No.429

คมสันต์  ปักกะโต

 

 

วงจรเพาเวอร์แอมป์ที่ดี นอกจากจะออกแบบมาเพื่อน้ำเสียงที่ดีแล้ว ในทางปฏิบัติต้องออกแบบมาให้สร้างง่ายด้วย ยิ่งถ้าวัตต์สูงด้วยและสร้างง่ายด้วยก็ยิ่งชวนให้น่าติดตามมากยิ่งขึ้น คุณสมบัติดังกล่าวอยู่ในโครงงานนี้แล้ว เชิญอ่านได้เลยครับ

 

          ปัญหาอย่างหนึ่งของนัก DIY โครงงานเครื่องเสียงวัตต์สูงก็คือ มักพบกับความลำบากในการสร้างจากการวัดหาคู่แมทชทรานซิสเตอร์จุดสำคัญๆ การเชื่อมโยงอุณหภูมิในภาคดิฟเฟอเรนเชียลแอมป์ สิ่งเหล่านี้เป็นรายละเอียดที่ต้องใส่ใจกันพอสมควร ถ้าจัดการได้ไม่ดีพออาจทำให้เกิดความผิดพลาดต่างๆ ตามมา บางครั้งกว่าจะสำเร็จเล่นเอาเหงื่อตกได้เหมือนกัน แต่ปัญหาเหล่านั้นจะน้อยลงเมื่อเราเลือกใช้ออปแอมป์ มาทำหน้าที่เป็นดิฟเฟอเรนชียลแอมป์ เช่นในเพาเวอร์แอมป์อย่าง RX-150 คงมีไม่มากนักที่นัก DIY เครื่องเสียงจะยินยอมใช้ออปแอมป์ในการสร้างวงจรขยายภาคหน้า เนื่องจากกระแสนิยมส่วนใหญ่เบนไปทางวงจร Discrete หรือวงจรทรานซิสเตอร์ล้วนๆ แต่ต้องยอมรับอย่างหนึ่งว่าวงจรรวมอย่างออปแอมป์ ทั่วไปมันถูกออกแบบมาให้มีสมรรถนะที่สูงอยู่แล้ว และยังมีหลายเบอร์ให้เลือกใช้ เพียงแต่มันถูกจำกัดในย่านแรงดันใช้งานที่ต่ำ ลำพังตัวมันเองจึงไม่มีความสามารถในการขยายแรงดันที่เพียงพอต่อการสร้างเป็นเพาเวอร์แอมป์วัตต์สูง

 

          เรื่องดังกล่าวนี้ไม่ใช่ปัญหาสำหรับ RX-150 เนื่องจากจะใช้ไอซีออปแอมป์ทำหน้าที่เป็นวงจรดิฟเฟอเรนเชียลแอมป์ในภาคอินพุตเท่านั้น ในส่วนของวงจรขยายแรงดันและกระแสยังคงใช้ทรานซิสเตอร์ เพื่อให้เพาเวอร์แอมป์สามารถทำงานได้กำลังสูงตามที่ต้องการ ข้อดีคือในส่วนของวงจรป้อนกลับและชดเชยจะเป็นการใช้สมรรถนะด้านต่างๆ ที่ยอดเยี่ยมของออปแอมป์ ทำให้วงจรมีเอาต์พุตออฟเซ็ตที่ต่ำ, สัญญาณรบกวนต่ำ, ความเพี้ยนต่ำ, ตอบสนองความถี่และตอบสนองทางเวลาได้อย่างยอดเยี่ยม เฉกเช่นคุณสมบัติที่ดีของออปแอมป์ สำหรับโครงงานนี้ได้เลือกใช้ออปแอมป์เบอร์ NJM5534D แน่นอนว่าท่านสามารถเลือกหาออปแอมป์เบอร์อื่นๆ ที่มีตำแหน่งขาตรงกัน คุณสมบัติใกล้เคียงกันมาทดลองเปลี่ยนเล่นได้ นี่คือข้อดีอีกอย่างของการใช้ไอซีเป็นภาคหน้า

 

          คุณสมบัติของ RX-150

• แรงดันไฟเลี้ยงสูงสุด(Voltage power supply max) ............................+/-90Vdc
• แรงดันไฟเลี้ยงใช้งาน (Normal power supply)..................................+/-60Vdc
• กำลังเอาต์พุต (Power Output)..........................150Wrms @ 8 Ohm (+/-60V)
• กำลังเอาต์พุต (Power Output)..........................280Wrms @ 4 Ohm (+/-60V)
• การตอบสนองความถี่(Frequency Response) ..............................20Hz – 20kHz
• อัตราการขยายของวงจร (Amplifier Gain)......................................26 dB/32dB
• อินพุตอิมพีแดนซ์ (Input Impedance).......................................22 kilo-Ohms
• เอาต์พุตออฟเซ็ต (Output DC Offset)............................................<+/-5mV
• ขนาด PCB(Size)..............................................................147mmx77mm

 

 

รูปที่ 1 วงจรสมบูรณ์เพาเวอร์แอมป์ RX-150

 

การทำงานของวงจร

 

          จากรูปที่1 สัญญาณเสียงถูกจ่ายเข้ามาทางอินพุต C2 ซึ่งทำหน้าที่เป็นคัปปลิ้งคาปาซิเตอร์ป้องกันไฟตรงเข้ามาทางอินพุตของออปแอมป์ R2 และ C9 ทำหน้าที่เป็นวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน ไม่ให้ความถี่สูงที่เกินกว่าย่านความถี่เสียงที่อาจเป็นอันตรายเข้ามาในวงจรขยายได้ และ R3 ทำหน้าที่กำหนดค่าอินพุตอิมพีแดนซ์ของวงจรขยาย

 

          ออปแอมป์จะใช้ไฟเลี้ยง +/-15Vdc เร็กกูเลตด้วยซีเนอร์ไดโอด วงจรเรกูเลเตอร์ประกอบไปด้วย R13, R14, ZD1, ZD2, C6 และ C5 โดยมี R6 และ R7 ทำงานร่วมกับ C7 และ C11 เป็นดีคัปปลิ้ง หรือบายพาสคาปาซิเตอร์ ช่วยกดอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายไฟในย่านความถี่สูงก่อนที่แรงดันไฟเลี้ยงจะจ่ายให้กับไอซี ซึ่งเป็นพื้นฐานในเรื่องการจัดการแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสำหรับไอซีให้ทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพ

 

          C8 ทำหน้าที่ลดแบนด์วิดธ์ที่สูงเกินขอบเขตการทำงานในย่านเสียงของออปแอมป์ สัญญาณเสียงจะส่งผ่าน R8 เข้าไปสู่วงจรไบอัส คือ R9, R12, R10, R11, R16, R17, R18, Q1 และ C14 จำเป็นอย่างมากที่ต้องติด Q1 กับฮีตซิงค์เพื่อรับอุณหภูมิมาปรับชดเชยการไบอัสค่ากระแสสงบเพื่อไม่ให้เอาต์พุตทรานซิสเตอร์เกิดเหตุการณ์วิ่งหนีอุณหภูมิจนได้รับความเสียหาย

Q2, Q3 และ Q4 คือภาคขยายแรงดันที่ต่อเป็นวงจรแบบคาสโคด โดยมี Q2 (MJE340) และ Q5 (MJE350) ทำหน้าที่รักษาแรงดันคงที่ให้กับ Q3 และ Q4 ประมาณ 15V ซึ่งเป็นวิธีการทำให้วงจรภาคขยายแรงดันทำงานได้อย่างเป็นเชิงเส้นและให้ความเพี้ยนต่ำ ในส่วนของ C12 และ C13 ทำหน้าที่ลดแบนด์วิดธ์ของภาคขยายแรงดันไม่ให้สูงเกินไป เป็นการป้องกันการเกิดออสซิลเลทนั่นเอง

 

          กระแสสงบของภาคขยายแรงดันถูกตั้งค่าไว้ประมาณ 5mA สัญญาณจะส่งออกทางขาคอลเล็กเตอร์ของ Q2 และ Q5 โดยมี R20 และ R22 ค่า 220 โอห์มต่อเป็นโหลดและส่งเข้าสู่ภาคขยายกำลังประกอบไปด้วย Q6 และ Q7 ต่อในลักษณะดาร์ลิงตันกับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ Q8, Q9, Q10 และ Q11 โดยจัดวงจรให้เอาต์พุตออกทางขาคอลเล็กเตอร์หรือคอมมอนอีมิเตอร์

 

          R25 และ R26 ทำหน้าที่เป็นโหลดของ Q6 และ Q7 ส่วน R27, R28, R30 และ R31 ทำหน้าที่เป็น RE ให้กับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ช่วยเฉลี่ยการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ขนานกันเพื่อแชร์กระแสให้ใกล้เคียงกัน สำหรับ D1 และ D2 ทำหน้าที่เป็นแดมปิ้งไดโอด ช่วยกำจัดแรงดันไหลย้อนกลับจากการขยับตัวของวอยซ์คอยล์ลำโพง สัญญาณเสียงที่ถูกขยายก่อนออกไปสู่ลำโพงจะผ่านวงจรโซเบลเน็ทเวิร์คเพื่อปรับปรุงอิมพีแดนซ์เอาต์พุตในย่านความถี่สูง ป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอกเข้ามารบกวนกรณีที่เดินสายลำโพงยาวๆ ประกอบไปด้วย C18, R29, R32 และ L1

 

          วงจรขยาย RX-150 มีการป้อนกลับ 2 จุด ส่วนแรกคือ การป้อนกลับภาคเอาต์พุตประกอบไปด้วย C17 และ R24 ซึ่งจะป้อนกลับเฉพาะย่านความถี่สูงลดแบนด์วิดธ์ในย่านความถี่สูงของภาคเอาต์พุต ส่วนที่สองคือการป้อนกลับแบบลบเพื่อกำหนดอัตราขยายโดยรวมของระบบ ประกอบด้วย R4, R5, C3, C4 และ C10 โดยอัตราส่วนของ R5/R4=32dB หากต้องการลดอัตราขยายสามารถทำได้โดยลดค่า R4 ลงมาเป็น 1K จะทำให้วงจรมีอัตราขยายประมาณ 26dB เทคนิคอีกอย่างที่ทำให้ RX-150 มีระดับสัญญาณรบกวนที่ต่ำคือ เรื่องการจัดการระบบกราวด์ โดยแยกกราวด์ในส่วนของสัญญาณและในส่วนของกำลังออกจากกันโดยใช้อุปกรณ์ Ground Break คือ R1 และ C1 ช่วยป้องกันกราวด์ลูปในการเดินสายไฟในขั้นตอนการประกอบเป็นเครื่อง

 

 

รูปที่ 2 ลายวงจรพิมพ์ขนาดเท่าแบบ

 

 

รูปที่ 3 ตำแหน่งการลงอุปกรณ์ด้านบน

 

 

รูปที่ 4 แนวทางการเดินสายไฟภายในแท่น

 

การสร้าง

 

          อย่างที่บอกตั้งแต่ตอนต้นว่าโครงงานนี้ออกแบบมาให้สร้างง่าย ขอเพียงท่านลงอุปกรณ์ให้ถูกต้องตามรูปที่ 3 และอาศัยฝีมือบัดกรีของผู้สร้างอีกนิดหน่อยก็เพียงพอที่จะสร้างโครงงานนี้ให้สำเร็จได้ อาจจะบอกว่าง่ายไปไหมแค่ลงอุปกรณ์ให้ถูก ใช่แล้วครับมีแค่นั้นจริงๆ การลงอุปกรณ์ให้ถูกต้องตั้งแต่ครั้งแรก แล้วไม่ทำให้วงจรเกิดความผิดพลาดเสียหายขณะทดสอบ จะทำให้ท่านไม่ต้องเสียเวลาตรวจซ่อมจากความผิดพลาด ซึ่งการตรวจซ่อมจะกินเวลามากกว่าการประกอบวงจร ดังนั้นควรตรวจทานอุปกรณ์ในบอร์ดว่าลงถูกต้องไม่สลับขั้ว รวมถึงจุดบัดกรีทุกจุดให้เรียบร้อยดีก่อนที่ท่านจะจ่ายไฟเข้าวงจร

 

          โครงงานนี้ PCB ถูกออกแบบมาด้วยขนาด 5.75x3 นิ้ว ตามรูปที่ 2 ท่านสามารถนำลายวงจรพิมพ์ไปใช้สร้างแผ่น PCB สำหรับโครงงานนี้ด้วยตนเองได้ตามแบบได้เลย เมื่อลงอุปกรณ์ต่างๆใน PCB ครบแล้ว ควรยึดเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ และทรานซิสเตอร์ตัวอื่นๆ ที่เหลือกับฮีตซิงค์ให้แน่นหนาแข็งแรงและควรรองเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ด้วยฉนวนไมก้าทาซิลิโคนหรือแผ่นซาร์ค่อน (แผ่นซิลิโคน) ให้เรียบร้อย เมื่อขันสกรูเสร็จควรใช้โอห์มมิเตอร์ตรวจเช็คการลัดวงจรของทรานซิสเตอร์ทุกตัวที่ยึดบนฮีตซิงค์ (Heat sink) จะต้องไม่มีตัวใดลัดวงจรลงฮีตซิงค์

 

          หม้อแปลงที่ใช้ในโครงงานนี้ หากท่านเน้นการใช้งานที่โหลด 8 โอห์มเป็นหลัก สามารถเลือกใช้ขนาด 300VA หรือใกล้เคียงก็ได้ แต่หากอยากให้มีกำลังสำรองมากขึ้น หรือเพื่อรองรับการเล่นโหลดต่ำระดับ 4 โอห์ม สามารถเพิ่มขนาดหม้อแปลงได้ ถึง 500VA หรือมากกว่าตามต้องการ

 

          สำหรับแนวทางการเดินสายไฟโครงงานนี้แสดงในรูปที่ 4 จะเป็นรูปแบบสำหรับเครื่องสเตอริโอเพาเวอร์แอมป์ ออกแบบมาเพื่อลดสัญญาณรบกวนเท่าที่จะทำได้ สายไฟจุดที่มีกระแสไหลปริมาณมากเช่น สายลำโพงและแหล่งจ่ายไฟหลัก ควรมีขนาดเส้นทองแดงเส้นผ่าศูนย์กลางไม่น้อยกว่า 1mm และแยกสีของสายไฟให้สามารถทำงานง่ายไม่สับสน ไม่ควรใช้สายไฟสีเดียวกันทั้งเครื่อง

 

          สายสัญญาณควรใช้สายชิลด์ และไม่ควรมัดรวมกันหรือเดินขนานตีคู่ไปกับสายไฟที่มีกระแสไหลปริมาณมาก แนวทางการเดินสายไฟแท่นนี้ จะไม่ลงกราวด์ที่แท่นตรงๆ แต่จะลงแท่นผ่านอุปกรณ์ Ground Break คือ ตัวต้านทาน 10โอห์ม และ Capacitor 0.1uf/400V ที่ต่อขนานกัน เพื่อป้องกันกราวด์ลูจากกรณีที่ปลั๊กไฟที่ใช้งานในระบบเสียงมีสายดินที่ต่อถึงกัน

 

การทดสอบและปรับแต่ง

 

          การทดสอบเพาเวอร์แอมป์ควรทำการทดสอบทีละข้างโดยถอดหางปลาแหล่งจ่ายไฟที่จ่ายเข้าบอร์ดเพาเวอร์แอมป์ออกทั้ง 3 เส้นของข้างใดข้างหนึ่งออกก่อน อุปกรณ์ที่ต้องเตรียมพร้อมสำหรับการทดสอบได่แก่ มัลติมิเตอร์, ปากคีบ, หลอดไฟแบบใส้ 100 วัตต์ที่ต่อสายปากคีบไว้ ผู้สร้างโครงงานควรทดสอบการทำงานภาคจ่ายไฟให้เรียบร้อยก่อนที่จะนำมาต่อกับเพาเวอร์แอมป์ โดยการเปิดสวิตช์ทดสอบเฉพาะภาคจ่ายไฟวัดแรงดัน DC ให้ได้ค่าที่ถูกต้อง เมื่อแหล่งจ่ายไฟพร้อมแล้วก็ปิดสวิตช์และนำหลอดไฟมาคายประจุของภาคจ่ายไฟให้หมดก่อนที่จะเสียบหางปลาจ่ายไฟให้กับบอร์ดเพาเวอร์แอมป์ และทำตามขั้นตอนดังต่อไปนี้

 

1. ก่อนจ่ายไฟเข้าเครื่องหมุน POT ปรับกระแสสงบ(IDLE Adj.) ทวนเข็มนาฬิกาจนสุด
2. นำมิเตอร์จับแรงดัน DC ที่ขั้วเอาต์พุต หรือขั้วลำโพง
3. เปิดสวิตช์ แล้วอ่านมิเตอร์ที่วัดแรงดันขั้วลำโพงต้องเป็น 0 โวลต์
4. ปรับกระแสสงบโดยย้ายมิเตอร์มาวัดแรงดันตกคร่อมขา B-E ขั้นตอนนี้อาจใช้ปากคีบช่วยก็ได้ ของเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ 2SC5200 ตัวใดก็ได้
5. ใช้ไขควงหมุน IDLE Adj. อ่านแรงดัน VBE ให้ได้ 0.5Vdc เป็นอันใช้ได้ (วิธีนี้เป็นการปรับกระแสแบบง่ายๆ)
6. ทดลองนำลำโพงมาต่อที่ขั้วลำโพง และจ่ายสัญญาณเสียงจากปรีแอมป์เพื่อฟังเสียง
7. เมื่อทดสอบเสร็จแล้ว 1 ข้างปิดสวิตช์ นำหลอดไฟแบบใส้ 100 วัตต์ คายประจุของภาคจ่ายไฟหลักออกให้หมด จากนั้นเสียบหางปลาของเพาเวอร์แอมป์อีกข้าง ทำการทดสอบตามข้อที่ 1 จนถึงข้อ 6

 

การนำไปใช้งาน

 

          แน่นอนว่าเพาเวอร์แอมป์ RX-150 ตัวนี้ถูกออกแบบมาสำหรับการใช้งานภายในบ้านแต่หากเมื่อนำไปใช้งานกลางแจ้งหรือเปิดดังๆ ต่อเนื่องเป็นเวลานาน สิ่งสำคัญที่สุด คือ ต้องระบายความร้อนให้ทัน ซึ่งอาจต้องมีฮีตซิงค์ที่ขนาดใหญ่ขึ้นรวมถึงพัดลมระบายอากาศหากจำเป็น แต่ถ้าหากท่านนำไปใช้งานในบ้านเพื่อฟังเพลงในระดับความดังปกติ เพาเวอร์แอมป์ตัวนี้จะมีเฮดรูมหรือกำลังสำรองที่ค่อนข้างมาก ด้วยกำลังระดับ 150 วัตต์/ข้าง ถือว่ากำลังไม่น้อยสำหรับใช้เป็นเพาเวอร์แอมป์ในบ้าน

 

การมีเพาเวอร์แอมป์วัตต์สูงเปิดเพลงในระดับความดังปกติ คือ การที่เรามีเฮดรูมที่เหลือเฟือ เพียงพอต่อสัญญาณฉับพลันของเสียงดนตรี ซึ่งโดยรวมแล้วทำให้คุณภาพเสียงดีขึ้นมาจากเรื่องนี้เป็นหลัก ท่านที่เคยฟังเสียงเพาเวอร์แอมป์กำลัง 20-30 วัตต์ แล้วลองมาฟังเพาเวอร์แอมป์ระดับ 100 วัตต์ขึ้นไปแล้ว จะเห็นความแตกต่างอย่างชัดเจน ขอให้ทุกท่านสนุกกับโครงงานนี้ครับ

 

          รายการอุปกรณ์ (สำหรับ 1ข้าง)

ตัวต้านทาน ¼ วัตต์ +/-5% (ยกเว้นที่ระบุ)
          R1 10 (1/2 วัตต์) 1 ตัว
          R2, R4, R10, R11, R15, R19 510 6 ตัว
          R3 22k 1 ตัว
          R6, R7 22k (1/2 วัตต์) 2 ตัว
          R8 10 1 ตัว
          R9, R12 4.7k 2 ตัว
          R13, R14 2k (2 วัตต์) 2 ตัว
          R16 1.5k 1 ตัว
          R17 560 1 ตัว
          R18 ตัวต่านทานปรับค่าได้ 500 1 ตัว
          R20, R22 220 2 ตัว
          R21, R23 47 2 ตัว
          R24 4.7 (1/2 วัตต์) 1 ตัว
          R25, R26 22 (1/2 วัตต์) 2 ตัว
          R27, R28, R30, R31 0.22 (2 วัตต์) 4 ตัว
          R29 10 (2 วัตต์) 1 ตัว
          R32 3.3 (3 วัตต์) 1 ตัว

ตัวเก็บประจุ
          C1 0.1uF 400V โพลีเอสเตอร์ 1 ตัว
          C2 10uF 25V (NP) อิเล็กทรอไลต์ 1 ตัว
          C3 220uF 16V อิเล็กทรอไลต์ 1 ตัว
          C4, C19, C20 0.1uF 100V โพลีเอสเตอร์ 3 ตัว
          C5, C6 220uF 25V อิเล็กทรอไลต์ 2 ตัว
          C7, C11 0.1uF 50V เซรามิก 2 ตัว
          C8 100pF 50V เซรามิก 1 ตัว
          C9 220pF 50V เซรามิก 1 ตัว
          C10 56pF 500V เซรามิก 1 ตัว
          C12, C13 47pF 500V เซรามิก 2 ตัว
          C14 10nF 100V โพลีเอสเตอร์ 1 ตัว
          C15, C16 1nF 100V โพลีเอสเตอร์ 2 ตัว
          C17 22nF 100V โพลีเอสเตอร์ 1 ตัว
          C18 0.1uF 100V โพลีเอสเตอร์ 1 ตัว

อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ
          IC1 NE5534 (NJM5534D) 1 ตัว
          ZD1, ZD2 1N4744A (15V 1W) 2 ตัว
          D1, D2 1N4004 2 ตัว
          Q1, Q2 MJE340 2 ตัว
          Q3 2N3904 1 ตัว
          Q4 2N3906 1 ตัว
          Q5 MJE350 1 ตัว
          Q6 2SA1837 1 ตัว
          Q7 2SC4793 1 ตัว
          Q8, Q10 2SC5200 2 ตัว
          Q9, Q11 2SA1943 2 ตัว

อื่นๆ
          L1 ลวดเบอร์ 16 พัน 12 รอบ 1 ตัว
          แผ่นระบายความร้อนขนาด TO220 2 ตัว
          หางปลาตัวผู้แบบลงปริ๊นซ์ 4 ตัว
          ตาไก่ 2 ตัว

หมายเหตุ สำหรับท่านที่ต้องการความสะดวก เรามีชุดลง PCB ของโครงงาน RX-150 และอุปกรณ์อื่นๆ
สามารถสั่งซื้อ และสอบถามได้ที่เว็บไซต์ www.evensaudio.com