اگر به دنبال ساخت یک سیستم صوتی با کیفیت بالا و توان خروجی واقعی هستید، پروژه ساخت مدار آمپلیفایر مونو 150 وات یکی از بهترین گزینهها برای شروع است. این مدار با استفاده از زوج ترانزیستورهای معروف توشیبا و درایورهای سری TIP، تعادلی عالی بین قدرت و وضوح صدا ایجاد میکند. در این مقاله به بررسی دقیق قطعات، نحوه عملکرد و لیست تجهیزات مورد نیاز این مدار میپردازیم.
تحلیل فنی مدار آمپلیفایر 150 وات
این پروژه عملی یک آمپلیفایر کلاس AB مونو است که برای راهاندازی سابووفرها یا بلندگوهای میانرده (Mid-range) بسیار ایدهآل است. نقطه قوت این طراحی، استفاده از ترانزیستورهای درایور TIP41C و TIP42C است که وظیفه تقویت جریان اولیه را بر عهده دارند تا ترانزیستورهای قدرت نهایی بتوانند بیشترین بازدهی را داشته باشند.
این مدار از یک توپولوژی کلاسیک Push-Pull (فشار-کشش) بهره میبرد که در آن مرحله ورودی توسط ترانزیستورهای سیگنال کوچک (A1015) برای تقویت ولتاژ اولیه و بالانس سیگنال مدیریت میشود. مرحله درایور، با استفاده از ترانزیستورهای TIP41C و TIP42C، جریان لازم را برای تحریک بیس ترانزیستورهای قدرت نهایی فراهم میکند. استفاده از مقاومتهای آجری 0.22 اهم در خروجی امیتر ترانزیستورهای قدرت، نقش حیاتی در پایداری حرارتی مدار دارد؛ این مقاومتها از پدیده “فرار حرارتی” جلوگیری کرده و باعث میشوند جریان بین ترانزیستورهای NPN و PNP بهطور متعادل توزیع شود تا از سوختن آنها در بارهای سنگین جلوگیری گردد.
مشخصات ولتاژ و توان
- ولتاژ ورودی: این مدار با منبع تغذیه دوبل (متقارن) کار میکند. حداقل ولتاژ مورد نیاز 20-0-20 ولت DC و حداکثر ولتاژ مجاز 50-0-50 ولت DC است.
- جریان مورد نیاز: برای دریافت بهترین پاسخ فرکانسی، منبع تغذیه باید حداقل 3 آمپر خروجی داشته باشد.
- توان خروجی: با ولتاژ بهینه، این مدار قادر به تولید 150 وات واقعی (RMS) روی بار 4 یا 8 اهم است.
بررسی غولهای قدرت: 2SC5200 و 2SA1943
بخش حیاتی این آمپلیفایر، زوج ترانزیستور مکمل 2SC5200 (NPN) و 2SA1943 (PNP) محصول شرکت توشیبا است. این دو ترانزیستور به دلیل پایداری حرارتی بالا و پاسخ فرکانسی عالی، در اکثر آمپلیفایرهای حرفهای بازار استفاده میشوند.
ترانزیستور 2SC5200: یک ترانزیستور قدرت NPN است که توانایی تحمل ولتاژ کلکتور-امیتر تا 250 ولت و جریان مداوم 17 آمپر را دارد. توان تلفاتی آن 150 وات است که آن را برای کاربردهای صوتی سنگین بسیار مقاوم میسازد.
ترانزیستور 2SA1943: مکمل اصلی مدل قبلی و از نوع PNP است. این ترانزیستور نیز دارای مشخصات مشابهی از جمله ولتاژ 250 ولت و جریان 17 آمپر میباشد. استفاده از این زوج مکمل در مرحله نهایی (Output Stage) باعث میشود نیمسیکلهای مثبت و منفی سیگنال صوتی با کمترین اعوجاج (Distortion) تقویت شوند.
بررسی ترانزیستورهای درایور TIP41C و TIP42C
ترانزیستورهای TIP41C (NPN) و TIP42C (PNP) به عنوان واسط قدرتی در این مدار عمل میکنند. این سری از ترانزیستورها به دلیل توانایی در جابجایی جریانهای متوسط و ولتاژ بالا، انتخاب اول طراحان برای بخش درایور آمپلیفایرهای High-Power هستند.
- TIP41C: یک ترانزیستور با توان ۶۵ وات است که میتواند تا ۱۰۰ ولت (در مدل C) را تحمل کند. در این مدار، وظیفه آن تقویت جریان برای نیمسیکل مثبت و تحریک ترانزیستور قدرت 2SC5200 است.
- TIP42C: مکمل نسخه قبلی است و برای مدیریت نیمسیکل منفی و راهاندازی ترانزیستور 2SA1943 به کار میرود.
این زوج درایور به دلیل سرعت سوئیچینگ مناسب و پایداری در دمای بالا، باعث میشوند که آمپلیفایر حتی در ولومهای بالا نیز دچار افت کیفیت یا “دیستورشن” نشود. برخلاف ترانزیستورهای کوچک، این مدلها دارای بدنه TO-220 هستند که اجازه میدهد در صورت نیاز آنها را نیز به هیتسینک متصل کنید تا طول عمر مدار افزایش یابد.
نکته مهم: به دلیل توان بالای این ترانزیستورها، استفاده از هیتسینک (گرماگیر) بزرگ و خمیر سیلیکون مرغوب برای جلوگیری از سوختن قطعات الزامی است.
لیست قطعات مورد نیاز
با توجه به تصویر مدار چاپی (PCB) ارائه شده، قطعات زیر برای ساخت پروژه مورد نیاز است:
| نوع قطعه | مقدار / مدل | تعداد |
| ترانزیستور قدرت (NPN) | 2SC5200 (Toshiba) | ۱ عدد |
| ترانزیستور قدرت (PNP) | 2SA1943 (Toshiba) | ۱ عدد |
| ترانزیستور درایور (NPN) | TIP41C | ۲ عدد |
| ترانزیستور درایور (PNP) | TIP42C | ۱ عدد |
| ترانزیستور سیگنال کوچک | A1015 | ۲ عدد |
| مقاومت آجری (قدرت) | 0.22 Ohm / 5W | ۲ عدد |
| مقاومت | 10k, 47k, 3.3k, 560, 33 Ohm | مطابق نقشه |
| خازن الکترولیت | 47uF | ۱ عدد |
| خازن پلیاستر/عدسی | 100n (0.1uF) | ۲ عدد |
| دیود | 1N4148 | ۲ عدد |
نکات راه اندازی و ایمنی
- منبع تغذیه: حتماً از ترانسفورماتور با کیفیت و پل دیود مناسب استفاده کنید. نوسانات ولتاژ میتواند به ترانزیستورهای TIP41/42 آسیب بزند.
- ایزولاسیون: هنگام نصب ترانزیستورهای 2SC5200 و 2SA1943 روی یک هیتسینک مشترک، حتماً از عایق میکا استفاده کنید تا کلکتورها به یکدیگر اتصال کوتاه نکنند.
در صورتی که حین ساخت یا تست مدار با مشکلاتی مثل سوختن ترانزیستورها یا نویز شدید مواجه شدید، نگران نباشید؛ بررسی این خطاها تخصص ماست و میتوانید راهنمای عیبیابی را در بخش تعمیر آمپلیفایر دنبال کنید.
مجموعهای از سوالات متداول که معمولاً کاربران در هنگام ساخت این آمپلیفایر با آنها مواجه میشوند را به همراه پاسخهای فنی گردآوری کردهایم:
سوالات متداول پروژه آمپلیفایر 150 وات
۱. آیا میتوان از ترانسفورماتور تکسوئیچ (دو سیم) برای این مدار استفاده کرد؟ خیر، این مدار برای عملکرد صحیح به تغذیه دوبل (متقارن) نیاز دارد (مثلاً 40 ولت مثبت، زمین، و 40 ولت منفی). استفاده از تغذیه تک باعث کار نکردن یا سوختن ترانزیستورها میشود.
۲. علت داغ شدن بیش از حد ترانزیستورهای 2SC5200 و 2SA1943 چیست؟ داغ شدن تا حدی طبیعی است، اما اگر حرارت غیرقابل تحمل باشد، سه دلیل اصلی وجود دارد:
- عدم استفاده از هیتسینک با ابعاد مناسب.
- تنظیم نبودن جریان بیآس (Bias) یا نشتی در دیودهای 4148.
- اتصال کوتاه در خروجی بلندگو یا استفاده از بلندگویی با امپدانس کمتر از ۴ اهم.
۳. آیا میتوان توان مدار را از ۱۵۰ وات فراتر برد؟ توان این مدار به ولتاژ تغذیه و جریان ترانس بستگی دارد. با افزایش ولتاژ تا مرز ۵۰ ولت دوبل، توان افزایش مییابد؛ اما برای توانهای بسیار بالاتر (مثلاً ۴۰۰ وات)، باید تعداد ترانزیستورهای قدرت خروجی را به صورت موازی افزایش داد که نیاز به تغییرات در طراحی PCB دارد.
۴. چه بلندگویی برای این آمپلیفایر مناسب است؟ بهترین گزینه، استفاده از یک باند یا سابووفر ۸ اهم با توان حداقل ۲۰۰ وات است. این مدار به راحتی میتواند باندهای میانرده (Mid-bass) بزرگ را با کیفیت عالی راهاندازی کند.
۵. چرا در خروجی صدا نویز یا “هوم” شنیده میشود؟ نویز معمولاً به دلیل فیلتر نبودن مناسب منبع تغذیه است. حتماً از خازنهای صافی با ظرفیت بالا (حداقل ۴۷۰۰ میکروفاراد یا بالاتر) در مسیر تغذیه استفاده کنید و شیلد کابل ورودی صدا را به زمین (Gnd) متصل نمایید.
۶. آیا ترانزیستورهای TIP41C و TIP42C هم نیاز به هیتسینک دارند؟ در ولتاژهای پایین (زیر ۳۰ ولت) خیر؛ اما اگر قصد دارید از حداکثر توان مدار (۵۰ ولت) استفاده کنید، بهتر است برای این سه ترانزیستور درایور نیز هیتسینکهای کوچک جداگانه در نظر بگیرید.
پس از ساخت این برد قدرتمند، میتوانید از آن برای جان بخشیدن به باندهای قدیمی خود استفاده کنید؛ پیشنهاد میشود مقاله تبدیل بلندگو به اسپیکر حرفهای را در سایت دیجی تکنیک مطالعه نمایید.
