Opis montażu, uruchomienia i regulacji wzmacniacza

Opis montażu, uruchomienia i regulacji wzmacniacza

Opis montażu, uruchomienia i regulacji
wzmacniacza słuchawkowego HA2013.
_________________________________________
Prace nad powyższym zaczynamy od
weryfikacji wielkości otworów w padach
lutowniczych na pcb, może się zdarzyć, że jakiś
otwór, lub ich grupa będą zbyt małe, by przewlec
nogę danego elementu. Tak się dzieje zapewne w
przypadku otworów pod dedykowane słupki
pomiarowe, ale inne otwory też mogą być podlane
np. lakierem soldermaski. Zbyt małe otwory należy
rozwiercić za pośrednictwem właściwej grubości
wiertła.
Ja zastosowałem wiertło średnicy 1,0mm do
rozwiercenia wszystkich, zbyt małych otworków.
Były to otwory pod kołki pomiarowe TP1 do TP4,
otwory rezystorów R1, R2, R8, R14, R23, R24 i
R25, otwory dla diod Zenera D1 i D2, jak i otwory
dla kondensatorów C8, C9, C10 oraz C11. Te
ostatnie (C8 do C11) można zostawić takie, jak są,
ale ich średnica jest nieco „na styk”.
Pracując nad płytką warto też nieco
stępić jej krawędzie. Fazowanie krawędzi można
wykonać pilnikiem, lub kawałkiem papieru
ściernego umieszczonym na niewielkim klocku.
Najważniejsze jest, by stępić krawędź dolną, przylegającą do radiatora, podczas tej
czynności jednocześnie nieco zetniemy krawędzie padów tranzystora Q7 nie dopuszczając do
zwarcia ich z radiatorem.
Mając powyższe za sobą przechodzimy do następnego etapu.
Przygotowanie radiatora. Oczywiście każdy zastosuje tu coś innego, może to być
jeden wspólny dla obu kanałów element, lub dwa oddzielne radiatory. Może być umieszczony w
obudowie, lub stanowiąc element konstrukcyjny obudowy żebrami wystawać na zewnątrz.
Z racji dużej swobody wykonania wspomnianego coolera ograniczę się tylko do
wskazówek dotyczących rozmieszczenia otworów mocujących tranzystory i sam radiator do
płytek wzmacniaczy.
Poniższy rysunek przedstawia proponowane odległości nawierceń wiertłem o
średnicy 2,4 - 2,5mm. Takie otwory następnie nagwintujemy gwintownikiem M3/0,5. Podczas
wykonywania gwintów pamiętajmy o obfitym zwilżaniu gwintownika np. denaturatem, lub
innym spirytusem, a najlepiej naftą. Samą czynność gwintowania proponuję wykonywać z
dużym wyczuciem, bardzo łatwo jest wyłamać gwintownik, niszcząc tym samym też radiator.
Narzędzie po trochu wkręcamy i
cofamy zwilżając jednocześnie wspomnianym
płynem, zapobiegnie on klejeniu się aluminium
do obrabiającego ostrza i zacieraniu go w
materiale radiatora.
Rysunek po prawej stronie
przedstawia wymiary rozmieszczenia punktów
mocowania tranzystorów. Celowo jako punkt
odniesienia przyjęto pozycję w poziomie
jednego z otworów na pcb i powierzchnię
laminatu tegoż dla określenia wysokości. Taki
opis pozwoli wyznaczyć otwory na radiatorze o
dowolnym kształcie i wielkości.
Po zakończeniu wierceń i gwintowania radiator można wyszlifować papierem
wodnym na klocku, polecam granulację około 400 - 500, oczywiście czynność do wykonania na
mokro. Następnie chętni radiator mogą poanodować (operacja do zlecenia w zakładzie).
Dla solidnego połączenia radiatora z płytką warto dorobić metalowe kątowniczki z
nagwintowanymi otworami M3 do przykręcenia płytki, oraz z otworami fi-3 do przykręcenia do
radiatora. To mój pomysł, ale duża dowolność pozwala tu na utworzenie własnej koncepcji.
Radiator przygotowany, pora więc na dalsze czynności.
Kolejny krok to montaż części na płytce. Cały proces opiszę na przykładzie
jednego kanału.
Zaczynamy od zworek, następnie inna drobnica: małe rezystory, następnie
większe rezystory, diody i kołki pomiarowe. Po
wlutowaniu drobnych elementów lutujemy scalak
uPC1237, tranzystory (na razie pomijamy pary końcowe
mocy – one będą montowane na końcu, razem z
radiatorem), helitrimy (potencjometr wieloobrotowy),
małe kondensatory
MKP, MKT i elektrolityczne (z pominięciem
10000uF/35V), następnie złącza, rezystory
ceramiczne i przekaźnik.
Proszę pamiętać, że stosowanie
tranzystorów końcowych mocy 2SK2955 –
2SJ554 wymaga w miejscu R17zastosowania
rezystora o oporności 2,7KOhm, natomiast
parom końcowym 2SK1529 – 2SJ200 powinien
towarzyszyć rezystor R17 o oporności 2 KOhm.
W układzie dobrze jest zastosować pewne tranzystory sparowane ze sobą, oto ich
wykaz dla jednego kanału:
- Q1 i Q4 (2SA970GR)
- Q2 i Q3 (2SC2240GR)
- Q8 i Q9 (2SC3423Y i 2SA1360Y) – tu parowanie nie jest konieczne, ale można je wykonać.
Tranzystory 2SA970
i 2SC2240 umieszczone parami
obok siebie na płytce warto
połączyć termicznie. Można to
zrobić obkurczając na nich koszulkę
termokurczliwą, ja zastosowałem
klejenie. Doskonale sprawdza się tu
klej cyjanoakrylowy, lub zwykła
żywica epoksydowa.
W omawianej wersji wzmacniacza
został dodany układ kaskody, każdy może sam
zdecydować, czy montować go w układzie, czy
pominąć. Jeśli ma być pominięty wystarczy nie
montować rezystora R35, oraz tranzystora Q12.
W pady przeznaczone dla wyprowadzenia C i E
tranzystora Q12 lutujemy natomiast zworę.
Przedstawia to widoczny obok rysunek.
Zamiast termistora TH1 można
ostatecznie wlutować rezystor smd o wartości 180 do
240 Ohm. Spowoduje to znaczne spowolnienie
nagrzewania się układu do optymalnej temperatury, a
tym samym dłuższy czas oczekiwania na
ustabilizowanie się założonych parametrów układu.
Czas na wlutowanie kondensatorów 10000uF/35V.
Teraz można do radiatora przykręcić tranzystory. Tranzystory mocy wymagają
izolacji podkładkami silikonowymi lub mikowymi, natomiast małe (2SC3423) nie mają
odkrytych części metalowych obudowy, ale dla lepszego połączenia termicznego z radiatorem
trzeba je posmarować pastą silikonową, lub również umieścić na podkładkach silikonowych,
które w tym wypadku spełnią rolę medium do lepszego kontaktu termicznego z płytą radiatora.
UWAGA! – tranzystory 2SC3423 (Q7) na radiatorze montujemy stroną z
symbolami do zewnątrz, do radiatora skierowana jest więc zupełnie gładka, bez symboli strona
tego elementu. Pozostałe tranzystory w tych samych obudowach (sterujące Q8 i Q9) montujemy
stroną z symbolami zwróconą w kierunku przekaźnika.
Mając równo przykręcone do radiatora tranzystory zestawiamy całość z pcb,
pilnując jednocześnie by nogi wszystkich tranzystorów bez zbędnych naprężeń znalazły się w
swoich otworach.
Przykręcamy radiator za pośrednictwem wykonanych wcześniej metalowych
kątowniczków do płytki, teraz możemy zalutować nogi umieszczonych na radiatorze
tranzystorów w ich padach na pcb.
Zakładam, że na tym etapie mamy już na płytce wszystkie części, teraz możemy
umyć całość z kalafonii i ewentualnie innych zanieczyszczeń w alkoholu izopropylowym (np.
IPA), polecam kuwetę i miękki pędzelek.
Obok zdjęcie zmontowanej
- z małymi wyjątkami płyty wzmacniacza, oraz
zamontowanym na próbę
radiatorem.
Foto – Jeremy.
Teraz czas na ważną część pracy – oglądamy wszystko dokładnie zwracając
szczególną uwagę na polaryzację diod, kondensatorów elektrolitycznych, układ
tranzystorów i czy nie ma zwarć zarówno od strony druku, jak i elementów.
Omomierzem sprawdźmy również czy blaszka któregoś z tranzystorów mocy
nie ma połączenia galwanicznego z radiatorem.
Jak już wszystko sprawdzimy to znowu sprawdzamy, ale teraz dwa razy!
Kolejny etap to okablowanie.
Proponuję nie tyle zaciskać odizolowane
części przewodów w konektorkach, co je
lutować. Zacisnąć jak najbardziej można, ale tę
część, gdzie jest jeszcze izolacja. Ci, co takie
czynności już wykonywali wiedzą ile to
wymaga precyzji. Warto jednak zrobić to
solidnie, by uniknąć przerw i nietrwałości
połączenia.
Proszę zwrócić szczególną uwagę na układ połączeń, schemat i jego analiza z
płytkami w rękach są tu nieodzowne. Każdy może użyć innych złącz, a niektórzy pewnie
nie będąc przekonanymi do tych ostatnich zechcą wszystko lutować.
UWAGA! – cały proces uruchamiania i regulacji wzmacniacza
przeprowadzamy BEZ PODŁĄCZONYCH słuchawek!
Do złącza X1 podłączamy dwukolorową diodę LED ze wspólną katodą – patrz
schemat. Natomiast złącze JP1 możemy zewrzeć jumperkiem.
Złącze JP1 - jeśli jest rozwarte wzmacniacz będzie wymagał wyłączenia i
ponownego włączenia zasilania po zadziałaniu zabezpieczenia słuchawek. Natomiast złącze JP1
zwarte jumperem spowoduje samoczynne powtórne aktywowanie wyjścia słuchawkowego po
ustaniu przyczyny jego rozłączenia. Można więc dowolnie tę funkcję skonfigurować.
Mając gotowe, w pełni poskładane moduły spróbujmy je zasilić. Weźmy jeden z
nich i do złącza AC podłączmy wtórne uzwojenia transformatora.
Transformator sieciowy podłączony powinien być następująco:
Dwa jednobarwne przewody stanowiące wyprowadzenie skrajnych końców uzwojenia wtórnego
muszą być połączone ze skrajnymi przyłączami gniazda AC, natomiast środkowy przewód,
stanowiący odczep uzwojenia wtórnego transformatora łączymy ze środkowym przyłączem
gniazda AC. W przypadku dedykowanych transformatorów z firmy Toroidy.pl ich okablowanie
jest dokładnie opisane na etykietach.
Zdjęcie przedstawia okablowanie
wtórne transformatora z zamocowaną kostką
złącza AC.
Graficznie połączenia uzwojeń transformatora można przedstawić następująco:
---^^^^^^---^^^^^^--15V
pomarańczowy
skrajny
0
biały
środkowy
15V
pomarańczowy
skrajny
- kolory są przykładowe.
- pad złącza AC
Generalnie mamy dwie różne dedykowane wartości napięć zasilania:
1 – 2x15V/20VA na kanał w przypadku użycia wzmacniacza do napędzania słuchawek
2 – 2x20V/40VA na kanał w przypadku użycia wzmacniacza również do napędzania głośników.
Przechodzimy do następnego etapu – pracy pod napięciem.
Przyjmijmy, że wersja podstawowa wzmacniacza zasilana jest
napięciem zmiennym o wartości 2x15V na kanał.
Czas na pomiary napięć zasilających. Zakładam, że mamy podłączony
transformator zasilający wyposażony w przewód sieciowy 230V-AC z wtyczką.
Włączamy wtyczkę do gniazda sieci 230V-AC i Stajemy woltomierzem
cyfrowym ustawionym na zakres pomiaru napięcia stałego (DMM-VDC) jednym biegunem na
masie (np. jedna z 5 zworek pomiędzy elektrolitami 10000uF, przy krawędzi płytki), drugim zaś
najpierw na środkowej nodze tranzystora mocy FET3 – odczytujemy wartość napięcia, następnie
na środkowej nodze FET4 – tu również dokonujemy odczytu.
Wskazane przez DMM napięcia powinny się zawierać w granicy około + i – 19V
(dla zasilania trafem 2x20V około + i – 27V), są to wartości czysto teoretyczne i mogą nieco
odbiegać od tych założeń, tu ważna jest nie tyle sama wartość napięcia, co różnica między
napięciem dodatnim, a ujemnym, ta różnica nie powinna być większa niż 1V.
UWAGA! Jeśli te napięcia są mocno zaniżone lub bliskie zeru mogło się zdarzyć,
że mimo zasilenia niewyregulowanego jeszcze wzmacniacza gwałtownie wzrosła temperatura
bezpieczników polimerowych F1 i F2, co spowoduje zwiększenie ich oporności i znaczny
spadek napięcia za nimi. W tej sytuacji należy wyłączyć zasilanie i przeregulować o kilka
obrotów helitrim VR1 np. w prawo.
Jeśli po włączeniu zasilania problem występuje nadal należy ponownie
wzmacniacz wyłączyć, a helitrim pokręcić tym razem w lewo tak, by go cofnąć do pozycji
pierwotnej i dołożyć jeszcze kilka obrotów. Ponownie włączamy zasilanie i dokonujemy
pomiaru napięć.
Jeśli napięcia zasilania są prawidłowe przechodzimy do kolejnych pomiarów.
Czas na pomiar napięć stabilizowanych. Tu jedną sondę DMM-VDC stawiamy na
masie wzmacniacza (jak poprzednio), a drugą na umieszczoną bliżej krawędzi płytki nogę
rezystora R3 – dokonujemy odczytu i przenosimy sondę pomiarową na punkt pomiarowym TP2–
tu również wykonujemy pomiar. Wskazane wartości powinny wynosić około + i – 14 do 15V
(dla zasilania z trafa 2x20V te napięcia są takie same jak dla zasilania z trafa 2x15V).
Jeśli napięcia są w normie i nic nie dymi wyłączamy zasilanie i przechodzimy do
kolejnego etapu.
Regulacja.
Czynności te wymagają by dokonać zwarcia wejścia sygnału do masy, łączymy więc ze sobą
oba piny złącza „IN”.
Stajemy sondami DMM-VDC na punktach pomiarowych TP1 i TP2 (jedna
sonda miernika do TP1, a druga sonda do TP2). Włączamy zasilanie i obserwując wskazanie
napięcia doprowadzamy kręcąc helitrimem VR2 do wartości 0,7V (dla zasilania trafem 2x20V
wartość ta jest taka sama i również wynosi 0,7V).
Wyłączamy wzmacniacz i przekładamy sondy na punkty pomiarowe TP3 i TP4.
Kręcąc helitrimem VR3 doprowadzamy do wskazania 0,020V do 0,023V (20mV do 23mV) co
odpowiada prądowi spoczynkowemu na poziomie 200 do 230mA (dla trafa 2x20V te wartości
mogą być nieco większe, np. 25 do 27mV – czyli 250 – 270mA prądu spoczynkowego).
Kolejna czynność to regulacja wartości tzw. DC”0”, czyli sprowadzenie
wzmacniacza do pracy z minimalnym napięciem stałym na wyjściu sygnału (Out).
W tym celu podłączamy jedną sondę DMM-VDC do masy wzmacniacza (jak
poprzednio – np. zworki przy kondensatorach 10000uF/35V), a drugą stawiamy na punkcie
pomiarowym TP3, teraz kręcąc helitrimem VR1 doprowadzamy do wskazań minimalnej
wartości napięcia stałego. To napięcie nie powinno być wyższe niż +/- 10mV.
Jeśli wcześniej nie słyszeliśmy klikania przekaźnika, to po tych regulacjach, w
kilka sekund po włączeniu zasilania powinien być słyszalny jego stuk, natomiast jeśli mamy
podłączoną podwójną diodę LED powinna ona zmienić kolor świecenia - świadczy to o
prawidłowej pracy układu opóźniającego załączenie wyjścia słuchawkowego.
Ostatnim punktem do regulacji jest helitrim VR4, ustawiamy nim czas zwłoki
załączenia przekaźnika. W położeniu środkowym ślizgacza helitrimu zwłoka wynosi ok. 4
sekund. Wymaga to trochę cierpliwości, ale warto tak wyregulować VR4, by oba kanały były
załączane z podobnym opóźnieniem.
Teraz poczekajmy aż wzmacniacz porządnie się nagrzeje – min. 40 minut i
powtórzmy wszystkie regulacje jeszcze raz.
W zasadzie można by już podłączyć źródło sygnału audio oraz słuchawki i
słuchać muzyki, ale….
Ale lepiej sprawdźmy jeszcze reakcję układu zabezpieczającego słuchawki na
pojawienie się napięcia stałego na wyjściu wzmacniacza.
W tym celu należy usunąć zworę na złączu wejściowym „IN” i podłączyć do
niego układ jak na rys.2.
Rys.2 – polaryzacja dodatnia.
Rys.3 – polaryzacja ujemna.
Jest to klasyczny potencjometr do regulacji głośności, za pomocą którego
będziemy „pompować” coraz to wyższe / niższe napięcie stałe na wejście wzmacniacza, aż do
zadziałania zabezpieczenia. Zakładam, że do złącza X1 cały czas mamy podłączoną
dwukolorową diodę LED – ułatwi nam ona obserwację stanu zabezpieczenia.
Teraz podłączamy baterię 1,5V biegunem dodatnim do złącza BAT-1,
a ujemnym do BAT-2 (patrz rys.1).
Następnie podłączamy DMM-VDC do masy i punktu pomiarowego TP3.
Włączamy zasilanie wzmacniacza i powoli podkręcając potencjometr
obserwujemy rosnące wskazania DMM. W pewnym momencie powinien zareagować układ
zabezpieczeń i wyłączyć przekaźnik, a dioda LED zmienić kolor świecenia na czerwony, dla
napięcia dodatniego wartość pomiaru nie powinna wtedy przekraczać 1,4V.
Po zaliczeniu tego testu odwracamy biegunowość baterii 1,5V, czyli teraz jej
minus łączymy z BAT-1, a plus z BAT-2 (obrazuje to rys.3). Po takim połączeniu powtarzamy
pomiar napięcia na wyjściu ponownie powoli kręcąc potencjometrem, tym razem mamy do
czynienia z napięciem ujemnym. Przekaźnik powinien się wyłączyć, a dioda LED zmienić kolor
świecenia na czerwony kiedy wartość tego napięcia nie spadnie niżej niż -1,2V.
Koniecznie wykonajmy ten pomiar dla obu kanałów.
Pozytywny wynik całego sprawdzianu oznacza możliwość 100% bezpiecznego
podłączenia słuchawek.
Podłączmy więc do płytek gniazdo słuchawkowe , do wejścia natomiast
ekranowany kabelek doprowadzający sygnał audio (z regulowanego źródła lub przez
potencjometr regulacji głośności.
Podłączmy słuchawki (może na pierwszy raz jakieś, z którymi nie jesteśmy zbyt
mocno emocjonalnie związani).
Jeżeli po podaniu sygnału audio na wejście wzmacniacza włącza się
zabezpieczenie (słychać kliknięcie przekaźnika a dioda LED zmienia kolor świecenia) oznacza
to najprawdopodobniej, że nasze źródło sygnału nie posiada na wyjściu kondensatora
separującego, lub jego konstrukcja w inny sposób nie zapobiega pojawianiu się na wyjściu
sygnału składowej stałej.
Ta sytuacja wymaga zastosowania przed potencjometrem regulacji głośności
naszego wzmacniacza włączonego szeregowo kondensatora separującego ową składową stałą.
Może to być bipolarny kondensator elektrolityczny lub lepiej typu MKP o
wartości ok. 10uF (chociaż w protoplaście HA-5000 zastosowano aż 100uF - Nichicon ES, ale
tego ostatniego nie polecam). Najlepiej w tym miejscu zastosować dobry, dedykowany do audio
kondensator z dielektrykiem z folii polipropylenowej (MKP).
Jeśli już uporaliśmy się z prawidłowym zasileniem wejścia, czas na odsłuchy.
Naciskamy PLAY lub ENTER i podkręcamy nieco głośność!
Czy muzyka gra?
Mam nadzieję, że tak!
Dla prawidłowej, optymalnej pracy wzmacniacza dobrze jest wyposażyć go w
najlepiej metalową obudowę, która będzie połączona z masą układu – zastosowanie tu mają
ogólne standardy dotyczące łączenia mas. Można np. spróbować ustanowić punkt centralny
masy na gnieździe słuchawkowym, lub przyjąć w tym celu jakiś, wybrany eksperymentalnie
punkt na obudowie. Analiza prowadzenia mas na pcb skłania do wniosku, że pociągnięcie do
gniazda słuchawkowego przewodu masowego zarówno z pinu masy złącza OUT, jak i z oczka
centralnego znajdującego się pomiędzy kondensatorami CA i CB nie spowoduje żadnego
zapętlenia. Pamiętajmy też, że połączenia z masą, np. z metalową obudową, lub - jeśli to jest
niemożliwe – kabelkiem z punktem centralnym masy wymaga metalowa obudowa
potencjometru regulacji głośności.
Niestety, trzeba mieś świadomość, że w sytuacji wykorzystywania przez
użytkowników różnych obudów trudno jest doradzić konkretne prowadzenie mas. Niestety, ale
na tym polu indywidualne eksperymenty mogą okazać się nieodzowne.
Życzę zadowolenia z odsłuchów!
Robertinus