Devre, bir hoparlör kabini içerisindeki hassas tiz hoparlörün (tweeter) aşırı yüklenmeye karşı etkin biçimde korunmasını sağlar. Özellikle yüksek ses seviyelerinde ve hatalı çalışma koşullarında tweeter’ların zarar görmesini önlemek amacıyla geliştirilmiştir.
DIN standartlarına göre, bir tweeter nominal test koşullarında kendisine uygulanan toplam gücün %1’inden fazlasını işlemek zorunda değildir. Örneğin 100 W güce dayanabilen bir hoparlör sisteminde, tweeter için bu değer yaklaşık 1 W civarındadır. Tiz hoparlör, fiziksel olarak büyük ve iyi soğutulmuş olsa bile pratikte yalnızca birkaç watt’lık güce güvenle dayanabilir.
Ses sinyallerinin spektral dağılımı dikkate alındığında, frekans bileşenlerinin uygun hoparlörlere bölünmesi (woofer, midrange, tweeter) ve her biri için uygun güç değerlerinin belirlenmesi uzun yıllardır uygulanan ve kendini kanıtlamış bir yaklaşımdır.
Ancak unutulmamalıdır ki 4 kHz civarında genliğin 6 dB artırılması, tweeter’a aktarılan gücün iki katına çıkmasına neden olur. Bu durum, gelişmiş ekolayzır ve ton kontrol devreleri kullanılan sistemlerde tweeter’ın büyük olmasını gerekli kılar.
Tweeter’lar için en kritik durum ise amplifikatörün aşırı sürülerek doyuma (clipping) girmesidir. Bu koşullarda, özellikle trafosuz yarı iletkenli güç katları çıkışlarında kare dalgaya yakın sinyaller üretir. Kare dalga sinyallerinin spektrumu incelendiğinde, yüksek frekans bileşenlerinin genliğinin dramatik biçimde arttığı görülür.
Bu artış, orijinal sinyalde yalnızca düşük frekanslar bulunsa bile ortaya çıkar. Bunun nedeni, kare dalganın temel frekansın yanı sıra çok sayıda yüksek frekanslı harmonik içermesidir.
Bu soruna çözüm olarak, tweeter uçlarındaki sinyal genliğini sınırlayan küçük bir elektronik devre kullanılır. Hızlı diyotlar ve transistörler sayesinde bu devre 100 kHz üzerindeki frekanslarda dahi etkili biçimde çalışır ve tweeter’ı aşırı yüklenmeye karşı korur.
Tiz Hoparlör Koruma Devresinin Yapısı ve Çalışma Prensibi
İçerik
İlk adım olarak, hoparlör kabini içerisindeki tweeter’a 2,35 Ω değerinde bir seri direnç eklenir. Bu direnç, 2 adet 4,7 Ω / 1 W direncin paralel bağlanmasıyla elde edilir. Bu uygulama sonucunda:
- 4 Ω tweeter için güç yaklaşık %30 azalır
- 8 Ω tweeter için güç yaklaşık %20 azalır
Birçok Hi-Fi hoparlör tasarımında tiz bölgesinde zaten seri dirençler bulunduğundan, bu dirençler uygun şekilde azaltılabilir veya yeniden ayarlanabilir. Eğer devrede daha önce seri direnç yoksa, bu yöntem tiz seviyesinde yaklaşık 2–3 dB’lik bir azalmaya yol açar. Bu azalma çoğu durumda ihmal edilebilir düzeydedir ve gerekirse ön yükselteçte küçük bir tiz artırımıyla telafi edilebilir.
Ancak yalnızca seri direnç kullanımı gerçek anlamda bir aşırı yük koruması sağlamaz. Bu noktada, devre şemasının sağ tarafında yer alan elektronik sınırlayıcı devre devreye girer. D5–D7 diyotları ile belirlenen genlik eşiği aşıldığında, T1 ve T2 transistörleri iletime geçer ve tweeter uçlarındaki maksimum genlik etkin biçimde sınırlandırılır.
Tweeter Koruma Devre Şeması
Detaylı Çalışma Açıklaması
Tweeter uçlarındaki ses sinyali, D1–D4 SB360 hızlı diyotları ile bir köprü doğrultucu olarak doğrultulur ve R3 150-OHM direnci ile D5–D7 referans diyotlarından oluşan seri yapıya uygulanır.
Bu noktada, D5–D7 diyotlarının oluşturduğu referans gerilimi yaklaşık 0,6 V aşıldığında, T1 BC558C transistörünün beyzine R4 üzerinden akım akar.
T1 BC558C iletime geçtiğinde, R5 150-OHM aracılığıyla Darlington güç transistörü T1P142 T2 sürülür. T2 T1P142, referans geriliminin daha fazla yükselmesine izin vermeyecek şekilde iletime geçer ve böylece R3 ile D5–D7 üzerinden oluşan gerilim sabitlenmiş olur.
Bu mekanizmanın sonucu olarak, tweeter üzerindeki AC sinyalin tepe noktaları belirlenen bir gerilim seviyesinden itibaren kesilir (clipping). Böylece tweeter için son derece etkili bir aşırı yük koruması sağlanır.
Farklı tweeter empedansları ve güç seviyeleri için esnek kullanım sağlamak amacıyla, referans gerilimi en fazla üç adet diyot kullanılarak ayarlanabilir. Aşağıdaki tablo tweeter empedansına ve sınırlamanın başlayacağı maksimum güce göre D5–D7 diyotlarının nasıl seçileceğini göstermektedir.
Ustart Vss | Umax Vss | Pstart (4-Ω) W | Pmax (4-Ω) W | Pstart (8-Ω) W | Pmax (8-Ω) W | DIODE D5-6-7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3,4V | 5,6V | 0,36W | 1,0W | 0,18W | 0,49W | 1x1N4148 |
| 4,8V | 6,5V | 0,72W | 1,3W | 0,36W | 0,66W | 2x1N4148 |
| 6,2V | 7,8V | 1,2W | 1,9W | 0,60W | 0,95W | 3x1N4148 |
| 6,4V | 8,2V | 1,3W | 2,1W | 0,64W | 1,1W | 3,3V Z-Diode |
| 7,2V | 9,2V | 1,6W | 2,6W | 0,81W | 1,3W | 3,9V Z-Diode |
| 10,4V | 13,5V | 3,4W | 5,7W | 1,7W | 2,8W | 5,1 V Z-Diode |
| 13,6V | 16,0V | 5,8W | 8,0W | 2,9W | 4,0W | 6,2V Z-Diode |
| 18,0V | 20,0V | 10,lW | 12,SW | 5,lW | 6,3W | 8,2V Z-Diode |
Ustart: Sınırlama devreye girmeden hemen önce ölçülen tepe–tepe (peak-to-peak) gerilim.
Umax: Aşırı sürme (overdrive) durumunda ulaşılan maksimum tepe–tepe gerilim.
Pstart (4 Ω): Sınırlamanın başlamak üzere olduğu noktada, 4 ohm empedanslı bir tweeter üzerinde oluşan güç.
Pmax (4 Ω): 4 ohm empedanslı bir tweeter için izin verilen maksimum güç.
Pstart (8 Ω): Sınırlama devresinin devreye girmesinden hemen önce, 8 ohm empedanslı bir tweeter üzerinde oluşan güç.
Pmax (8 Ω): 8 ohm empedanslı bir tweeter için maksimum güç değeri.
Diyotlar: Burada belirtilen diyotlar devreye lehimlenmelidir. Eğer iki adetten az diyot ya da tek bir Zener diyot kullanılıyorsa, boş bırakılan diyot yerleri tel köprü (jumper) ile kısa devre edilmelidir.
Önemli Uyarı: D6 konumunda bir Zener diyot yerine 1N4148 tipi standart diyot kullanılacaksa, bu diyot baskı devre üzerindeki sembole ters yönde yerleştirilmelidir.
Devre Montajı ve Ayar
Öncelikle, korumanın hangi güç seviyesinde devreye girmesi istendiği belirlenir ve buna göre D5, D6 ve D7 diyotları seçilir.
Ardından D1–D4 diyotları yerleştirilip lehimlenir. Her lehim işleminden sonra, fazla kalan bacaklar mümkün olduğunca kısa kesilmelidir.
Sonraki adımda R3–R5 dirençleri ve T1 transistörü monte edilir.
Ardından, orta bacağı kesilmiş olan T2 T1P142 Darlington güç transistörü, parmak tipi soğutucu ile birlikte M4 vida ve somun yardımıyla sabitlenir ve lehimlenir.
Montajın son aşamasında bağlantı pinleri ve yüksek güçlü dirençler yerleştirilir.
Test ve Devreye Alma
Devre test edilirken ST1 ve ST2 uçlarına, akımı yaklaşık 100 mA ile sınırlandırılmış bir güç kaynağı bağlanır ve gerilim sıfırdan başlayarak yavaşça artırılır.
Aynı anda ST3 ve ST4 uçlarındaki gerilim ölçülür. Sınırlama gerilimi, kullanılan D5–D7 diyotlarına bağlı olarak yaklaşık UB/2 seviyesindedir.
Giriş gerilimi ters çevrildiğinde, ölçülen gerilimin de aynı büyüklükte fakat ters polaritede olması gerekir.
Hoparlör Kabinine Montaj
Devre hoparlör kabinine yerleştirilirken yeterli ısı dağılımı sağlanmalıdır. Tweeter bağlantısı kesilir ve crossover’dan gelen kablolar ST1 ve ST2 uçlarına bağlanır. Tweeter ise ST3 ve ST4 uçlarına bağlanır.
Faz hatası oluşmaması için dikkat edilmesi gereken nokta şudur:
Crossover’dan gelen ve eskiden tweeter’ın bir ucuna bağlı olan hat, ST2’ye bağlanıyorsa; tweeter’ın aynı ucu ST4’e bağlanmalıdır.
Düşük güç seviyelerinde, yani sınırlama devreye girmediğinde, devre ses sinyalini pratik olarak hiç etkilemez. Bu nedenle bu tweeter koruma devresi, yüksek kaliteli Hi-Fi hoparlör sistemlerinde bile güvenle kullanılabilir.
Kaynak: de.elv.com/p/tweeter-schutzschaltung-P202902/
