Rod Elliott 60W-100W Hi-Fi Güç Amplifikatörü Devresi Mini PCB

60-100W Hi-Fi güç amplifikatörü, ±35V simetrik beslemeyle 4 ohmda yaklaşık 100W, 8 ohmda yaklaşık 60W verebilen transistörlü bir ses yükselteci projesidir. Orta seviye hobi elektronikçileri, tamirciler ve kendi stereo güç katını kurmak isteyen kullanıcılar için uygundur; basit yapısı ve düşük maliyetine göre harika ses kalitesi vardır. Doğru soğutma ve güvenli besleme şarttır.

Devrenin Genel Yapısı

60-100W Hi-Fi güç amplifikatörü devre şeması

Devre ayrık transistörlü, sınıf AB çalışan bir güç amplifikatörüdür. Giriş katında düşük seviyeli ses sinyali yükseltilir, orta katta gerilim kazancı sağlanır, çıkış katında ise hoparlörü sürebilecek akım üretilir.

En dikkat çekici nokta, klasik Darlington çıkış yerine tamamlayıcı geri beslemeli çift, yani Sziklai yapısına benzer bir çıkış düzeni kullanılmasıdır.

Bu yapı doğru kurulduğunda düşük bozulma ve iyi kararlılık sağlar. Buna karşılık devre kısa devreye karşı kendi içinde aktif koruma içermez.

Hoparlör çıkışı çalışırken kısa devre edilirse çıkış transistörleri ve sürücü transistörleri hızla zarar görebilir.

Giriş ve Geri Besleme Katı

C1 giriş kondansatörü, kaynak cihazdan gelebilecek DC bileşeni keser. R1 ve R3 giriş hattında akımı ve yüksek frekanslı parazitleri sınırlamaya yardım eder.

Q1 ve Q2 çevresindeki kat, giriş sinyali ile geri besleme sinyalini karşılaştıran diferansiyel yapının temelini oluşturur.

R5 ve R4 çevresindeki geri besleme ağı, devrenin kapalı çevrim kazancını belirler.

Şemadaki değerlere göre amplifikatörün kazancı yaklaşık 27dB civarındadır.

Geri besleme hattındaki kondansatörler düşük frekans davranışını, C4 gibi küçük değerli kompanzasyon kondansatörleri ise yüksek frekans kararlılığını etkiler.

C4 değerini küçültmek veya rastgele değiştirmek osilasyon riskini artırabilir.

Gerilim Yükseltme ve Bias Ayarı

Q4 gerilim yükseltme katında görev yapar. C5 bootstrap kondansatörü, bu katın sinyal salınım aralığını genişletmeye yardım eder.

Q9 ve VR1 çevresi ise çıkış katının boşta akımını ayarlamak için kullanılır.

VR1 rastgele çevrilecek bir ses ayarı değildir. İlk çalıştırmadan önce minimum boşta akım verecek konuma alınmalı, ardından ölçümle ayarlanmalıdır.

Uygun boşta akım ayarı yapılmazsa iki sonuçtan biri görülür: düşük ayarda crossover bozulması artar, yüksek ayarda transistörler gereksiz ısınır ve termal kaçak riski oluşur.

Sziklai Çıkış Katı

Q5-Q7 ve Q6-Q8 çiftleri çıkış akımını üretir. Q7 ve Q8 ana güç transistörleridir; hoparlöre akan büyük akım bu elemanlardan geçer.

R13 ve R14 değerleri 0.33 ohm seçilmiştir ve hem akım paylaşımına hem de bias ölçümüne yardımcı olur.

Çıkış katında MJL21193/MJL21194, NJW1302/NJW3281 gibi güvenilir güç transistörleri tercih edilebilir.

Eski Toshiba 2SA1302/2SC3281 gibi çok taklidi bulunan parçalara özellikle dikkat edilmelidir.

Güç transistörü seçiminde yalnızca katalog değeri değil, güvenilir tedarik de önemlidir.

Çıkış Ağı ve Kararlılık

Çıkışta yer alan R15 ve C7 ağı, hoparlör kablosu ve hoparlör empedansından kaynaklanabilecek yüksek frekanslı kararsızlığı bastırmaya yardım eder.

Hoparlör saf direnç değildir; bobin, kablo ve filtre elemanları amplifikatöre karmaşık bir yük gibi görünür.

Bu nedenle çıkıştaki küçük RC ağı ihmal edilmemelidir.

Besleme Gerilimi ve Beklenen Güç

Devre simetrik besleme ile çalışır. Standart ve güvenli kullanım için ±35V civarı besleme daha mantıklıdır.

Bu değer 25-0-25V sekonderli bir transformatör ve doğrultma-filtreleme katı ile elde edilebilir.

±42V seviyesi ise 8 ohm yük için kullanılabilir; 4 ohm hoparlörde çıkış transistörlerinin güç kaybı çok yükselir.

Güç değerleri transformatörün regülasyonuna, filtre kondansatörlerine, şebeke gerilimine ve soğutucu kalitesine göre değişir.

Küçük VA değerli transformatörle gerilim yük altında çöker; devre çalışsa bile beklenen çıkış gücüne ulaşılamaz.

Güç Kaynağı Devresi

60-100W amplifikatör için simetrik güç kaynağı devresi

Besleme katında 25-0-25V transformatör, köprü doğrultucu ve iki büyük filtre kondansatörü bulunur.

Şemada her hat için 4700µF kondansatör görülür. Daha güçlü stereo kurulumlarda kapasite artırılabilir; fakat çok büyük kondansatörler ilk açılış akımını yükseltir ve sigorta seçimini zorlaştırır.

Köprü doğrultucu için 25A veya 35A sınıfı modeller tercih edilmelidir. Kondansatör gerilim değeri ±35V besleme için en az 50V olmalıdır.

DC hat bağlantıları köprü doğrultucudan değil, filtre kondansatörlerinin uçlarından alınmalıdır. Bu küçük ayrıntı, yüksek akım darbelerinin sinyal toprağına karışmasını azaltır.

Şebeke tarafında sigorta, topraklama ve izolasyon ihmal edilmemelidir. 230V AC hattı ile düşük gerilimli sinyal kabloları aynı demet içinde taşınmamalıdır.

Metal kutu kullanılıyorsa koruma toprağı kutuya sağlam şekilde bağlanmalıdır.

Transformatör seçimi hakkında daha fazla bilgi için Amfi Güç Kaynağı Hesaplamaları (Trafo, Köprü Diyot, Kondansatör) yazısı da incelenebilir.

Önemli Parçalar ve Seçim Notları

Dirençlerde 1% metal film kullanmak gürültü ve kanal eşleşmesi açısından avantaj sağlar. R9, R10 ve R15 için en az 1/2W; R13 ve R14 için 3W-5W tel direnç kullanmak daha güvenlidir. C5 bootstrap kondansatörü için en az 25V, tercihen 35V gerilim dayanımı seçilmelidir.

İlk Çalıştırma ve Bias Ayarı

İlk enerji verme işlemi doğrudan hoparlör bağlıyken yapılmamalıdır.

Güç transistörleri mutlaka soğutucuya monte edilmiş olmalıdır.

Kısa süreli deneme için bile soğutucusuz çalıştırmak, özellikle bias yüksekse transistörleri saniyeler içinde bozabilir.

• VR1 ilk açılıştan önce minimum boşta akım verecek konuma alınmalıdır.
• Besleme sigortaları yerine ilk denemede 22 ohm 5W güvenlik dirençleri kullanılabilir.
• Hoparlör ilk aşamada bağlanmamalıdır.
• Çıkışta DC gerilim ölçülmeli; 100mV altında kalması beklenmelidir.
• Q7 ve Q8 kolektörleri arasındaki ölçüm noktasında yaklaşık 33mV-50mV aralığı hedeflenebilir.
• Isınma tamamlandıktan sonra bias değeri tekrar kontrol edilmelidir.

Yaklaşık 33mV ölçüm 50mA civarı, 50mV ölçüm ise 75mA civarı boşta akıma karşılık gelir.

Daha düşük akımda çıkış katı daha serin çalışır ancak crossover bozulması artabilir.

Daha yüksek akım, ses açısından her zaman daha iyi sonuç vermez; soğutucu ve transistörler üzerinde gereksiz ısı oluşturur.

Test sırasında sinyal kaynağı olarak düşük seviyeli 1kHz sinüs veya dikkatli ayarlanmış müzik sinyali kullanılabilir.

Test tonu üretimi için 10Hz-20kHz test sesleri arşivi pratik olur. Osiloskop varsa çıkışta kırpılma, salınım ve açılış kapanış davranışı kontrol edilmelidir.

Hoparlör Koruma ve Kısa Devre Riski

Amplifikatör çıkışında aktif kısa devre koruması yoktur. F1 ve F2 sigortaları bazı arıza durumlarında devreyi koruyabilir, fakat hoparlör kablosunun anlık kısa devre edilmesini güvenli hale getirmez.

Güçlü bir ses sinyali varken çıkış kısa devre olursa çıkış transistörleri sigortadan önce bozulabilir.

Hoparlörleri DC arızaya karşı korumak için çıkışa gecikmeli röleli koruma kartı eklemek doğru olur.

Özellikle pahalı hoparlörlerle kullanılacaksa amplifikatör çıkışındaki DC gerilime karşı hoparlör koruma devresi benzeri bir koruma katı önerilir. Daha genel uygulamalar için hoparlör koruma devresi yazısı da faydalıdır.

Kurulum Sırasında Sık Yapılan Hatalar

• Transistör izolatörünü unutmak: Güç transistörlerinin metal yüzeyi soğutucuya elektriksel olarak bağlı kalırsa besleme hattı kısa devre olabilir.
• Topraklamayı rastgele yapmak: Sinyal toprağı, güç toprağı ve şase bağlantısı yanlış noktada birleşirse uğultu oluşur.
• 4 ohm hoparlörü ±42V ile sürmek: Güç artışı cazip görünür fakat transistörlerin ısı yükü tehlikeli seviyeye çıkar.
• Sahte çıkış transistörü kullanmak: Katalog değeri yüksek görünen sahte parçalar ilk yüksek güç denemesinde bozulabilir.
• Bias ayarını kulakla yapmak: Boşta akım mutlaka multimetre ile ölçülmelidir.
• C4 gibi kompanzasyon parçalarını değiştirmek: Küçük kondansatör değeri bile yüksek frekansta osilasyona neden olabilir.

Teknik Özet Tablosu

Kullanım İçin Uygun Senaryolar

Bu amplifikatör, kaliteli bir stereo müzik sistemi, küçük atölye test amplisi, aktif hoparlör güç katı veya basit PA uygulaması için değerlendirilebilir. Tek kanal olarak subwoofer sürmek mümkündür; ancak düşük empedanslı hoparlör ve yüksek ses seviyesi isteniyorsa soğutucu, güç kaynağı ve koruma devresi daha dikkatli seçilmelidir.

Ses projeleriyle ilgilenenler için ses devreleri arşivi içindeki diğer amplifikatör, filtre ve koruma devreleri de karşılaştırma amacıyla incelenebilir. MOSFET çıkışlı farklı bir güç katı alternatifi arayanlar IRFP240 IRFP9240 MOSFET amplifikatör devresine bakabilir.

ESP 60-100W PA3 Amfi Malzeme Listesi

Not: PCB Çizimi Sprint layout 6 ile yapıldı. Boyutları 75x61mm. DiyAudio forumlarından @Ciro82 isimli üyenin projesi için hazırladığı çizimden feyz alındı uygulaması kolay ve daha küçük boyutlu PCB hazırlandı. Şemaya göre PCB çizimini kontrol ettim sorun yok ama henüz test etmedim.

Gümrük sorunu çözülünce PCB siparişi verilip uygulaması yapılacaklar listesine eklediğim bir proje 🙂

@Ciro82`un devre hakkında ki bildirimleri;

Şimdiye kadar yaptığım en sessiz amfi, ne uğultu ne de cızırtı var, bias ayarını yakında yapacağım, sadece yapmadan önce biraz çalışmasına izin vermek istiyorum…

DC ofseti:
3 mV sol
1 mV sağ

Sükünet akımı 75mA’ya ayarlandı, yaklaşık 48 saattir mükemmel çalışıyor, stabil, salınım yok. Isınmıyor, sesi harika!

Kayaklar;

sound-au.com/project3a.htm

diyaudio.com/community/threads/esp-p3a.382918/page-4