Do nagłośnienia dużych pomieszczeń niezbędny jest wzmacniacz o dużej mocy wyjściowej. Zbudowanie taniego wzmacniacza o mocy 1000W w warunkach amatorskich jest niemożliwe. Lepszym, niejednokrotnie jedynym rozwiązaniem jest zastosowanie dwóch wzmacniaczy pracujących w układzie mostkowym. Aby dwa wzmacniacze pracowały poprawnie, niezbędny jest jednak prezentowany układ mostka. Mostek doskonale współpracuje z zestawem
Wzmacniacze mocy m.cz. należą do tematów i projektów najczęściej powracających na łamy czasopism przeznaczonych dla elektroników hobbystów. Rynek komponentów elektronicznych nieustannie zalewany jest coraz większą różnorodnością układów scalonych przeznaczonych do zastosowań w stopniach końcowych mocy m.cz. Konstrukcje takie są tanie i co najważniejsze proste do uruchomienia nawet przez nowicjusza. Jednocześnie dają szybki efekt w postaci działającego wzmacniacza. Przez ostatnie kilka lat wśród takich rozwiązań niepodzielnie królowały proste konstrukcje o mocy wyjściowej kilka lub kilkadziesiąt wat w zależności od parametrów zastosowanego układu scalonego. Wraz z unowocześnieniem klasy AB i pojawieniem się scalonych wzmacniaczy klasy D zaczęły pojawiać się opisy prostych rozwiązań wzmacniaczy o mocach przekraczających 100W. Przykładem nowych trendów i rozwiązań w dziedzinie scalonych wzmacniaczy mocy może być układ TA1101B amerykańskiej f-my Tripath. Układ ten jest prekursorem nowej klasy T, która zbliżona jest do powszechnie znanej klasy D. Podstawowym źródłem stosunkowo dużych zniekształceń we wzmacniaczach klasy D jest niska częstotliwość próbkowania oraz rozrzut parametrów zastosowanych w nich tranzystorów wyjściowych. W układzie TA1101B dzięki zastosowaniu mikrokontrolera do sterowania tranzystorami mocy wprowadzono zmienną częstotliwość próbkowania 50kHz-1,5MHz oraz skomplikowany algorytm dopasowania sterowania do parametrów użytych tranzystorów. Wszystkie te silne strzeżone patentem zabiegi doprowadziły do powstania rozwiązania, które w postaci układu TA1011B wzbogaconego o cztery wysokoprądowe tranzystory MOS i kilka elementów dyskretnych na obwodzie drukowanym o wymiarach 100x160mm, umożliwia zmontowanie wzmacniacza 2x500W, a w układzie mostkowym 1500W. Jednak ze względu na „gigantyczną” cenę układ ten na pewno w najbliższym czasie nie będzie prezentowany na tamach „NE” w postaci kitu do samodzielnego składania. Pozostając na ziemi, a więc w realiach otaczającej nas rzeczywistości spróbujmy się zastanowić jak zbudować taki „gigant” przy zastosowaniu w miarę tanich, a więc dostępnych dla czytelników rozwiązań. Zbudowanie wzmacniacza o bardzo dużej mocy wyjściowej np. 1000-2000W nie stanowi większego problemu, przynajmniej w części teoretycznej. Należałoby się raczej zastanowić nad zasadnością chęci posiadania wzmacniacza o tak dużej mocy, do zasilania którego potrzebaby transformatora sieciowego o wadze kilkudziesięciu kilogramów. Jak wiadomo moc, jaką jest w stanie oddać wzmacniacz to P=Usk2/R. Znając impedancję głośnika wystarczy do odpowiedniej wartości podnieść napięcie zasilania stopnia końcowego i w tym momencie zaczną się problemy. Zasilanie stopnia końcowego w celu uzyskania odpowiednio dużej mocy np. napięciem np. +/-100 daje napięcie różnicowe w stopniu końcowym 200V i moc wyjściową ok. 1000W przy impedancji głośnika 4R. Tak wysokie napięcie wiąże się z wieloma problemami nie tylko w wyborze odpowiednich tranzystorów, bo te są jeszcze osiągalne, ale większych problemów dostarcza sama konstrukcja mechaniczna np: odległości pomiędzy ścieżkami na obwodzie drukowanym, zapewnienie odpowiedniej wysokonapięciowej izolacji tranzystorów od radiatora, a największy problem stanowi zasilanie oraz zdobycie odpowiedniego transformatora i kondensatorów elektrolitycznych na tak wysokie napięcie. Alternatywnym rozwiązaniem dla klasycznego wzmacniacza dużej mocy zasilanego wysokim napięciem jest zastosowanie dwóch wzmacniaczy mocy zasilanych napięciem +/-55V i połączenie ich w tzw. układ mostkowy. To proste rozwiązanie, które polega na równoległej pracy dwóch identycznych wzmacniaczy sterowanych sygnałem o odwróconej fazie, pozwala podwoić wartość napięcia na głośniku, przy jednoczesnym czterokrotnym wzroście mocy wyjściowej, która będzie równoważna wzmacniaczowi zasilanego napięciem +/-100V. To proste rozwiązanie jest tematem naszego opisu, a prezentowany układ pozwala na przystosowanie dowolnych wzmacniaczy mocy do pracy mostkowej, choć pierwotnie był przeznaczony do współpracy z dwoma wzmacniaczami 250W
Budowa i działanie
Schemat ideowy układu przedstawia rys.2. Jak widać układ jest niezwykle prosty i zawiera tylko dwa układy scalone i garstkę elementów biernych. Sygnał m.cz. podany jest na wejście J1, a poprzez kondensator C1 na wejście wzmacniacza dopasowującego ICA, który pracuje jako wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu ustalonym za pomocą rezystorów R1 i R2. Obciążenie stopnia wejściowego stanowią dwa wzmacniacze IC2A, IC1B. Wzmacniacz IC2A pracuje jako wtórnik napięciowy i posiada wzmocnienie napięciowe równe jedności. Wzmacniacz IC1B pracuje jako wzmacniacz odwracający również o wzmocnieniu równym jedności, ale napięcie wyjściowe jest przesunięte w fazie o 180 stopni względem napięcia na wyjściu IC2A. Punkt pracy wzmacniaczy pracujących w torze sygnałowym wyznacza napięcie otrzymywane z wtórnika napięciowego IC2B spolaryzowanego rezystorami R6 i R7. Składowa stała na wyjściu układu jest zależna tylko od napięcia zasilania i wynosi około jeden napięcia zasilania. Układ jest bardzo elastyczny i można go zasilać dowolnym napięciem w przedziale 10-15V np. z przedwzmacniacza, w przypadku braku takiego należy zastosować układ obniżający dodatnie napięcie zasilania wzmacniacza mocy do wartości ok.12V. Można do tego celu wykorzystać np. stabilizator LM7812, pamiętając o dopuszczalnym napięciu wejściowym wspomnianego stabilizatora i konieczności zastosowaniu rezystora szeregowego o odpowiedniej mocy.
Montaż i uruchomienie
Układ zmontowano na jednostronnym obwodzie drukowanym, którego mozaikę ścieżek oraz rozmieszczenie elementów przedstawia rys. 1. Układ zawiera bardzo mało elementów, stąd montaż j est prosty i bardzo szybki. W pierwszej fazie nie należy montować kondensatora C2. Poprawnie zmontowany ze sprawnych elementów układ działa od pierwszego włączenia i nie wymaga uruchomienia i regulacji, a jedynie sprawdzenia poprawności działania. Do przetestowania układu niezbędny byłby oscyloskop dwukanałowy, jednak nie wszyscy go posiadają, stąd podajemy prostszą metodę wykorzystującą jedynie multimetr cyfrowy, który powinien się znajdować w pracowni każdego elektronika amatora. Najpierw mierzymy wartość napięcia na końcówce 3 IC1A. Powinno wynosić 1/2 napięcia zasilania. Następnie należy pomiędzy kondensator C1, a rezystor R1 doprowadzić dodatni biegun napięcia, a ujemny biegun podłączamy do końcówki 3 IC1A. Doprowadzone napięcie powinno być dobrze odfiltrowane i o wartości ok. 1-2V. Może to być np. pojedynczy paluszek R6 1,5V. Teraz mierzymy napięcia na wyjściach IC2A i IC1B względem końcówki 3 IC1A i zapisujemy. Następnie zmieniamy biegunowość przyłożonego napięcia i ponowne dokonujemy pomiaru. Jeżeli otrzymane wyniki w drugim pomiarze będą identyczne z pierwszymi, a występować będą na przeciwległych wyjściach, możemy uznać że układ jest symetryczny, w przeciwnym przypadku należy skorygować za pomocą rezystorów R4 i R5 wzmocnienie wzmacniacza IC1B. W niektórych egzemplarzach układów NE5532 może zajść potrzeba zastosowania kondensatora C2, który zabezpieczy układ polaryzacji toru sygnałowego przed wzbudzaniem się. Wartość C2 należy dobrać w zakresie 10-100nF. Układ symetryzatora należy połączyć z dwoma dowolnymi wzmacniaczami mocy. Taka konfiguracja jest w stanie dostarczyć do obciążenia gigantyczną moc około 1000W. Przy tak ogromnej mocy należy pamiętać o odpowiednim zwiększeniu powierzchni radiatorów, a w przypadku pracy z pełną mocą może zaistnieć konieczność zmiany tranzystorów stopnia mocy na inne o większych dopuszczalnych prądach. Jeżeli nie zależy nam na tak dużej mocy, a układ mostkowy ma nam zapewnić „tylko” 500W mocy wyjściowej można obniżyć napięcia zasilania wzmacniaczy mocy do wartości ok. +/- 40V.
Wykaz elementów:
R1,R2 – 22kΩ
R3 – 51Ω
R4,R5 – 10kΩ
R6,R7 – 100kΩ
C1 – 4,7μF/16V
C2 – 10 – 100nF
C3 – 10μF/16V
C4 – 100μF/25V
C5 – 100nF
IC1,IC2 – NR5532
Schemat ideowy:
