S-PDIF dijital girişe sahip, bi-amp yapıda aktif bir hoparlör sisteminin tasarım ve uygulaması. Çalışma kapsamında hoparlör kabininin tasarımı, ön yükselteç, baxandall ton kontrol devresi, aktif crossover (frekans bölücü), all-pass filtre ve S/PDIF dijital giriş, Subwoofer amfi, Tweeter amfi devrelerinin tasarımı hakkında tüm bilgi ve dökümanlar var.
Ayrıca aktif hoparlör kabin ölçüleri çizimleri ile birlikte verilmiş (sayfa 64-66)
Aktif Hoparlör projesinin PCB çizimleri Cadsoft Eagle programı ile hazırlanmış. Kaynak .brd uzantılı PCB tasarım dosyaları var.
Çin merkezli PCB üretimi yapan firmalara sipariş vermek isterseniz PCB üretimi için gerber dosyalarını Eagle CAD ücretsiz sürümleri ile oluşturabilirsiniz. Bakınız; Cadsoft Eagle ders notları – Eagle Cad Eski Versiyonları
Devre katlarının PCB çizimleri tek katmanlıdır. Evde Prototip PCB yapımı daha kolay olacaktır.
S-PDIF Dijital Giriş WM8804 WM8524
İçerik
S-PDIF Dijital giriş katı, WM8804 S-PDIF alıcısı ve WM8524 D-A dönüştürücü kullanılarak tasarlanmış.
Devre tasarımında üretici veri sayfaları esas alınmış. S-PDIF Kartı tek katmanlı PCB olarak tasarlanmış.
Alçak Frekans (Woofer) Transistörlü Amplifikatör
Alçak frekans sürücüsü olarak seçilen B&C 8PS21, 200W RMS güce sahiptir. Bu nedenle amplifikatörün ani güç zirvelerini karşılayabilecek şekilde en az 200W ve üzeri güç sunması hedeflenmiştir.
Bu amaçla AB sınıfında, diskret elemanlarla oluşturulmuş bir amplifikatör tasarlanmıştır. ±62 V besleme ile 4-ohm yükte yaklaşık 300W, 8-ohm yükte ise yaklaşık 200W güç elde edilmiştir.
Çıkış katında MJ15003/MJ15004 transistörleri kullanılmış, termal kararlılık için diyotlarla sıcaklık geri beslemesi sağlanmıştır.
Geçiş bozulmasını azaltmak amacıyla ayarlanabilir bias devresi uygulanmış, aşırı akım durumlarında devreyi koruyan ek geri besleme mekanizmaları eklenmiştir. Çıkışta yine RC Boucher ağı ve uygun filtreleme kullanılarak osilasyon riski azaltılmıştır.
Yüksek Frekans (Tweeter) TDA7293V Amplifikatörü
Yüksek frekans hoparlörü için kullanılan amplifikatör, sürücünün güç gereksinimlerinin üzerinde bir kapasiteye sahip olacak şekilde tasarlanmış.
DE12 tweeter için üretici minimum 2200 Hz kesim frekansında 25W güç belirtmektedir.
Ancak yüksek frekanslarda bu değer artmakta ve özellikle canlı performanslarda ani güç darbeleri oluşmaktadır.
Bu nedenle AB sınıfında çalışan TDA7293V entegresi tercih edilmiştir. ±50V besleme aralığına sahip olan bu entegre, ±40V besleme altında 8-ohm yükte yaklaşık 100W güç sağlayabilmektedir.
Entegre; kısa devre, aşırı sıcaklık ve clip korumalarıyla güvenli bir kullanım sunmaktadır. Devre, üretici önerilerine sadık kalınarak küçük uyarlamalarla EAGLE CD yazılımında tasarlanmıştır.
Girişte DC bileşenleri engelleyen kapasitör, besleme filtreleri, çıkışta ise amplifikatör kararlılığını sağlayan Boucher RC ağı kullanılmıştır. Ayrıca soft-start, mute ve clip LED göstergeleri de devreye entegre edilmiştir.
Amplifikatör, çift katmanlı PCB üzerine kurulmuş ve ±42V simetrik besleme ile çalıştırılmıştır. Soğutma için alçak frekans amplifikatörü ile ortak bir alüminyum soğutucu kullanılmıştır.
Clip (Aşırı Sürme) Göstergesi
Sistemde ayrıca bir clip detektörü yer almaktadır. Bu devre, çıkış sinyali besleme sınırına ulaştığında LED ile kullanıcıyı uyarır.
LED’in sürekli yanması istenmez; yalnızca nadiren yanıp sönmesi ideal çalışma koşulunu gösterir.
Devre, güç amplifikatörü PCB’sine entegre edilmiştir.
Aktif Hoparlör Güç Kaynağı
Besleme için, toplam 400VA gücünde toroidal transformatöre sahip klasik bir güç kaynağı tercih edilmiştir. Gerekli teknik özelliklere sahip (çift sekonderli) bir transformatör özel üretim olarak hazırlanmıştır.
Primer hatına seri bağlı bir NTC termistör kullanılarak ilk enerjilendirme anında oluşabilecek ani akım darbeleri sınırlandırılmıştır.
Transformatörün birinci sekonder sargısı, 300VA gücünde ve 2x45V simetrik çıkışa sahiptir. Bu sargı, alçak frekans (subwoofer) güç amplifikatörünün beslenmesi için kullanılmıştır.
İkinci sekonder sargı ise 100VA gücünde olup 2x30V çıkış vermekte ve sistemdeki TDA7293V amfi ve diğer elektronik devrelerin beslemesini sağlamaktadır.
Her iki sekonder çıkış da 25A kapasiteli köprü doğrultucu ile doğrultulmuş ve uygun kapasitelerde elektrolitik kondansatörler kullanılarak filtrelenmiştir.
Operasyonel yükselteçlerin beslenmesi için kullanılan ±42V doğru gerilim (aynı zamanda yüksek frekans amplifikatörünü besleyen gerilim), zener diyot ve transistörlü bir regülatör devresi aracılığıyla ±9,1V simetrik gerilime düşürülmüştür.
Güç kaynağında ayrıca stabilize +24V çıkış da bulunmaktadır. Bu gerilim mevcut tasarımda doğrudan kullanılmamış olsa da, ileride hoparlör gecikmeli devreleri veya NTC termistörün by-pass edilmesi gibi yardımcı uygulamalarda kullanılabilecek şekilde sisteme dahil edilmiştir.
Bunlara ek olarak, dijital WM8804 WM8524 S-PDIF devresinin beslenmesi amacıyla +5V ve 3,3V stabil çıkışlar da sağlanmıştır.
Bu çalışmada, dijital girişli ve bi-amp yapıda profesyonel kullanım amaçlı aktif hoparlör sistemi tasarlanmış ve büyük ölçüde uygulanmıştır. Hoparlör sürücüleri, dünya çapında tanınan B&C Speakers firmasından seçilmiş; yüksek verim, yüksek güç ve küçük kabin hacmi hedefleri başarıyla bir araya getirilmiştir.
Kabin hacmi 25 litre sınırını aşmayacak şekilde tasarlanmış, nihai uygulamada net 20 litre hacim elde edilmiştir. Kabin geometrisi, durgun dalgaları azaltacak şekilde asimetrik formda tasarlanmış, 45° eğimli arka yüzey sayesinde sahne monitörü olarak kullanım imkânı sağlanmıştır.
Elektronik bölümde, giriş devreleri, iki ayrı güç amplifikatörü ve çoklu besleme çıkışlarına sahip bir güç kaynağı tasarlanmıştır. Toroidal transformatörlü klasik güç kaynağı tercih edilmiş, dijital devreler için 5 V ve 3,3 V regülasyonlar sağlanmıştır.
Uygulama sırasında PCB via problemleri ve giriş katında anahtarlamaya bağlı bazı sorunlar tespit edilmiş; bunların ileride farklı anahtarlama yöntemleriyle çözülebileceği değerlendirilmiştir. Ölçümlerde 2 kHz civarında gözlemlenen frekans çukuru, sabit crossover frekansının dezavantajı olarak değerlendirilmiş ve ileride ayarlanabilir aktif crossover kullanımı önerilmiştir.
Genel olarak çalışma, hem teorik hem de pratik açıdan yüksek performanslı aktif hoparlör tasarımına kapsamlı bir örnek sunmaktadır.
