Categories
Projektek

Kicsit a JLH erősítőről és a hozzávaló hangszóróvédelemről

Ebben a cikkben John Linsley Hood 10 W-os A-osztályú végfokához épített félig – meddig saját védő – és vezérlő áramkörről lesz szó.
Szerettem volna mindig is egy saját erősítőt építeni, valami olyasmit, amit ha egyszer elkészítek, kicsit büszkeséggel tölt el. Hood 1969 – ben – ezelőtt 50 évvel – tervezett egy A-osztályú kapcsolást, ennek a szintén Hood által továbbfejlesztett 2001-es változatát építettem után.

Emlékszem annak idején  elektronika gyakorlaton gyakran előkerült a téma valakitől hogy x száz wattos erősítőt akar építeni. Akkoriban én is nagyon szerettem volna valami nagyobb teljesítményűt, de emlékszem hogy a kis sufnimban mindig mindent bontott alkatrészekből tettem össze – pénz híján – így ez mindig csak álom maradt. Természetesen más sem épített aztán ekkora teljesítményű erősítőt. Az oktatónk persze midig elmosolyodott, és halkan ecsetelte, hogy “Emberek… Nem kell 100 wattokkal dobálózni. Ha én felhangosítom az 5 Wattos televízíómat, akkor mi leszünk felháborodva, hogy halkítsa le. Visszagondolva igaza volt. Azok a fadobozos TV-k eléggé tudtak kiabálni, nem is beszélve arról, hogy egyik – másiknak elég jó hangja is volt. Régi szép idők… De miért is mesélem el ezt? Azért, mert amikor nekifogtam ennek a projektnek, nem voltam benne teljesen biztos, hogy elégedett leszek – e ezzel az erősítővel. Ha te is ezen gondolkozol, akkor ne aggódj, az öregnek igaza van a wattokat illetően, mert elegendő hangod ad ki majd magából ahhoz, hogy behangosítson egy szobát, vagy egy nappalit.

Nagyon sok helyen lehet olvasni az erősítőről, az egekbe dícsérik a hangját, én mondjuk nem vagyok vájtfülű, de ilyen hangcuccom még nem volt. Na de mi az az  A- osztály? Ez adja meg az erősítők minőségét? Nem igazán.Ez az jelenti, hogy a tranzisztorok mindig nyitva vannak, meg azt is, hogy fűt mint egy kályha, de cserébe elég alacsony torzítást kapunk. Ezen felbuzdulva, mint egy kisgyerek azt mondtam magamban – mint ahogy mindenki más is gondolná – oké, nekem ez kell.
Jó oké.. De hogyan fogod utánépíteni ezt a kapcsolást? A jó hír, hogy a hobbielektronika.hu ehhez kapcsolódó fórumában, és egy cikkében is elég részletesen le van írva mi a teendő, és ott ráadásul elég sok hozzáértő ember is van, innen is köszönöm nekik a segítséget.

Ha már van egy működő kapcsolásunk, akkor ezt valamilyen fogyasztható formába is kell önteni – elvégre nem heverhet csak úgy az asztalon – és hangszóró védelmet is szeretnénk mellé.
Eredetileg egy saját házat álmodtam meg, de aztán úgy alakult, hogy a melóban kiselejteztek egy elég dizájnos szünetmentes tápot. Sajnáltam, hogy kidobják ezért megmentettem, és beleköltöztettem az erősítőt.
Egyébként ez egy mániám, hogy mindent gyűjtök, elrakok, mert az jó lesz még egyszer. Olyannyira, hogy a hűtőbordákat is onnan mentettem, meg a vezérlőm néhány alkatrészét is. Valahogy megmaradt a gyerekkoromból…
Na de visszakanyarodva, Mivel a ház adott volt, és volt az előlapján egy kijelző is, arra gondoltam, hogy ezt is hasznosítani lehetne, ha már van benn. Na a kijelzőt nem tudtam meghajtani, mert nem volt ráírva hogy “hé Jóska! Ez ilyen kijelző …”. Sebaj.. Szereztem egy körülbelül akkora ILI9431 TFT-t, hogy majd az lesz akkor benne. Aztán gondolkoztam, hogy mit kezdjek egy kijelzővel egy erősítőben. Ekkor állt össze nagyjából, hogy majd ezen az interfészen keresztül fogom vezérelni az erősítőt, információt fog szolgáltatni annak az állapotáról, és jól megvédi a kis hangdobozaimat is.

Mit is tudjon ez a kis áramkör?
Először is ez kapcsolja be és ki a transzformátort. Ha a transzformátort bekopcsoljuk, a kicsatolókondenzátorok elkezdenek eszméletlenül tölteni. Persze a hangszóróinkon keresztül amit mi nem akarunk, mert akkor puffogni fog és amúgy sem feltétlenül egy jó dolog. Erre a megoldásra a már említett fórumban azt javasolták, hogy egyszerűen zárjam rövidre a töltés idejére kimenetet. Mi van??
Igen. A rövidzáron keresztül – ami esetünkben egy relé – fog feltöltődni a kicsatolókondenzátor, így a hangszórónkat megkíméli. A kondenzátorok feltöltése után megszüntetjük a rövidzárat, így szabaddá téve a hangszórókat.
Ezenkívül van még más valami is, amire figyelni kell. A hangszórók nagyszerűen elvannak a rájukkapcsolt váltakozó feszültséggel. A tekercs leng, hűti a levgő, de az erősítő meghibásodása miatt egyenfeszültség kerülhet a kimenetre, akkor az rövid úton tönkre fogja tenni a hangszórónkat. A kapcsolás rendelkezik tehát egy egyenfeszültségvédelmi áramkörrel, ami ha egyenfeszültséget érzékel az erősítő kimenetein, akkor beavatkozik.
Ezzel már mindenki boldog is lehetne, de volt úgy nem egyszer hogy bekapcsolva felejtettem az erősítőt. Télen még örülnénk is neki, de nem feltétlenül akarjuk azt, hogy csak úgy fűtsön a világba. Ezt megelőzve szükség van egy jelérzékelő áramkörre is, hogy a vezérlés tudja ha már nem hallgatunk zenét, és kapcsolja inkább le az erősítőnket egy megadott idő után.
Jut eszembe fűtés.. ! Mivel a hűtőbordáim eléggé “éppenhogyak”, ezért arra is szükségem volt, hogy tudjam mennyi az éppen aktuális hőmérséklet, és szükség estén a vezérlés közbeavatkozzon. Sokan azt vallják, hogy 50 -60 fokos hőmérséklet az ideális az erősítő számára – ezt mindenki saját magának be tudja állítani -, de nekem volt hogy 12 órán keresztül közel 100 C fokon főtt, és köszöni jól van (A 2N2035 adatlapja olyan 120 fok körüli lapka hőmérsékletet határoz meg maximumként, ami persze gyártónként eltérő lehet). Szó ami szó, túlmelegedés esetén kapcsoljon le az erősítő.
A kapcsolás figyelmeztet ezenkívül egy olvadóbiztosító hibája esetén is.
Nem titkolt szándékom, hogy sok ember építse után ezt a kis áramkört, és lelje kedvét benne, ezért a menü rendszer 3 nyelven is tud, és persze az egész forrás megtalálható a github-on.

Most hogy összeállt, hogy mit is kéne tudni a vezérlőáramkörnek, ideje összeszedni azt is, hogy miképpen legyen megvalósítva. A DC – és jelérzékelő áramkört az Elliot Sound Products oldalon fellelhető kapcsolások alapján állítottam össze (Az oktatóm egyszer azt mondta, hogy ne akarjam újra feltalálni a kereket, azt már megtették mások. Produktivitás szempontjából milyen igaza van, aki tanulni szeretne annak meg van ideje).

Lássuk hát magát a vezérlőáramkört.

A képet új lapon megnyitva kilehet nagyítani.

A kapcsolás lelke egy STM32F103, ami egy ARM mikrokontroller, 72 MHz -es maximális órajellel. A feljesztés korai szakaszában egy STM32F429 Discovery board-öt használtam, ami 180 MHz-en pörgött, így jóval gyorsabban ment a kirajzolás az SPI kijelzővel (tulajdonképpen szinte észre sem lehetett venni), de szerintem alacsonyabb órajelen is használható a vezérlő.

Természetesen aki szeretné, az egy F4-es szériájú kontrollert is használhat ami sokkal gyorsabban matekol: Elméletileg létezik ugyanilyen láb- és periféria kiosztásban ilyen, így a nyákot nem szükséges áttervezni, csupán erre a vezérlőre kell fordítani majd a forrást.
A hőmérsékletet kettő darab LM75 érzékeli, amik I2C-n kommunikálnak a mikrovezérlővel. A beállított paramétereket egy 24LC64 EEPROM-ban tárolja el, ami szintén I2C kommunikációt használ. Azért választottam külső megoldást, mert nem akartam vesződni a kontroller flash-jével.
Ez a piciny memória ugyanakkor filléres alkatrész, amúgy meg ilyent sikerült bontanom, és pont jó lett valamire 🙂
Az olvadóbiztosítókat figyelő bemeneteken egyszerű feszültségosztók találhatók. Az osztó ellenállások értékeinél figyeljünk oda az erősítő tápfeszültségére, és eszerint válasszuk meg az ellenállások értékeit. A bemenetekre nem kerülhet 3,3 V-nál nagyobb feszültség. A nyomógombok bemenetein be vannak kapcsolva a belső felhúzó ellenállások. A bemenetek a gombokon keresztül GND-ra kapcsolással szólíthatók meg.
Magát az áramkört folyamatosan egy piciny 5 voltos tápegység táplálja.
Erre a tápegységre kapcsolódnak közvetlenül a kettő darab hangszóró relé, illetve a transzformátor relé egyik pólusa, ezek aztán az L-R-T kapcsokra kerülnek. Az L és R tranzisztorral hajtott kimenet kapcsolja szabadra a hangszórókat, mivel a hangszórók kontaktusai a relé nyitóérintkezőire kerültek. Ez azt jelenti, hogy a rövidzár megszüntetéséhez a relék behúzott állapotban kell legyenek. A T kimenet kapcsolja be és ki a transzformátort.
A TFT headerre a TFT kijelző vezérlővezetékeit csatlakoztatjuk, a kijelző tápját az LCD csatlakozóról vesszük el.
A mikrokontroller maga 3,3 V -ról működik, így egy LF33 stabilizátoron keresztül tápláljuk azt.
Az automatikus kikapcsoláshoz a jelet a kimeneten figyeljük. Ehhez egy LM358 nyújt szolgálatot. Vegyük észre, hogy amikor az erősítő kimenetein nincs jel, akkor a kontroller PB12-es bemenete H szinten van. Eredetileg azt szerettem volna, hogy késleltetéssel működjön a történet, de aztán az impulzusszerű működést választottam, ezt hivatott az R21 biztosítani, és a késleltetést szoftveresen oldottam meg. A késleltetés után elindul egy időzítő, ami a beállított idő után lekapcsolja a transzformátort.
Az R4, R5, R6 ellenállások értékeivel érdemes kísérletezni, nekem ezek 10 kOhm értékűek, de beépíthető akár egy 1 kOhm is, így még alacsonyabb jelszint is megszólaltatja a jelfigyelő bemenetet. Finomhangolásként szántam az RV 1 potit bele, ezzel magasabb jelszintek is beállíthatók.
A kontroller PB13 bemenete egészen addig magas szinten van, amíg a DC érzékelő áramkör nem lép működésbe. Ekkor a bemenet szintje LOW lesz, és a transzformátor azonnal lekapcsol, valamint a hangszóró reléi rövidzárba kapcsolnak. Legszélsőségesebb esetben az erősítőbe épített olvadóbiztosítók kimúlnak. Teszt jelleggel két darab lemerült ceruzaelemet sorbakötve néztem meg működik e a dolog. Hangszórónként, kimeneti jelszintenként változó értéke lehet az R3 -R1 párosnak, ezzel is érdemes kísérletezni, nem utolsó sorban ajánlott a fent megjelölt forrást kicsit átnézni.

Ha túlmelegedés, vagy DC feszültség lép fel, akkor azonnal lekapcsol a transzformátor, rövidzárba kapcsol a kimenet és a hibát a vezérlő fenntartja a kikapcsolásig. Mivel a kimeneten már nem lesz jel, így az időzítő – ha engedélyezve van – kikapcsolja a végén a vezérlőt is. A következő bekapcsolásnál lefut a diagnosztika, és ha minden rendben van, akkor a megszokott módon üzemel az erősítő tovább.

Végezetül aki kedvet kapott az utánépítésre, annak itt a github repo, valamint egy videó a működésről.

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.