегрева индицируется светодиодом HL3. Температурный градиент напряжения ибэ кремниевых транзисторов, как известно, стабилен в рабочем диапазоне температур. Как показали проведенные автором эксперименты с транзисторами серии КТ315 разброс градиента не превышал + 5 %, что позволяет экстраполировать изменение напряжения Ugj (а следовательно, и напряжение аналога стабилитрона) для любой температуры. Порог срабатывания тепловой защиты устанавливают резистором R7 (одновременно компенсируется начальный разброс ибэ). Разность порога срабатывания и порога отпускания определяется резистором R10 (зависимость обратнопропорциональная) и составляет для указанных на схеме номиналов резисторов 30 °С.
Блок защиты питается от встроенного двуполярного параметрического стабилизатора напряжения (+9 В). Для его питания используют питающие напряжения каналов УМЗЧ. Верхнее («плюсовое») плечо стабилизатора выполнено на элементах R19VD2 и усилителе тока на транзисторе VT1, а нижнее («минусовое») — на элементах R20, VD4. При снижении «плюсовых» напряжений каналов обесточивается реле соответствующего канала. При уменьшении «минусового» напряжения одного из каналов продолжают работать все узлы блока защиты УМЗЧ и АС. А при снижении «минусовых» напряжений обоих каналов уменьшается напряжение «минусового» плеча стабилизатора и при остаточном напряжении <0,5 В на выходах ОУ DA1 и DA2 устанавливается положительный потенциал, что ведет к закрыванию коммутирующих транзисторов VT4.2 и обесто-чиванию реле обоих каналов. И наконец, при снижении напряжения «плюсового» плеча стабилизатора АС отключается от УМЗЧ из-за отпускания реле К1 (КГ) вследствие падения ниже порогового значения тока базы коммутирующих транзисторов VT4.2, протекающего через соединенные с этим источником резисторы R16, R16'.
Оба канала блока защиты собраны на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. 2). В нем использованы постоянные резисторы МЛТ-0,125, подстроечный (R7) — СП4-1. Допустимое отклонение номиналов резисторов R4 и R5 от указанных на схеме не более ±2 %, остальных — ±10%. Оксидные конденсаторы — К50-6, остальные — КМ. Реле К1 — РЭС48А, паспорт РС4.590.201. Оптронный коммутатор К249КН1А можно заменить на К249КП1 или на диодные оптроны серий АОД101, АОД109 и другие аналогичные. Вместо ОУ К157УД2 можно поставить КР140УД20 с соответствующими цепями коррекции, вместо микросхемы К561ТМ2 использовать К176ТМ2. Транзисторную сборку КТС613Б можно заменить сборками КТС631В, КТС631Г или же транзисторами серий КТ315 (VT4.1) и КТ815 (VT4.2). На месте транзистора КТ817Б (VT1) могут работать КТ815 и КТ817 с допустимым напряжением Uкэ не менее Uпит, транзистор КТ3108А (VT2) можно заменить любым маломощным кремниевым высокочастотным транзистором с напряжением Uкэ не менее Uпит (+9 В). Для УМЗЧ, описание которых приведено в [1] и [3], в качестве VT3 можно применить транзисторы KT315 с любым буквенным индексом, а для УМЗЧ, предложенного в [2], подойдут транзисторы КТ3102Б, КТ3102Е или КТ502 с Uкэ не менее удвоенного Uпит. Стабилитроны Д818Д могут быть заменены на Д818Е или КС191 с любым буквенным индексом, кроме «Ж», а диоды КД522Б — на любые кремниевые, маломощные с обратным напряжением не менее 50 В.
Блок защиты может питаться от выпрямителей блока питания УМЗЧ напряжением ±30...±40 В. Если же напряжение питания УМЗЧ находится за пределами этого интервала, необходимо пропорционально изменить номиналы резисторов R19, R20, R23 (относительно напряжения ±35 В), причем, если оно будет менее 25 В, следует применить и реле с другим паспортом. При питании каналов УМЗЧ от одного источника питания диоды VD6 — VD9 можно исключить, соединив на печатной плате соответствующие точки перемычками. Транзистор VT1 установлен на теплоотвод из листового металла (медь, алюминий) толщиной 0,5...1 мм и площадью теплорассеивающей поверхности 9 см2. Транзисторы VT5 и VT5' приклеивают на теплоотводы оконечных транзисторов соответствующего канала возможно ближе к ним либо непосредственно к корпусам этих транзисторов, если они металлические. Подключив к контакту 13 выключатель, соединяющий его с корпусом, можно отключать АС от УМЗЧ, при подключении к его выходу телефонов через нормально-замкнутые контакты реле К1, контакт платы 11(12) и ограничительный резистор R*.
При подключении устройства автовозврата к УМЗЧ поступают следующим образом. Входные цепи оптронных коммутаторов U1 в указанной на схеме (рис. 1) полярности включают вместо (либо последовательно) светодиодов аварийной перегрузки УМЗЧ. Выходы «Сброс защиты» 18(19) в усилителе П. Зуева [1] подсоединяют к базам транзисторов VT6, в усилителе Н. Сухова [3] — к базам транзисторов VT3, а в усилителе М. Арасланова [2] — к анодам тринисторов VS1. При этом в УМЗЧ [1] между коллектором транзистора VT9 и базой транзистора VT6 необходимо ввести токоограничительный резистор сопротивлением 1 кОм, а в УМЗЧ [2] для надежного закрывания три-нистора при импульсе сброса блока защиты между управляющим входом и анодом тринистора VS1 установить диод КД522Б, подключив его катод к аноду тринистора. С целью повышения быстродействия защиты из УМЗЧ [2] и [3] можно исключить соответственно конденсаторы С8 и С7. Перед налаживанием устройства автовозврата следует убедиться в том, что блок электронной защиты УМЗЧ исправен, а транзистор VT3 закрыт. После этого в соответствии с изложенными выше рекомендациями следует подключить устройство автовозврата к УМЗЧ и, создав режим его перегрузки (например, соединив перемычкой выход с общей шиной питания, подать на вход синусоидальный сигнал), убедиться в срабатывании электронной защиты (по загоранию красного с вето-диода HL1), а при снятии перемычки — в ее отпускании. При использовании устройства самовозврата в УМЗЧ, описанном в [2], добиваясь устойчивого сброса электронной защиты, возможно придется подобрать (увеличить) номиналы конденсатора С7 и резистора R15. Устройство защиты АС проверяют, подавая на входы 7(8) («Выход УМЗЧ I кан II кан») постоянное напряжение более ±1 В и отключая питание. При исправной работе контакты реле соответствующего канала должны размыкаться, а светодиод HL2 гаснуть.
Налаживание узла тепловой защиты начинают с установки напряжения стабилизатора по истечении трех минут после подачи напряжения питания. Корпус транзистора VT5 должен иметь комнатную температуру. Если это условие не выполняется, транзистор необходимо снять с теплоотвода. Далее резистором R7 добиваются, чтобы погас светодиод HL3. Затем, измерив напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2, тем же резистором устанавливают на неинвертирующем входе DA2 напряжение, меньшее на величину /_\U=K(Tcp—Т„), где К=25 мВ/°С, Тср — температура срабатывания тепловой защиты, Тк — комнатная температура. При этом погрешность установки температуры срабатывания защиты не превышает —4°... +2° для Тср=80°С. Измерять напряжения следует вольтметром с входным сопротивлением более 1 МОм и погрешностью измерения не более 2 %. Для повышения входного сопротивления можно использовать ОУ общего применения, включенный по схеме повторителя напряжения и питающийся от стабилизатора блока защиты. Необходимо также учитывать разницу температур теплоотвода и корпусов оконечных транзисторов УМЗЧ, которая для транзисторов КТ818 и КТ819 в металлическом корпусе составляет 3...5 °С.
Д. ЗАЙЦЕВ, г. Коломна Московской обл.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Зуев П. Усилитель с многопетлевой ООС.— Радио, 1984, № 11, с. 29—32 и № 12, с. 42, 43.
2. Арасланов М. УМЗЧ для бытового радиокомплекса.— Радио, 1989, № 2, с. 46—49.
3. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности.— Радио, 1989, № 6, с. 55—57; № 7, с. 57—61.
РАДИО № 8, 1990 г.
