Ev tipi ses sistemlerinde stereo yapı çoğu zaman yeterli olsa da, dört kanallı yani kvadrofonik bir amplifikatör ile daha geniş bir dinleme alanı ve çevresel ses etkisi elde edilebilir. Bu projede dört adet LM3886 güç amplifikatörü ve iki adet LM1036 koreksiyon entegresi kullanılarak 4 kanallı bir audio amplifikatör yapısı oluşturulmuştur.
LM3886 LM1036 Kuadrofonik Amplifikatör projesinde Eagle CAD PCB, Şema, Kütüphane ve LM3886 PSpice simülasyon dosyaları var.
Devre genel olarak birkaç ayrı modülden oluşur. Ses önce koreksiyon ön yükseltecine girer, burada ses seviyesi, balans, bas, tiz ve loudness ayarları yapılır.
Daha sonra sinyal LM3886 güç amplifikatörü katına gönderilir. Güç katı için simetrik besleme, ön yükselteç ve fan kontrol devresi için ayrı 12V besleme kullanılır.
Toroid trafonun ilk açılış akımını sınırlamak için de soft start devresi eklenmiştir.
LM3886 tabanlı benzer güç amplifikatörü uygulamaları için LM3886TF hoparlör korumalı stereo anfi devresi yazısı da faydalı bir tamamlayıcı olabilir.
Genel Amplifikatör Blok Yapısı
İçerik
Aşağıdaki blok diyagram, klasik bir audio amplifikatörün temel yapısını gösterir. Mikrofon, pikap, teyp, tuner veya farklı ses kaynaklarından gelen düşük seviyeli sinyal önce ön yükselteç katına girer. Daha sonra ara yükselteç, ton kontrol, ekolayzır ve güç amplifikatörü üzerinden hoparlöre aktarılır.
Amplifikatör blok diyagramı
Bu projede yapı dört kanala genişletilmiştir. Yani ön yükselteç ve güç katı, sağ ön, sol ön, sağ arka ve sol arka olmak üzere dört ayrı ses kanalını destekleyecek şekilde tasarlanmıştır.
| Blok | Görevi |
|---|---|
| LM1036 ön yükselteç | Ses, bas, tiz, balans ve loudness kontrolü |
| NE5532 giriş tamponu | Giriş empedansını yükseltme ve sinyal izolasyonu |
| LM3886 güç katı | Hoparlörleri sürecek güç seviyesini üretme |
| Simetrik güç kaynağı | LM3886 güç katlarını besleme |
| 7812 besleme katı | Ön yükselteç ve fan kontrol katını besleme |
| Soft start | Trafo ilk açılış akımını sınırlama |
| Fan kontrol devresi | Soğutucu sıcaklığına göre fanı çalıştırma |
LM1036 Koreksiyon Ön Yükselteci
Ön yükselteç bölümünde LM1036 entegresi kullanılmıştır. LM1036 stereo bir ton kontrol entegresidir.
Bu nedenle dört kanallı sistem için iki adet LM1036 gerekir. Entegre; ses seviyesi, balans, bas ve tiz ayarlarını DC kontrollü girişleri üzerinden yapar.
Şemada her iki stereo kanal için LM1036 bağlantısı görülüyor. Giriş bölümünde NE5532 opamp kullanılması önemli bir detaydır.
NE5532 burada tampon katı gibi çalışır ve giriş empedansını yükselterek kaynak cihazın LM1036 girişini doğrudan yüklemesini önler.
LM1036 NE5532 ile dört kanallı koreksiyon ön yükselteç şeması
LM1036 içindeki referans gerilim pininden alınan kontrol gerilimi potansiyometrelere uygulanır. Bu potansiyometrelerle bas, tiz, balans ve ses seviyesi ayarlanır. Loudness bağlantısı ise düşük ses seviyelerinde bas ve tiz algısını desteklemek için kullanılabilir.
- LM1036 stereo yapıdadır, dört kanal için iki adet kullanılır
- NE5532 giriş tamponu olarak görev yapar
- Bas, tiz, balans ve ses ayarları potansiyometrelerle yapılır
- Loudness özelliği düşük seste daha dolgun dinleme sağlar
- Giriş ve çıkış kondansatörleri DC bileşeni engeller
Ön yükselteç ve ton kontrol devreleriyle ilgilenenler için LM1036 ton kontrol devresi yazısı da bu entegreyi daha yakından tanımak için incelenebilir.
LM3886 Güç Amplifikatörü Katı
Güç katında her kanal için bir adet LM3886 kullanılmıştır. Dört kanallı yapı için toplam dört adet LM3886 gerekir.
LM3886, doğru soğutma ve uygun simetrik besleme ile 8Ω hoparlörlerde güçlü ve kaliteli ses çıkışı verebilen popüler bir güç amplifikatörü entegresidir.
Aşağıdaki şemada iki ayrı LM3886 kanalı aynı sayfada görülüyor. Her kanalın giriş, geri besleme, mute, çıkış ve besleme bağlantıları ayrıdır.
Böylece aynı PCB üzerinde iki kanal uygulanabilir; dört kanal için iki adet aynı güç katı kartı kullanılabilir.
LM3886 çift kanal güç amplifikatörü şeması
Devrede giriş sinyali kondansatörler üzerinden LM3886 girişine uygulanır. Geri besleme dirençleri kazancı belirler.
Çıkışta kullanılan seri bobin ve direnç yapısı, hoparlör gibi karmaşık empedanslı yüklerde kararlılığı artırır.
Ayrıca çıkış tarafındaki Boucherot hücresi yüksek frekanslı osilasyon riskini azaltır.
| Eleman Grubu | Açıklama |
|---|---|
| Giriş kondansatörleri | DC bileşeni keser, yalnızca audio sinyalini geçirir |
| Geri besleme dirençleri | Kazancı ve frekans karakteristiğini belirler |
| 47pF / 220pF kondansatörler | Yüksek frekans kararlılığına yardımcı olur |
| 2.2Ω + 100nF hücre | Boucherot hücresi olarak çıkış kararlılığı sağlar |
| 0.7uH bobin | Hoparlör kablosu ve karmaşık yük etkilerine karşı çıkışı rahatlatır |
| Mute bağlantısı | Açılış kapanışta hoparlör koruması veya sessize alma için kullanılabilir |
Aktif Fan Kontrol Devresi
LM3886 entegreleri yüksek güçte çalışırken mutlaka iyi soğutulmalıdır. Bu projede pasif soğutucuya ek olarak fan kontrol devresi de kullanılmıştır.
Devrede TL071 opamp, NTC termistör ve BC337 transistör bulunur.
TL071 opamp ve NTC ile fan kontrol devresi
NTC termistör soğutucu sıcaklığını algılar. Sıcaklık arttığında NTC direnci düşer.
TL071, termistörden gelen gerilim ile ayar trimpotundan gelen referans gerilimi karşılaştırır.
Sıcaklık belirlenen seviyeye ulaşınca çıkış değişir ve BC337 transistör fanı çalıştırır.
Devrede pozitif geri besleme kullanıldığı için bir miktar histerezis oluşur.
Yani fan örneğin 50°C civarında çalışmaya başlar, sıcaklık biraz düştüğünde hemen kapanmaz; daha düşük bir sıcaklığa inince kapanır. Bu sayede fan sürekli aç-kapa yapmaz.
- R5 NTC termistör sıcaklık algılama elemanıdır
- P1 trimpot fanın devreye girme sıcaklığını ayarlar
- TL071 karşılaştırıcı gibi çalışır
- BC337 fanı süren anahtarlama transistörüdür
- Histerezis sayesinde fan kararsız şekilde titreşimli çalışmaz
Soft Start Devresi
Güçlü ses amplifikatörlerinde büyük toroid trafolar ve yüksek kapasiteli filtre kondansatörleri kullanılır.
Bu yapı ilk açılışta çok yüksek ani akım çekebilir. Bu akım sigortanın atmasına, şalterin düşmesine veya doğrultucu köprünün zorlanmasına neden olabilir.
Bu yüzden devreye soft start yani yumuşak başlatma bölümü eklenmiştir.
4060 entegreli soft start röle devresi
Bu şemada 4060 entegresi zamanlama görevi görür. İlk açılışta trafo primeri seri sınırlama elemanı üzerinden enerjilenir.
Birkaç saniye sonra röle devreye girerek sınırlama elemanını köprüler ve trafo normal çalışma durumuna geçer.
Soft start devresi özellikle büyük toroid trafolu amplifikatörlerde oldukça önemlidir.
Toroid trafolar ilk açılışta çekirdek manyetik durumuna bağlı olarak çok yüksek ani akım çekebilir.
Büyük filtre kondansatörleri de boş haldeyken kısa süreliğine neredeyse kısa devre gibi davranır.
| Devre Bölümü | Görevi |
|---|---|
| 4060 entegresi | Zamanlama ve gecikme üretimi |
| Röle | Gecikme sonrası sınırlama elemanını köprüler |
| NTC / sınırlama elemanı | İlk açılış akımını azaltır |
| Zener diyotlar | Kontrol devresi beslemesini sınırlar |
| 1N4007 diyotlar | Doğrultma ve koruma görevleri |
Güvenlik notu: Bu soft start devresi doğrudan şebeke gerilimiyle çalışır. 220V AC bağlantılar ölümcül olabilir. İzolasyon, sigorta, topraklama, kutulama ve güvenli PCB mesafeleri mutlaka dikkate alınmalıdır.
Simetrik Güç Kaynağı
LM3886 güç katları için simetrik besleme gerekir. Bu projede güçlü bir toroid trafo, köprü doğrultucu ve büyük filtre kondansatörleriyle pozitif ve negatif besleme hattı oluşturulmuştur.
LM3886 güç amplifikatörü için simetrik besleme devresi
Şemada iki ayrı doğrultma hattı ve her hatta büyük elektrolitik kondansatörler görülüyor. 4700uF / 50V kondansatörler besleme dalgalanmasını azaltmak için kullanılmıştır. Pozitif ve negatif hatlarda LED’li gösterge bölümü de bulunur.
Yüksek güçlü amplifikatörlerde besleme kalitesi doğrudan ses performansını etkiler. Yetersiz trafo veya küçük filtre kapasitesi kullanılırsa bas darbelerinde besleme çöker, distorsiyon artar ve kanal ayrımı bozulabilir.
- LM3886 için simetrik besleme gerekir
- Büyük filtre kondansatörleri düşük frekanslı dalgalanmayı azaltır
- Besleme kabloları kısa ve kalın tutulmalıdır
- Yıldız topraklama yöntemi uğultuyu azaltabilir
- Sigorta ve izolasyon ihmal edilmemelidir
Amplifikatör Güç kaynağı tasarımıyla ilgilenenler için Amfi Güç Kaynakları yazısı da doğrultma, filtreleme ve akım kapasitesi açısından yararlı olabilir.
Ön Yükselteç İçin 12V Besleme
Ön yükselteç, fan kontrol devresi ve yardımcı katlar için ayrı bir 12V besleme kullanılmıştır. Bu bölümde EI tip küçük trafo, köprü doğrultucu, filtre kondansatörü ve 7812 regülatör bulunur.
7812 regülatörlü ön yükselteç ve fan besleme devresi
Ön yükselteç beslemesinin güç katından ayrı tutulması iyi bir tercihtir. Çünkü güç katının yüksek akım darbeleri ve büyük hoparlör akımları, hassas ön yükselteç katında uğultu veya parazit oluşturabilir. Ayrı besleme kullanmak bu etkiyi azaltır.
| Eleman | Görevi |
|---|---|
| EI trafo | Ön yükselteç ve fan için düşük güçlü AC besleme sağlar |
| Köprü doğrultucu | AC gerilimi DC gerilime çevirir |
| 1000uF kondansatörler | Doğrultulmuş gerilimi filtreler |
| 7812 regülatör | Kararlı 12V çıkış üretir |
| LED gösterge | Besleme varlığını gösterir |
PCB ve Modüler Yapı
Bu amplifikatörün en mantıklı kurulumu modüler yapıdır. Ön yükselteç kartı, güç amplifikatörü kartları, simetrik besleme kartı, 12V besleme kartı, soft start kartı ve fan kontrol kartı ayrı ayrı hazırlanabilir. Böylece test, bakım ve arıza arama kolaylaşır.
Özellikle LM3886 kartlarında yüksek akım taşıyan besleme ve hoparlör yolları geniş tutulmalıdır. Giriş sinyali yolları güç çıkışından ve trafo kablolarından uzak geçirilmelidir. Giriş GND, güç GND ve şase bağlantıları rastgele birleştirilirse uğultu oluşabilir.
- Güç katı kartlarında besleme yolları geniş olmalıdır
- Giriş sinyali ekranlı kabloyla taşınabilir
- Trafo ile ön yükselteç arasında mesafe bırakılmalıdır
- Potansiyometre kabloları kısa tutulmalıdır
- LM3886 soğutucu izolasyonu kontrol edilmelidir
- Soft start kartı şebeke tarafı güvenli kutulanmalıdır
İlk Çalıştırma ve Test
Bu tip yüksek güçlü amplifikatör doğrudan hoparlör bağlıyken denenmemelidir. İlk çalıştırmada seri lamba, akım sınırlamalı varyak veya laboratuvar test düzeni kullanmak daha güvenlidir. Önce güç kaynakları ölçülmeli, daha sonra ön yükselteç ve güç katları ayrı ayrı kontrol edilmelidir.
| Test Adımı | Beklenen Durum |
|---|---|
| Soft start testi | Röle birkaç saniye gecikmeyle çekmeli |
| Simetrik besleme testi | Pozitif ve negatif hatlar dengeli olmalı |
| 12V besleme testi | 7812 çıkışında kararlı 12V görülmeli |
| LM1036 testi | Ses, bas, tiz ve balans ayarları çalışmalı |
| LM3886 çıkış testi | Hoparlör çıkışında DC gerilim düşük olmalı |
| Fan kontrol testi | NTC ısıtıldığında fan devreye girmeli |
Hoparlör bağlamadan önce her LM3886 çıkışında DC offset ölçülmelidir. Çıkışta yüksek DC gerilim varsa hoparlör bağlanmamalıdır. Ayrıca ilk testte düşük seviyeli sinyal ve sahte yük direnci kullanmak daha güvenlidir.
Kısa Değerlendirme
LM1036 ve LM3886 ile hazırlanan bu kvadrofonik amplifikatör, klasik analog ses elektroniği açısından oldukça öğretici bir projedir. Ön yükselteç tarafında ses, bas, tiz, balans ve loudness kontrolü yapılırken; güç katında her kanal için ayrı LM3886 kullanılarak güçlü bir çıkış elde edilir.
Projeyi yalnızca güç amplifikatörü olarak değil, komple bir ses sistemi olarak değerlendirmek gerekir. Çünkü başarılı sonuç için ön yükselteç, güç katı, simetrik besleme, 12V yardımcı besleme, fan kontrolü, soft start ve mekanik soğutma birlikte doğru tasarlanmalıdır.
Doğru PCB yerleşimi, sağlam topraklama, yeterli trafo gücü, iyi soğutma ve dikkatli ilk çalıştırma ile bu yapı ev kullanımı için güçlü bir dört kanallı audio amplifikatör haline getirilebilir.
Kaynak: dspace.vut.cz/items/687f4265-fabd-4e42-8420-cc6f58cfa141
