Hi-Fi svět

Zapojení Federmann - QQF-55 KS 500W,

Princip zapojení s názvem „QQF-55 KS 500W“ je totožný s modelem „zapojení Federmann“. Byl modelován v prostředí MC7 a provedeno nespočet praktických zkoušek. Dnes již řádově stovky koncových stupňů spolehlivě pracují. Zapojení je pokračováním obdobných zesilovačů stejného principu, konstruovaných od roku 1973-1977, které často spolehlivě sloužily profesionálním účelům.

 Na obrázku 1 je celkové schéma zapojení popisovaného koncového stupně. Schéma bylo vytvořeno v prostředí „EAGLE“. Tuto informaci uvádím, poněvadž všechny použité grafické znaky nemusí odpovídat běžným zvyklostem a platným normám, včetně použitých součástek, které je nutno volit dle následujícího textu.

Zvětšit

Aby bylo možno dosáhnout maximálního rozkmitu výstupního napětí a tím i účinnosti, je nutno velikost referenčního napětí volit dostatečně malou. Malá hodnota referenčního napětí spolu se saturačním napětím budícího transistoru omezují velikost rozkmitu budícího napětí.

Toto referenční napětí se nám pak objeví na odporech R7, R2, R3, R8 a R10. Jako prvotní zdroj referenčního napětí jsem volil úbytek napětí na diodě Led. Je vhodné použít červenou s ohledem na nejmenší napětí, není však podmínkou.

Skutečná reference je pak vytvořena na odporu R6, jako úbytek napětí vytvořený proudem IR4. proud IR4=ULed/R4. Výkonového zesílení a proudového posílení tranzistorů T8 a T4 je dosaženo tranzistory T7 a T9, které jsou typu darlington. Klidový proud koncovými tranzistory je nastaven na cca 5-10 mA!!!

Odtud i typický klidový odběr celého koncového zesilovače cca 25 mA!!! V kladné větvi o IR4 a IR5 tj. cca 3 mA méně. Zapojení je dokonale funkční již od napájecího napětí 2x5 V až po průraz tranzistorů tj. více jako 2x65 V. Osobně doporučuji příliš nepřekračovat 2x50 V, typické napětí je 2x35V pro tato napětí jsem prováděl i většinu grafů.

Transistor T5 v zapojení jako dioda, slouží ke kompenzaci úbytků UBE T3 a T4, hlavně k potlačení jejich teplotních závislostí. Obdobnou funkci plní dioda D1 pro transistor T8. Dioda D2 doplňuje R3 tak aby tvořil rovnocennou zátěž transistoru T2 jako D1 spolu s R3 tvoří zátěž transistoru T1. Funkci kompenzační plní i dioda D3 pro transistor T6.

Diody D4, D5 a D6 slouží spolu s odpory R11 a R12 k nastavení klidového proudu koncových transistorů. Úbytek na každém s odporů je cca 50mV.

Diody D8 a D9 slouží k omezení úbytku napětí na odporech R11 a R12 pod hranici 500mV.

Volba zesílení

Pomocí odporů R9 a R13 lze nastavit libovolné zesílení. Toto zesílení je zapotřebí upravit dle vlastních potřeb. Zesílení se bude lišit od použití koncového stupně a je nastaveno na hodnotu cca 23, tj. citlivost 800mV při výstupním napětí 20V.

Pokud použijeme jako zdroj signálu např. PC s výstupním napětím cca  500mV a požadujeme výstupní výkon 100W, pak musíme dosáhnout výstupního napětí 20V/4Ω. Odtud zesílení 40x. Při zachování R13, použijeme R9 o velikosti cca 680Ω.

Pro případ zdroje signálu s výstupním napětím +6dB, tj. 1.55V použijeme zesílení 13x, odtud R9 o velikosti cca 1,8kΩ.

Výkon

Výstupní špičkový výkon je pak přímoúměrný pouze velikosti napájecího napětí a použité impedanci. Tomuto je nutno ještě uzpůsobit volbu výkonových tranzistorů, kde je možno použít: TIP 142/147 (120V/10A), BDW83D/84D (120V/15A), BDV67D/86D (160V/16A), BDV65C/64C (120V/12A) či BDX66C/67C (120V/15A), MJ11015/11016 (120V/30A), MJ11032/11033 (120V/50A), v závorkách jsou uvedeny mezní napětí a proudy. Pro většinu zapojení dokonale vyhoví BDW83D/84D, BDW83D/84D či BDV67D/86D  a napájení 2x35V, pro ty šetřivější s napájením do 2x25V postačí i TIP 142/147 či BDV65C/64C. Naopak transistory MJ11015/11016 či MJ11032/11033 použijí, ti kteří požadují výkony až ke kW při napájení nad 2x35V či malých impedancích.

Při volbě výkonů a k nim odpovídajících tranzistoru, je nutné nepřekročit výrobcem udávané mezní hodnoty. Pro špičkové výkony nad 500W doporučuji nezvyšovat neúměrně výkon koncových stupňů již zapojených do můstku, ale rozdělit výkon pro jednotlivé reproduktory. Například pro jednu 500W reproduktorovou soustavu jeden 500W koncový stupeň, pro jeden 500W reproduktor jeden 500W koncový stupeň. Pro případ pásmových reproduktorů připojených k jednomu koncovému stupni, s ohledem na příznivější výkonové poměry na koncových tranzistorech, doporučuji pásmovou propust použít před koncovým stupněm.

Závislosti pro jednoduché zapojení koncového stupně jsou uvedeny na obrázku 2, kde v horní části je znázorněna závislost maximálního výstupního výkonu v závislosti na symetrickém napájecím napětí. Na dolním grafu je zřejmý odpovídající výstupní proud, který se dá použít pro volbu tranzistorů. Vrchní, červené křivky platí pro 4Ω, dolní modré pak platí pro impedanci 8Ω. 

2-Velikost výstupního výkonu a proudu

3-Velikost výstupního výkonu a proudu, pro můstek

Závislosti pro můstkové zapojení koncových stupňů jsou uvedeny na obrázku 3, v horní části je znázorněna závislost maximálního výstupního výkonu v závislosti na symetrickém napájecím napětí. Na dolní části grafu je zřejmý odpovídající výstupní proud, který se dá rovněž použít pro volbu tranzistorů. Vrchní, červené křivky platí pro 4Ω, dolní modré pak platí pro impedanci 8Ω.

4-Velikost výstupního výkonu a proudu

Pro zájemce o malé napájecí napětí a tím i malé výkony při jednoduchém zapojení koncového stupně jsou uvedeny na obrázku 4, je v horní části znázorněna závislost maximálního výstupního výkonu v závislosti na symetrickém napájecím napětí. Na dolním grafu je zřejmý odpovídající výstupní proud, který se dá použít pro volbu tranzistorů. Vrchní, červené křivky platí pro impedanci 4Ω, dolní modré křivky pak platí pro impedanci 8Ω.

Dále uvedené platí pro všechny tři předchozí varianty a grafy:

Pokud by někdo použil impedanci pouze 2Ω, pak bude výkon i proud dvojnásobkem hodnoty platící pro zátěž 4Ω.

Při použití zátěže pouze 1Ω to potom budou čtyřnásobky hodnot, které platily pro zátěž 4Ω.

Rovněž velikost chladiče hraje roli, tuto velikost je zapotřebí uzpůsobit velikosti Pef. jež bude dlouhodobě odebírán. Osobně doporučuji nevolit tento výkon větší nežli 30% maximálního, pro skutečnou kvalitu (neomezeni v dynamických špičkách) pak pouze do 10% maximálního výkonu.

Při napájení 2x35 V je typický maximální špičkový výkon na zátěži 4Ω 125 W. Pro 2x50 V pak 250 W, pro zájemce o větší výkon lze zapojit zesilovač do můstku a pak dosáhnout výkonu čtyřnásobného tj. 500W a 1kW!!! Jednotlivé hodnoty jsou patrny s předchozích grafů. 

Diskuse 

QQF-55-500W první část

QQF-55-500W druhá část

QQF-55-500W třetí část

Stavíme zesilovač

Oživujeme zesilovač