一款設計仔細但售價平易近人的喇叭保護器 上集 by 鄭豪 6/19/2006
 
  • 喇叭保護器大概是眾多自裝派的玩家眼中,最不被挑剔的單元. 當音響愛好者對於主電路板上的交連電容, 傍路電容甚至於所用電阻斤斤計較時, 很少人會對一個喇叭保護器投注什麼關注的眼光. 頂多是在市面了買了就用. 筆者最近因為設計,試裝了多款耳擴及A類後級, 開始對保護器電路有一些涉獵, 發現了一些市售套件的缺失, 進而也設計了一版自行開發的保護器. 以下是一些研究現有套件的心得及自巳套件的試製報告. 希望對臺灣的DIY界有一些幫助
    .
 
  • 喇叭保護器主要的功能, 在參考了多方意見後, 歸納如下:
 
    (1) 直流偵測, 如大於一定值即切斷擴大機輸出端和喇叭的連結
    (2) 開機緩接通, 關機瞬斷路, 避免不必要的雜訊, 脈衝瞬間擊毀喇叭
    (3) 大信號脈衝偵測, 斷路
    (4) 高頻振盪偵測, 斷路
 
 
  • 擴大機輸出端如果有超過1V的輸出直流，未必會燒喇叭, 在很短的時間內卻可能把珍貴喇叭磁化, 另外開關機的雜訊就不要提了, 相信大家都有經驗. 另外如果喇叭保護電路能夠快速的偵測到擴大機不正常的輸出，加以斷路保護, 也是很重要的如高頻掁盪會燒高音.
 
 
  • 下面是一些市售喇叭保護器的電路分析, 會有這一段是因為原來並不知道電路如何動作, 所以從現成品中用LTSpice加以分析 . 沒想到現在PC速度實在驚人, 再加上網路資源豐富, 我想, 全民也許還不到, 但全DIYer都用SPICE的時代應該是來臨了.
    LTSpice是免費的, 可從Linear Technology 的網站上抓. 各個元件的資料庫就要從網上找了. 我大部份是找特性相近的.
  (1) 第一款, 友站出的喇叭保護器 (苦主)
 
 
  • 電路分析:
 
  • 這一套件可能是近年來當DIY又在臺灣風行後第一個喇保套件. 幾年前我也做過一套給朋友. 我用下圖的電路來代表原來的保護器. 其中Q1, Q2是偵測正負直流的主角. 開機後如沒有直流, Vc的電位由R5供應一直上昇, Vout也一直上昇到Q4, Q5達靈頓晶體快速導通. 繼電器被吸下. 如果V2有正的直流存在到大於1.6伏, 則Q1導通把Vout拉下, 繼電器跳開, 保護電路啟動. 如有負的直流通過到大於-0.7伏, 則Q2導通把Vout拉下, 保護電路也啟動.
 
 
  • Spice模擬結果
 
 
  • 本電路由於結構上的問題使得正負直流觸發電位不等. 另外在大的低頻脈衝的偵測上, 如果觸發了會有繼電器跳恰怡的情形, 使得繼電器接頭容易快速的氧化而毀損. 此外,也沒有高頻振盪的防制機構.
 
 
 
  • (2) 第二款, 友站出的喇叭保護器 (DZ)
 
 
  • 這一款我自己用的甚多, 手頭上到現在還有二片. 請看下圖. 其中Q1, Q2是偵測正負直流的主角. 開機後如沒有直流, Q1Q2是不導通的. C2的電位由R3供應一直上昇到Q3, Q4達靈頓晶體快速導通. 繼電器被吸下. 如果V1有正的直流存在到大於0.7伏, 則Q1導通把Vc2拉下, 繼電器跳開, 保護電路啟動. 如有負的直流通過到小於-1.4伏, 則Q2導通把Vc2拉下, 保護電路也啟動. 從模擬中可看出, 負直流在-1伏已有導通現象, 只是電流不夠大.
 
 
  • Spice模擬結果
 
 
  • 本電路由於結構上的問題使得正負直流觸發電位不等. 另外在大的低頻脈衝的偵測上則有正確的觸發. 此外並沒有高頻振盪的防制機構
 
 
 
  • (3) 第三款, 友站出的新喇叭保護器 (DZ)
 
 
  • 這是友站最新出品的一款單聲道的喇叭保護器. 主要功能有延遲時間無段可調、喇叭負載補償網路內建以及用二個繼電器來並接以強化輸出電流承受能力。
 
  • 工作原理嘛, 以下是官網的敘述:
 
  • 此款單聲道喇叭保護器，主要核心是由555擔綱，藉由2、6腳的電壓來控制第3腳的電位。當第2、6腳皆大於2/3Vcc時，內部正反器SR=01，第3腳輸出為低電位。當第2、6腳皆小於1/3Vcc時，內部正反器SR=10，第3腳輸出為高電位。剛開機通電時，C3尚未充電完成，2、6腳為高於2/3Vcc，第3腳輸出為低電位，Q3不導通，LED(D6)不亮，RELAY不導通。
 
  • 當C3逐漸充電，使 2、6腳為低於1/3Vcc時，第3腳輸出為高電位，Q3導通，LED(D6)亮，RELAY導通。延遲秒數大約為((R3+VR1)*C3)*1.1，因此可藉調整VR1來改變延遲導通時間。本套件採用兩個G2R1-E並聯輸出的設計，應付大電流輸出時輕鬆自在，可適用於超大功率或超大電流輸出的後級中。R10、R11、C5、C6組成的低通濾波器與Q1、Q2所組成的直流檢測電路，當檢測到AMP過高直流輸出時，藉由控制RESET(第4腳)的電位高低，亦會迅速切斷與喇叭的連結，達到保護喇叭的目的。
 
  • 下圖是模擬用的電路. 在這裏只取了直流檢測電路和延遲電路. 繼電器的部份省略.
 
 
  • Spice模擬結果
 
 
  • 正向的直流大約在0.8V以上都會動作, 只是時間的長短, 因為這是VC1要透過R1充電的關係, 以0.9為例則需四秒繼電器才會跳開. 負向的直流則慘了, 要到-23.68伏左右才有動作, 這是因為負向的電流路徑中Q2的BE極和R4是並聯的, 在讓Q2的導通過程中rbe也降低許多. 大大減少了R1, R4分壓網路中Vin的值. 這使得V2得變成極大的值Vin才能分到足夠的負電位讓繼電器跳開.
 
  • 低頻脈衝的保護, 則又回到了跳恰怡的情形, 這是因為555在本電路中用的是一特殊模式, Vrst如果低於Vref - 0.7伏, 輸出立即變動, 沒有延遲. 此外,也沒有高頻振盪的防制機構.
 
 
 
  • (4) 第四款, 外國友站出的喇叭保護器 (ESP)
 
 
  • 請看下面簡圖, 這是本喇叭保護器的電路分析, C2, R8構成一個充電的RC. 剛開始R7, R8都有電流流過, 產生壓降使Q4導通. 時間久了C2為斷路使得Q4不導通. 造成一個反相器後的繼電器導通. 如果擴大機輸出端產生直流, 只要正負向的直流大於二個二極體的電壓(1.3V)都會動作, 只是時間的長短, 因為這是VC1要透過R1充電的關係. 正向的直流會使D2, Q1, Q3漸漸導通, 電流注入Q4使其導通而Vout下降, 繼電器跳開. 負向的直流會使D1, Q2, Q3漸漸導通, 電流注入Q4使其導通而Vout下降, 繼電器跳開.
 
 
  • Spice模擬結果
 
 
  • 低頻脈衝的保護, 則又回到了跳恰怡的情形, 這是因為只要VC1的電壓被充上正負1.3V, 輸出立即變動, 沒有延遲. 此外,也沒有高頻振盪的防制機構
 
 
 
  • (5) 第五款, 文山爺出的喇叭保護器
 
  • 文山爺的喇叭保護器是附在緩開機套件下的. 而這個電路最特別的地方在於採用 PC814雙向光隔離器來偵測輸出直流，所以左右兩聲道的直流偵測是互相隔離的，不像一般的喇叭保護器兩聲道直流偵測的電位參考點是同一個地電位，那麼遇到平衡輸出的 BTL放大器，由於兩個聲道的負輸出端電位不同，不可以接在一起，因此必須使用兩個互相隔離的喇叭保護器，連兩個喇叭保護器的電源都必須要獨立隔離！
 
  • 這個喇叭保護器的延時電路採用 CD4049 CMOS反向器接成史密特觸發電路所構成，要改變延時時間只要修改電容 C3的大小即可，由於是採用集成電路做偵測, 這裏就不模擬了. 此外,也沒有高頻振盪的防制機構
 
 
  • (6) 第六款, (宜偉)Luxman出的喇叭保護器
 
 
  • A501是最近才被DS重刻過的銘機. 從線路圖上, Luxman的工程師真的十分用心, 設計出一個簡單又有效率的喇叭保護器.
 
  • 我將原線路重劃於下. 其中Q1, Q6是偵測直流的主角. 開機後如沒有遇到直流, Q1, Q2, Q6是不導通的. 電流由R4, R5向C2充電, 改變R5的大小可以調整開機延遲的時間. 當Vc2電位到達1.4伏時Q4, Q5達靈頓晶體快速導通, 繼電器被吸下. 如果V2有正的直流存在到大於1.3伏, 則Q6導通把Vgg, Vba拉下, 繼電器跳開, 保護電路啟動. 如有負的直流通過到小於-1.3伏, 則Q1導通把Vgg, Vba拉下, 保護電路也啟動. 注意C3為無極性電容.
 
 
  • Spice模擬結果
 
 
  • 這個電路對低頻脈衝的反應也不錯, 大音量的超低頻(3Hz)是會啟動本電路, 但是不會一直來回開關, 造成繼電器的損壞, 此外, 沒有高頻振盪的防制機構.
 
 
 
  • (7) 第七款, DS的喇叭保護器
 
 
  • 編按:有關於DS喇叭保護器,我們會在下集專文說明
 
 
 
 
  • 總結:
 
  • 筆者作了一張表,用來表示各家喇叭保護器的電壓及功能:
 
 
DC直流正
DC直流負
脈衝保護
高頻保護
苦主
1.7V
-0.8V
有, 跳恰怡
無
DZ1
0.7V
-1.4V
有
無
DZ2
0.8V
-24V
有, 跳恰怡
無
ESP
1.3V
-1.3V
有, 跳恰怡
無
文山
1.2V
-1.2V
有
無
A501
1.3V
-1.3V
有
無
Diysong
1.3V
-1.3V
有
有
 
  • 待續........