Korkealaatuinen Stereovahvistin. Siniteho 2 x 220W:a Suunnittelija: Mikko Esala

Transkriptio

1 Korkealaatuinen Stereovahvistin. Siniteho 2 x 220W:a Suunnittelija: Mikko Esala Ominaisuuksista Tämä vahvistin on niin korkealaatuinen, että olisi vähättelyä puhua HIFIvahvistimesta. HIFI - vahvistimessa taajuusvasteen on oltava suora ja särön < 1%:a khz:n ( ) Hz:n taajuudella. Artikkelimme vahvistin taas täyttää em. vaatimukset kaistalla 5Hz khz:ä (takaisin kytkentä). Mieleen tulee tietenkin vääjäämättömästi ajatus, että mitä merkitystä on sillä jos vahvistimesta saadaan näin paljon tehoa, kun kuuntelu tapahtuu vain hyvin pienellä osalla kokonaistehosta? Ihmisen kuuloaluekin on vain n. 20Hz - 20 khz:ä. Hifi - kaiuttimen toistoalue ulottuu parhaimmillaan 25 khz:iin ja lepakonkin kuuloalue jää 150 khz:iin, joten mitä hyötyä vahvistimemme ylivoimaisista taajuusominaisuuksista voisi olla käytännössä? Tehontarpeesta Vaikka vahvistin onkin säädetty normaalikuuntelussa melko pienelle, on tilanteita jolloin vahvistimen koko teho saattaa olla tarpeen. Kun musiikissa esiintyy matalia lähellä 20Hz:ä olevia ääniä, saattaa vahvistimen koko tehoreservi joutua hetkellisesti käyttöön. Näin käy varsinkin silloin kun matalia taajuuksia korostetaan taajuus korjaimella tai vahvistinta käytetään esim. TV:n yhteydessä katsoessa elokuvaa, jossa on paljon äänitehosteita. Jos teho ei riitä em. tilanteessa, ääni kaiuttimissa säröytyy vähentäen kuulonautintoa tai jopa särkien kaiutinelementit.

2 Säröstä Otsikossa mainittu ns. siniteho alle 1%:n säröllä tarkoittaa ns. kokonaissärön maksimimäärää. Em. säröön sisältyy mm. TIM - särö ( Transient intermodulation - särö ), sekä IM - särö (Intermodulation - särö). TIM - särö esiintyy nopeiden eli ns. iskuäänien yhteydessä. Tällaisia ovat mm. lautasen ääni rummuissa. Jos ko. särön osuus vahvistimessa on suuri, ei vahvistin pysty toistamaan lyöntiääntä puhtaana, vaan ääni säröytyy. Mitä korkeampi taajuuksia vahvistin pystyy toistamaan, sitä pienempi on TIM - särö. Jos vahvistin pystyisi toistamaan 600 khz:iin saakka ei em. säröä esiintyisi ollenkaan. IM - särö tarkoittaa sitä, että vahvistimessa syntyy ylimääräisiä l. epätoivottavia ns. haamusignaaleja. Esim. syötettäessä sisään 19 khz:n ja 20 khz:n taajuuksia, muodostuu niiden erotus 1kHz:ä. Käytössämme olevilla mittalaitteilla emme kyenneet mittamaan viimeksi mainittua säröä lainkaan. Turvallisuus Koska laitteemme toimii verkkovirralla, on sen rakentaminen rajattu käytännössä lähinnä teknisentyön opettajiin. Tällöinkin on laite syytä tarkistuttaa asiantuntijalla ennen sen verkkoon kytkemistä. Vaikka laite olisikin tarkistettu, kannattaa muistaa että kaiutinjohdoissa saattaa parhaimmillaan vaikuttaa lähes 70V:n tehollinen jännite, joten syytä varovaisuuteen on paitsi rakennus- myös käyttövaiheessa. Mm. kaiutinliitimet olisi hyvä olla sellaisia, joista johto ei pääse irtoamaan vahingossa. Laite onkin suunniteltu lähinnä opettajalle mitta- tai vertailulaitteeksi kuten mm. yleismittari tai oskilloskooppi yhdessä funktiogeneraattorin tai testi - CD:n kanssa, koska ns. laillisella l V:n jännitteellä toimivien vahvistimien teho ym. ominaisuudet ovat joskus hieman vaatimattomat valmistamiemme kaiuttimien testaamiseen.

3 Itse asiaan l. rakennusohjeet Vahvistimen piirilevyn osat kannattaa sijoittaa neljässä osassa: 1) virtapuolen komponentit sekä kaikki johtimet signaalijohtoa lukuun ottamatta 2) muut komponentit STK - piiriä lukuun ottamatta 3) signaalijohto potentiometreineen. 4) itse STK - hybridipiiri. 1) Testattuun ja juoteaktiivisella suojalakalla suojattuun piirilevyyn juotetaan sulakepesät, diodisilta, ledit ja niiden 4,7kΩ:n sarjavastukset sekä uf:n elektrolyyttikondensaattorit. Diodisilta kytketään johtimien päähän ja kiinnitetään vahvistimen jäähdytyslevyyn. Jäähdytyslevyn ja diodisillan väliin on ehdottomasti laitettava piitahnaa. Halutessaan voi toisen ledeistä tai molemmatkin asentaa johtimien päähän, jolloin sen ( ne ) voi asentaa myöhemmin laitteen etulevyyn merkkivaloksi. Muuntajalta tulevat neljä johtoa juotetaan piirilevylle. Maajohtimet, eli keltainen ja vihreä kannattaa juottaa yhteen ja juottaa sitten niiltä lähtevä yhteinen johdin piirilevyn maahan. Tämä järjestely ehkäisee tilannetta jossa vain toinen muuntajalta tuleva maajohto jostakin syystä irtoaisi piirilevyltä. Tällainen tapaus tuhoaisi paitsi vahvistimen, myös kaiuttimet. Jommankumman ensiöjohdon ( verkkovirtaan kytkettävät johdot ) ja verkkojohdon väliin l. sen kanssa sarjaan kytketään 100Ω:n / > 11W:n ( 220 Ω ) tehovastus. Tämän vastuksen tarkoituksena on virranrajoittaminen laitteessa alkutestausten aikana. Nyt voit kytkeä sähkön päälle ja tarkistaa loistavatko molemmat ledit. Jos jompikumpi tai molemmat ledit pysyvät pimeinä sammuta virta heti! Tarkista ovatko ledit, diodisilta ja elektrolyytti kondensaattorit oikeinpäin. Jos elkot ovat väärinpäin, kuumenee ensiöpuolelle asennettu 100Ω:n vastus voimakkaasti. Mikäli molemmat ledit loistavat, mittaa erikseen molempien uF:n elkojen jaloista jännite (Yleismittari DC - asteikolla ). Niiden tulisi olla luokkaa +48V - +54V ja -48V - -54V. Jos jännitteet ovat kunnossa, voit irrottaa laitteen verkosta ja ledien sammumisen jälkeen (voi kestää useita minuutteja ) jatkaa osien sijoittelua.

4 2) Kun olet juottanut muut komponentit STK - piiriä lukuun ottamatta, voit jälleen kytkeä virran vahvistimeen. Jos ledit loistavat edelleenkin, voit aloittaa lähemmät mittaukset. Kun kytket yleismittarin maajohdon vahvistimen maahan, tulisi piirilevyn nastalla 11 olla positiivinen (+48-54V käyttöjännite ja nastalla 9 ja 14 taas negatiivinen käyttöjännite ( V ). Nastalla 1 pitäisi näkyä vasen signaali ja oikea signaali nastalla 18. Jos haluat mitata perusteellisesti kaikki nastat, ohessa tarkempi luettelo kaikilla nastoilla vaikuttavista jännitteistä. Piirilevyn nastat: 1=SIGNAL VASEN 2=EI MITÄÄN, ILMASSA 3=MAA 4=EI MITÄÄN, ILMASSA 5=EI MITÄÄN, ILMASSA 6=MUTE TOIMINTA 5v, MUUTEN EI MITÄÄN 7=EI MITÄÄN, ILMASSA 8=LÄHES SAMA JÄNNITE KUIN NEGATIIVINEN KÄYTTÖJÄNNITE 9=NEGATIIVINEN KÄYTTÖJÄNNITE 10=EI MITÄÄN 11=POSITIIVINEN KÄYTTÖJÄNNITE 12=LÄHES SAMA KUIN POSITIIVINEN KÄYTTÖJÄNNITE 13=EI MITÄÄN 14=NEGATIIVINEN KÄYTTÖJÄNNITE 15=EI MITÄÄN 16=MAA 17=EI MITÄÄN 18=SIGNAALI OIKEA 3) Seuraavaksi kannattaa testata erikseen potentiometri, johon on jo juotettu signaalijohdot. Se voidaan tehdä esim. 9V:n nappipariston avulla: Kytke paristo signaalin sisääntulopuolelle. Kun mittaat potentiometrin piirilevylle asennettavista johtimista ja käännät potentiometriä oikealle, pitäisi jännitteen vaihtua nollasta n. 9V:iin ( jos käytät säädettävää virtalähdettä, aseta virranrajoitus < 50mA:iin. Jos laitteessa ei ole virranrajoitusta, voit kytkeä virtalähteeltä lähtevän plusjohdon kanssa sarjaan esim. 1kΩ:n vastuksen). Tämän jälkeen voit juottaa johtimet piirilevylle ja kytkeä taas laitteen verkkoon. Jos sinulla on käytössäsi signaalilähde ( funktiogeneraattori tai CD - soitin ja testi CD ) ja syötät sisääntulojohtoihin 1kHz:n taajuutta, voit mitata saman signaalin nastoilla 1 ja 18 oskilloskoopilla tai yleismittarin AC - asteikolla. Jos käytössäsi ei ole käytössäsi ei ole em. signaalilähteitä, voit suorittaa testauksen seuraavasti: kun kosket sormellasi signaalijohtoa ja potentiometri on

5 käännetty oikealle, näyttää yleismittari AC - asteikolla jotain. Kun johtimeen taas ei kosketa, pitäisi mittarin näyttää 0V:a. 4) STK - piirin kaikkia johtimia ei oteta käyttöön. Jotta niistä ei myöhemmin aiheutuisi ongelmia, tulee ylimääräiset katkaista esim. sivuleikkurilla. Piirin molemmista päistä katkaistaan kaksi reunimmaista nastaa. Kun STK - piiri on juotettu piirilevylle, testataan laite taas uudelleen. Piiri on kuitenkin ehdottomasti kiinnitettävä jäähdytyslevyyn ennen testausta ja piirin taustapuolelle on levitettävä tasaisesti piitahnaa. Kaiutin ulostuloihin voi liittää kaiuttimen - kunhan ensin on tarkistettu että virtapuolen ledit taas loistavat. Kaiutinjohtimia näpelöidessä on syytä muistaa, että niissä voi vaikuttaa parhaimmillaan n.70v:n tehollinen jännite... Jos vahvistimen sisäntuloon ei ole kytketty mitään, ei kaiuttimistakaan pitäisi kuulua ääntä. Kun ääntä sitten kääntää potentiometristä kovemmalle, kannattaa muistaa, että ensiöpuolella olevan etuvastuksen vuoksi ulossaatava maksimiteho / kanava on 2W:a. Tässä vaiheessa voit poistaa ensiöpuolen 100Ω:n vastuksen ja asentaa vahvistimen koteloonsa sekä testata laitteen valmiina. Yleistä rakentamisesta Johtimien liittämiseksi diodisiltaan tulisi hankkia ABIKO - pihdit liittimien kiinnitykseen. Johtojen juottaminen niihin kun on kovin hankalaa. Kaikki muut laitteen johtimet on syytä juottaa todella huolellisesti, jottei myöhemmin esiintyisi erittäin ongelmallisia kontaktihäiriöitä. Virta- ja kaiutinjohtojen poikkipinta-alan on oltava 0.75mm2 tai enemmän. Signaalijohtojen potentiometrille ja niiltä piirilevylle on oltava koaksiaalikaapelia. Rengassydänmuuntajan ylä- ja alapuolelle muodostuu voimakas magneettikenttä, joten häiriöiden välttämiseksi asenna johtimet muuntajan sivuitse ja varsinkin signaalijohtimet mahdollisimman kauas siitä ja myös virtajohtimista ( min mm ). Tällöin hurinat ja muutkin häiriöt saattavat vähentyä paljonkin. Jos verkkohurinaa kuitenkin kuuluu kaiuttimista, voi signaalijohtimet päällystää alumiiniteipillä tai foliolla ja maadoittaa sitten em. päällyste. Hätätilassa voi 10 klog potentiometrin korvata 100klog potikalla, jos 10klog potikkaa ei jostain syystä ole saatavissa. Tällöin on piirilevyllä olevat 470pF:n kondensaattorit ehdottomasti vaihdettava 68pF:n kondensaattoriksi! Potentiometrin vaihto suuremmaksi saattaa

6 kuitenkin aiheuttaa hurinaa vahvistimeen, joten kuten sanoin, em. potentiometrin vaihto on vain hätäratkaisu. Ennen virran kytkemistä laitteeseen on syytä tarkistaa vielä kerran, ovatko kaikki ELKOT aivan varmasti oikeinpäin! Väärinpäin kytkettynä ne räjähtävät erittäin voimakkaasti johtuen vahvistimen korkeasta käyttöjännitteestä. Tärkeää!! Piirilevyllä on kaksi sulaketta suojelemassa komponentteja. Siitä huolimatta kannattaa ehdottomasti myös toiseen virtalähteen ensiöpuolelle ( verkkovirtajohtoon ) sekä samaten molempiin kaiutinulostuloihin sijoittaa sulakkeet, koska pahimmassa vikatilanteessa voi osa piirilevyllä olevista komponenteista räjähtää hyvinkin voimakkaasti sekä kaiuttimet saattavat jopa syttyä tuleen ilman em. sulakkeita. Viimeksi mainitut sulakkeet eivät enää nykyisin ole pakollisia, mutta lisävarmuus ei mielestäni ole koskaan pahaista - varsinkin kun se vaatii vain pientä lisävaivannäköä.

7 STK-4231II-Vahvistimen osaluettelo: Puolijohteet: STK4231II Hybridi 1 kpl Diodisilta SB252 1 kpl Led vihreä 2 kpl Passiiviosat: Potentiometri 10 klog 2 kpl 56kΩ ¼ W 2 kpl 10kΩ ¼ W 2 kpl 1.0kΩ ¼ W 2 kpl 100Ω ½ W 2 kpl 4,7kΩ ½ W 4 kpl 1kΩ ½ W 2 kpl 560Ω ¼ W 2 kpl 4,7Ω ½ W 4 kpl 3,3kΩ ½ W 2 kpl 2,2 kω 5W 2 kpl 470pF keraaminen 63V 2 kpl 100nF muovi 100V 2 kpl 100nF muovi 100V 2 kpl 3µH kela 2 kpl *( kierrosta 1 mm:n käämilankaa 10mm:n ferriittisauvan ympäri käämittynä) 10uF/63V 2 kpl 22uF/100V 3 kpl 47uF/100V 2 kpl 100uF/63V 2 kpl 100uF/100V 1 kpl 10000uF/100V 2 kpl Lisäksi muita osia: 10A Sulake 5*20 mm 2 kpl Sulakepidin 5*20 mm 2 kpl Sulakepesä 1kpl Sulakepesä 2kpl Muuntaja 2*38V / 545VA 1 kpl * Vähän kierroksia ( > 10 ): Vahvistin soi kirkkaasti ja selvästi. Paljon kierroksia ( < 30 ): Vahvistin soi pehmeästi, hieman putkivahvistinmaisesti diskanttiäänten tason vaimentuessa samalla.

8 Piirilevy komponenttipuolelta katsottuna

9 Piirilevy: komponenttipuoli

10 Kuva piirilevystä kuparipuolelta 1:1

11 Kuva jäähdytyselementistä:

12 Puhaltimien sijoitus: Kirjoitti Veikko Pöyhönen Suutarilan ya. Helsinki p.t. 90 /