Устройство защиты ас от постоянного напряжения. Устройство защиты акустических систем на базе схемы А. Котова. Универсальное, простое, надёжное. Пассивная система защиты для громкоговорителя

Рассмотрены несколько различных схем устройств. предназначенных для защиты акустических систем (АС) и реализации задержки по времени перед подключением АС к выходу усилителя мощности звуковой частоты.

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.

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).

Схема улучшенной защиты для АС

Большими возможностями обладает устройство защиты рис.2.

Рис. 2. Принципиальная схема защиты акустических систем от бросков выходного напряжения, питается от источника питания УМЗЧ.

Оно предохраняет громкоговорители от бросков выходного напряжения как при включении, так и при выключении питания, при неисправности УМЗЧ и в моменты вероятного отказа последнего - при понижении или полном исчезновении одного или обоих напряжений питания, а также при превышении ими предельно допустимых значении (это может иметь место при питании от стабилизированных источников) и, наконец, отключает их при подсоединении головных стерео телефонов. Питается устройство от того же двуполяного источника, что и выходные каскады УМЗЧ.

В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор VT2 открыт, VT3 закрыт, реле К1 обесточено и громкоговорители отключены. Как только напряжение на конденсаторе достигает значения

Напряжение стабилизации стабилитрона VD9), состояния указанных транзисторов изменяются на обратные, срабатывает реле К1 и громкоговоритель подключаются к выходам каналов УМЗЧ.

Приведенная формула справедлива при условии: .

Время задержки при указанных на схеме номиналах элементов: .

Напряжение стабилизации стабилитрона VD11 выбрано из условия .

При понижении напряжении любого источника питания на величину, большую чем транзистор VT3 закрывается и реле К1 отключает громкоговорители от УМЗЧ.

Стабилитроны VD7 и VD9 в цепях баз соответственно транзисторов VT1, VT2 одинаковы и выбраны с учётом следующего. Как видно из схемы, для того, чтобы открылся транзистор VT2 (а следовательно, закрылся транзистор VT3 и отпустило реле К1), напряжение питания должно удовлетворять условию:

Где и - соответственно напряжение и минимальный ток стабилизации стабилитрона VD9.

Отсюда: . При указанных на схеме номиналах и типах деталей

А это значит, что при устройство отключит громкоговорители, если отрицательное напряжение питания возрастёт (по отношению к номинальному) на 2,8 В.

Транзистор VT1 открывается по цепи VD1 - R5 - VD7, идентичной цепи VD6 - R7 - VD9. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и закрыванию транзистора VT3, т.е. к отключению громкоговорителей при увеличении на 8 В напряжения питания положительной полярности.

В случае появления на выходе УМЗЧ постоянного положительного напряжения транзистор VT2 открывается током протекающим через резистор R3 (или R4), VD4 (VD5) и цепь R7VD9. Условие его открывания в этом случае выглядит так:

Если же напряжение на выходе УМЗЧ имеет отрицательную полярность, по цепи R3 (R4) - VD2 (VD3) - R5 - VD7 открывает транзистор VT1.

Для подключения стереотелефонов служит розетка ХS1, с которой механически связан выключатель SA1. При установке вилки стереотелефонов в розетку контакты выключателя размыкаются, реле К1 отпускает и громкоговорители отключаются от УМЗЧ.

То же происходит и при выключении питания УМЗЧ кнопкой SB1 (А1 - источник питания). Поскольку коллекторная цепь транзистора VT3 и цепь сетевого питания разрываются практически одновременно, громкоговорители отключаются до начала переходного процесса и щелчок не прослушивается.

В устройстве применено реле РЭС-22 (паспорт РФ-4.500.130). Неполярные оксидные конденсаторы С1, С2 - К50-6. Транзистор КТ815В можно заменить любым другим с допустимым напряжением коллектор - эмиттер более 50 В и максимальным током коллектора ни менее значения , где - - сопротивление обмотки реле К1).

Вместо стабилитронов КС527А можно использовать КС482А, КС510А, КС512А, КС175Ж, КС182Ж, КС191Ж и т.п., соединив нужное число приборов для получения напряжения стабилизации, выбранного приведённым формулам. Диоды VD1 - VD6, VD8, VD10, VD12 - любые кремниевые маломощные с обратным напряжением более 50 В.

Схема защиты АС которая питается от сигнала ЗЧ

Оригинальные устройства защиты громкоговорителей (рис.3) питается напряжением сигнала звуковой частоты, что позволяет встроить его в громкоговоритель.

Устройство отключает последний при перегрузке по мощности, а также в случае появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения любой полярности. В схеме использованы громкоговорители мощностью 10 Вт и электрическим сопротивлением 4 Ом.

Рис. 3. Принципиальная схема защиты акустической колонки, которая питается от сигнала ЗЧ.

В исходном состоянии реле К1 обесточено и сигнал ЗЧ (звуковой частоты) с выхода усилителя поступает через контакты К1.1 на громкоговоритель. Одновременно он выпрямляет мостом VD1 - VD4, и его постоянная составляющая через нормально замкнутые контакты К1.2 подводится к пороговому устройству, выполненному на транзисторе VT1 и микросхеме DA1.

Пока напряжение входного сигнала не превышает порога срабатывания, транзистор закрыт и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 равно напряжению стабилизации стабилитрона VD6, что больше напряжения образцового источника микросхемы, которое может находиться в пределах 1,5 ...3 В. (Стабилитрон VD6 предотвращает пробой эмиттерного перехода транзистора дифферинциального каскада микросхемы обратным напряжением).

В момент, когда входной сигнал достигает уровня срабатывания устройства (напряжение на движке подстроечного резистора R5 - около 1,5 В), транзистор VТ1 открывается и напряжение на выводе 12 микросхемы DA1 становится меньше образцового.

В результате открывается регулирующий транзистор микросхемы, срабатывает реле К1 и громкоговоритель отключается от УМЗЧ, а обмотка реле подключается непосредственно к выходу выпрямительного моста VD1 - VD4.

При уменьшении выпрямленного напряжения до напряжения опускания реле устройство возвращается в исходное состояние. Аналогично ведёт себя устройство и при появлении на выходе УМЗЧ постоянного напряжения.

Порог срабатывания устанавливают подсроечным резистором R6. Конденсатор С3 предотвращает срабатывание устройства при кратковременном превышении сигналом порога срабатывания.

Минимальное напряжение сигнала, при котором устройство работоспособно, определяется напряжением срабатывания реле. В случае использывания реле РЭС-47 (паспорт РФ4.500.407-04) и деталей с указанными на схеме номиналами оно не превышает 5 В. Стабилитрон VD8 ограничивает напряжение на обмотке реле.

При отсутствии микросхемы К142ЕН1А можно применить К142ЕН1, К142ЕН2 с любым буквенным индексом. Диоды КД522Б можно заменить любым другим с обратным напряжением более 40 В, прямым током не менее 100 мА и максимальной частотой (КД51А, диодные сборки серии К542 и т.п.), стабистор КС107А - любым кремниевым диодом, транзистор КТ3412Б - любым маломощным кремниевым транзистором структуры n-p-n с допустимым напряжением коллектор - эмиттер не менее 40 В.

При изготовлении устройства для защиты громкоговорителей мощных звуковоспроизводящих устройств следует использовать диоды КД204А - КД204В, КД212А, КД212Б, КД213А, КД213Б и т.п., заменить реле РЭС-47 другим, с контактами, допускающими коммутацию больших токов, а если необходимо, и "умощнить" микросхему DA1 внешних транзисторов для обеспечения необходимого тока через обмотку реле.

Может случиться, что в момент срабатывания устройства будет возникать дребезг контактов реле. Предотвратить его можно, включив конденсатор ёмкостью 10...20 мкФ между выводами 16 и 8 микросхемы DA1 или резистор сопротивлением 1 кОм между её выводом 13 и базой транзистора VT1 (создав, таким образом, положительную обратную связь).

Схема защиты АС с применением резисторнорго оптрона

Предлагаемое устройство (рис.4)

Рис. 4. Принципиальная схема защиты акустических систем с применением резисторнорго оптрона.

обеспечивает защиту акусических систем (АС) от повреждения при появлении на выходах стереофонического усилителя постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Функции исполнительного элемента защиты выполняет резисторный оптрон U1. Работает он следующим образом. При появлении отрицательного или положительного постоянного напряжения на любом из выходных усилителей звуковой частоты (УЗЧ) через опрон начинает протекать входной ток и сопротивление его резистора резко уменьшается.

Как только величина постоянного напряжения достигнет 3-4 В (в зависимости от экземпляра оптрона), сопротивление это становится столь малым, что транзисторы VT1, VT2 закрываются, обмотка реле К1 обесточиваются и его контакты К1.1, К1.2 отключают АС от УЗЧ.

Стабилитроны VD1, VD2 ограничивают входной ток оптрона величиной 18 мА. Поскольку для стабилитронов Д815А допускается разброс напряжения стабилизации 15%, необходимо подобрать такие экземпляры, чтобы напряжение прикладываемое к светоизлучателю оптрона не превышало 5,5 В.

Дроссели L1, L2 ограничивают переменную составляющую входного тока оптрона до величины исключающей возможность срабатывания защиты. Они выполнены на магнитопроводах ШЛ12*12 и содержат по 1200 витков провода ПЭЛ-0,23. активное сопротивление каждого дросселя 36 Ом.

За счёт большого времени зарядки конденсатора С1 через резистор R1 обеспечивается задержка открывания транзисторов VT1, VT2, срабатывания реле К1 и подключения АС к усилителю.

В результате переходных процессов, возникающие в усилителе после его включения, затухают раньше, чем устройство подключит АС, поэтому щелчок в них не прослушивается.

При включении питания усилителя выключателем 8В1 контакты 1 и 4 последнего замыкаются, вызывая мгновенное закрывание транзисторов VT1, VT2. Естественно АС открывается от усилителя до начала в нём переходных процессов и щелчок в громкоговорителе также не будет слышен.

Устройство защиты АС питается от 2-хполярного источника питания усилителя мощности. При выборе элементов VT1, VT2, C1, R2, K1 следует учитывать величину напряжения источника.

При использовании реле РЭС-9, РЭС-22 устройство защиты можно дополнить системой сигнализации его срабатывания.(рис.5)

Рис. 5. Схема дополнения устройства защиты АС световой сигнализацией.

Описанное устройство разрабатывалось для конкретного усилителя с напряжением питания равным плюс-минус 15 В. В этом случае при появлении на одном из выходов усилителя максимальное напряжение, тепловая мощность, выделяемая на дросселях L1 или L2, не превышает 3 Вт, что исключает его значительный перегрев за время в течении которого может быть сделан вывод о неисправности усилителя мощности (УМ) и принято решение о его выключении.

Второй вариант схемы защиты с оптроном

При более высоком напряжении питания и отсутствии гарантий своевременного обнаружения момента срабатывания устройства защиты его можно собрать по несколько изменённой схеме (рис.6).

Рис. 6. Принципиальная схема устройства защиты акустических колонок, питание от -30 +30В.

В этом случае в момент срабатывания системы защиты питание усилителя мощности отключается. Светоизлучатель оптрона контактами К1.3 реле К1 подключается к источнику питания усилителя, что позволяет удерживать устройство защиты в режиме "Авария".

Кроме того, при отсутствии одного из напряжений 2-хполярного источника питания устройство защиты не подключает к нему УМ и отключает его, если одно из этих напряжений исчезнет. Загорание светодиодов сигнализирует о неисправности в усилителе или источнике питания.

В устройстве, собранном по схеме рис.3, реле К1 должно иметь 4 группы контактов на перелючение (РЭС-22, паспорт РФ4.500.130). Следует отметить, что такая схема системы защиты функции предотвращения щелчков в АС утрачивает.

Схема защиты АС, отключающая усилитель ЗЧ от сети

На рис.7 представлена схема устройства защиты АС , отключает усилитель от питающей сети.

Рис. 7. Принципиальная схема защиты акустических систем, отключающая усилитель ЗЧ от сети 220В.

Для включения усилителя нужно нажать кнопку SB1. При этом напряжение питания поступит на устройство защиты, срабатывает реле К1 и его контакты заблокируют кнопку SB1 так, что при её отпускании УМ остаётся подключенным к источнику питания.

Для отключения усилителя необходимо нажать кнопку SB2. Принцип этого устройства аналогичен описанному выше. Он срабатывает и отключает усилитель от сети при появлении постоянного напряжения на одном из его выходов или пропадании напряжения питания.

Кнопки SB1, SB2 без фиксации в нажатом положении КМ21, КМД2-1, а реле К1-РЭС-32, паспорт РФ 4.500.335-02 (или РЭС-22, паспорт РФ 4.500.130).

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 (рис. 8).

Рис. 8. 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. На рис. 9 показана возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

Рис. 9. Возможная конструкция защитного устройств с использованием пластинчатых теплоотводов.

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 задержки включения и защиты громкоговорителей

Принципиальная схема этого устройства показана на рисунке 10. Оно состоит из входного ФНЧ R1R2С1, реле времени на транзисторе VT1 и элементах R1 - R4, С1 и ключа на транзисторе VT2.

В момент включения питания конденсатор С1 начинается заряжаться через резисторы R1, R2. В течении времени его зарядки транзистор VT1 будет открыт, VT2 закрыт и ток через обмотку реле не потечёт.

Рис. 10. Схема устройства задержки включения и защиты громкоговорителей, собрано на двух транзисторах.

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 упадёт и он закроется, а связанный с ним ключевой транзистор VT2 откроется и через обмотку реле К1 потечёт 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 приведёт 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. Диод 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. Подойдёт 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.

Литература:

1. Войшилло А. - “О способах включения нагрузки усилителей НЧ” Радио 1979 № 11 с. 36, 37;
2. Корнев И. “Защита громкоговорителей” Радио’1960 № 5 с. 28;
3. Роганов В. “Устройство защиты громкоговорителей” Радио’1981 № 11 с. 44, 45; 1982 № 4 с. 62;
4. “Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1983 № 2 с. 61;
5. Барабошкин Д. “Блок защиты усилителя мощности” Радио’1983 №8 с. 62, 63;
6. Решетников О. “Устройство защиты на оптронах” Радио’1984 № 12 с. 53;
7. “Устройства защиты громкоговорителей” Радио’1986 № 10 с. 56-58.

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

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.

Представленное в данной статье устройство предназначено для защиты акустической системы (предотвращения повреждения акустической системы), подключенной к усилителю мощности звуковой частоты в случае возникновения аварийной ситуации (в случае появления постоянного напряжения на выходе усилителя мощности). Кроме того, данная схема обеспечивает задержку подключения акустической системы к усилителя для устранения слышимых переходных процессов (хлопков динамиков и других неприятных звуков) при включении усилителя.

Принцип работы данного устройства не нов и предельно прост: при отсутствии опасного постоянного напряжения на выходе усилителя (входе защиты), акустическая система с помощью контактов реле, через определенный короткий промежуток времени, подключается к выходу усилителя, в случае появления опасного постоянного напряжения на выходе усилителя реле размыкает свои контакты и акустическая система отключается от выхода усилителя.

Скелет схемы придуман не мной, его в разных вариациях часто можно встретить в промышленных аппаратах и за долгое время подобные схемы очень хорошо себя зарекомендовали.

Кратко перечислю особенности и технически характеристики данной схемы:
- независимая защита для каждого из двух каналов усилителя. При аварии в одном из каналов усилителя отключится только неисправный канал.
- встроенный стабилизатор напряжения позволяет питать устройство защиты непосредственно от плюсовой шины питания усилителя мощности.
- допустимый диапазон напряжений питания (+Vc) от 15 до 50В (при использовании реле с катушкой на 12В) или от 30 до 90В (при использовании реле с катушкой на 24В).
- время срабатывания защиты (отключения акустической системы) при появлении постоянного напряжения на выходе усилителя (на входе защиты):
0,7 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 5В);
0,25 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 15В);
0,15 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 25В);
0,07 сек (при постоянном напряжении на входе защиты 50В).
- минимальное постоянное напряжение на выходе усилителя (входе защиты) необходимое для отключения акустической системы +1В / -3,5В.
- время задержки подключения акустической системы к выходу усилителя с момента подачи напряжения питания - 3 сек.
- автоматическое подключение акустической системы к выходу УМЗЧ после исчезновения на его выходе опасного постоянного напряжения.
- время подключения акустической системы после исчезновения опасного постоянного напряжения на выходу УМЗЧ - 3 сек.
- моментальное отключение акустической системы от выхода усилителя мощности в случае обесточивания или неисправности устройства защиты.

Рассмотрим принцип действия схемы на примере одного из каналов устройства защиты (верхнего по схеме). При нулевом постоянном напряжении на входе схемы, оба входных транзистора VT2 и VT4 полностью закрыты. При подаче питания, начинает заряжаться конденсатор С3 через резистор R4, при достижении на обкладках конденсатора напряжения примерно в 1,2-1,5В (спустя примерно 3 сек после подачи питания), открывается транзистор VT6 и на катушке реле K1 появляется напряжение равное напряжению на выходе стабилизатора напряжения (VT1), контакты реле К1.1 замыкаются и выход усилителя соединяется с акустической системой. В случае аварийной ситуации, когда на входе схемы появляется постоянное напряжение величиной более минимального напряжения срабатывания устройства защиты, открывается один из транзисторов (VT2 или VT4) в зависимости от знака постоянного напряжения на входе - плюс или минус. Открывшийся транзистор шунтирует собой конденсатор С3 и база-эмиттерный переход транзистора VT6, что приводит к его закрытию, исчезновению напряжения на катушке реле и размыканию контактов К1.1. Акустическая система отключается от выхода усилителя мощности. Как только постоянное напряжение на входе устройства защиты опускается ниже минимального значения напряжения срабатывания защиты, транзисторы VT2 и VT4 закрываются, заряжается С3, транзистор VT6 открывается, на катушке реле появляется управляющее напряжение и акустическая система снова подключается к выходу усилителя мощности. Транзистор VT1 вместе с R2 и VD1, образуют простейший стабилизатор напряжения который дает возможность запитывать устройство защиты от плюсовой шины блока питания усилителя мощности или любого другого источника питания с напряжением от 15 до 90В.

В зависимости от величины имеющегося напряжения источника питания, которое будет использовано для питания защиты, целесообразно выбирать реле с катушкой либо на 12, либо на 24В. Это необходимо для снижения рассеиваемой мощности на транзисторе стабилизатора напряжения (VT1), который обязательно должен быть установлен на небольшом теплоотводе. Так при напряжении питания от 15 до 30В, необходимо использоваться реле с катушкой рассчитанной на 12В, а при напряжении питания от 50В и выше - реле с катушкой рассчитанной на 24В. При использовании источника питания с напряжением от 30 до 50В, допускается использовать реле с катушкой как на 12В, так и на 24В. При использовании реле с катушкой рассчитанной на 24В, в обязательном порядке необходимо заменить стабилитрон VD1 (1N4743, 13В), на стабилитрон с напряжением стабилизации 24В, например на 1N4749.

Рассмотрим схему сопряжения устройства защиты с платами усилителей мощностей, блоком питания и подключаемой акустической системой.

Все довольно наглядно и просто. Единственное насчет чего может возникнуть вопрос: зачем на печатной плате защиты две клеммы GND и какую из них использовать для подключения к блоку питания? Использовать можно любую из них.

Список радиоэлементов

Устройство для защиты от выхода из строя динамиков акустических систем

Часто, при включении усилителя, мы слышим неприятный "хлопок" в динамиках своей акустики. Если регулятор громкости был близок к максимуму громкости, то мы рискуем "спалить" динамики в своих АС. Для того, чтобы защитить динамики и собственные уши от "хлопков" переходных процессов в момент включения, необходимо либо принять специфические решения в схемотехнике самого выходного каскада усилителя, либо просто обеспечить подключение акустических систем к выходу усилителя с небольшой задержкой, достаточной для бесшумного пуска усилка...

Предлагаемое устройство обеспечивает задержку по времени в момент включения усилителя (время задержки регулируется от 1 до 6 секунд) и обеспечивает защиту дорогостоящих динамиков при выходе из строя - пробое транзисторов выходного каскада или специализированных микросхем - аудио усилителей. В случае пробоя в выходном каскаде акустические системы будут мгновенно отключены, останутся целыми невредимыми.

Данное устройство защиты может использоваться совместно с любым стерео усилителем мощности с напряжениями питания выходного каскада до ±50В. Само устройство питается от однополярного источника питания напряжением 12В. Защитное устройство собрано на плате размерами 70х45 мм.

Подключение проводов от усилителя, к разъёмам подключения АС и к источнику питания осуществляется при помощи винтовых клемм установленных на плате. Максимальный ток, коммутируемый реле составляет 10А. По заказу возможно изготовление устройств защиты на токи до 30А. Данным устройством можно дооборудовать любой существующий усилитель либо применить в "новострое".

Стоимость собранного и проверенного устройства: 160 грн.

Стоимость набора для сборки: 120 грн.

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 55 грн.