Zosilňovač 2x150W s hybridným IO STK 4048 SANYO nová verzia
Nízkofrekvenčný zosilňovač STK 2x150W /50-200W/ so skreslením THD = 0,007%
AF Power Amplifier (Split Power Supply)
(200 W min, THD = 0.08%)
Ing. Kosmel Anton
/Nová verzia z roku 2006/ STK 4048B
Technológia, ktorá je použitá pri výrobe hybridných integrovaných obvodov rady STK fy SANYO /viď článok Hybridné integrované obvody rady STK/ umožnila vznik obvodov rady STK404X, ktoré dosahujú výkon až 200W. Obvody, ktoré nesú označenie XI za číselným označením majú špičkové parametre medzi iným THD = 0,007%. Použitím uvedenej rady obvodov je možné postaviť ľahko jednoduchý nf zosilňovač so značným výkonom pri zachovaní veľmi dobrých parametrov.
Technické parametre
PDF súbory
150 W min AF Power Amplifier STK 4048V.pdf 55Kb
LF411
Low Offset, Low Drift JFET Input Operational Amplifier LFF411.pdf 516Kb
Trvalý sínusový výstupný výkon: 150W/8W záťaž /podľa typu/
Trvalý sínusový výstupný výkon: 200W/4W záťaž /podľa typu/
Frekvenčná charakteristika: 20 až 50kHz /20 až 20kHz ±0,5dB/
Celkové harmonické skreslenie: max. 0,007% /typ STK4048 XI/ napäťový zisk 40dB
Celkové harmonické skreslenie: max. 0,003% /typ STK4048 XI/ napäťový zisk 26dB
Napájacie napätie: ±55V /max ±60V 63V filtračné elektrolyty/ inak ±87V
Kľudový prúd: 48mA /pri ±Ucc 12V až 63V/
Napäťový zisk: 38dB /nastaviteľný R16, R17, R18 v intervale 26 až 45dB/
Popis zapojenia
Celková schéma zapojenia nf zosilňovača je na obr.2, pri jeho konštrukcii bol použitý hybridný integrovaný obvod STK4048 XI pracujúci v triede AB, ktorý je dodávaný v puzdre s 18 vývodmi, jeho rozmery sú na obr.1 Zosilňovač obsahuje na doske plošného spoja koncový zosilňovač 150W, napájací zdroj ±55V, napájací zdroj ±15V, a korekčný predzosilňovač. Zvláštnosťou zosilňovača je použitie samostatnej dosky plošných spojov pre potenciometre, ktorá je prepojená s hlavnou doskou ľavého a pravého kanálu konektormi PFL14. Samostatná doska bola zvolená z nasledujúcich dôvodov:
1. potenciometre sa nedali umiestniť na dosku výkonového zosilňovača pre nedostatok miesta
2. nebolo by možné pri oddelenej doske a ľavého a pravého kanálu regulovať jedným potenciometrom parametre v oboch kanáloch súčastne
3. riešenie umožní neosadiť súčiastky v korekčnom predzosilňovači a využiť dosku len ako koncový zosilňovač, bez toho aby sa doske zbytočne nezväčšoval nevyužitý priestor
4. doska potenciometrov je navrhnutá tak aby maximálne eliminovala presluchy medzi ľavým a pravým kanálom.
5. samostatnú dosku s potenciometrami je možno ľahšie konštrukčne umiestniť na predný panel. Pri lepšom pohľade na túto dosku vidieť v jej pravej časti dvakrát masku potenciometra /P4, P0/, pravý /P0/ nieje zapojený, slúži pre prípad, kedy je potenciometer hlasitosti umiestnený mimo rovinu ostatných potenciometrov a je od nich vzdialený viac ako 50mm. V tomto prípade sa táto časť dosky odreže a prepojí pomocou 2x3 skrútených vodičov.
V konštrukcii bola zvolená bimonaurálna koncepcia používaná v najkvalitnejších zosilňovačoch, ktorá predpokladá použitie dvoch oddelených identických častí pre ľavý a pravý kanál. Všetky vstupy a výstupy, ktoré prichádzajú na dosku sú opatrené miniatúrnymi svorkovnicami do plošného spoja. Chladenie STK 4048 XI zabezpečuje mohutný chladič o rozmeroch 180 x 11x 25 mm, ktorý má základňu z 10mm hrubého hliníka a na celej ploche je rebrovaný, dĺžka rebier je 15mm.
Nízkofrekvenčný signál z predzosilňovača prichádza na trimer P5, ktorý slúži na nastavenie rovnakých vstupných úrovní pre L a R kanál a prechádza na pásmovú priepusť R14, R15, C13, C14. Kondenzátor C14 by mal byť kvalitný, minimálne tantalový kondenzátor s malým stratovým činiteľom tg d, jeho kapacita bola zvolená s ohľadom na dobrý prenos v dolnej časti akustického pásma. Kondenzátor C13 určuje hornú medznú frekvenciu zosilňovača, potlačuje frekvencie nad akustickým pásmom. Jeho funkciou je aj zabraňovať prieniku parazitných vf signálov na vstup hybridného integrovaného obvodu. Uvedená pásmová priepusť zlepšuje odstup signál / šum.
Kondenzátor C22 a rezistor R24 sú zapojené na vstupný diferenciálny stupeň v IO5 a zabezpečujú frekvenčnú stabilitu vstupu. Napájanie vstupných budiacich stupňov v IO5 je realizované cez páry rezistorov R25, R26 /+U/ kladné napätie a R20, R21 /-U/ záporné napätie. Filtráciu napájacieho napätia pre budiace stupne zabezpečujú elektrolytické kondenzátory C24, C17. Paralelné zapojenie rezistorov zvyšuje výkonové zaťaženie dvojnásobne /použitím rezistorov 0,6 W na 1,2W/. Napájanie koncových stupňov je privedené na vývody 12 a 14 IO5. V blízkosti prívodov je toto napätie filtrované elektrolytickými kondenzátormi C23, C16 a vysokofrekvenčne blokované C26, C20 a C21.
Napäťový zisk zosilňovača je nastavený rezistormi R17, R18, ktoré tvoria zápornú prúdovú spätnú väzbu a rezistorom R16 na hodnotu A = 38dB. Súčasťou zápornej prúdovej spätnej väzby je aj kondenzátor C15, ktorý zmenšuje zosilnenie zosilňovača pre jednosmernú zložku. Zisk zosilňovača je daný pomerom rezistorov a je ho možno vypočítať o vzťahu: kde je paralelná kombinácia rezistorov
Zisk zosilňovača výrazne ovplyvňuje celkové harmonické skreslenie /THD/ a preto by sa mal pohybovať od 26 do 45dB. Platí, že pri nižšom zosilnení je THD nižšie. V tomto zapojení bolo zvolené optimálne zosilnenie cca 38dB, kedy je THD = 0,007%.
N vývody číslo 13, 16, 17, 18 IO5 sú vyvedené emitory dvoch párov koncových výkonových tranzistorov, ktoré obvod STK4048 XI obsahuje. Na emitory týchto tranzistorov sú pripojené výkonové 5W rezistory R30, R31, R32, R33. Tieto rezistory by mali mať malú indukčnosť.
Kondenzátory C18, C19 a C25 zlepšujú odolnosť koncového stupňa proti kmitaniu.
Na výstupe je použitý RLC filter R36, L1, R34, C28, R35, C29 ktorý okrem stability celého zosilňovača pri komplexnej záťaži, zabraňuje prenikaniu rušivých signálov z prívodných káblov reproduktorových sústav do obvodov zosilňovača. Cievka L1 je tvorená 18 závitmi smaltovaného drôtu o priemere 1,2mm navinutého na priemer 10mm.
Na doske plošného spoja výkonového zosilňovača sa nachádzajú aj poistkové držiaky FU1, FU2, usmerňovacie diódové mostíky D1, D2 a veľké filtračné kondenzátory C30, C31, C36, C37, kde sú použité dvojice s kapacitou 4700M na napätie 63V, na doske plošných spojov musia byť použité kondenzátory s maximálnym priemerom 30mm. Blokovacie kondenzátory C32, C33, C34, C35, C38, C39, C40, C41 zabezpečujú odrušenie zdroja. Použitie dvoch diódových mostíkov v zdroji je menej používané ale umožní použitie dvoch rovnakých sieťových transformátorov s polovičným výkonom, ktoré sú dostupnejšie /cca 100W/ oproti použitiu jedného transformátora /cca 200W/. Je možné aj použitie jedného transformátora s vyvedeným stredom. V tomto prípade sa neosadia prepoje XT1, XT2 a XT3 /prerušia sa spoje na doske/ a osadí sa len diódový mostík D2. Mínus / - / pól diódového mostíka D1 sa prepojí na plus pól / + /, stred vynutia transformátora sa pripojí na zem dosky plošného spoja. Napájacie napätie, ktoré je usmernené a vyfiltrované okrem toho, že napája zosilňovač je vyvedené na svorkovnice a je ho možné využiť na napájanie obvodov, ktoré sa nachádzajú vo vnútri prístroja / obvody zabezpečujúce oneskorené pripojenie reproduktorových sústav pri zopnutí sieťového spínača, obvody ochrany reproduktorových sústav. Funkcia stabilizátorov napätí +15V a -15V je zrejmá zo schémy. Uvedené napätia sú použité na napájanie operačných zosilňovačov v korekčnom zosilňovači.
Popis obvodov korekčného zosilňovača vychádza z osvedčeného zapojenia s kvalitnými operačnými zosilňovačmi NE5534 /michodom uvedené obvody používa firma Pioneer v zosilňovačoch A07, ich cena je len mimochodom 39.990,- Kč pozri STEREO VIDEO 6/96 strana 36 /, ktoré som použil v zosilňovači, ktorý mi bol uverejnený na titulnej strane v Praktickej elektronike č.6/96. Jeho popis preto vynechám.
Pripojenie napájacích vodičov z transformátorov, výstupy na reproduktor a vstup je realizovaný miniatúrnymi svorkovnicami do plošných spojov, ktoré sú určené pre prúdy 16A. Použitie svorkovníc ne pripojenie všetkých vodičov prichádzajúcich na dosku plošných spojov je veľmi výhodné z konštrukčného hľadiska.
Prepojenie dosky koncového stupňa s doskou potenciometrov je riešené pomocou pozlátených lámacích líšt a konektormi PFL 14, v ktorých je nalisovaný 14 žilový plochý vodič
Obvod STK4048 XI obsahuje obvody, ktoré zabraňujú aby sa na výstup dostalo jednosmerné napätie akejkoľvek polarity pri prerušení napätia ktoréhokoľvek polarity ale pri jeho odpojení od na napájacieho napätia sa postupne znižuje hlasitosť reprodukcie. Pri poklese napätia pri vybíjaní filtračných elektrolytických kondenzátorov pod 5V však vzniká u obvodu malé skreslenie signálu po dobu cca 3s.
Obvody na ochranu reproduktorových sústav a obvody potlačujúce prechodový jav pri zapnutí a vypnutí však doporučujem použiť a budú popísané v ďalšom.
Popis konštrukcie, oživenie a nastavenie
Pri konštrukcii zosilňovača doporučujem IO5 a filtračné kondenzátory spájkovať na dosku ako posledné. IO5 doporučujem pred spájkovaním priskrutkovať na chladič a následne na chladič s IO5 pomocou uholníkov priskrutkovať na dosku plošného spoja. Takto vznikne kompaktný celok chladič, IO5 a doska plošného spoja, ktorý zabraňuje prípadnému zlomeniu vývodov IO5 a je časťou kovovej konštrukcie skrine zosilňovača - tvorí bočnice ľavú a pravú. Druhou variantou je pripevnenie chladiča priamo na dosku plošného spoja pomocou otvorov, ktoré sa nachádzajú na doske, potom je možné dosku upevniť na dno skrine, k tomuto účelu je na doske dostatok montážnych otvorov.
Pozn.: Integrované obvody STK nie je potrebné izolovať od chladiča, pretože sú na chladiacej ploche eloxované - pozor na ostré nerovnosti na chladiči, môžu vrstvu porušiť.
Pri pájkovaní filtračných kondenzátorov na dosku je tieto potrebné dotláčať stálou silou na dosku. Celú dosku je potrebné skontrolovať a odstrániť prípadné skraty. Doporučujem použiť originál dosku plošného spoja dodávaného firmou uvedenou v závere článku, ktorá je vyrobená továrensky z počítačom navrhnutej predlohy, všetky spájkovacie plôšky sú pocínované, otvory vyvŕtané a je pokrytá ochrannou nespájkovateľnou maskou. Rozmiestnenie súčiastok na doske a smerovanie prepojov zabezpečuje optimálnu činnosť spoločne s ostatnými časťami zosilňovača. Akékoľvek iné varianty dosky prípadne použitie iných súčiastok môže negatívne ovplyvniť výsledné vlastnosti zosilňovača.
Až takto vzniknutý kompaktný celok doporučujem oživovať. Do poistkových púzdier osaďte pri oživovaní poistky cca 100mA. Na napájacie svorky pripojte vinutie transformátora / striedavé napätie cca 39V/. Odmerajte napätie na oboch vetvách napájacieho napätia +55V, a -55V. Potom odmerajte kľudový prúd zosilňovača v oboch vetvách. Kľudový prúd nezávisí od napájacieho napätia /12 až 55V/ a musí byť cca 48mA /STK4048 XI/, akákoľvek odchýlka väčšia ako 5mA svedčí o chybe v zapojení, prípadne vadnej súčiastke. Pri použití originál dosky, doporučených dobrých súčiastkach a čistom spájkovaní by sa to však nemalo stať.
Ak chceme zo zosilňovača odoberať maximálny výkon je ho potrebné napájať z transformátora , ktorý je dimenzovaný na odber prúdu cca 3A a napätie vinutí 2x39V. Je ho však možné prevádzkovať aj s transformátormi nižších výkonov a napätí /od 2x15V/, vtedy ale nedosiahneme jeho udávaný výkon.
Na doske je bez zmien možné použiť nasledujúce obvody /viď prehľadnú tabulku integrovaných obvodov STK fy SANYO//
STK4048V, STK4048II s horším THD /nižšia cena/
STK4046XI, STK4046V s výkonom 120W
Na doske s úpravami je možné použiť aj obvody s výkonom 50W, 70W, 80W, 100W, 200W
Záver
Zosilňovač aj napriek tomu, že má navonok /ak neberieme do úvahy zložité vnútorné zapojenie STK4048 XI/ jednoduché zapojenie, predstavuje špičku v nf zosilňovačoch realizovaných za pomoci obvodov rady STK fy SANYO. Výkonom a neutrálnou kvalitnou reprodukciou podľa použitého IO uspokojí aj tých najnáročnejších záujemcov o reprodukovanú hudbu. Jeho bimonaurálna koncepcia zabezpečuje veľmi dobrý prednes priestorovej informácie pretože presluchy medzi kanálmi sú veľmi malé. Vďaka tvrdému zdroju má veľmi dobré podanie basov, zvuk stredov a výšok je čistý a vyrovnaný bez skreslenia aj pri veľkom vybudení zosilňovača.
Literatúra:
Sanyo Semiconductors SANYO Electric Co., Ltd. Semiconductor Division /prehľadový katalóg polovodičov Features of the IMST ® Hybrid ICs
Zoznam použitých súčiastok stará verzia:
AMPLIFIER 2 X 150 W /STK4048 XI/ Revised: Leden 31, 1997
1 Revision:
Bill Of Materials January 31, 1997 19:30:42 Page 1
Item Quantity Reference Part
1 6 CON1,CON3,CON4,CON5,CON6, SVORKOVNICA 2
CON7
2 2 CON2,CON8 PFL14/14PIN
3 2 C1,C2 4M7/10V
4 21 C3,C5,C7,C8,C10,C11,C20, 100N
C21,C26,C32,C33,C34,C35,
C38,C39,C40,C41,C43,C44,
C47,C48
5 1 C4 47M/16V
6 1 C6 2N2
7 1 C9 150P
8 1 C12 47M/25V
9 1 C13 470P
10 1 C14 4M7
11 1 C15 100M
12 2 C16,C23 47M/63V
13 4 C17,C24,C45,C49 220M/63V
14 1 C18 1N
15 3 C19,C22,C25 100P
16 1 C27 1M/25V
17 1 C28 10N
18 1 C29 47N
19 4 C30,C31,C36,C37 4700M/63V
20 2 C42,C46 220M/25V
21 2 D1,D2 B250C4000
22 2 FU1,FU2 4A
23 2 IO1,IO2 NE5534
24 1 IO3 LM7915
25 1 IO4 LM7815
26 1 IO5 STK4048 XI
27 1 L1 1,7UH LCU 1,5MM
28 1 PR1 PREPINAC
29 2 P1,P2 25K/N
30 1 P3 10K/N
31 1 P4 10K/G
1 P5 Trimer 10K
32 2 R19 10K
33 1 R1 120K
34 2 R2,R7 2K2
35 3 R3,R5,R11 6K8
36 2 R4,R12 12K
37 1 R6 18K
38 2 R8,R9 1M
39 2 R10,R14 1K
40 1 R13 39K
41 2 R15,R18 56K
42 1 R16 560R
43 1 R17 33K
44 4 R20,R21,R25,R26 220R
45 4 R22,R23,R27,R28 33R
46 1 R24 1K2
47 1 R29 100R
48 4 R30,R31,R32,R33 0R22/5W
49 2 R34,R35 10R/2W
50 1 R36 4R7/2W
51 2 TR1,TR2 TRAFO 38V/3A
52 3 XT1,XT2,XT3 PREPOJ