Простая схема защиты ас. Схемы устройств защиты акустических систем (АС)

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

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.

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).

Что система защиты акустических систем в современном усилителе мощности быть должна и определились с требованиями, предъявляемыми к подобным системам.

Одно из основных требований — это быстродействие . При любом потенциально опасном для колонок воздействии они должны быть отключены от выхода усилителя мощности как можно быстрее.

Рассмотрим систему защиты последовательно: от входа до выхода (реле), и определим, как различные узлы системы влияют на её быстродействие.

На входе системы защиты акустических систем для выделения из звукового сигнала постоянной составляющей обычно устанавливается фильтр низкой частоты (ФНЧ).

Чтобы оптимизировать быстродействие системы защиты и в тоже время исключить ложные срабатывания необходимо определить верхнюю граничную частоту ФНЧ . На практике для однополосных систем предел в 20Гц вполне достаточен и обеспечивает минимальную задержку в 25 мс. Для реального звукового сигнала из-за несимметричности полуволн на более высоких частотах большей задержки не требуется. Кроме того, в широкополосных акустических системах средне- и высокочастотные динамики чаще всего подключаются через конденсаторы фильтров кроссовера, которые обеспечивают их дополнительную защиту от постоянной составляющей.

Для систем bi-amping или tri-amping придётся использовать несколько систем защиты, пересчитав номиналы элементов ФНЧ для повышения быстродействия системы и надёжной защиты более чувствительных к постоянной составляющей СЧ- и ВЧ-динамиков.

В качестве ФНЧ обычно используется простой однозвенный фильтр с наклоном характеристики 6 дБ/октаву. Может показаться, что лучше более сложные фильтры: двух или трёхзвенные. Но, как показали эксперименты, с ними быстродействие системы защиты получается хуже, т.к. обеспечивая лучшую фильтрацию высоких частот, они хуже (с большей задержкой) выделяют постоянную составляющую сигнала.

В таблице приведены значения ёмкости конденсатора фильтра для использования системы защиты с различными системами усиления: широкополосными, bi-amping, tri-amping и с различными частотами разделения для многополосных систем:

Резистор (R1 и R2) во всех случаях используется на 100 кОм.

Не следует использовать в качестве конденсатора С1 полярные электролитические конденсаторы , потому как даже небольшое напряжение обратной полярности часто приводит их к выходу из строя, что снижает надёжность системы. Если есть проблемы с неполярным электролитическим конденсатором, то его легко можно заменить двумя полярными, включив их по представленной схеме:

Если с некоторыми типами музыки на большой громкости будут наблюдаться ложные срабатывания системы защиты, то ёмкость конденсатора фильтра придётся увеличить. Но максимум до 47мкФ иначе время задержки будет недопустимо велико.

Следующий элемент влияющий на быстродействие системы — детектор напряжения. Именно он определяет порог срабатывания системы . Разумеется, чем ниже порого срабатывания, тем мы имеем более быстродействующую систему.

Рассмотрим несколько типовых схем детекторов.

Довольно типичная схема даже для промышленных аппаратов:

При тестировании схема показала надёжное срабатывание при положительном напряжении на входе порядка 0,8-1В и отрицательном напряжении свыше -4В. Если для положительного напряжения порог срабатывания хороший, то для отрицательного напряжение полученное значение оставляет желать лучшего.

Другая схема, довольно популярная на просторах Рунета показала примерно аналогичные результаты:

Не буду утомлять вас описанием всех исследованных схем. Приведу пример схемы, которая показала очень хорошие результаты — одинаковые значения напряжения срабатывания (порядка 0,7В) для положительного и отрицательного входных напряжений:

Увеличение по клику

Кроме того данная схема обеспечивает задержку подключения акустических систем после включения усилителя и отключение акустических систем при пропадании любого из напряжений питания усилителя.

В качестве оптронов здесь отлично работают оптроны PC817 из компьютерных блоков питания. Такие же (или аналогичные) оптроны можно найти в блоках питания мониторов, DVD-проигрывателях и даже зарядках для мобильных телефонов и смартфонов.

Следующий способ повышения быстродействия системы защиты довольно экзотический, так как в радиолюбительских конструкциях практически не встречается (из-за некоторого усложнения схемы). Способ состоит в снижении напряжения на катушке реле после её срабатывания. Дело в том, что указанное на реле напряжение — это напряжение срабатывания. Большинство современных реле позволяют после замыкания контактов снизить напряжение на катушке в 2-3 раза. При этом контакты останутся по-прежнему надёжно замкнуты, а время отпускания контактов (т.е. по сути время срабатывания защиты) сократится в несколько раз. Но, как уже было сказано, такой способ требует усложнения схемы.

Следующий способ повышения быстродействия системы защиты достаточно простой, дешёвый, но почему-то так же редко встречается в практических конструкциях.

Сначала немного теории. Как известно, обмотка реле по сути является катушкой индуктивности из-за чего при подключении или отключении напряжения на её контактах в катушке возникает противо-ЭДС. Чтобы вы имели представление о величине противо-ЭДС приведу результаты экспериментов.

Для реле с относительно небольшой катушкой на 24 В (сопротивление обмотки было 730 Ом) напряжение противо-ЭДС, которое наводилось на обмотке при отключении составило свыше 500В . Понятно, что без принятия соответствующих мер по снижению напряжения противо-ЭДС, надёжность такой системы будет весьма сомнительной. Существует риск выхода из строя и самого реле при частых срабатываниях, и силового транзистора, управляющего реле. Либо нам потребуется дорогой высоковольтный транзистор.

Избавится от противо-ЭДС можно простым народным методом — поставить диод в обратном включении параллельно обмотки реле:

Однако, многие радиолюбители не знают, что эта мера приводит к существенному снижению быстродействия реле. Эксперименты проводились для реле типа OMRON G6B-2214P-US-DC12. Без применения защитного диода время размыкания контактов составило около 1,2 мсек. После установки защитного диода время размыкания контактов увеличилось до 8 мсек, т.е. в разы!

Существенно сократить время размыкания реле при наличии защитного диода поможет... стабилитрон :

Как показали эксперименты, для такого варианта время размыкания контактов составляет всего 2,5 мсек, т.е. всего в два раза выше, чем без защитных цепей.

Стабилитрон необходимо выбирать с напряжением стабилизации равному напряжению срабатывания реле.

Приведенные выше советы и схемы позволяют радиолюбителям довольно легко доработать уже имеющиеся системы защиты акустических систем как в самодельных, так и в промышленных аппаратах с целью повышения их быстродействия.

Как мы уже выяснили в , для обеспечения надёжной защиты акустических систем наша система защиты должна быть надёжной сама по себе. О том, что влияет на надёжность схемы и как её улучшить поговорим в следующий раз.

Продолжение следует.

Существует множество вариантов зашиты АС от постоянного напряжения, щелчков при включении и выключении. Самые совершенные из них собраны на микроконтроллерах, управляют большим числом каналов, имеют дополнительные функции, например - датагорский кит

Удобны, функциональны и малогабаритны так же устройства на специализированных микросхемах. К сожалению, они не всегда доступны, их доставка по почте может занять много времени.

Мне стало интересно - какая схема из дискретных элементов проста, дёшева, функциональна и нуждается в минимальной настройке. Наиболее отвечающую, на мой взгляд, этим требованиям схему, предлагаю вашему вниманию.
Поскольку статья рассчитана в основном на начинающих радиолюбителей, я постараюсь подробно описывать даже простые вещи.

Прототип защиты АС - схема А. Котова

Наиболее подходящей оказалась .

Однако, и эта схема не лишена недостатков:
- нет быстрого отключения АС при выключении усилителя,
- строго определенное напряжение питания,
- весь потребляемый ток протекает через светодиод,
- режим работы с «оторванной базой» VT10.
Кроме того, нет диаграммы напряжений и рекомендаций по настройке, нет рисунка печатной платы.

Усовершенствованная схема устройства защиты акустических систем

Собственный БП

Можно взять переменку с трансформатора основного БП УНЧ, тогда возможно придется изменить делитель R8R9, чтобы снизить напряжение.

Для «универсальности» данной схемы нужен блок питания с маломощным трансформатором с низким напряжением вторичной обмотки. Я использовал трансформатор ~230/12 В, мощностью 2 ВА. Блок питания выполнен на плате той же ширины, что и узел защиты, их удобно разместить на одной плате.

Применённые детали и настройка

Герметичные реле обычно меньше по размерам, поэтому легко устанавливаются с минимальными доработками печатной платы. Поскольку я расположил реле и зажимы с винтовыми клеммами достаточно плотно, при повторении платы надо убедиться в идентичности размеров зажимов, в противном случае чуть-чуть подкорректировать печатную плату. Можно обойтись без зажимов, это даже надежнее, но неудобно, особенно при настройке макетов усилителей.

При отсутствии ошибок в монтаже и исправных деталях, схема начинает работать сразу , надо только рассчитать резистор ограничения тока через обмотку реле.
Например, питание +18 В, реле на 12 В сопротивлением 280 Ом. Рабочий ток реле 12 В/280 Ом = 43 мА.
Погасить надо 18В − 12В − 2В (падение напряжения на открытом TL431) = 4 Вольта.
4 В / 43 мА = 100 Ом. Мощность резистора 43 мА х 4 В = 170 мВт, т. е. нужен резистор от 0,25 Вт и выше. На плате этот резистор «стоит», это сделано, чтобы можно было ставить резисторы разных габаритов и с запасом по мощности до 2 Вт.

Все диоды, кроме шунтирующего обмотку реле, практически любые маломощные, надо только не забыть, что маркировка полоской на корпусе диодов КД522 и других советских, обратная импортной маркировке.

При проблемах в работе, в первую очередь надо проверить правильность установки деталей, особенно диодов, транзисторов и TL431. Затем проверить качество паек (у меня плохо паялись выводы диодов), для этого надо хорошо промыть плату и осмотреть пайки с лупой (или с хорошим глазом).
Затем проверить режимы по постоянному току, напряжения на базах транзисторов должны соответствовать указанным на схеме ± 0,1 В.

Поскольку среди начинающих любителей есть страсть к гигантомании и усилителям мощностью в сотни Ватт и с напряжением питания усилителей порядка ± 50 В, надо помнить, что чем больше мощность усилителя, тем большие токи протекают через контакты реле, при высоких напряжениях возрастает вероятность возникновения дуги между разомкнутыми контактами реле.

В этом случае на данной плате может быть установлено любое реле с одной группой контактов, это реле будет промежуточным и управлять другим, более мощным реле с контактами, рассчитанными на бОльший ток и с увеличенным расстоянием между разомкнутыми контактами. К этому мощному реле можно будет подвести провода бОльшего сечения.

Универсальность данного узла защиты со «своим» питанием и в том, что его можно подключить к выходам мостового (как правило, повышенной мощности) усилителя. Общий провод соединяют не с общим проводом усилителя, а с одним выходом усилителя, а один вход узла защиты со вторым выходом мостового усилителя.

При установке узла защиты в готовую конструкцию, надобность в отдельном блоке питания отпадает (для обычного, не мостового усилителя).

Итого

Кроме того (что используется в ряде усилителей) можно управлять подключением к выходу усилителя одной или несколькими пар АС с помощью переключателя на лицевой панели усилителя, при этом не надо пропускать сильноточные сигнальные цепи через данный переключатель.