目前,AV功放機揚聲器保護電路多采用延遲保護方式,其特點是:開機后,延遲一定時間才讓音箱與功率放大電路連通。當電路出現故障(或輸出電流過大)時,保護電路動作,切斷音箱與功率放大電路的連接。
AV功放機揚聲器保護電路的常見形式有四種:即簡易型保護電路、指示燈閃爍型保護電路、CPU參與型保護電路及集成式多功能型保護電路。
這四種揚聲器保護電路都具備偏零保護功能,后兩種電路除了具有偏零保護功能外,還具有過流保護功能及其他一些保護功能。
偏零保護功能主要指當功率輸出級的中點(即輸出端)直流電壓偏離0V時,就有可能燒壞揚聲器,此時,揚聲器保護電路動作,并切斷音箱與功率放大電路的聯系,以保護揚聲器。
過流保護功能主要指當功率輸出級輸出的電流過大時,揚聲器保護電路就會動作,并切斷音箱與功率放大電路的聯系,以保護揚聲器。
下面介紹這四種保護電路的工作過程、故障特點、檢修方法及檢修實例。
一、簡易型保護電路1.電路分析圖1是一種簡易型保護電路,它的特點是結構簡單。動作靈敏,在廉價的功放機中用得較多,如力之霸LBM~PM838型功放機就使用這種電路。
圖中R1、R2、C1及C2構成低通濾波器,C1、C2反向連接,相當于一個無極性電容,VD1~VD4構成全波整流電路,負責檢測輸出端的直流電壓。
開機后,+30V電源經R3對C3充電,因充電時間常數大,故充電緩慢,經過兩三秒時間后,C3上的電壓上升至一定程度,此時,VT2導通,有較大的電流流過繼電器Ko線圈,繼電器吸合,其觸點K0-1,K0-2接通,音箱與功率放大電路連通。由于延時作用,可避免開機浪涌電流對揚聲器的沖擊。
當功率放大電路出現故障而引起輸出端直流電壓偏離0V較多時,保護電路就會實施保護。例如:當R聲道出現故障而引起輸出端電壓大于0V時,此電壓會經R2、VD2及VD3使VT1飽和導通。此時,C3經VT1迅速放電,VT2截止,流過繼電器線圈的電流減小,繼電器釋放,切斷了音箱與功率放大電路之間的連接,有效地保護了揚聲器。同理,若功率放大電路的輸出端直流電壓小于0V時,保護電路也會動作,并實施保護。
C1、C2的容量選得較大(220μF),它對音頻信號相當于短路,只讓直流電壓加到全波整流電路上,所以這種電路只具備偏零保護功能。R1和R2的取值決定保護電路的靈敏度,若R1、R2的阻值越大,保護點就越高,保護電路的靈敏度就越低。若R1、R2阻值越小,保護點就越低,保護電路就越靈敏。
R3租C3決定延遲時間,C3的容量一般為幾十微法,這樣通過調節R3就能調節延遲時間,一般來說,延遲時間選在兩三秒為宜。VD5為繼電器的泄放二極管,當VT2截止時,繼電器線圈所產生的感應電壓經VD5泄放。
2.故障檢修在檢修揚聲器保護電路故障時,尋找關鍵檢測點極為重要,通過對關鍵檢測點的電壓進行檢查,就能縮小故障范圍,甚至立即發現問題所在。注意,在檢修過程中,一般不要連接音箱(特殊情況除外)。
對于簡易型保護電路來說,關鍵檢測點是C3的正端。只有當C3正端對地電壓達到1.2V以上時,繼電器才能可靠吸合,否則,繼電器就會釋放。
因此,通過測量該點電壓,就能立即發現問題所在。例如:若C3正端電壓超過1.2V,而繼電器又未能吸合,則說明故障出在C3之后的電路(VT2、R5、R4、R6等元件上)。若C3正端電壓為0V,說明故障出在供電、R3或C3上。若C3正端電壓小于1V,說明保護電路動作(處于保護狀態),故障一般是因功率輸出級直流電壓偏離0V或VT1擊穿所致。
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電路分析這種保護電路如圖2所示,它使用三極管VT20和VT21來檢測功率放大電路輸出端的直流電壓,還增加了一個低頻多諧振蕩器,以指示保護電路的狀態,這種電路的結構比簡易型保護電路要復雜。該保護電路的應用也比較廣泛,如三舁功放機就使用這種電路。
保護電路的延時原理為:接通電源后,VT18和VT19組成的多諧振蕩器開始工作,以一種極低的頻率進行振蕩,此時發光二極管VD8(位于面板上)不斷閃爍。同時12V電源經R35對C12開始充電,因充電時間常數大,充電很緩慢,兩三秒后,C12兩端的電壓上升到足夠程度,使VT23、VT24飽和導通,繼電器Ko吸合,揚聲器接入電路。此時,因VT24飽和,其集電極電壓降到0.3V,VD9導通,VT18的集電極被箝位在1V左右,多諧振蕩器被迫停振,VD8不再閃爍,轉為常亮狀態。
保護原理為:當功率放大電路輸出端的直流電壓偏離0V時,VT21或VT20導通(輸出端電壓大于0V時,VT21導通;小于0V時,VT20導通),從而使VT22飽和導通,C12迅速放電,VT23及VT24截止,繼電器釋放,音箱與功率放大器脫離,有效地保護了揚聲器。保護電路動作后,多諧振蕩器又開始工作,發光二極管VD8又不斷閃爍。
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這種保護電路如圖所示,它需要CPU(微處理器)的參與,才能實現保護功能。目前,奇聲AV-2750型功放機就使用這種保護電路。
圖中R14和C5組成開機延時電路,開機后,+13.5V電壓經R14對C5充電,C5兩端電壓上升,經過兩三秒后,C5兩端電壓上升到1.4V,VT8、VT9組成的復合管導通,繼電器Ko吸合,音箱與功率放大電路接通,這樣,就避免了開機浪涌電流對揚聲器的沖擊。
VT1和VT2為L聲道功率輸出管(即功放對管),它們中點輸出的音頻電流經繼電器接點送至揚聲器(音箱)。VT3、R3、R4、R1、R2組成過流保護電路。R1和R2為檢測電阻,用來檢測功率輸出管的輸出電流,這兩個電阻的阻值非常小,僅為0.25Ω/5W。功率放大電路正常工作時,R1或R2的電壓較小,不足以使VT3導通。
當功率輸出級出現過流(如音量過大或輸出端短路)時,功率輸出管的發射極電流明顯增大,使R1或R2兩端電壓升高,經R3、R4分壓后,使VT3導通,其集電極電壓下降,從而使VT6也導通,VT6集電極輸出高電平,經R11、R12輸送到CPU的PRO端口,CPU檢測到這一高電平后,立即從MUTE(靜音)端口輸出高電平,使VT7飽和,C5迅速放電至0V,VT8與VT9組成的復合管截止,繼電器釋放,斷開音箱,從而有效地保護了揚聲器和功放管。
R5、R6、C2及C3組成低通濾波器,當功率放大電路工作正常時,左、右聲道輸出端的直流電壓均為0V,C2、C3上直流電壓也是0V,VT4、VT5截止,不影響電路的工作情況。一旦功率放大電路出現故障而導致中點的直流電壓偏離0V時,C2、C3兩端便出現正或負的直流電壓,VT4或VT5導通,VT6也跟著導通,其集電極輸出高電平,送到CPU的PRO(保護)端口,CPU立即從MUTE(靜音)端口輸出高電平,使電路進入保護狀態。
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集成式多功能型保護電路常以集成塊μPC1237為核心構成,μPCI237是日電公司推出的揚聲器專用保護集成塊,它內含過載檢測、直流檢測、觸發器、鎖存/自動復位開關、關機檢測、電源接通靜音、繼電器驅動等電路。該集成塊的工作電壓范圍為25V~60V,它可以直接利用功率放大器的正電源。當功率輸出級出現過流、中點電壓偏離0V時,它都能立即做出反映,釋放繼電器,斷開揚聲器與功率放大電路的連接,使揚聲器得到保護。μPCI237各腳功能如下:
1腳為過載檢測端,當該腳電壓超過內部過載檢測電路的閾值電壓(典型值為0.67V)時,內部觸發器翻轉為保護狀態,此時,6腳電流為0A,μPC1237釋放繼電器。
2腳為直流檢測端,正常工作時為0V,只要該腳電壓超過內部直流檢測電路的閾值電壓(大于0.62V,或小于-0.17V)時,觸發器翻轉為保護狀態,μPC1237釋放繼電器。
3腳為觸發器鎖存/自動復位設置腳。若該腳接地,則觸發器可以自動復位,即觸發器翻轉為保護狀態后,只要相應檢測端(1腳、2腳)電壓恢復正常,觸發器就會自動復位,解除保護,這樣可以避免用戶進行關機/開機操作。若將3腳經0.022μF電容接地,則觸發器具有鎖存功能,此時,即使相應檢測端的電壓恢復正常,μPC1237也不會自動解除保護,只有關機后再重新開機才能解除保護狀態。
4腳是關機檢測端,當該腳電壓低于關機檢測電路的閾值電壓(典型值為0.74V)時,關機檢測電路立即控制觸發器翻轉,使繼電器釋放,避免揚聲器在關機時受到沖擊。4腳電壓一般由交流電壓經整流濾波后來提供。
5腳為接地腳。
6腳為繼電器驅動端,外接繼電器。6腳輸出的最大驅動電流可達80mA,一般設計在40mA~50mA。當6腳內部電路工作時,6腳為低電平,繼電器吸合;當6腳內部電路停止工作時,6腳為高電平,繼電器釋放。
7腳為電源接通檢測端,外接延時RC電路,RC電路的時間常數決定開機延遲時間。當7腳電壓達到2.06V以上時,繼電器才吸合,從而可避免開機浪涌電流對揚聲器的沖擊。
8腳接電源,8腳內部設有一個基準電路,使8腳電壓穩定在3.4V左右。
圖4是集成式多功能型保護電路原理圖,接通電源后,+45V電壓經R16向8腳供電,在8腳建立3.4V的電壓,該電壓經R15對7腳外部的C5充電,經過t=R15×C5×In(3.4-2.06)/3.4=2.056(s)后,7腳電壓達到2.06V,此時繼電器驅動電路工作,繼電器吸合,這樣就避免了開機瞬間的浪涌電流對揚聲器的沖擊。
VT1和VT2為R聲道功放對管。
R聲道的過流檢測電路由R1、R2、R3、R4、VT3等元件組成。正常工作時,R1或R2上的電壓較低,不足以使VT3導通。當功率輸出級出現過流時,R1或R2兩端的電壓會升高,并使VT3導通,進而使VT4也導通,VT4集電極輸出高電平送至μPCI237的1腳,使1腳電壓超過0.67V,μPC1237進入保護狀態,繼電器釋放,音箱脫離電路。
各聲道功率輸出級中點送來的直流電壓從2腳輸入,當各聲道工作正常時,2腳直流電壓為0V,保護電路不動作。當任何一個聲道出現故障而導致中點電壓偏離0V。時,2腳電壓就會高于0.62V或低于-0.17V,μPCI237進入保護狀態,繼電器釋放,音箱脫離電路。
當保護電路動作后,繼電器驅動電路停止工作,6腳變為高電位(接近繼電器供電電壓),VD6導通,VT6也導通,并輸出低電平送至CPU的檢測端,CPU檢測到這一低電平后,立即進行靜音控制,輸出靜音(MUTE)電壓,經VD4、R14使VT5導通,進而使VT4也導通,輸出高電平到1腳,使電路鎖定在保護狀態。
由于功放機的主電源濾波電容容量很大,其上電壓又較高,故關機后,放電比較緩慢,導致繼電器未能快速釋放,從而使揚聲器會受到關機電流的沖擊。為了避免這種現象,在μPC1237內部設了關機檢測電路。當關機后,4腳電壓立即下跌,使關機檢測電路工作,μPC1237快速釋放繼電器。
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