Inledning Kretsen Stabilisering av tomgångsströmmen Överhettningsskydd Kortslutningsskydd Själva bygget Kalibrering och testning Teknisk specifikation Kretskortlayout (126 Kb, jpg) Tips!

Ända tills helt nyligen har det varit svårt att få tag på
MOSFET:ar från Siemens och de har dessutom varit rätt
dyra. Ganska synd egentligen eftersom dessa komponenter
har mycket goda specifikationer. Lyckligtvis har situationen
förbättrats betydligt även om transistorerna fortfarande
enbart finns tillgängliga som N-P-N typer. Som den här
beskrivningen visar går det dock alldeles utmärkt att
använda N-P-N lika bra som komplementära typer.

En effektförstärkare, antingen den använder bipolära
komponenter eller MOSFET, behöver en drivkrets. När
MOSFET används kan kopplingen göras ganska enkel.
Detta betyder att alla modifieringar, antingen det rör sig
om effekthantering, bandbredd eller distorsion, kan göras
ganska lätt. Den komponent som har valts i den här kretsen
rekommenderas av Siemens att användas som effekt-
opampar i styrsystem vilket indikerar att det är en mycket
stabil komponent. Trots detta har förstärkaren försetts
med skyddskretsar mot kortslutning och överhettning.
Den transistor (MOSFET) som förstärkaren är uppbygd
kring är en SIEMENS BUZ 23 N-P-N typ.

Några viktiga parametrar för BUZ 23 kan ses i tabellen nedan.

VDS(max) = 100 V	ID(max) = 10 A
RDS(on) (max) = 0,2	PD(max) = 78 W

Upp

Kretsschemat (öppnas i ett nytt fönster 41 kB) visar den
kraftigaste versionen av förstärkaren. Den levererar 160
watt i 4 ohm. Jag har mätt upp förstärkaren vid en
belastning av 8 ohm. Och då levererade den c:a 120 watt
rent. Ingen distorsion på sinus signalen. Modifieringar för
att minska utgångseffekten tas upp i senare avsnitt.
Kopplingen baseras på de två seriekopplade MOSFET:arna
T15 och T16, vilka drivs i motfas av en differentialförstärkare.
Eftersom ingångsresistansen hos MOSFET:arna ligger i
storleksordningen på 109 ohm räcker det med en mycket
liten driveffekt. MOSFET:arna är alltså spänningsdrivna.
Drivkretsen består i huvudsak av T1-T2 och T12-T13.
Negativ (-) likspänningsåterkoppling från utgångs-
förstärkaren (d.c feedback) ges av R22 och negativ växel-
spänningsåterkoppling (a.c feedback) av R23-C3.
Spänningsförstärkningen för a.c är c:a 30 db. Den undre
brytfrekvensen bestäms av värdena på C1 och C3.
Arbetspunkten för den första differentialförstärkare, T1-T2,
ställs in av den ström som flyter genom T3. Kollektorströmmen
(I_D) hos T5 bestämmer referensströmmen för strömspegeln
T-T4. För att se till att referensströmmen är stabil så stabiliseras
basspänningen hos T5 av dioderna D4-D5. Utgången från
T1-T2 driver en andra differentialförstärkare, T12-T13, vars
kollektorström genererar gate-spänningen för utgångs-
transistorerna. Nivån på denna spänning bestäms av
arbetspunkten hos T12-T13. Strömspegeln T9-T10 och
dioderna D2-D3 har samma funktion som T3-T4 och D4-D5
i den första differentialförstärkaren. Storleken på
referensströmmen beror på kollektorströmmen hos T10 och
denna sätts i sin tur in med P2 i T11:s emitterkrets. Detta
arrangemang ställer in tomgångsströmmen (bias) när det
finns någon ingångssignal.

Upp

MOSFET har en positiv temperaturkoefficient när deras
drain-ström är liten och det tyder att tomgångsströmmen
endast kan hållas stabil med hjälp av korrekt kompensation.
Detta får vi av R17 över strömspegeln T9-T10, som har en
negativ temperaturkoefficient. När detta motstånd värms
upp drar det en något högre del av referensströmmen genom
T9. Detta ger en minskning av kollektorströmmen i T10 vilket
i sin tur ger en minskning av gate-sourcespänningen hos
MOSFET:arna vilket effektivt kompenserar den höjning som
orsakas av den positiva temperaturkoefficienten hos MOSFET.
Den termiska tidskonstanten, som beror på den termiska
resistansen hos kylelementen, bestämmer den tid det tar
innan stabilisering har skett. Den tomgångsström (bias) som
satts in med P2 är stabil inom +/- 30%.

Upp

MOSFET:arna är skyddade mot överhettning av termistorn
R12 i T6 baskoppling. När en viss temperatur (ex; 70°C)
har uppnåtts får spänningen över transistorn T7 att börja
leda. När detta händer drar T8 den större delen av
referensströmmen genom T9-T11 vilket effektivt begränsar
MOSFET:arnas utgångseffekt. Temperaturtröskeln ställs in
med P1 och motsvarar en temperatur hos kylelementen på
72,5°C. Detta förutsätter en termisk resistans på 0,5 K/W
och en omgivningstemperatur på 25°C.

Upp

Om utgången kortslutes när det finns en ingångssignal
närvarande gör spänningsminskningen över motstånden
R33 och R34 att T14 switchar till. Detta resulterar i en
minskning av strömmen genom T9-T10 och, följaktligen,
av kollektorströmmen hos T12 och T13. Det dynamiska
området för MOSFET:arna begränsas därvid kraftigt och
effektförlusterna hålls låga. Eftersom den tillåtna drain-
strömmen beror på drain-sourcespänningen behövs det
mer information för att kunna ställa in strömbegränsningen
rätt. Denna information får vi av spänningsfallet över
motstånden R26 och R27 (positiva respektive negativa
utgångssignaler). Om belastningen är mindre än 4 ohm
minskas bas-emitterspänningen hos T14 till ett värde som
begränsar kortslutningsströmmen till 3,3 A.

Upp

Förstärkaren byggs på det kretskort som visar komponentlayouten
(Öppnas i ett nytt fönster, 47kB). Som man kan se av figuren
aluminiumhållare (46 Kb) för MOSFET:ar samt NTC:erna så skruvas
dessa på en rätvinklig aluminiumlist. NTC:erna skruvas direkt i M3-hål
vilka gängas (borrstorlek=2,5 mm). Använd rejält med kylpasta.
Motstånden R29 och R31 löds direkt till gate på MOSFET:arna på kortets
spårsida. Spolen L1 lindas på R36. Dess välisolerade, förtenta terminaler
löds in i de hål som ligger bredvid hålen för R36. Kondensator C1 kan vara
elektrolyt men en MKT-typ är att föredra. De plana ytorna på T1 och
T2 skall limmas ihop så att deras "kroppstemperatur" blir lika hög.
Glöm inte byglingarna på kortet.

Strömförsörjningen (22Kb+15Kb)för förstärkaren visas enligt
figurerna. Elektrolyterna samt transformatorn (använd istället
toroider) bör du helst överdimensionera. För det är här som
MOSFET:arna hämtar kraften. Vid en underdimensionerad
strömförsörjning brukar oftast transistorerna ge upp andan.
Jag använde mig av toroid-typer på (330 VA/SEC 4.71 A,
35 V per toroid). Kondensatorerna till strömförsörjningen köpte jag
RIFA-typer. Istället för fyra elektrolyter monterade jag istället 8
stycken RIFA-elektrolyter. Den potentiella energin på elektrolytpaketet
(24 Kb) är 115,000 mF. Helvågslikriktarna (Siemens 35 A/st) är
monterade på en kraftig kopparplatta 5 mm:s tjocklek.

Efter det att man har byggt strömförsörjningen kan den öppna
kretsens operationsspänningar mätas. Likspänningarna (DC) få inte
vara högre än +/-55 V i annat fall finns det risk för att MOSFET:arna
ger upp andan redan vid första strömpåslaget. Om ni har tillgång till
en passande belastning så är det naturligtvis bättre att testa
strömförsörjningen med denna. När strömförsörjningen visat sig OK
så skall hela MOSFET-arrangemanget på aluminiumvinkeln skruvas på
ett passande kylelement. De ytor där kylelementen och
aluminiumvinkeln (samt möjligen lådans baksida) ligger mot varandra
skall smörjas in ordentligt med kylpasta. Spara inte på denna. Varje
aluminiumvinkel skall skruvas fast i "sitt" kylelement med minst sex
stycken M4 skruvar. Börja med matningsledningarna (kraftig
ledningstråd, överdimensionera gärna). Gör därefter
jordanslutningarna, (jorda samtliga ledningar på en punkt) från
strömförsörjningens jord till kretskorten och utgångsjorden. Gör
därefter anslutningarna mellan kretskorten och högtalarterminalerna
samt mella kretskorten och ingångskontakterna. Ingångsjorden skall
endast anslutas till jordterminalen på kretskortet, ingen annanstans!

Upp

Anslut 10-ohmiga. 0,25 W motstånd istället för säkringarna F1 och
F2. Trimpotentiometern P2 måste vara vriden helt motsols medan P1
sätts i mittläge. Högtalarterminalerna skall vara öppna och ingången
kortsluten. Slå på spänningen. Om det är kortslutning någonstans i
förstärkaren så kommer nu 10-ohms motstånd att gå upp i rök! Om
detta skulle hända så slå ifrån spänningen omedelbart, leta reda på
felet och sätt i nya motstånd. Slå därefter på spänningen igen. När
allt verkar OK skall ni ansluta en voltmeter (3 V eller 6 V d.c
området) över ett av de 10-ohmiga motstånden. Det skall inte finnas
någon spänning över detta. Om det finns spänning så är inte P2
vriden fullt motsols. Spänningen skall stiga när ni vrider långsamt P2
medsols. (Tomgångsströmmen ökar, MOSFET:arna jobbar mera i klass
A) Ställ in P2 för en spänning på 2 V. Tomgångsströmmen genom
MOSFET:arna är då 200 mA, dvs 100 mA per MOSFET. Slå ifrån
spänningen mella jord och förstärkarens utgång. Denna skall inte
vara högre än +/-20 mV. Nu är förstärkaren färdig att användas.
En sista punkt som vi redan har sagt skall switchningspunkten för
överhettningsskyddet ställas in på ca 75°C. Detta kan man testa
genom att värma upp kylelementet med en hårtork exempelvis och
sedan mäta dess temperatur. Detta är dock inte absolut nödvändigt.
P1 kan ställas i sitt mittläge och behöver endast justeras om
förstärkaren slår ifrån för ofta. P1 får dock inte vridas alltför
långtifrån sitt mittläge.

Upp

• Strömförsörjningen
  Kondensatorerna till strömförsörjningen använde jag mig av 8
  stycken RIFA-typer istället för fyra. Överdimensionera gärna
  kapacitansen för att få mycket potentiell energi. Den
  gemensamma plattan som håller ihop fyra av de åtta
  kondensatorer tillverkade jag av kraftig kopparplåt, 4 mm:s
  tjocklek. De fyra övriga kondensatorerna har jag hängt på
  med kraftig kabel, c:a 4 mm². Transformatorerna är av toroid
  typer, ringkärnetrafo. Toroid-typer i hi-fi sammanhang anses
  av experter som de bästa när det gäller växelströmstransformation.
  
  
• Kretskorten
  Kretskorten är av epoxylaminat för att erhålla bästa stabilitet.
  
  
• Komponenter
  Helvågslikriktarna 35 A/st, köpte jag av fabrikat SIEMENS.
  Samtliga motstånd är har låg tolerans inom 1% tolerans.
  De flesta motstånd är metallfilmstyp.
  Effektmotstånden R33a-h, samt R34a-h köpte jag 2 W istället
  för 1 W. Elektrolytkondensatorerna till strömförsörjningen är
  av fabrikat RIFA. 4 stycken är PEH169MT5220Q, 63V D.C/
  22,000 mF. De andra fyra är PEH169PO4680Q, 100V D.C/
  6,800 mF. Detta ger en total på 115,200 mF i form av
  potentiell energi. Den lilla spole som sitter på utgången är
  till för att hindra strömrusningar m.m. till högtalarna. Spolen
  tillverkade jag av emaljerad koppartråd där d=1,0 mm.
  Koppartråden lindade jag runt ett 11,5 mm:s borr 12 varv.
  Längden på spolen är 13 mm. Enligt formeln för beräkning
  på induktans får jag ett värde på 0,80 mH vilket är
  acceptabelt enligt specifikation.
  
  
• Lådan till förstärkaren
  Lådan tillverkade jag av MDF-board. MDF-board är en typ
  av spånskiva med hög densitet. Används ofta i bättre
  högtalarkonstruktioner. Lådan kan man klä/isolera med
  aluminiumplåtar på insidan. Se till att lämna sidorna fria
  från aluminiumplåt för där skall kylflänsarna monteras.
  Ett annat tips är att såga ut lock och botten så att det
  endast blir kvar ramar c:a 5 cm kvar. Där kan järn eller
  aluminiumgaller monteras och då får man mycket god
  ventilation inne i lådan. Jag har faktiskt provkört
  förstärkaren utan någon som helst isolering och det
  fungerade förvånansvärt bra. Men det är inget jag
  rekommenderar andra att göra.
  
  
• Övrigt
  Kylflänsarna bör helst vara kraftiga med lågt K C/W-värde.
  Tomgångsströmmen skall enligt specifikation ställas på 0,2 A
  per kanal. Jag ställer mina bägge förstärkare på max
  tomgångsström och då har jag I_D=1,8 A. Se då till att
  ni har god kylning på MOSFET:arna. För dom kan bli
  mycket varma, det lovar jag.
  

Upp