VF5 végfok, avagy a Nagy Füstölő (400W-1600W)

2008-03-27

 

Érdekes, hogy ennek az erősítőnek a koncepciója előbb született meg a fejemben mint a VF4, és eredeti szándékom szerint ez lett volna a VF4. Íme a rajz:

Figyelem! Ez egy elvi rajz, nem egy kipróbált kapcsolás. Az egyes alkatrész értékek pontosításra szorulhatnak, csak elvileg határoztam meg az értékeiket. A kapcsolás elkészítésében sok nekem írt levél motivált. Volt aki azt feszegett, hogyan lehetne a VF3-t nagyobb feszültségről használni, és volt aki paralel több FET-et akart kapcsolni. Azután egy profi erősítőben, amit koncertekhez lehet használni jó ha van rövidzár védelem. Nagy gáz egy buli előtt elfüstölni több kiló vég FET-et, vagy egy néma táborban ücsörögni hetekig. Körülbelül ezeknek az elvárásoknak igyekszik megfelelni a VF5. A fenti ábrán valójában a kapcsolásnak csak a fele látható, ez egy hídkapcsolású végfok, a fenti alkatrészekkel és beállításokkal 8 Ohm-os terhelésen 400W teljesítmény leadására képes. Rövidzár védett, és szimmetrikus bemenete van. A fenti FET-eket használva megnövelhető a tápfeszültség +/-80V-ra, ekkor 8 Ohm-os terhelésen 1600W leadására képes. Ehhez a FET-ek és a meghajtó műveletei erősítők számát is meg kell négyszerezni (2*12 pár FET!).

Ez nem amatőr erölködő. Nem a kapcsolás bonyolúltságára, a működés megértésére gondolok, hanem a fellépő feszültségekre és áramokra. Már nem emlékszem egészen pontosan, mintha 63V-ig beszélnénk kisfeszültségről. Az efölötti feszültségeket életveszélyesnek kell tekintenünk. Arról nem is beszélve, hogy itt egyenáramok vannak. Szóval itt szigorúan figyelni kell az életvédelmi előírásokra is! Csak szakembereknek ajánlom! A kisebbik változat teljes kivezérlésnél 80V-hoz közeli kimeneti amplitúdót (10A mellett) produkál. Azután az sem szép dolog, ha véletlenül fordítva kötünk be egy nagy pufferkondit, és az felrobban (bár kétségkívűl érdekes:). Különben ha már a kapcsolásnál tartunk, biztosan záporozni fognak a levelek, hogy ezt nem én találtam ki. Igen, az egyes részmegoldások más kapcsolásokban is megtalálhatók (Pl: RT 1991/3, VF3:). Azért remélem nem hiába agyaltam rajta, és nem fog tudni valaki küldeni egy linket, hogy figyú a ... cég már 10 éve gyártja pont ezt.

Nézzük, hozzávetőleg hogyan működik az erősítő? A bemeneten lévő NE5534 műveleti erősítő egyrészt illeszti a vezérlő áramot előállító NE5532-esek csoportját (nagyobb változatnál 8 db), másrészt felelős az erősítő vezérléséért. Egyik lábára jön be a vezérlőjel, a másikra a kimenetről visszacsatolt jel. A tápfeszültségét 12V-os zener diódákkal állítjuk elő. Ezt egy további szűrésen keresztűl kapja meg két földelt bázisú kapcsolásban működő tranzisztor. Ezek egyrészt biztosítják, hogy árammeghajtó fokozatot képező műveleti erősítők is 12V körüli feszültséről járjanak, habár a végfok tápja ennél jóval magasabb, másrészt feszültségtolást is végeznek, hasonlóan mint a VF3-ban. A árammeghajtó műveleti erősítők a kimenetükre kapcsolt terhelő ellenállásra dolgoznak, a vezérlő áram pedig a táplábaikon keresztűl alakul ki. Ez az áram keresztűl folyik egy-egy BD tranzisztor B-E diódáján, és egy-egy 220 Ohm-os ellenálláson. Ezeken kell kialakulnia nyugalmi helyzetben 3-4V közötti ( MOS FET nyitófeszültsége) körüli feszültségnek. A diódáknak hőkompenzáló szerepük van, a végfok melegedésének függvényében csökkentik a nyitófeszültséget. Korábban diódákat használtam, a levelezésem során kaptam az ötletet, hogy jobban szerelhető lenne, ha kis BD tranzisztorokat használnánk diódák helyett. A 12V-os zénerek limitálják a maximálisan kialakulható nyitófeszültséget (nehogy a FET-ek gate-je átüssön), de ide nagyobb teljesítményű (1,4W) zénerek kellenek. A két BC tranzisztor limitálja a vég FET-eken átfolyó áramot. Ha nagy az áram, addig csökkenti a vezérlő feszültséget, amig a kimenő áram nem haladja meg a megengedett mértéket. A FET-ek érdekessége, hogy jól párhuzamosíthatók. Az átfolyó áram növekedésével jobban melegszenek, a melegedés következtében pedig a tranzisztorral viselkedésével ellentétben megnövekszik a csatorna ellenállásuk. Ennek következtében a vele párhuzamosan kapcsolt másik FET-re jut több áram. Ebben a kapcsolásban pedig még található egy-egy áramfigyelő ellenállás is a FET-ek source-ében. Ennél a kapcsolásnál is be kell állítani FET páronként 50-100 mA nyugalmi áramot, erre szolgál középen a 22 kOhm-os trimmer. Az összes BD, MJE tranzisztort és FET-et közös hűtőbordára kell szigetelten csavarozni. Ekkora teljesítménynél ventillátort kell alkalmazni.

Én a következőképpen mérném be a végfokot. A vég FET-ek közük csak azt tenném be előszőr, amelyiken az áramfigyelő tranzisztor van. A trimmereket úgy állítanám be, hogy a csúszka a FET-ek source-e felé mutasson. A 22 k trimmert maximális állásba tekerném. Ekkor rákapcsolnám a tápot ( vagy labortáb fél amperes áramkorláttal, vagy a táp ágakba kötött 20-100 Ohm-os ellenállásokkal). Ha nulla közeli az áramfelvétel akkor ok. Ha nagy az áramfelvétel, akkor meg kell nézni nem gerjed-e helyből a kapcsolás, vagy BD-kkel sorban lévő 220 Ohm ellenállások túl nagyok, és nyugalmi állapotban is túl nagy fesz esik rajtuk. Sajnos a gerjedés akkor is felléphet, ha a vég FET-eken nem folyik nyugalmi áram, megoldás lehet egy kis áram beállítása. Ha ezeket kiküszöböltük, a 22 k trimmert állítsuk addig, amíg 50-100 mA közötti lesz az végfok áramfelvétele. A bemeneti 1uF kondit zárjuk rövidre. A kimenetet kössük földre. A bemenetre egyenfeszültséget kapcsolva vezérelük ki teljesen a végfokot. Ekkor megszólal a BC tranzisztorból felépített áramkorlát. A 0,33 Ohm-os ellenálláson kell mérnünk a feszültséget (alaphelyzetben ennek 0,5-0,7V között kell lennie - BC tranzisztor nyitófeszültsége), és ebből ( I = U / R ) megállapíthatjuk, hogy mekkora áram folyik keresztűl a vég FET-en. A 400W-os kapcsolás esetében, 8 Ohm-os hagfalon, ( 2 x ) 40V amplitúdó melett, 10A áram folyhat keresztül. Úgy gondolom, hogy 3 FET képes biztonsággal edisszipálni 40V x 10A = 400W teljesítményt. Így egy FET-re 3,3A, 3,3A x 40V = 132W jutna. Ezek a FET-ek a katalógus szerint 150W eldisszipálására képesek. Tehát az 1 k trimmert állítsuk addig, amíg a 0,33 Ohm-os ellenálláson 1,1V-ot nem tudunk mérni. Ezt ismételjük meg a másik oldalra is. 1600W-os kapcsolásnál nyilván sok ellenállás értéket módosítanunk kell (remélem aki ebbe belevág, annak ez már nem okoz gondot mit mekkorára). A 0,33 Ohm helyett 0,68 Ohm-ot tegyünk. Itt a maximális kimenő áram 20A, és 80V kapcsolódik egy FET-re. Ebben az esetben az áramkorlátot 1,7A-re kell állítani (1,15V). Ne feledjük 12 FET paralel! Igy 136W jut egy-egy FET-re. Kössük be az összes FET-et. Talán érdemes őket párba válogatni ( 12db-ot :), de talán bízhatunk benne, hogy a kereskedőhöz eljutott szállítmány ha nem is egy szeleten, de legaláb egy ütembe készült, ami nagyban meghatározza a FET-ek egyformaságát. Megint ellenőrizzük, hogy a kimenet beállt-e nullára, az áramfelvétel a kezdetben beállított értéknek annyiszorosa-e körülbelűl ahány FET párat alkalmaztunk? Kössünk rá egy hanggenerátort, és nézzük meg, hogy a teljes hagfrekvenciás tartományban (szerintem ez alatt értsünk 20Hz-20kHz-et) kijön-e belőle teljes amplitúdó, nem torz-e? Ezután tegyünk rá műterhelést. Vigyázzunk, elég combos teljesítményű kell, egy 8 Ohm 250W-os ellenállás beleéghet a parkettába (nekem ez a legnagyobb)! Próbáljuk ki, hogy terhelhető-e? Mindig torzítatlan a kimenő jel? Azután megnézhetjük a négyszög átvitelét is. Most nem ismertetném mi a tetőesés, meg a túllövés... Azután tehetünk egy olyan próbát is, hogy meddig visz át az erölködő. Ennél vigyáznunk kell. Nagy ferkinél a vég FET-ek már nem tudnak elég gyorsan lezárni, lassacskán fönti és a lenti FET-ek is összenyitnak. Azt fogjuk tapasztalni, hogy a freki növelésével egyre jobban nővekszik az áramfelvétel. Szélsőséges esetben (mint példáúl gerjedéskor) a FET-ek elpukkannak.

Jó munkát, de ismét szeretném hangsúlyozni, csak szakembereknek!