Blog

Зачем нужна защита в усилителе?

Все мы слышали, что в усилителях часто стоит модуль защиты, он усложняет схемотехнику, причем порой основательно вмешиваясь аж двумя, а то и тремя транзисторами в тракт усилиения полезного сигнала, т.е. музыки. Причем чем бюджетнее усиитель тем активнее туда данное вмешательство происходит. И зачем же это нужно? Давайте разбираться!

Изначально известно, что защита в усилителях срабатывает в четырех случаях:

1. Короткое замыкание на выходе УНЧ,

2. Сила тока превывшающая установленный порог на выходе УНЧ(или его потреблении — данный вариант на системах подороже),

3. Постоянное напряжение на выходе УНЧ,

4. Постоянное напряжение на входе УНЧ.

Первый пункт-то и натолкнул меня на размышения по данной теме, а часто ли у меня дома замыкает выход в усилителе? И как вообще такое может быть? Ответ на данный момент один — ни разу не было! Но чисто теоретически такое случиться может: робот пылесос например вирус словит и кабель засосет так что из колонки вырвет а потом на свой корпус намотает пока концы не замкнет; или вариант ребенок изучающий все и вся посредством канцелярской скрепки, что-нить гениальное сообразит…

Но тут меня дернула мысль в стиле «злостный маркетолог» — ну и что будет? Правильно! Ему ведь выгодно!!! Пользователь понесет аппарат или в фирменный ремонт, или за новым пойдет. Так и зачем же тогда защита от этой ситуации? Можно конечно предоположить, что производитель автомобилей например Форд придет к Сони и скажет «ребят при сгорании ваших усилков люди покупают ваши усилки снова а денег на новый авто у них от этого меньше, а так как я у вас один из самых крупных клиентов то давайте-ка вы туда защиту вставите а то я к Филипсу уйду». Но если даже такое предположить, то все равно не стыкуется, в дорогом ламповом Хай Энде защиты нет, а в бюджетном сегменте она самая навороченная. А ведь в этом сегменте аудитория в первую очередь покупает машину а уже потом об усилителе думает. Что-то не сходится. И тут я вдруг подумал, что есть страны где юридическая машина настолько сурова, что владелец бюджетного усилителя в случае если тот загорится даже адвоката искать не будет — они ему сами телефон оборвут с готовностью работать за проценты от суммы «выигрыша». И тут ведь получается, что чем бюджетнее усилитель тем сильнее его владелец может быть заинтересован в недосмотре за ребенком или с робота-пылесоса на какой сайт с бесплатными приложениями про боулинг зайти…

Вот и получается, что производитель работая заодно и на те рынки делает технику с повышенной защитой от такого инцидента.

Но хорошо. С первым пунктом разобрались. А что с остальными?

С постоянным напряжением на входе пожалуй отнесем к инцидентам первого пункта. С одной поправкой если на усилитель что-то случайно пролить, то внутри него может произойти замыкание которой приведет к похожей ситуации. Но тут вроде как явно не гарантийный случай будет. У производителя на тех рынках тоже юристы с экспетрами имеются.

Третий случай как мы знаем из некоторых статей на данном сайте, написанных солидным авторами, физически невозможен. На выходных каскадах усилителей всегда есть некоторое напряжение и оно отсекается выходным конденсатором а то и трансформатором. Но пролить кофе на усилитель все таки можно. Но это опять не гарантийный случай.

А что же у нас со вторым пунктом? Он-то тут самый интересный и он-то и призван обеспечить максимум безопасности. Дело в том, что людям помимо простого прслушивавния музыки иногда еще хочется включить погромче, позвать гостей, и пойти на улицу баркюшничиать. При этом аппарат оказывается в не зоны визуального конроля, а ароматический контроль так вообще временно отключен. Так еще и гости с хозяевами слегка на веселе, и если даже и увидят что усилитель помимо все прочего показывает синее плямя, то в панике могут запросто забыть его из розетки выдернуть прежде чем начать его поливать подручными средствами для розжига костров и каминов или еще чем хорошо проводящим электричество от внутренностей УНЧ к ногам окружающих. И тут уже как с подушками безопасности. Принудительная защита в т.ч. и виновника инцидента.

Но почему такое шоу может случится оттого, что владелец решил включить музыку погромче? Дело в том, что в этот момент начнут нагреваться катушки на динамиках в колонках. А когда они как следует нагреются они начнут неспеша перегреваться. Неспешный перегрев плох тем, что он приводит не резкому сгоранию проводника как в лампочке, а к плавному его нагреву до температуры ниже сгорания провода но выше чем выдерживает его изоляция. Было бы наоборот так и проблемы бы никакой не было. Но вот в этом режиме сопротивление катушки может может резко понизиться, что приведет к тому, что через усилитель потечет повышенный ток, он начнет искажать сигнал(чего разуместя никто на веселе не заметит) и активно греться, причем активнее чем это способна выдержать плата на которой он собран. А она кстати сделана из спресованной ткани и некоторой специальной смолы. Само название ТЕКСТОЛИТ содержит в себе текстильный корень. И вот когда плата загорается. Вот тогда-то все и начинается. И чтобы именно вероятность этого шоу понизить ставится защита. При этом становится очевидным, что аудиофильский сетап в этом режиме никто гонять не будет. Владелец который может его себе его позволить заодно прикупит для барбекюшных дел что-нить бюджетное, чтобы не жалко было на всю громкость навалить.

Вот и получается что а аудиофильских решениях защиты нет потому, что:

1. Никто не гоняет их на пределе громкости, мощности и терморежима,

2. Она портит звук,

3. Разумный компромисс гласит что без нее лучше звук, а риски изначально минимальны.

В бюджетных же решениях все с точностю до наоборот: звук не так принципиален, да и подпортить чуток «маректолог право имеет», а вот риски устроить пожар за который потом платить страховой по недвижимости, в странах с суровой юридической системой, которая по совместительству тот же самый банк, что и кредиты населению выдает, который как и Форд давить на Сони ресурсы сбыта имеет…

Вывод.

Защита в усилителе нужна в первую очередь не для того, чтобы спасти колонки от поломки внутри усилителя, а для того, чтобы прослушивание музыки на повышенной громкости не привело к поломкам последствием которых будет возгорание усилителя. Но т.к. возгарания все таки случаются, то правильнее говорить вместо «не привело», миинимизировало риски возгорания усилителя при эксплуатации его на повышенной громокости. Ну и заодно, минимизировать случаи полива горящего усилителя, водой из жезеленой кастрюли нетрезвым владельцем.

Плавное включение усилителя мощности

При конструировании блоков питания усилителей часто возникают проблемы, никак не связанные с самим усилителем, или являющиеся следствием применённой элементной базы. Так в блоках питания транзисторных усилителей большой мощности часто возникает проблема реализовать плавное включение блока питания, то есть обеспечить медленный заряд электролитических конденсаторов в сглаживающем фильтре, которые могут иметь весьма значительную ёмкость и, без принятия соответствующих мер, в моменты включения просто выведут из строя диоды выпрямителя.

В блоках питания ламповых усилителей любой мощности необходимо обеспечить задержку подачи высокого анодного напряжения до прогрева ламп, чтобы избежать преждевременного обеднения катода и как следствие существенного сокращения ресурса лампы. Конечно, при использовании кенотронного выпрямителя эта проблема решается сама собой. Но в случае использования обычного мостового выпрямителя с LC-фильтром, без дополнительного устройства не обойтись.

Это простое приспособление позволяет повысить надежность вашей радиоаппаратуры и уменьшить помехи в сети в момент включения.

Любой блок питания радиоаппаратуры содержит выпрямительные диоды и конденсаторы большой емкости. В начальный момент включения сетевого питания происходит импульсный скачок тока — пока идет заряд емкостей фильтра. Амплитуда импульса тока зависит от величины емкости и напряжения на выходе выпрямителя. Так, при напряжении 45 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора может составить 12 А. При этом трансформатор и выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания.

Для устранения опасности выхода этих элементов из строя путем уменьшения броска тока в момент первоначального включения и служит приведенная на рис. 1.7 схема. Она также позволяет облегчить режимы и других элементов в усилителе на время переходных процессов.

Схема устройства для плавного включения усилителя мощности
Рис. 1.7

В начальный момент, когда подано питание, конденсаторы С2 и СЗ будут заряжаться через резисторы R2 и R3 — они ограничивают ток до безопасного для деталей выпрямителя значения.

Через 1…2 секунды, после того как зарядится конденсатор С1 и на пряжение на реле К1 возрастет до величины, при которой оно сработает и своими контактами К1.1 и К1.2 зашунтирует ограничительные резисторы R2, R3.

В устройстве можно использовать любое реле с напряжением срабатывания меньшим, чем действует на выходе выпрямителя, а резистор R1 подбирается таким, чтобы на нем падало «лишнее» напряжение. Контакты реле должны быть рассчитаны на действующий в цепях питания усилителя максимальный ток. В схеме применено реле РЭС47 РФ4.500.407-00 (РФ4.500.407-07 или др.) с номинальным рабочим напряжением 27 В (сопротивление обмотки 650 Ом; ток, коммутируемый контактами, может быть до 3 А). Фактически реле срабатывает уже при 16…17 В, а резистор R1 выбран величиной 1 кОм, при этом напряжение на реле будет 19…20 В.

Конденсатор С1 типа К50-29-25В или К50-35-25В. Резисторы R1 типа МЛТ-2, R2 и R3 типа С5-35В-10 (ПЭВ-10) или аналогичные. Величина номиналов резисторов R2, R3 зависит от тока нагрузки, и их сопротивление может быть значительно уменьшено.

/house/1-8.jpg
Рис. 1.8

Вторая схема, приведенная на рис. 1.8, выполняет ту же самую задачу, но позволяет уменьшить габариты устройства за счет использования времязадающего конденсатора С1 меньшей емкости. Транзистор VT1 включает реле К1 с задержкой, после того как зарядится конденсатор С1 (типа К53-1А). Схема позволяет также вместо коммутации вторичных цепей обеспечивать ступенчатую подачу напряжения на первичную обмотку. В этом случае можно использовать реле только с одной группой контактов.

Величина сопротивления R1 (ПЭВ-25) зависит от мощности нагрузки и выбирается такой, чтобы напряжение во вторичной обмотке трансформатора составляло 70 процентов от номинального значения при включенном резисторе (47…300 Ом).

Настройка схемы состоит в установке времени задержки включения реле подбором номинала резистора R2, а также выборе R1.

Приведенные схемы можно использовать при изготовлении нового усилителя или же при модернизации уже существующих, в том числе и промышленного изготовления.

По сравнению с аналогичными по назначению устройствами для двухступенчатой подачи напряжения питания, приведенными в различных журналах, описанные здесь — самые простые.

Схема защиты и задержки включения на четырех транзисторах

Приведённое устройство предназначено для задержки подключения громкоговорителей на время переходных процессов в УМЗЧ при включении питания и отключении их при появлении на его выходе постоянного напряжения любой полярности.

Принципиальная схема устройства защиты акустических систем и задержки включения, выполнена на четырех транзисторах

Рис. 1. Принципиальная схема устройства защиты акустических систем и задержки включения, выполнена на четырех транзисторах.

Принципиальная схема устройства приведена на рис.1. Оно состоит из диодного распределителя (VD1 – VD6) и электронного реле на транзисторах VT1 – VT4.

К выходам каналов УМЗЧ оно подключается вместе с громкоговиортелями через контакты реле К1. Цепи R1C1, R2C2 предотвращают срабатывание устройства на колебания звуковой частоты.

При необходимости число контролируемых каналов можно увеличить простым подключением соответствующего числа дополнительных цепей, аналогичных цепи R1C1VD1VD2, и применением электромагнитного реле с большим числом контактных групп. Постоянное напряжение на выходе УМЗЧ, при котором срабатывает устройство защиты, определяется напряжением стабилизациистабилитрона VD7 и связано с ним соотношением:

При включении питания (источником напряжения может быть блок питания УМЗЧ) начинает заряжаться (через резистор R9) конденсатор С3, поэтому транзистор VT4 закрыт и реле К1 обесточено.

По мере зарядки напряжение на конденсаторе растёт, транзистор VT4 начинает открываться и через некоторое время (примерно 3с) его эмиттерный ток возрастает на столько, что реле К1 срабатывает и подключает громкоговорители к выходу УМЗЧ.

Транзисторы VT1 – VT3 в исходном состоянии также закрыты. При появлении на выходе любого из каналов напряжения любой полярности, превышающее указанное выше значение, открывается транзистор VT2, а вслед за ним VT1, VT3. В результате конденсатор С3 разряжается через участок эмиттер-коллектор транзистора VT3 и резистор R8, транзистор VT4 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители и вход устройства от выхода УМЗЧ.

Транзистор VT1, осуществляющий положительную обратную связь в каскаде на транзисторе VT2, играет роль “защёлки”, поддерживая последний в открытом состоянии и после отключения устройства от выхода УМЗЧ: не будь его, после пропадания напряжения на входе и закрывания транзистора VT2, VT3 вновь началась бы зарядка конденсатора С3 и по истечении времени зарядки громкоговорители снова подключились бы к УМЗЧ.

В устройстве применено реле РЭС-9 (паспорт РС4.524.200). Транзисторы КТ603б (VT3, VT4) могут быть заменены на КТ315г. Для питания устройства используется источник питания 20В.

При большом напряжении из-за обратных токов коллекторов возможно самопроизвольное открывание транзисторов VT1, VT2. Чтобы этого не случилось, необходимо уменьшить сопротивление резисторов R5, R6. Если же напряжение питание больше 30 В, в устройстве следует использовать транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее.

При снижении напряжения (заменой стабилитрона Д814а) необходимо позаботится о том, чтобы амплитуда переменного напряжения низших частот на выходах фильтров R1C1, R2C2 не достигала значений, вызывающих отключение громкоговорителей. Сделать это не трудно — достаточно увеличить постоянные времени названых цепей (например увеличить С1, С2).

1587398100_1

1587398052_3

1587398128_4

1587398111_6

1587398114_7

1587398147_5

Пассивная система защиты для громкоговорителя

Наиболее распространённый способ защиты акустических систем от опасного перенапряжения — их отключение от источника сигнала с помощью электромагнитного реле.

Однако в АС высокого класса применять его нецелесообразно из-за нелинейных искажений, вносимых в воспроизводимый сигнал. Дело в том, что контакты реле имеют собственное активное сопротивление, которое в новых изделиях колеблется от 0,1 (в лучшем случае) до 0,5 Ом.

В результате при прохождении через них электрического тока значительной величины на них рассеивается большая тепловая мощность. Это вызывает окисление металла, из которого изготовлены контакты, что само по себе уже является источником искажений.

Кроме того, в процессе эксплуатации реле окисление увеличивается и сопротивление контактов может возрасти до1 Ома и более, что соизмеримо с сопротивлением самих АС и способно уменьшить их отдачу.

В другом варианте защиты АС при появлении на них опасного перенапряжения выходы УМЗЧ подключается к общему проводу с помощью тиристора до момента срабатывания плавкого предохранителя в цепи питания выходного каскада.

Однако и этот способ имеет существенные недостатки, так как представляет определённую опасность для самого УМЗЧ и связан с необходимостью замены предохранителей.

В ряде зарубежных АС используется поликристаллические элементы, специально разработанные для защиты ВЧ и СЧ головок, но они вносят в сигнал ещё большие искажения и также не могут быть использованы в АС высокого класса.

Предложенное устройство пассивной защиты громкоговорителей представляет собой мощный диодный симметричный ограничитель сигнала звуковой частоты. Выполнен он в виде 2-хполюсника, включаемого параллельно защищаемой цепи: либо АС в целом, либо какую-то из её излучателей, например, ВЧ или СЧ головке. В последнем случае его устанавливают непосредственно в АС, а в первом он может быть размещён и на выходе УМЗЧ, и в самой АС.

Устройство работает следующим образом. При появлении на его выводах напряжения, превышающего установленный порог ограничения, диоды соответствующей ветви открываются и через них начинает протекать ток.

На диодах рассеивается определённая тепловая мощность, а сигнал, поступающий на АС или излучатель, мягко ограничивается по напряжению и соответственно по мощности.

При уменьшении поступающего на АС напряжения ниже порога срабатывания устройство оно отключается. В ждущем режиме устройство защиты на звуковую частоту не влияет, поскольку в этом случае диоды обеих ветвей закрыты, а их результирующая ёмкость ничтожно мала.

В устройстве следует применять мощные выпрямительные диоды с высокой перегрузочной способностью, повышенной максимальной рабочей частотой и небольшой собственной ёмкостью. из наиболее распространённых можно порекомендовать КД213 с любым буквенным индексом, а также КД2994, КД2995, КД2998, кд2999.

Эти диоды допускают протекание постоянного тока 10..30 А и более в зависимости от типа, а максимальный импульсный ток через них может достигать 100 А.

Без теплоотвода каждый диод способен рассеять электрическую мощность около 1 Вт, что соответствует току порядка 1 А. При установке на простейшие пластинчатые теплоотводы мощность, рассеиваемая каждым диодом, может быть увеличена до 20 Вт.

Из особенностей работы устройства защиты необходимо учитывать следующее. В момент открывания диодов через них протекает небольшой ток. При этом для открывания каждого из диодов необходимо напряжение 0,6…0,7 В в зависимости от его типа.

При дальнейшем увеличении напряжения на гнёздах устройства защиты растёт проходящий ток и соответственно увеличивается падение напряжения на переходах диодов. Величина его может составлять до 1..1,4 В в диапазоне токов до 10…30 А.

Расчёт устройства защиты сводится к определению типа диодов и их числа в каждой ветви. Для этого необходимо определить порог ограничения по мощности и напряжению.

Предположим, что мы хотим защитить от перегрузки динамическую головку с номинальной мощностью 10 Вт и нормальным сопротивлением 8 Ом.

При этом целесообразно определить напряжение на уровне мощности порядка 8 Вт. Тогда через головку должен протекать ток равный 1 А при подводимом напряжении 8 В.

При использовании диодов КД213 с пороговым напряжением 0,6 В число диодов в каждой ветви составляет примерно 13. Всего для 2-х ветвей 26 диодов.

Технические характеристики такой системы защиты будут весьма высоки. Порог срабатывания составляет 8 В. Максимальный уровень ограничения мощности на защищаемой цепи при токе через диоды 10 А — около 30 Вт. Начальная мощность, поглощаемая системой защиты, составляет примерно 4+4 Вт, максимальная при токе 10 А и использовании теплоотвода — до 130 Вт.

При выборе диодов предпочтительнее те из них, которые допускают максимальные токи 20…30 А при падении напряжения на них 1 В. К ним относятся: КД2994.

Они значительно дороже, чем КД213, но имеют существенно лучшие для наших целей характеристики. Так, пороговое напряжение у них выше и составляет около 0,7 В, а падение напряжение при токе 20 А составляет всего1,1 В. Кроме того, их корпус более удобен для монтажа на печатной плате и крепления теплоотвода.

При использовании в вышеприведённом расчёте КД2994 (вместо КД213) их число в ветвях уменьшится с 13 до11, что от части компенсирует высокую стоимость. Характеристика устройства защиты будет гораздо более пологой: при токе через диоды 10 А уровень ограничения мощности на защищаемой цепи составит уже не 30, а только 12 Вт. При этом система защиты будет поглощать мощность порядка 100+100 Вт.

Применение описанной схемы в тракте звуковоспроизведения высокой верности, особенно если выходной каскад УМЗЧ работает в чистом классе А, позволяет полностью избавится от искажений, вносимых обычными устройствами защиты.

Наиболее целесообразно использовать предложенную систему для защиты относительно маломощных АС и излучателей. Однако при наличии соответствующих средств и свободного места в АС её можно рекомендовать и для защиты НЧ излучателей.

Правда, при этом нужно будет увеличить число параллельно включенных диодных ветвей. Так, при включении в параллель 2-х одинаковых диодных ветвей поглощаемая системой защита мощность увеличивается в 2 раза.

Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова. Универсальное, простое, надёжное

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 Project-004 «Gatekeeper» (сервисный блок УМЗЧ, защита АС, включение одной кнопкой, управление вентиляторами и пр.)
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

На первый взгляд, есть широкий выбор схем, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что они имеют недостатки — много деталей, дефицитные детали, низкая чувствительность, необходимость настройки, работоспособность в узком диапазоне напряжений питания и т. п.
Наиболее подходящей оказалась схема защиты А. Котова .
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

Эти недостатки легко устранимы, вот доработанный мной вариант.
Сохранена и продолжена нумерация деталей схемы А. Котова.
Хочу отметить достоинства и особенности схемы:
 — задержка включения составляет оптимальные 4 секунды, определяется цепочкой R5C3,
 — цепь D5R8R9C4 при выключении из сети позволяет быстро обесточить реле и отключить АС,
 — после срабатывания защиты (отключении реле), конденсатор С3 разряжается быстро, а заряжается через резистор R5 медленно, поэтому не будет быстрых хаотичных переключений,
 — устройство работает в широком диапазоне напряжений, от напряжения срабатывания реле (и плюс 2 В) до 36 В (предел для TL431),
 — практически единственный резистор, требующий подбора — R7 служит для погашения избыточного для реле напряжения, номиналы остальных резисторов могут отличаться в несколько раз и не требуют замены в широком диапазоне напряжений питания,
 — все элементы, кроме TL431, работают при очень малых токах, что обеспечивает высокую надежность,
 — применение TL431 обеспечивает ключевой режим работы реле,
 — напряжения на конденсаторах кроме С4 очень малы, не более 2,5 В, что позволяет использовать емкости на низкие напряжения, поэтому я испытал вариант с одиночными полярными конденсаторами С1 и С2 на низкое напряжение,
 — годится любой светодиод (лучше яркий) т. к. ток через него задается резистором,
 — чувствительность очень высока (порядка 1 В), ее лучше загрубить, для этого на плате предусмотрены площадки под SMD резисторы (на схеме серым цветом).

Еще одна защита акустических систем

При выходе из строя транзисторов выходного каскада усилителя звуковой частоты, на его выходе образуется напряжение постоянного тока, значение которого может достигать напряжения питания. При этом если в считанные секунды не отключить акустическую систему (АС) от усилителя, то акустика выйдет из строя. Обычно при этом перегорает обмотка динамической головки.

Чтобы отключить АС от усилителя, при появлении на его выходе постоянной составляющей, необходимо применить защиту акустических систем, схема которой представлена в этой статье.

Помимо защиты АС от постоянной составляющей схема выполняет задержку подключения акустики к усилителю при его включении. Это необходимо для исключения воспроизведения переходных процессов (щелчков, тресков, повышенного фона и так далее) при включении.

Основные характеристики защиты

Напряжение питания ………. +15?50В

Время отключения при появлении постоянной составляющей:

при появлении +5В ………. 0.7сек

при появлении +25В ………. 0.15сек

при появлении +50В ………. 0.07сек

Защита срабатывает при появлении на выходе усилителя напряжения постоянного тока начиная со значения +1В по положительному напряжению, и начиная с -3.5В при отрицательном напряжении. Каналы защиты работают независимо друг от друга, то есть могут срабатывать раздельно.

Защита подключает акустику обратно примерно через 3 секунды после устранения постоянной составляющей.

Также реализована задержка подключения АС при подаче питания. Задержка составляет 3 секунды.

Схема защиты акустических систем

Работа схемы

Элементы VD1, VT1, R2 стабилизируют напряжение +13 для питания реле. Далее я опишу работу одного канала защиты. При отсутствии напряжения постоянного тока на входе схемы, переменный сигнал через резистор R1 не способен (не успевает) зарядить электролитический конденсатор C1 до порога открывания транзисторов VT2 и VT4. Поэтому они закрыты. Электролитический конденсатор C3 заряжается (примерно в течение 3 секунд) через резистор R4 и транзистор VT6, управляющий обмоткой реле K1 открывается, замыкаются контакты K1.1 и сигнал поступает на акустическую систему.

Как только на выходе усилителя появится постоянная составляющая, то она через резистор R1 поступит на базу транзистора VT4 и на эмиттер VT2 (база VT2 при этом на GND). Один из транзисторов открывается (VT4 от положительного напряжения, VT2 от отрицательного) и шунтирует электролитический конденсатор C3. Напряжение на переходе БЭ транзистора VT6 снизится практически до нуля, и транзистор закроется, ток по обмотке K1 перестанет протекать и контактная группа K1.1 разомкнется, отсоединив АС от выхода усилителя.

Диоды VD2 и VD3 защищают транзисторы от пробоя при явлении самоиндукции в катушке реле.

Компоненты

В качестве K1 и K2 необходимо применить реле с напряжением катушки 12В и током контактных групп 10А, я применил HK3FF-DC12V-SHG.

Электролитические конденсаторы могут быть рассчитаны на напряжение 16В, я поставил на 25В под размеры на плате.

Все резисторы мощностью 0.25Вт.

Транзисторы VT6 и VT7 можно заменить на BC517, их проще найти. Хочу обратить ваше внимание, что у транзисторов KSP13 и BC517 отличается расположение выводов, BC517 необходимо развернуть на 1800, я сделал именно так.

Стабилитрон VD1 на напряжение 13В.

На транзистор VT1 необходимо установить теплоотвод, площадь которого подбирается практическим путем в зависимости от напряжения питания, чем оно больше, тем больше поверхность теплоотвода.

Повышение напряжения питания защиты выше +50В

При установке реле с напряжением катушки 24В и применении стабилитрона VD1 на 24В (1n4749) напряжение питания схемы защиты может находиться в диапазоне +30?90В.

Подключение

Через защиту необходимо пропускать центральную (сигнальную) жилу выхода усилителя, а общий провод (GND) выхода усилителя нужно подключать напрямую к акустической системе.

Набор для сборки платы защиты акустических систем

Сегодня у меня обзор набора для сборки по своему полезного устройства — защиты акустических систем, соответственно будет описание что это вообще такое, зачем надо и как собрать. Ну и конечно немного тестов.

Много лет назад я купил в магазине «Юный техник» усилитель Радиотехника УКУ-020. Да, именно в Юном технике, а не в разделе аудиоаппаратуры в каком нибудь универмаге. Был он без корпуса, но вполне живой, продавали тогда такие вот экземпляры от заводов и ремонтных мастерских.

Выглядел внутри примерно так, может и была небольшая разница, но незначительная.
Что-то смотрю на это фото и ощущаю какие-то ностальгические чувства, темброблок на 140УД1, идеи сделать к нему встроенный эквалайзер на место лампочек индикации подключенных входов (даже была готова передняя панель с чернением и гравировкой), муки изготовления корпуса «из г и палок», и конечно постоянные переделки/доработки…

И все было хорошо за одним исключением, у него не было платы защиты акустических систем. Не в смысле что ее убрали, а в смысле что она там не задумывалась изначально. Тогда же я увидел в журнале «В помощь радиолюбителю» простенькую схемку защиты, причем была даже печатная плата страссированная именно под эту модель усилителя, она даже ставилась на фактически штатное место между трансформатором и задней панелью.
Собрал, работало, потом в итоге продал этот усилитель вместе с этой платой.

Все это нужно чтобы защитить ваши акустические системы, потому как в случае пробоя выходных транзисторов на выход может быть подано полное напряжение питания усилителя. Понятно что потом могут сработать предохранители, но не всегда, да и им тоже нужно некоторое время.
Если раньше подобные вещи приходилось полностью делать самому и выше есть тому пример, то сейчас все гораздо проще, купил готовую плату или набор для сборки и все, а иногда защита присутствует уже на самой плате усилителя как в тех, что я уже как-то обозревал.

Комплект приходит просто в обычном пакетике, никаких инструкций, просто набор деталек и платка.

В комплект входит печатная плата и все необходимые компоненты включая клеммники, единственно что на мой взгляд могли бы еще дать — стойки для установки платы, зажали…

Печатная плата двухсторонняя.

Качество на мой взгляд нормальное.

Схемы в комплекте нет, но на плате есть вся необходимая маркировка номиналов компонентов, как мне кажется, запутаться нереально.

Немного о процессе сборки и компонентах.
1, 2. Сначала устанавливаем резисторы и пару диодов. Резисторы имеют номиналы — 2.2кОм, 10кОм (2шт), 22кОм, 47кОм (2шт). Диоды 1N4007.
3, 4. Затем светодиод, диодный мост, стабилизатор напряжения 7812, и контроллер защиты uPC1237.
5, 6. А также конденсаторы, 10 и 100мкФ (2шт) подписаны на плате, ну а пару 47мкФ соответственно на оставшиеся места.

Микросхема C1237 специально предназначена для построения устройства защиты АС, насколько я понимаю, таких контроллеров в мире нет так и много, потому если на плате стоит что-то внешне похожее то это будет С1237

В даташите нашлась типовая схема подключения, правда не совсем удобная для восприятия.

Потому было решил начертить реальную схему данной платы, производитель к сожалению в комплекте ее не дает. Собственно отличий не так и много, в основном разница в номиналах компонентов, кроме того вход защиты от перегрузки никуда не подключен.

В комплекте дали пару штук реле якобы Omron, но как по мне, то это какой-то дикий клон. Мало того что создалось впечатление что их контакты вырубали зубилом из куска железяки, так еще и у одного реле контактная группа стоит криво, да и часть контактов для пайки окислена…
Сопротивление НО контактов в замкнутом состоянии около 10мОм.

Хотя на фото с сайта DigiKey контакты выглядят очень похоже, но правда ровнее.

Ставятся они только в одном положении, но из-за окисленных контактов паяются тяжело. При этом на плате слева вход/выход одного канала, справа вход/выход другого, лично на мой взгляд удобнее было бы иметь слева входы, справа выходы, но это дело вкуса.

Я не зря отметил что реле два, потому как довольно часто встречаются платы с одним реле. Не то чтобы это было ну очень критично, но здесь у реле контакты соединены параллельно, следовательно меньше падение напряжения и влияние на сигнал.

С клеммниками также была своя история. Сами по себе удобные, можно соединять друг с другом для получения большего количества контактов в одном конструктиве, но куда смотрели разработчики или поставщики компонентов дав плату и клеммники с разным шагом выводов?

Я конечно немного изогнул крайние контакты, вставил клеммник и запаял, но как-то это неправильно. Кроме того клемники немного торчат за пределы платы и крепежные отверстия рядом с ними получаются почти притирку к клеммнику. Думаю что изначально планировались какие-то другие, но что было на складе, то и положили.

Вот и все. Сборка заняла меньше времени чем я набирал текст который вы прочитали выше, никаких больших сложностей в процессе не было, ну кроме неудобств с контактами реле и клеммников, но это было также быстро решено.

Готовая плата выглядит аккуратно.

Есть маркировка назначения контактов клемников, важно соблюдать подключение входа и выхода.

Паял без флюса, использовался только тот что был в припое, но при этом паялось отлично, претензия была только к реле. Осталось плату промыть и возможно покрыть защитным лаком.

Питание платы производится от переменного тока напряжением 10-24 Вольта, но так как на стабилизаторе 7812 нет радиатора (хотя место под него есть), то я бы не рекомендовал подавать больше чем 15 Вольт.
В принципе можно питать плату и постоянным током, в этом случае плюс питания подаем на дальний от угла платы контакт клеммника, напряжение соответственно тогда 12-24 Вольта, ток потребления около 80мА.
Задержка включения реле 2-3 секунды, даже после короткого обесточивания время задержки почти не меняется.

Полное сопротивление цепей вход/выход составило 13 и 14мОм.

Минимальное постоянное напряжение для срабатывания/восстановления защиты составляет около 0.6/0.5 Вольта для положительного напряжения и -1.1/-1.0 для отрицательного. При малом напряжении восстановление происходит почти сразу, при более высоком (5 Вольт и выше) задержка восстановления составляет 15 секунд для положительного и 3 секунды для отрицательного напряжения.

И конечно проверим самое главное, насколько она быстро умеет отключать акустику при появлении постоянного напряжения на входе в зависимости от напряжения и полярности. Проверялся один вход так как фактически они включены параллельно. Конечно из-за того что резисторы объединены на один конденсатор будет некоторая разница, но не сильно критичная.
Для начала подал напряжение порядка 3-3.5 Вольта.
При положительной полярности наблюдается нестабильное время срабатывания, кроме того оно доходит до 0.7 секунды (скриншот 1 и 2).
При отрицательном напряжении все заметно лучше, время срабатывания стабильно и составляет 0.4 секунды (скриншот 3 и 4).
Но не стоит переживать, такое напряжение обычно не опасно для вашей акустики, хотя конечно громкий щелчок вы услышите, но реле все равно отключит АС.

1, 2. При напряжении 10 Вольт время отключения стабильно и составляет 0.3 и 0.12 секунды для положительного и отрицательного напряжения соответственно.
3, 4. При 15 Вольт время срабатывания становится еще меньше, 0,14 и 0.08с для положительного и отрицательного напряжения.
5, 6. Дальнейшее поднятие напряжения ничего не меняет, время отключения остается таким же, судя по всему дальше идет уже «аппаратное» ограничение.
Но если вы заметили, во всех случаях при подаче отрицательного напряжения время отключения меньше чем при подаче положительного.

В качестве выводов могу сказать что по своему набор полезный и что особенно важно, работает после сборки и не требует высокого уровня знаний. Все четко отключается, есть задержка включения и мгновенное отключение при обесточивании.
К сожалению не обошлось без недоработок, например разъемы с другим шагом выводов, хотя это можно простить так как не сильно влияет на качество работы. Но вот низкокачественные реле это реально плохо, а ведь обычно именно они являются довольно большой частью стоимости подобного устройства. В общем здесь решать вам, я бы купил такие реле в оффлайне, так как больше шанс купить качественные, например тот же Finder, а не более часто подделываемый Omron.