Wstęp
Konstrukcja wzmacniaczy gitarowych stanowi zawsze ciekawe wyzwanie. Charakter i sposób kontroli brzmienia, wzmocnienia i przeciążeń jest kwestią indywidualną, a każdy gitarzysta ma w tym temacie swoje ulubione rozwiązanie. Nie ma wzmacniacza, który zadowoliłby wszystkich, a ten projekt nie będzie tu wyjątkiem. Przedwzmacniacz bazuje na poprzednim projekcie autora i jego podstawowa charakterystyka nie została zmieniona - został za to wyposażony w dodatkowy wzmacniacz, który obniża impedancję wyjściową i poprawia charakterystykę wzmocnienia.
Jedyną różnicą względem fabrycznych wzmacniaczy jest możliwość skonstruowania go samemu i dokonania modyfikacji wedle własnych potrzeb. Możliwość eksperymentowania jest kluczową cechą układu, pozwala na stworzenie urządzenia dopasowanego do oczekiwań każdego.
Wzmacniacz ma moc 100 W przy obciążeniu 4 Ω, podobnie do typowych wzmacniaczy "combo" z dwoma 8-omowymi głośnikami połączonymi równolegle. Alternatywnie, wzmacniacz może pracować z 4 głośnikami 8-omowymi, szeregowo połączonymi dwiema parami po dwa głośniki; wtedy moc wynosi 60 W.
Przedwzmacniacz
Zmontowany przedwzmacniacz widnieje na zdjęciu. Znajdują się w nim dwa wzmacniacze operacyjne, podczas gdy na schemacie widnieje tylko jeden. Jest to główna zmiana względem poprzedniej wersji, można teraz regulować wzmocnienie obwodu wyjściowego, osiągnięto też obniżenie impedancji. Reszta układu pozostaje niezmieniona.
Podstawowy schemat przedwzmacniacza również przedstawiono na rysunku. Jest to prosty i "elegancki " układ o odpowiednim zakresie brzmieniowym. Układ zapewnia dość spore wzmocnienie, pożądane zwłaszcza przez gitarzystów pragnących osiągnąć w pełni zniekształcony, "tłusty" dźwięk.
Po wprowadzeniu niewielkich zmian, wzmacniacz może być dopasowany do stylu gry każdego. Możliwość szerokiej regulacji brzmienia pozwala na stosowanie przedwzmacniacza również do innych instrumentów, od elektrycznych skrzypiec aż do gitary basowej; modyfikując wartości kondensatorów w obwodzie kontroli brzmienia można ograniczyć odpowiedź przedwzmacniacza.
Jak widać na schemacie, w układzie pracuje podwójny wzmacniacz operacyjny. Pojedynczy tranzystor pracuje jako wtórnik emiterowy, zapewniając niską impedancję wyjściową. Dla typowej gitary można uzyskać bardzo dobre przesterowanie, zwiększając głośność na przedwzmacniaczu, a właściwą głośność dźwięku regulować w stopniu wzmacniacza. Całkowita charakterystyka częstotliwościowa dobrana jest tak, by m.in. wycinać bardzo wysokie częstości i ograniczać szumy, by charakterystyka była dopasowana do potrzeb przeciętnej gitary. Używając wzmacniacza TL072 szum stanowi znaczny problem - zwłaszcza dla dużych wzmocnień i podbicia wysokich tonów. Wykorzystanie wzmacniacza OPA2134 jest rozsądnym rozwiązaniem. W takim przypadku, jak twierdzi autor, szum własny układu jest minimalny, mimo użycia zwykłych, węglowych rezystorów.
Uwagi:
1 - Rozkład wyprowadzeń dla wszystkich podwójnych wzmacniaczy operacyjnych jest standardowy.
2 - Kondensatory odsprzęgające linie zasilania wzmacniacza muszą być fizycznie zamontowane jak najbliżej układu.
3 - W układzie można zastosować diody 1N4148, 1N914 lub podobne.
4 - Należy zastosować potencjometry liniowe do regulacji brzmienia i logarytmiczne do regulacji głośności.
Napięcie +/-35 V pobierane jest wprost z zasilacza wzmacniacza. Należy użyć diod Zenera o mocy 1 W i upewnić się, że rezystory R18 i R19 zamontowane są z dala od innych elementów, ponieważ grzeją się w czasie pracy.
Złącza na schemacie zaznaczone są dużymi punktami lub symbolem przyłącza. Zwykle potenjometry powinny być typu przewlekanego, montowane wprost na płytce. Jednak w urządzeniach DIY lepiej wykorzystać potencjometry przyłączane przewodami, co ogranicza też rozmiar płytki. Na pierwszy rzut oka może to być skomplikowane, ale po zmontowaniu całości okazuje się całkiem wygodne. Wykorzystywany jest tylko jeden przewód masy, który można podłączyć do dowolnego miejsca oznaczonego GND. VCC to +35 V zasilania, a VEE to -35 V zasilania.
Zakres regulacji wzmocnienia można zmieniać, modyfikując wartości rezystorów R6 i R11. Minimalna wartość R11 sugerowana przez autora wynosi 2,2 kΩ.
Jeśli ilość wysokich tonów po włączeniu opcji "Bright" jest zbyt duża, należy zwiększyć wartość R5. Po skręceniu wszystkich potencjometrów do minimum na wyjściu nie będzie obecny żaden sygnał - należy pamiętać o tym podczas testów.
Diody na wyjściu służą ograniczaniu sygnału wyjściowego. Ze względu na ich obecność, czułość wejścia dla osiągnięcia pełnego zakresu sygnałów wyjściowych wynosi minimum 750 mV.
Należy też pamiętać o odizolowaniu złącz wejściowych od obudowy. Obwód uziemienia przyłączany jest do obwodów zasilacza.
Jeśli występują problemy z brumem sieciowym, oznacza to najpewniej błędnie poprowadzone okablowanie. Należy wtedy dokładnie sprawdzić wszystkie przewody i wyszukać wszystkie pomyłki.
Sposób okablowania całości pokazano na rysunku.
Wejścia: ich oznaczenie może być nieco mylące. Zastosowano tu taki sam sposób, jak we wzmacniaczach Fendera. Wejście "Hi" służy do podłączania "zwykłych" przetworników gitarowych. Wejście "Lo", w którego obwodzie wzmocnienie jest mniejsze o 14 dB, służy do podłączania przetworników "high output". Podłączenie gitary do wejścia "Lo" oznacza również zwarte gniazdo wejściowe "Hi", co tworzy finalnie dzielnik napięcia.
Efekty: można je włączać pomiędzy przedwzmacniacz a wzmacniacz. Sygnał z wyjścia przedwzmacniacza może być podawany także na mikser, bez odłączania części wzmacniacza. Jest to bardzo użyteczne dla gitar basowych. Wyjście przedwzmacniacza może być też do innego wzmacniacza.
Wyjście: dwa złącza wyjściowe są bardzo poręczne, można podłączyć do nich dwie kolumny (o impedancji nie mniejszej niż 4 Ω). Ze względu na wysoką impedancję wyjść, nie można do nich podłączać słuchawek!
Szumy całości po zastosowaniu zaprezentowanego sposobu łączenia są bardzo niskie. Należy zastosować w pełni izolowane złącza, nie wolno łączyć ich z obudową. Jest to bardzo ważne!
Autor zrezygnował ze stosowania opcji "loop breaker", jak widać na schemacie połączeń. Można ją łatwo wprowadzić we własnym zakresie. W takim wypadku w punkcie oznaczonym "*" nie należy łączyć masy do obudowy.
Kilka ważnych informacji:
Główny punkt masy znajduje się pomiędzy kondensatorami filtracyjnymi. W tym miejscu zbiegają się wszystkie połączenia masy, włącznie z przyłączeniem rezystora sprzęgającego głośniki. Nie należy go przyłączać do masy w obwodzie samego wzmacniacza, będzie to skutkowało generowaniem zniekształceń i możliwością wzbudzania się.
Zasilanie wzmacniacza i przedwzmacniacza musi być pobierane bezpośrednio z kondensatorów filtrujących.
W czasie konstruowania urządzenia można się zastanawiać, dlaczego potencjometry nie są zamontowane bezpośrednio na płytce. Odpowiedź jest całkiem prosta. Nie każdy będzie wykorzystywał taki sam typ potencjometrów w swoich wzmacniaczach. Byłoby to sporym ograniczeniem, które połączenie przewodowe eliminuje. Zrealizowanie takich połączeń nie jest skomplikowane i nie powinno stanowić problemu.
Na rysunku pominięto również przełącznik do uaktywniania trybu "Bright".
Gitara basowa, pianino elektryczne
Jak wskazano, przedwzmacniacz może również współpracować z gitarą basową, pianinem elektrycznym czy gitarą rytmiczną albo prowadzącą. Zmiany, których wprowadzenie można rozważyć:
Usunięcie diod w przedwzmacniaczu (jeśli szumy zewnętrzne nie są przeszkodą). W takim wypadku sygnał wyjściowy pobiera się z punktu M-OUT, więc można też nie montować elementów:
R14 i D1-D4,
Q1 i elementy "towarzyszące",
potencjometru VR5.
Należy też zmienić wartość R13 z 4,7 kΩ na 100 Ω.
Można również zmieniać wartości kondensatorów w obwodzie regulacji brzmienia. C3 i C8 można zwiększyć do wartości 4,7 μF, co zwiększy udział tonów niskich. Jeśli wzmocnienie jest za duże, należy zmniejszyć wartość R11.
Wzmacniacz mocy
W projekcie wzmacniacza nie wprowadzono żadnych modyfikacji względem wersji obublikowanej w 2002 r. Na zdjęciu można obejrzeć zmontowany wzmacniacz. Wykorzystanie tranzystorów TIP35/36C zapewnia aż za dużą moc. Pozwala to na pracę nawet w najcięższych warunkach. Oczywiście wzmacniacz nie będzie odporny na wszystko, ale to stanowczo poprawi jego trwałość.
Wzmacniacz luźno bazuje na poprzednim projekcie wzmacniacza 60-watowego, zwiększono jednak wzmocnienie ze względu na stosowany przedwzmacniacz. Wzmacniacz wyposażono w zabezpieczenie przeciwzwarciowe - obwód znajdujący się obok diod polaryzujących D2 i D3. Wzmacniacz posiada również regulowany punkt pracy i "stałoprądowe" (o wysokiej impedancji) wyjście na głośniki - dzięki zastosowaniu elementów R23 i R26. W rozwiązaniach tego typu wzmocnienie zależy od impedancji obciążenia, mniejsze impedancje oznaczają mniejsze wzmocnienie. Nie stanowi to jednak żadnego problemu.
Po zwarciu wyjść takie rozwiązanie stanowi pewne zabezpieczenie, ale nie jest to układ całkowicie zabezpieczony przed niewłaściwą obsługą. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe ogranicza prąd wyjściowy do względnie bezpiecznego poziomu, ale stałe występowanie zwarcia spowoduje uszkodzenie tranzystorów mocy. Zabezpieczenie ogranicza wartość szczytową prądu do poziomu około 8,5 A. Utrzymywanie się zwarcia przez długi czas spowoduje przepalenie bezpieczników lub tranzystorów wyjściowych.
Na schemacie pokazano wszystkie elementy wzmacniacza, poza nie montowanym na płytce rezystorem R26. Miejsce jego montażu widnieje na schemacie okablowania. Prąd polaryzacji można ustawiać, prąd spoczynkowy powinien wynosić około 25 mA.
Zastosowane tranzystory mocy pozwalają pracować z obciążeniami o impedancji do 4 Ω. Jeśli wzmacniacz nie jest montowany na płytce drukowanej, lub tranzystory przyłączane są przewodami, w stopniu wyjściowym można wykorzystać tranzystory w obudowach TO-3. Tranzystory typu MJ15003/4 mają na prawdę dużą moc, ich temperatura będzie niższa, jeśli zostanie zastosowana obudowa TO-3 (ma niższy opór termiczny). Należy też uważać na podróbki tranzystorów! Można także użyć innych tranzystorów. Płytka jest przystosowana także do montażu tranzystorów o mocy 150 W produkowanych przez Toshibę lub Motorolę. Do normalnej pracy sprawdzą się też tranzystory TIP3055/2966 albo MJE3055/2955.
Na wzmacniacz można podawać również sygnały zewnętrzne, podawane na wejście pomocnicze.
Do urządzenia można podłączyć dwie 8-omowe kolumny (dające łącznie impedancję 4 Ω). Wzmacniacz nie jest przystosowany do pracy z niższymi impedancjami.
Wszystkie rezystory o małych wartościach (np. 0,1 lub 0,22 Ω) powinny mieć co najmniej 5 W mocy. Rezystory 0,22 Ω nagrzewają się znacznie i powinny być montowane z dala od innych elementów. Autor zaleca zmontowanie całości na zaprezentowanej płytce drukowanej, która została zoptymalizowana pod kątem tej konstrukcji. Układ może być też wykorzystywany jako wzmacniacz Hi-Fi. W takim przypadku prąd polaryzujący powinien zostać zwiększony do 50 mA. Idealnie byłoby też użyć wtedy lepszych (szybszych czy o bardziej liniowej charakterystyce) tranzystorów. Pracują one przy niskich mocach, ale pojawianie się nieliniowych zniekształceń jest ograniczone poprzez zastosowanie równolegle połączonych stopni wyjściowych.
Należy upewnić się też, że tranzystor polaryzujący jest sprzężony termicznie z tranzystorem sterującym. W tym celu sprawdzi się zastosowanie niewielkiego radiatora i przewodu. Diody zabezpieczające wzmacniacz muszą być prawidłowo zamontowane. Należy zastosować diody typu 1N4001 (albo dowolne inne z serii 1N400x). Do tranzystorów sterujących nie trzeba stosować radiatorów.
Natomiast do tranzystorów mocy należy zastosować największy z dostępnych radiatorów, co zwiększa bezpieczeństwo użytkowania wzmacniacza i pozwala na jego pracę w wyższych temperaturach. Rezystancja radiatora powinna wynosić co najmniej 0,5°C/W, co pozwala na bezpieczną pracę nawet w temperaturze 40°C.
Należy pamiętać o odizolowaniu wyjść głośnikowych od obudowy.
Zasilacz
Obwód zasilacza jest bardzo prosty i nie zawiera nawet typowo stosowanych stabilizatorów dla przedwzmacniacza. Transformator powinien być toroidalny dla zapewnienia optymalnej wydajności, ale przy braku takowego sprawdzi się też zwykły.
Nie należy przekraczać napięcia na wyjściu +/- 35 V. Uwzględniono przy tym tolerancję wahań napięcia sieci, wynoszącą +/- 10%. Transformator powinien mieć nominalne napięcie wyjściowe 25-0-25 V, poziom ten nie może być przekroczony.
Transformator powinien mieć moc co najmniej 150 VA (3 A), oczywiście w tej kwestii nie istnieje górna granica (poza cenową) mocy. Jednakże stosowanie transformatorów o mocach powyżej 250 VA jest całkowicie zbędne. W przypadku używania transformatora toroidalnego należy zastosować zwłoczny bezpiecznik, ponieważ takie transformatory w czasie rozruchu pobierają sporo prądu. Wartość 2 A odnosi się do napięć zasilania od 220 do 240 V i transformatora 200 VA. W przypadku transformatorów o mniejszej mocy należy zmniejszyć prąd bezpiecznika (2 A dla transformatora 160 VA i napięcia zasilania 240 V).
Należy stosować kondensatory elektrolityczne dobrej jakości (na minimum 50 V i na 105°C). Mostek prostowniczy powinien mieć prąd co najmniej 35 A, należy go montować do obudowy z użyciem pasty termoprzewodzącej.
Izolacja uziemienia zapewnia zabezpieczenie przed brumem i gwarantuje bezpieczeństwo gitarzyście. Rezystor 10 Ω niweluje problemy z pętlami masy, a kondensator 100 nF odfiltrowuje częstotliwości radiowe. Mostek w obwodzie uziemienia powinien być co najmniej na 5 A.
Alternatywnie można użyć dwu wysokoprądowych diod prostowniczych połączonych równolegle (ale w przeciwnych kierunkach przewodzenia). Takie rozwiązanie sprawdzi się, ale może kosztować więcej, niż mostek prostowniczy.
Należy bezwzględnie stosować wszystkie bezpieczniki.
Bezpieczeństwo
Do zaizolowania wszystkich połączeń należy wykorzystywać koszulki termokurczliwe. Niedokładna izolacja może być niebezpieczna dla życia i zdrowia!
Do podłączania zasilania najlepiej wykorzystać złącza IEC. Są one dostępne także z wbudowanymi filtrami i bezpiecznikami.
Testowanie
Przed pierwszym uruchomieniem w miejsce bezpiecznika należy zastosować rezystor drutowy 22 Ω 5 W. Nie należy też podłączać obciążenia! Po podaniu zasilania napięcie na wyjściu nie powinno przekraczać 1 V. Napięcie na szynach zasilania nie powinno być niższe niż 20 V. Jeśli jest różne od wskazanego poziomu, należy sprawdzić, czy tranzystory się nie grzeją, jeśli tak - należy od razu odłączyć zasilanie.
Po wstępnych pomiarach można podłączyć głośniki i źródło sygnału i sprawdzić, czy nie pojawiają się szumy.
Po tym należy usunąć rezystor drutowy i zamontować bezpieczniki. Należy odłączyć głośniki i włączyć wzmacniacz ponownie. Napięcie na zaciskach głośnika nie powinno przekraczać 100 mV, a żadne elementy nie powinny być zbyt gorące.
Po tym należy ustalić prąd polaryzujący. Należy mierzyć spadek prądu na rezystorach R20 i R21. Dla poziomu prądu 25 mA powinien on wynosić 11 mV (+/- 2 mV). Nie jest to parametr krytyczny, ale dokładniej dobrany prąd oznacza mniejsze straty cieplne w tranzystorach. Przelicznik wynosi tu 2,2 mA/mV.
Po wstępnym ustawieniu należy pozwolić wzmacniaczowi "wygrzać się" i ewentualnie skorygować wartość prądu. Należy to wykonać nawet kilkukrotnie. Po ustawieniu wartości prądu potencjometr można zabezpieczyć np. lakierem do paznokci.
Uwaga: Przegrzanie lub przepalenie rezystora R22 powoduje powstanie oscylacji wzmacniacza.
Źródło
Cool? Ranking DIY
