A „B” tömb, és a „C” tömb a kétféle hangszóró elrendezés lehetőségét mutatja, hidalható végfokoknál, ahol vagy sztereóban két hangszórón hallgatjuk az erősítőnket, vagy összehidalva, előzőekben már ismertetett módszerrel a két kimenet közé kapcsolt hangsugárzót szólaltatjuk meg!

Nos, lássuk mi is lakozik az erősítőben:

„D” Tömb, a tápegység

Itt egy gyors skicc, amit már sokakkal megosztottam!:

A tápcsatlakozótól bejövet, a plusz ágon a biztosítékkal találkozunk szembe!

Eme biztosíték szerepe, hogy leválassza az esetlegesen, meghibásodott erősítőnket a 12V-os hálózatról!

Mivel ezek késes autós biztosítékok, ezért igencsak túlméretezettnek tekinthetjük őket, ugyanis egy 20A-es késes bizti, akár ütemszerű (rövid idejű) 25-30A-es csúcsok esetén sem ég ki!

Ezt a biztosítékot viszont az üzemszerű csúcsáramok elviselésére méretezzük!

(Az erősítő maximális áramfelvételét, és ebből a max. teljesítmény felvételét is ennek értékéből számolhatjuk, jó közelítéssel!)

Továbbhaladva, egy tápszűrő (PI) tagot láthatunk, mely áll egy elkóból,(akár több is lehet párhuzamosan , mindkét oldalon!) , majd egy soros induktivitásból (ferritmagos tekercs, egy vastag huzalból, vagy több vékonyból párhuzamosan tekercselve) és végül ugyancsak elkóból!

Ennek a szűrőtagnak a szerepe, megakadályozni, az 50-100kHz-es kapcsolgatások által a transzformátorban (köv!) keletkezett feszültség túllövések, tranziensek visszajutását a táphálózatba, mely megzavarná az autó egyéb esetlegesen komputer vezérelt egységeinek helyes működését!

A trafó felőli oldalon nem véletlenül nagyobb feszültségtűrésű kondenzátorok csücsülnek, pont azért, mert itt a tápfeszültség közel kétszerese is megjelenhet, tüskék formájában!

A tápbemenet felől, találkozhatunk akár 20-50db-os kondi tömbbel is, ezek már egy minimális pufferálást is szolgálnak, mint egy külső nagy Farados elkó, viszont ez nem általános… Nagy átlagban egy-két 2200µF-os kondi csücsül ott, ami a több tíz amperes áramoknál nem sokat segít! Csak szűröget!

Innen a vezetősávunk elért végre a szimmetrikusan tekercselt, több tíz kilohertzes működési frekvenciájú, gyűrűmagos táptranszformátorunkhoz, mely primer (Bár, ez esetben kisebb feszültségű, de gerjesztő, tehát PRIMER!) tekercsének középleágazásához csatlakozik!

A trafó méretezéséről annyit, hogy, amilyen kicsi, olyan nagy teljesítményt lehet rajta áttuszkolni!

1cm2^-es vasmag keresztmetszeten (10mmX10mm) 50Hz-es hálózati frekvencián kemény 1VA vihető át, 1Tesla gerjesztéssel…

Tízszeres frekvencia mellett, (500Hz) már 10VA, százszoros frekvencián (5kHz), már 100VA, és végül, ezerszeres, azaz 50kHz-es frekvencián már 1000VA lenne az átvihető teljesítmény, viszont ezek a magok nem bírják az 1T gerjesztést, csak a negyede körül, tehát 0,25T gerjesztéssel 1cm2^-es vason 250VA vihető át!

Nézzünk csak meg egy PC táp trafót, az 1,3cm2^-es keresztmetszetű, és 250-350VA teljesítményt képes szolgáltatni! Mivel az átvihető teljesítmény a keresztmetszettel négyzetesen arányos, egy 2cm2^-es magon, ugyancsak 0,25T-val, már bizony-bizony elérhető az-az 1000VA is!

Az autóerősítő tápok zömmel 50-100kHz-es kapcsolási frekvencián dolgoznak, ezt egy sima vasmagos, lemezelt trafó nem bírná, ezért is kell a ferritmag…

Az alábbi ábrákon, egy gyűrűmag tekercselési elrendezését mutatom be!

Primer tekercselés, jó nagy menetemelkedéssel,  szellősen, majd ugyanez több szállal párhuzamosan.

Primer és szekunder elrendezés, (ez is lehetne akár több szállal is tekercselve)!

Az első ábrán láthatjuk, a szimmetrikusan tekercselt primer elrendezést, jó nagy menetemelkedéssel, a minél kisebb menetkapacitás elérése érdekében, és a későbbi szorosabb csatolásért…

(Ugyebár, így a magot centiről centire ugyanúgy gerjesztjük, nem csak egy ponton, és nem bízzuk rá, csak a vasra az erővonalak továbbvitelét!)

Hogy, miért érdemes több párhuzamosan tekercselt vékony szállal elérni a megfelelő vezeték keresztmetszetet? (Gondolhatnánk, hogy skin hatás, vagy ilyesmi…, de 50-100kHz-en skin hatás?)

Nem! Nem a skin hatás miatt!

1: Jobb mechanikai elhelyezkedés, a párhuzamos vékony szálak kiteríthetőek a vason, mintha réz szalaggal, vagy valamilyen lapos profillal tekernénk! Így a következő sor is jobban elfér!

2: Könnyebb tekercselhetőség, 4 szál 1,2-es drót könnyebben hajlik rá a magra, kisebb hajlítási ráhagyással, megtöréssel, mint egy 3-as „drót”!

3: A sok kis szál sokkal nagyobb külső felülettel rendelkezik, mint az azonos keresztmetszetű „drót”, így jobban hül, és még a maghoz is jobban, nagyobb felülettel simul, annak is átadva a hőt!

Megjegyezném, láttam már gyári Német autós erősítő táptrafót, 2,5-ös huzallal tekerve… J

Nos, a trafónk így néz ki, a legtöbb, nagyon laposra tervezett erősítőben, bár a KENWOOD eleinte használt állítva szerelt EI magos vasakat is!

Eme transzformátorra fogjuk rákapcsolgatni több tíz kilohertzen a 12-14,4V-os tápfeszültséget, mégpedig oly módon, hogy a középkivezetése kapcsolódik a Pozitív sarokra (akku+), és a két végét, melyek egymással ellentétes irányban tekert tekercsek végei, külön-külön MOSFET-ekkel lezárjuk a testre, felváltva, ellenütemben!

Ennek a tápegység résznek a lelke, a tápvezérlő IC, esetünkben a TL494 típus (vele teljesen kompatibilis KA7500), de elég elterjedt, az SG3525 is.

Mindkét IC lényege, hogy külső RC elemekkel beállíthatjuk a kapcsolási frekvenciáját, és a kimenetein, így ellen ütemben egy-egy egymást váltó közel tápfeszültségnyi négyszögjelet kapunk, igen gyors felfutó, lefutó élekkel. A TL494, nyitott kollektoros, és emitter-követő kapcsolásban is alkalmazható, az SG pedig kvázi-komplementer tranzisztorpáros kimenettel rendelkezik, amivel akár 2 pár MOSFET-et is közvetlenül meghajthat!

A TL494 kimeneti tranzisztorát, én emitter-követőben szoktam használni, ez külön nem is igényel, munka-ellenállást a test felé, viszont használhatunk nyugodtan 1kohm-osat, ha akarunk!

Így a kimenet, tovább erősíthető (kimenő áramra), egy közös emitteres, komplementer tranzisztor párral, (BOOSTER fokozat) ami alkalmassá teszi arra, hogy akár 4-4 db tápfetet is megvezérelhessünk!

Íme az alapkapcsolásom TL494-re:

A jobb oldali „tépett” ábrán a nagyobb szekunder feszültség, avagy nagyobb töltendő szekunder kapacitások esetén alkalmazható lágyindítást mutatom be, amely fokozatosan növekvő kitöltési tényezővel indítja a tápot. Hogy hirtelen nagy áramok ne indulhassanak meg , bekapcsoláskor!

Ezzel a kapcsolással, már meghajthatunk 1-vagy több pár MOSFET-et is, és, hogy miért van szükség, a BOOSTER fokozatra?

Azért, mert a több, párhuzamosan kötött, így nagyobb össz. kapcsolóárammal terhelhető FET -ünknek a Gate kapacitásai (Gate charge érték is!) összeadódnak, amit a több tíz kilohertzes kapcsolási frekvencián nekünk kisütni, illetve feltölteni kell!

Ez a kapacitás igencsak megnehezíti a FET nyitását, zárását, mert lassítja a folyamatot, és, ha nem elég erős (terhelhető) a meghajtó fokozatunk, akkor a szép felfutó-lefutó élű négyszögjelünk igencsak torzulhat, átmehet trapézba, ami a lassú átmenetek miatt plusz felesleges disszipációra kényszeríti az amúgy jó kapcsolási tulajdonságokkal rendelkező MOSFET-ünket!

Ím a kapcsolás, kiegészítve a teljesítmény fokozattal:

A felső kapcsolásban, a ma már Őskövületnek számító, ámde elsőnek megjelenő kapcsolástechnika látható, ahol még bipoláris teljesítmény tranzisztorok dolgoznak, a ma már fejlettebb, és jobb kapcsolási tulajdonságú MOSFET-ek helyett.

A bipoláris tranzisztorok maradék feszültsége, (Uce min.), és meghajtásukhoz szükséges felesleges energia, igen csak lecsökkentette, eme tápok hatásfokát, nem csoda, hogy kiszorultak a palettáról!

A jó MOSFET, alacsony nyitott állapotú átmeneti ellenállással rendelkezik (Rdson), és, ha lehet a gate kapacitása, gate charge-e is alacsony, a feszültségtűrése, esetünkben érje el a betáplált feszültség négyszeresét!

Hogy miért? Az ellenütemű használat révén, a tarfó két tekercsének végein, a kapcsolás pillanatában, (mert az is tekercs, és ráadásul sorba van kötve az éppen aktuálisan gerjesztett primerrel), dupla tápfeszültség jelenik meg! Ezt, van, ahol használják is feszültségkétszerezésre, ez az autó-transzformátoros elrendezés…

A gyári készülékekben, a fő táp biztosítékok értékének duplájára méretezik a TÁPFET-ek max. árambíró képességét, oldalanként! (Példa:40A-nyi biztihez, 4db IRFZ44 tartozik, ami elvileg 45A-t bír darabonként, tehát 2x90A az árambírása. De mivel egyszerre, csak 2 működik, dolgozik, ezért a 90A a mérvadó, nehogy összeadjuk mindet!)

A következő tömbvázlat jellegű ábrán, végigkövethetjük működését:

A vezérlő IC-ből (494), felváltva kijövő feszültség impulzus, nyitogatja a FET-eket, ami váltott irányú mágnesező áramot indít a tekercsekben. Úgy képzelhetjük el, mint egy libikókán (pallóka, mérleghinta, bocs, vidéki vagyok!) oda-vissza guruló játékautót, ahogy a két végét lenyomják…

Nos, így, a vasban egy oda-vissza irányú mágnesezés jön létre, aminek hatására a szekunder tekercsünkben létrejön az indukált feszültség!

A szekunder feszültséget, a gyors polaritás váltások miatt, nagyon gyors nyitású-lezárású diódákkal (akár shottky is lehet) egyenirányítjuk, és kisebb tüskevágó szűrőtagokon keresztül, beletöltjük az erre a célra alkalmas, gyors töltődési-kisülési tulajdonságokkal rendelkező LOW ESR kondenzátorokba.

Így, kaptunk, egy jól terhelhető, (főleg hallható) zajoktól mentes tápforrást, akkora szekunder feszültséggel, amekkora csak kellhet nekünk…

Ha tápegység tervezésre adjuk fejünket, vegyük figyelembe a védelmet is, főleg 12-14,4V-os rendszernél, védjük meg a tápegységet a magasabb, és alacsonyabb tápfeszültségtől is!

A magasabb tápfeszültség a szekunder oldalban okozhat problémát, akár a szűrőkondik feszültségtűrését is átlépheti, de a táplált készülék sem feltétlenül tolerálja!

Ha szabályozott tápegységet készítünk (ez, bár nem túl elterjedt, de egy-két autós végfokban fellelhető!), megoldhatjuk, kitöltési tényező változtatással (PWM), a stabil szekunder feszültséget, de az alacsony tápfeszültséggel nem szabad játszani!

Ugyanis, ezek a MOSFET-ek (kivéve a logikai kapcsolószintűeket Lxxxx), az optimális Rdson átmeneti ellenállás értékének eléréséhez igénylik a 9-10V-os gate feszültséget!

Ha végignézzük a kapcsolást, egy két eszközön átküldjük azt a négyszöget, mire a végére ér, mindenki lecsippent belőle egy kicsit, és alig marad belőle! Egy szó, mint száz, 10V Ubatt. alatt kapcsoljuk le a tápot!

Az autós végfokok a 2x20V-tól, akár a 2x80V-os tápfeszültséggel is üzemelhetnek, teljesítmény kérdése az egész.

Viszont előerősítő-szűrő fokozatok műveleti erősítői, max 2x18V-os tápfeszültségről működnek, ezért nem adhatunk nekik ugyanakkora feszültséget, mint a végfoknak. Kisebb passzív stabilizátorokkal viszont megoldható, hogy a talán állandónak mondható néhány tíz milliamperes áramfelvétel mellett egy elemi stabilizátorral (R-ZD elem pár) lecsökkentsük a végfok tápfeszültségét, a kívánt értékre. 2x20-2x30V ról, még 1-2Wos soros ellenállással, ámde 2x45-50V-ról már a hűtőbordára szerelt teljesítmény tranzisztor segítségével.

Méretezésük egyszerű, a kívánt tápfeszültségről (p.l.: 2x15V) megmérjük az előerősítő fokozatok össz. áramfelvételét, és ezzel az árammal, és a maradék feszültséggel (Végfok tápfesz-15V) már könnyen kiszámítható, az R=U/I képlettel, a soros ellenállás értéke, teljesítménye, pedig az U2^/R , vagy I2^xR képlettel. A zéner dióda biztosít minket arról, hogy nehogy több feszültég jusson a műveleti erősítőkre, mint amit adni szeretnénk nekik. Ha kisebb a tápfesz, akkor természetesen kevesebbet fognak kapni.

Viszont a tranzisztoros stabilizátornál, ez a probléma már nem áll fenn, mert ott az ellenállást már a zéner dióda előfeszítésére használjuk, mely sokkal tágabb bemeneti feszültségtartományban is stabil kimeneti feszültséget szolgáltat!

(Természetesen lehetőség van külön, kisebb szekunder feszültségű tekerccsel ellátni a táptrafót, és ezt egyen irányítva, pufferelve felhasználni az előfok számára, de ez ritkább megoldás)

Ezeket láthatjuk a következő ábrán: