Устройство защиты акустических систем

В жизни нередки такие ситуации, когда по тем или иным причинам акустические системы подключают к усилителям звуковой частоты, мощность которых превышает предельно допустимую для системы, что, с одной стороны, нередко позволяет получить лучшее качество звучания, увеличить динамический диапазон, с другой - увеличивает риск повреждения динамических головок из-за перегрузки. Особенно это актуально при использовании АС на школьных, студенческих, молодежных вечеринках, где нередко акустика подключается к первому попавшемуся работоспособному усилителю, который «помощнее». Чтобы предотвратить повреждение АС при поступлении на нее мощности, превышающей номинальную, ее надо оснастить узлом защиты от перегрузки, встроенным в АС и не требующем дополнительного источника питания. Принципиальная схема такого устройства, рассчитанного на защиту АС мощностью 10...35 Вт, показана на ниже

Кроме отключения АС при перегрузке, это устройство также защищает ее динамические головки от повреждения в случае выхода из строя транзисторов усилителя и появления на его выходе постоянного напряжения. Устройство подключается к выходу усилителя мощности звуковой частоты. Напряжение переменного тока выпрямляется диодным мостом VD1. Резистор R1 устраняет влияние устройства на работу усилителя мощности. Выпрямленное напряжение сглаживается оксидными конденсаторами СЗ, С2. Пока мощность на выходе усилителя не превышает максимально допустимую для АС, напряжение на выводах конденсатора С2 невелико, стабилитрон VD3 закрыт, следовательно, также закрыт и тринистор VS1. В режиме микротока тринисторы этого типа являются управляемыми, т. е. их можно закрыть снятием управляющего напряжения. Поскольку VS1 закрыт, также будет закрыт транзистор VT2. Контакты реле К1 замкнуты, на динамические головки АС будет поступать 100 % мощности. Как только мощность на выходе усилителя превысит допустимую для АС, напряжение на С2 возрастет настолько, что открывается стабилитрон VD1, откроются тринистор VS1 и транзистор VT2, контакты реле К1 разомкнутся, мощность, поступающая на АС, будет ограничена резисторами R11-R13. Эти резисторы являются нагрузкой для усилителя мощности, что улучшает устойчивость усилителя в случае отключения акустической системы, кроме того, эти резисторы снижают искрение между контактами реле при их замыкании и размыкании. При срабатывании защиты от перегрузки светится светодиод HL1. Транзистор VT1, эмиттерный переход которого работает как микромощный стабилитрон с напряжением стабилизации 7...12 В, защищает полевой транзистор от пробоя изолятора затвора. Как только напряжение на выходе усилителя уменьшится, стабилитрон VD3 закроется, закроются VS1, VT2, контакты реле К1 замкнутся, на АС вновь будет поступать полная мощность. Резистор R8 вводит небольшой гистерезис, предотвращающий циклическое замыкание-размыкание контактов реле при неизменной выходной мощности, чуть превышающей пороговую. Резистор R9 уменьшает ток через обмотку реле при размыкании его контактов, конденсатор С6 накапливает достаточное количество энергии, необходимое для надежного срабатывания реле.

При размещении конструкции внутри корпуса АС элементы конструкции работают в условиях достаточно сильных вибраций в широком диапазоне звуковых частот, создаваемых динамическими головками, кроме того, в некоторых случаях следует учитывать и переменное магнитное поле от динамических головок. Печатную плату следует располагать на максимальном удалении от открытых магнитных систем динамических головок.

В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ, Cl-4, C2-23 или импортные аналоги. Подстроечный резистор R3 желательно использовать в закрытом корпусе, например, СП4-1, СПЗ-16в, СП5-16А, СПЗ-19а, СП4-3. После настройки поворотную ось резистора следует закрепить каплей краски. Конденсатор С1 пленочный полиэтилентерефталат-ный К73-17, К73-9 или аналогичный. С4 - керамический К10-17, КМ-5, оксидные конденсаторы - К50-35 или импортные аналоги. Конденсатор СЗ можно составить из двух по 470 мкФ (это предусмотрено на печатной плате). При необходимости, конденсатор С6 также следует использовать на рабочее напряжение 100 В. В случае, если устройство будет применено с усилителями, имеющие напряжение питания выходных каскадов более ±50 В, оксидные конденсаторы должны быть на напряжение 160 В, мощность и сопротивление резисторов Rl, R2, R9 также нужно увеличить. Конденсаторы СЗ, С6 устанавливают параллельно печатной плате и дополнительно закрепляют на ней проволочными хомутиками. Диодный мост можно заменить аналогичным маломощным, например, DB103-DB107, RB153-RB157 или составить из четырех выпрямительных диодов с рабочим напряжением не менее 100 В. Вместо КД243А можно установить любые из серий КД243, КД247, КД208, КД105, 1N4002-1N4007. Стабилитрон 1N4738A можно заменить на КС175А, КС175Ж, КС126К, светодиод - на любой другой. Вместо тринистора КУ112А можно применить КУ 112 AM в корпусе ТО-92. Полевой n-канальный транзистор IRF9540 в этой конструкции может работать без теплоотвода. Его максимальное напряжение сток-исток 100 В, отечественный аналог - КП785А. Вместо этого транзистора можно использовать IRF9634, КП796А, имеющие UCH МАХ > 250 В. Вместо КТ315А можно применить любой из серий КТ312, КТ315, SS9014. Реле К1 - РЭК-29, паспорт ДУЩ4.501.56. Сопротивление обмотки этого реле около 950 Ом, устойчивое переключение контактов происходит при напряжении 15 В, минимальное напряжение удержания - 7 В. Реле этого типа использовалось в модулях ДУ отечественных телевизоров УСЦТ. При замене следует учитывать тот факт, что контакты этого реле должны коммутировать значительный ток.

Устройство может быть смонтировано на печатной плате размерами 140x50 мм, где установлены все элементы, кроме светодиода. На рис.2 показана печатная плата со стороны проводников.
Со стороны монтажа плату желательно покрыть тремя-четырьмя тонкими слоями эпоксидного клея. Каждый следующий слой наносят после затвердевания предыдущего. Плату крепят к корпусу АС изнутри пятью винтами МЗ или саморезами. По возможности ее желательно закрыть глухим толстостенным (>0,5 мм) кожухом, что также уменьшит вероятность выхода из строя устройства по причине вибраций в мощных АС, а также снизит вероятность дребезга контактов реле.
Изготовленные автором два экземпляра этих устройств используются совместно с акустическими системами 15АС-220, в которых используются динамические головки 25ГДН-3-4. Эти системы начинают хрипеть и дребезжать при подводимой мощности более 40 Вт. Порог срабатывания защиты установлен 25 Вт. Данные АС питаются от усилителя «Орбита УМ-002 стерео»,
который способен развивать мощность выше 50 Вт на нагрузке 4 Ом. Другие два экземпляра установлены в самодельные герметичные АС, собранные на широкополосных головках 10ГДШ-1, питаемых от усилителя «Корвет 50У-068 С». Порог включения защиты также установлен 25 Вт из расчета работы усилителя на нагрузку 4 Ом. Если при работе с мощными АС (>35...5О Вт) и мощным усилителем тринистор будет закрываться при слишком низкой для данного случая мощности, сопротивление резисторов R4 и R7 можно увеличить вдвое.
Это устройство можно модифицировать, установив вместо постоянного резистора R2 терморезистор с отрицательным ТКС сопротивлением 3,3...4,7 кОм при 25 °С, который через прокладку из теплопроводной резины следует жестко закрепить на магнитной системе мощной низкочастотной головки. В этом случае при сильном нагреве магнитной системы устройство будет включать защиту при меньшей выходной мощности усилителя.