Hangszererősítő

Az ismertetésre kerülő készülék valaha basszusgitár erősítőnek indult, kétsávos hangszínszabályozóval és szerényebb teljesítménnyel. A gyakorlatban ugyan jól bevált, de manapság már kissé szegényesnek számít. Ha erősítő építésére szánja magát az ember, akkor inkább kis többlet ráfordítással univerzális készüléket építsen. A szabályozható bemeneti érzékenység, a többsávos hangszínszabályozó és a magas kimeneti teljesítmény eredményeként a készüléket nem fogjuk egy-két év alatt "kinőni".

A bemeneti érzékenység szabályozása mindenképpen szükséges. A mikrofonok csak néhány millivolt, a gitárok néhányszor tíz millivolt, míg a szintetizátorok akár több száz millivolt nagyságú kimeneti jellel rendelkeznek és ezeket tudnia kell fogadni az erősítőnek. A többsávos hangszínszabályozó szintén jobban illeszkedik a különböző műsorforrásokhoz, hiszen a fent említett mély-magas szabályozó jócskán puritán megoldás pl. egy basszus hanghoz. A kimeneti teljesítményt pedig válasszuk nagyra, nehogy előbb-utóbb kevésnek bizonyuljon...

Az erősítő három fő részből áll:

- Előerősítő + többsávos hangszínszabályozó,
- Teljesítmény erősítő,
- Tápegység + némító áramkör + kivezérlésmérő.

Az előerősítő (1 .ábra) alacsony zajú integrált áramkört (NE5532) tartalmaz, amelynek negatív visszacsatoló hálózatában lett kialakítva az érzékenység szabályozása. A potenciométerrel 1..100-as erősítés állítható be (pontosabban: 1..101). A 15 pF-os kondezátor a gerjedési hajlamot csökkenti. Itt lett kialakítva a vonalkimenet is, keverőpult vagy magnetofon részére.



1. ábra

A műveleti erősítő másik fele alkotja az ekvalizátort. A nyolc db potenciométer párhuzamosan kapcsolódik az invertáló és a nem invertáló bemenetek közé. Elviekben a csúszó érintkezőktől soros C-R-L tag kapcsolódik a föld felé, melyből az R-L részt elektromosan állítjuk elő. Ezt girátor kapcsolásnak nevezik. Csak a teljesség kedvéért: C1 a soros rezgőkör "C" kondenzátora, C2, 330 Ω, 100 kΩ és a fél µA747 pedig a szimulált "R-L"tag. A 330 Ω a valós induktivitás soros-, a 100 kΩ pedig a párhuzamos veszteségi ellenállása. Az induktivitás az L=R1*R2*C képlet szerint számítható, ahol R1 és R2 a két veszteségi ellenállás Ω-ban, C a C2 Faradban, L-t pedig Henryben kapjuk. A rezgőkör rezonancia frekvenciája pedig a Thomson-képlet szerint:



A nyolc sávhoz tartozó kondenzátor értékeket és a középponti frekvenciákat az 1. táblázat tartalmazza. A hangszínszabályozó karakterisztikájának számítógépes modellje pedig a 2. ábráról olvasható le, a maximális emelés-vágás értéke 20 dB. A fokozatot a hangerő szabályozó zárja.

f0 (Hz) 50 100 250 500 1000 2200 5000 12000
C1 (F) 4,7 µ 2,2 µ 680 n 330 n 150 n 68 n 33 n 10 n
C2 (F) 68 n 33 n 18 n 10 n 5,1 n 2,2 n 1 n 510 p

1. táblázat



2. ábra

A teljesítmény erősítő (3 .ábra) szokványos felépítésű. Differenciál erősítő a bemeneti fokozat, emitterében áramgenerátorral (T3). A másik áramgenerátor (T6) a T4-es fázisfordítóval közösen vezérlik a komplementer darlington teljesítmény fokozatot, melynek nyitófeszültségét T5 stabilizálja. Természetesen T5-nek és a T7..T12 tranzisztoroknak hőkapcsolatban kell lenniük egymással. A nagy kimeneti teljesítmény elérése érdekében párhuzamosan kapcsolt végtranzisztorok kerültek alkalmazásra. Ezek bázisa és kollektora közös, emittereik pedig ellenállásokon keresztül kapcsolódnak össze. A 0,33 Ω-ok egyrészt szimmetrizálják a kettős tranzisztorok áramát, másrészt pedig a fokozat emitter ellenállásai. A rajzon két db csillaggal jelölt alkatrész található. A T1 kollektor köri 2,7 kΩ-os ellenállás értéke befolyásolja a végerősítő kimeneti egyenfeszültségének nagyságát, a T5 bázisánál lévő 1,5 kΩ-tól pedig a végtranzisztorok nyugalmi árama függ.



3. ábra

Tápegység, némító áramkör és kivezérlésmérő (4. ábra). A tápegység egyszerű: Greatz-híd nagy kapacitású puffer kondenzátorokkal és Zener-diódás stabilizátor. A ±50 V-os résznek 3 A-t, a ±15 V-osnak pedig 20 mA-t kell tudnia tartósan biztosítani. A Zenerek árama 10 mA körüli.



4. ábra

A némító áramkör két részre osztható. Egy koppanás gátlóra és egy nullpont figyelőre. Egyrészt egy jelfogó csak a bekapcsolást követő kb. 3 mp múlva kapcsolja rá a végfokozatra a hangsugárzót, kikapcsoláskor pedig azonnal leválassza azokat, így elmaradnak a kellemetlen reccsenések. Másrészt ha a végfokozat meghibásodásának következtében egyenfeszültség kerül a kimenetre, a jelfogó elbont, megakadályozza a mélysugárzó lengőtekercsének leégését.

A koppanás gátló: Bekapcsoláskor a 2 db 1N4004 dióda által pufferfeszültségre töltött 100 µF a 33 kΩ-on keresztül lassan el kezdi tölteni a másik 100 µF-ot. Amikor annak feszültsége elér egy bizonyos értéket (kb 25,2 V), a Zener-diódán keresztül T3-T4 bázisáramot kap. Ekkor a darlington meghúzatja a J jelfogót, az pedig a végfokozat kimenetére kapcsolja a hangszórót. Kikapcsoláskor az 1,5 kΩ az első 100 µF-ot és az 1N4148 diódán keresztül a másikat néhány tized mp alatt kisüti. Ennek következtében a darlington bázisárama megszűnik, a jelfogó elbont, még mielőtt a végfokozat pufferelkóinak feszültsége lényegesen lecsökkenne, elmarad a reccsenés.

A nullpont figyelő: A végerősítő kimeneti jelét egy 10 kΩ-os ellenálláson keresztül a két db sorosan kapcsolt 100 µF-ra vezetjük. Váltakozó áramú szempontból az ellenállás és a "bipoláris" kondenzátor alkotta integráló tag nem enged át számottevő jelet. Stabil egyenfeszültség hatására azonban a kondenzátor feszültsége emelkedni kezd. Kb 0,6 V nagyságú jelnél valamelyik tranzisztor (T1 vagy T2) kinyit és söntöli T3-T4 bázisáramát. Ekkor a jelfogó elenged és nem engedi ki a káros egyenfeszültséget. A T2 bázisánál a két dióda szinteltolást végez, mert T2 emittere +1,2 V potenciálon van.

A kivezérlésmérő nagyon egyszerű. Egy ellenállás, 4 db valamilyen Ge dióda, pl. OA1160 és egy lengőtekercses (Deprez) műszer.

Megépítés, élesztés.

Az előerősítő nyomtatott áramköre az 5. ábrán, a beültetés a 6.-on látható. A hosszú, keskeny panel külön felfogató furatokat nem tartalmaz, a 10 db potméter tartja, így elkerülhető lett a sok összekötő vezeték. Sajnos a 38,6 cm hosszúság miatt a nyáktervet két részletben adtam meg az A4 lapméret korlátja miatt, ezért ezeket nyomtatás után össze kell majd illeszteni. Ezt az panelt kétoldalon fóliázott lemezből készítsük el, ahol a beültetés felőli összefüggő rézfelület a földvezeték. Az alkatrészek kivezetéseinél természetesen süllyesztéseket kell készíteni a zárlat elkerülése végett. A ±15 V tápfeszültség rákapcsolása esetén az áramfelvételnek 20 mA körül kell lennie áganként. A műveleti erősítők be- és kimenetein 0 V egyenfeszültséget kell mérnünk, ettől eltérő érték hibára utal. Az IC1 pozícióba beépíthetjük a TL072 típust is, de ez kicsivel gyengébb jel-zaj viszonyt eredményez. A fóliázaton nincs összeköttetés az IC1 műveleti erősítő 1-es kivezetése és a hangerő szabályozóhoz kapcsolódó 2,2 µF között. Ezt a forrasztási oldal felől, egyik végén földelt árnyékolt kábel darabbal valósítsuk meg vagy a testfólia szélén különísünk el vékonyka csíkot a két pont között. Ha a legnagyobb erősítés beállítása esetén makacs gerjedést tapasztalnánk, akkor ellenőrizzük a potméterrel párhuzamosan kapcsolt 15 pF-os kondenzátort és szükség esetén módosítsuk az értékét.



5. ábra



6. ábra

A tápegység panel fóliázata 7. ábrán, beültetése a 8.-on található. Bekapcsoláskor a jelfogónak néhány másodperc elteltével meg kell húznia, kikapcsoláskor pedig szinte azonnal el kell engednie. Az 1N4004 diódák közös anódjánál lévő 100 µF-on 50 V, a mellete lévő másikon 25 V feszültséget kell mérnünk. A BC301 kollektorán legfeljebb 1 V lehet. A két-két kimenő tápfeszültség értelemszerű. Ha az eddigiek rendben vannak, meg kell győződni a nullpont figyelő működőképességéről. Kössük össze 100 kΩ-os próba ellenállással egy pillanatra a sorosan kapcsolt 100 µF-ok és a 10 kΩ közös pontját az egyik, majd a másik 50 V-os tápfeszültséggel. Ha mindkét esetben elbont a jelfogó, akkor a védelem működik. A felhasznált relé 11 kivezetése kör alakban van elrendezve, bizonyára mindenki előtt ismert típusról van szó. Az átlátszó műanyag burkolaton ez volt a típusa: "EVIG KR 11 S ELESTA Licenc". A kapcsolási rajzon látható egy, a jelfogó meghúzótekercsével soros ellenállás. Csak akkor kell beépíteni, ha a szükségesnél kisebb feszültségű relénk van, egyébként átkötés. Mindenképpen győződjünk meg a rendelkezésre álló jelfogó egyenáramú meghúzási feszültségéről! Ha ez a kelleténél alacsonyabb, akkor egészítsük ki 50 V-osra a kérdéses ellenállással, amelynek teljesítménye több W-ra is adódhat. Méréseim szerint a 24 V AC jelfogók 12 V DC-ről már biztosan üzemelnek. A 110 V AC feszültségű pedig céljainkra jól megfelel, mert az egyenáramú meghúzási küszöb 30..40 V közé esik.



7. ábra



8. ábra

Méretezési példa az ellenállásra. A fentebb említett 24 V AC jelfogó már 9,8 V-os egyenfeszültségnél működött, tehát 12 V-ra számoljunk. Legyen Ut a puffer kondenzátorok feszültsége, R pedig a keresett ellenállás. Jelölje Uj a jelfogó egyenáramú feszültségét, Rj a meghúzótekercs ellenállását. Külön levezetés nélkül: R=Rj(Ut/Uj-1). Ha Ut=50 V, Uj=12 V, Rj=68 Ω, akkor R=215,3 Ω. Az ellenállás teljesítmény igénye: P=(Ut-Uj)^2/R alapján 6,7 W. Ebben az esetben tehát egy 8 W-os 220 Ω szükséges.

A végerősítőbe (nyomtatott áramkör a 9. ábrán, a beültetés a 10.-en) a T1-es tranzisztor kollektorköri ellenállása helyett forrasszunk be egy 4,7 kΩ-os trimmer potenciométert. Ezt állítsuk középállásba. A T5 bázisosztójában a 1,5 kΩ helyett pedig egy 2,2 kΩ értékű trimmerre lesz szükségünk, de ezt legkisebb ellenállású helyzetébe forgassuk. Csak ezután helyezzük be a két tápfeszültség biztosítékot, természetesen az erősítő kikapcsolt állapotában. A T1 kollektoránál állítsuk be a kimenet egyenfeszültség szintjét nullára, T5 báziskörében pedig a végtranzisztorok nyugalmi áramát befolyásolhatjuk. Tranzisztor ágankét 50..100 mA elegendő. Elégedjünk meg az alsó határral, mert a dupla végtranzisztorok miatt 2x50=100 mA összáram folyik, ami a 100 V-os tápfeszültség mellett már önmagában is 10 W disszipációt eredményez. Az 50 mA-es értéknél a 0,33 Ω-os emitter ellenállásokon átlagban 16,5 mV feszültségesést kell mérnünk. Az ágankénti nyugalmi áram növelése 100 mA-re már nem eredményezett hallható minőségjavulást. Szükség esetén állítsuk be újra a kimenet egyenszintjét nullára, majd cseréljük ki a trimmereket a megfelelő értékű fix ellenállásokra. Ha tehetjük, a megkettőzött teljesítmény tranzisztorokból közel azonos áramerősítésű példányokat válogassunk össze, ez szimmetrikusabb árameloszlást eredményez.



9. ábra



10. ábra

Már csak a kivezérlésmérő hitelesítése van hátra. A Ge diódahíddal soros 56 kΩ az 500 µA körüli érzékenységű műszerekhez való. Ha rendelkezünk hanggenerátorral, akkor a végerősítő 1 kHz-es, 28,3 V-os kimeneti jeléhez kalibráljuk a műszer 0 dB-es kitérését, az ellenállás értékének módosításával. Generátor híján egy ugyanilyen nagyságú külső egyenfeszültség is megteszi, arról tápláljuk meg az ellenállással a diódahidat.

A 11. ábra a vezetékezésben segíthet, hogy ne gerjedjen, ne búgjon a készülék. A vastag vonal jelöli a masszív test vezetéket, a kiinduló pont (csillag pont) a tápegységen található. Figyeljünk arra, hogy ne térjünk el a vázlattól, mert egy földhurok könnyen létrejöhet. A bemeneti és a vonalkimeneti (valószínűleg 6,3 mm-es Jack) aljzatok valóban csak az előerősítő paneljáról kapjanak testet, ne pedig a fémházról is. A hangszórókimenet(ek) a csillag ponthoz legyenek földelve, ne pedig a végerősítőhöz! A tápegység paneljének sincsenek külön felerősítő csavarjai. A két nagyméretű pufferkondenzátor tartja, tehát a forrasztási oldal van felfelé. A vastag földelés- és végfokozat tápfeszültség vezetékek pedig egyszerűen felűről a fóliákhoz vannak forrasztva.



11. ábra

Az erősítő néhány fontosabb paramétere:

- Bemeneti érzékenység: 2,8..280 mV (folyamatosan szabályozható)
- Bemeneti impedancia: 100 kΩ
- Vonalkimeneti feszültség: 280 mV
- Kimeneti teljesítmény: 200 W 4 Ω-on, 100 W 8 Ω-on

Az erősítőn áthaladó jel útjában összesen 5 pont található, amely befolyásolhatja a mélyfrekvenciás átvitelt. Ezek egységesen 22000 µs időállandóval (7,2 Hz) rendelkeznek. Együttes hatásuk a 12. ábrán látható. Ha módunkban áll, a hangfrekvenciás áramkörökbe polarizálatlan kondenzátorokat építsünk.



12. ábra

A végfok elkészíthető szerényebb teljesítménnyel is, ±40 V tápfeszültséggel. Az ehhez szükséges módosításokat, eltéréseket a 2. táblázat tartalmazza. Ekkor elhagyhatjuk az egyik BD249C-BD250C párost a 0,33 Ω-jaikkal együtt vagy a teljesítény tranzisztor négyest kisebbekre cserélhetjük, pl. BD245B-BD246B típusúakra. Ennél a csökkentett teljesítményű változatnál a kivezérlésmérőt 20 V nagyságú kimeneti jelhez hitelesítsük.

Kimeneti teljesítmény 4 Ω-on 100 W
Kimeneti teljesítmény 8 Ω-on 50 W
Bemeneti érzékenység 2..200 mV
Végfokozat biztosítói 3 A
Hálózati transzformátor 2*28 V, 160 W
Háózati (primer) biztosító 2 A
Tápegység-pufferelkók 4700 µF, 50 V
ZY15-ök áramkorlátozó ellenállásai 820 Ω, 1 W
Időzítő Zener-diódája ZPD20
LED-ek áramkorlátozó ellenállásai 3,9 kΩ, 0,5 W
Kivezérlésjelző áramkorlátozó ellenállása 39 kΩ

2. táblázat

Az erősítőhöz hangsugárzót is készíthetünk, de azzal tisztában kell lennünk, hogy házilag nem tudunk profi hangdobozt tervezi. A bonyolult elméleti ismereteken kívül akusztikus mérőszobával sem rendelkezik mindenki. Kénytelenek vagyunk a többé-kevésbé bevált recepteket követni. Mivel felszerelésünk zenekari használatra készült, a nagyobb hangnyomás érdekében mindenképpen valamilyen basszus-reflex szerű dobozra van szükségünk. A választás a "művonalas" típusúra esett, ez a gyakorlatban jól bevált. A doboz kialakításának a lényege nagyjából annyi, hogy a mélysugárzó hangszóró mögé egy "csövet" illesztünk. A "cső" keresztmetszete legalább akkora legyen, mint a hangszóró membrán felülete, hossza pedig a hangszóró rezonancia-frekvencia hullámhosszának a negyede. Ha valaki többet szeretne tudni az elméletről, az utána nézhet a "Klinger: Hangdobozépítés" c. könyvben a 132. oldalon vagy a "Rádiótechnika Évkönyve 1991" 51. oldalán. A doboz (13. ábra) anyaga 19 mm-es forgácslap, esetleg rétegelt lemez. A lapokat természetesen minél masszívabban, csavarokkal és ragasztással is erősítsük össze. Ne spóroljuk ki a merevítőket! Hogy egyértelmű legyen: a két "a" jelű lap a kilépőnyílásnál, az ugyancsak kettő db "b" jelű pedig a hátlap és a hangszóróüreg mögötti fal között teszik masszívabbá a dobozt. Ezek természetesen arányosan osztják három felé a nyílást. A "c" jelű merevítő pedig az előlap és az imént említett hagszórók mögötti fal között helyezkedik el, középen. A "b" és a "c" jelűek az elölnézeti képen szaggatott vonallal vannak ábrázolva. A hangszórók mögötti üreget és a csatornát csillapítsuk háztartási vattával és/vagy szivaccsal.



13. ábra

A dobozba 2 db MONACOR gyártmányú, SP-300 GI típusú hangszórót építsünk. Az adatok szerint ezek 8 Ω-osak, 60-10000 Hz-ig sugároznak és 150 W max. teljesítményűek. Alaposabb szemrevételezés után mégis az tanácsolható, hogy csak kisebb teljesítménnyel használjuk őket. A két hangszórót tartalmazó doboz így 4 Ω-os és legyen csak 100 W-os. A magashang átvitel mindenképpen segítségre szorul, hiszen egy 30 cm-es hangszóró nem igazán magassugárzó. A viszonylag olcsó és népszerű MIRANDA piezo hangszórók megfelelnek céljainkra (PHT-11, PHT-1000). Ezek kissé rossz hatásfokúak, nyugodtan építsünk be négy darabot belőlük. Összekapcsolásuk a 14. ábra szerint történjen.



14. ábra

folia1a.png (Az előfokozat nyomtatott áramkörének fél fólia oldala, mérete: 193 mm x 25 mm.)
folia1b.png (Az előfokozat nyomtatott áramkörének fél fólia oldala, mérete: 193 mm x 25 mm.)
folia2.png (A tápegység nyomtatott áramkörének fólia oldala, mérete: 150 mm x 102 mm.)
folia3.png (A végfokozat nyomtatott áramkörének fólia oldala, mérete: 107 mm x 71 mm.)