Описание печатной платы усилителя мощности Neoclassic.
Усилитель выполнен на специально разработанной печатной плате (ПП) с использованием технологий - аудио, силовой электронике, высокочастотной технике. Плата представляет собой четырех слойную печать с черной маской, покрытием золото и увеличенной толщиной меди.
Качество в данном проекте на первом месте.
Применение многослойного решения (в дальнейшем МПП) создает множество преимуществ, но достаточно сложно и дорого, тем не менее для достижения высочайшего качества это позволило обойтись - без перемычек, проводных соединений, шин питания и реализовать все соединения на плате дорожками и полигонами.
- Верхний слой ПП, на котором расположены основные элементы - является сигнальным. На этом слое нет дорожек питания и земли, которые могли бы оказывать влияние на сигнальные соединения. Это исключает взаимное влияние питающих и сигнальных соединений. Питание и земля на сигнальном слое подведены через переходные отверстия. Кроме этого, печатная плата выполнена по технологии полной симметрии. Это означает, что все соединения симметричны, как и схема усилителя, с равной длинной дорожек и соединений. Это обеспечивает абсолютное равенство усиления полу волн сигнала и подавление симметричных наводок и помех.
- Сигнальные соединения расположены на следующем слое земли, что обеспечивает полное использование технологий распределенной емкости и эффекта отражения (image plane effect) между слоями питания сигнала и земель, который улучшает подавление электромагнитных (EMI) и радиочастотных помех (RFI), как излучаемых, так и наведенных.
Таким образом, применение МПП, по разным данным, кроме основных преимуществ, позволяет снизить уровень шумов на величину до 20 дБ. Кроме того, применение МПП позволяет легко реализовывать сложные многоэлементные схемы, принципиально невозможные к выполнению на одно или двух слойных ПП.
- Под слоем земли расположен сплошной слой экрана, отделяющий сильноточные питающие полигоны от слоев сигнала и земли. Экран "собирает" помехи и наводки и экранирует питающие полигоны, создавая таким образом распределенную емкость и отражение и для слоя питания.
- Нижняя сторона платы - это сплошные симметричные полигоны питания +/-. На фотографии нижней стороны платы видны не дорожки а технологические линии, без маски, на самом деле это сплошные полигоны с разделением посередине. Так же, на нижней стороне платы установлен термо-датчик тока покоя. Он выполнен по схеме симметричного балласта и расположен непосредственно в нужной точке схемы, поэтому к нему не ведут отдельные дорожки и он не нуждается в установке на внешний радиатор, как это обычно принято. Такое решение позволяет датчику получать тепловой сигнал не только от радиатора, к которому он прижимается при установке платы, но и от самой платы. Это обеспечивает двойную тепловую связь и регулировку тока покоя. Т.Е. нагрев платы так же отслеживается термо-датчиком. Это, например позволяет включать плату без радиатора, не опасаясь перегрева.
- Выходные транзисторы установлены с изгибом ножек, что позволяет компенсировать их тепловое расширение и разрушение.
Следующей особенностью платы является тепловое решение. Печатная плата усилителя представляет собой сплошной радиатор с тепловыми связями. Все активные радиоэлементы на плате снабжены интегрированными радиаторами, которые реализованы печатью, таким образом, чтобы весь тепловой поток свести в слой земли. Тепло, собранное путем сброса в этот слой, а так же распределенное по плате, за счет близости слоев отводится на основной радиатор, на который установлена плата через 18 установочных стоек, которые кроме крепежных функций осуществляют электрическую и тепловую связь ПП и радиатора.
Таким образом печатная плата совместно с радиатором составляет единую, монолитную конструкцию. После 15 минутного прогрева - температура платы и радиатора выравнивается, чем обеспечивается постоянная температурная стабильность работы (термостатирование), исключаются ударные тепловые перепады, ведущие к тепловым искажениям, присущим обычным усилителям, где такие меры не приняты. Это обеспечивает высочайшую стабильность режимов работы и слабую зависимость от окружающей температуры. Поэтому стабильность и качество работы усилителя слабо зависит от окружающей среды.
На рисунке выше показано, как организован отвод тепла от драйверного транзистора платы. Корпус транзистора распаивается непосредственно на установочную площадку. Переходное отверстие полностью заливается припоем, что обеспечивает надежный отвод тепла от транзистора на 4-й слой платы, где находится общий полигон питания большой площади, который и является в данном случае общим радиатором для всех драйверных транзисторов. Т.Е. транзистор запаивается с обратной стороны с заполнением припоем установочного отверстия.
На следующем рисунке показана организация отвода тепла и тепловая связь между транзисторами усилителя напряжения.
На этом рисунке, ниже показана распайка драйверных транзисторов и показано, как организован отвод тепла от мощных эмиттерных резисторов выходного каскада. Нижний (на рисунке) вывод резистора распаян непосредственно на общий полигон выхода, большой площади, который в данном случае является радиатором. Кроме того, резисторы, своим корпусом полностью лежат на этом сплошном полигоне, что снижает паразитную индуктивность и добротность выходного каскада.
Печатная плата является частью схемы усилителя, электрические свойства печати, тепловые связи, емкости и индуктивности печати обеспечивают работу схемы усилителя.
Регулировка платы выполняется после ее установки на радиатор, с полной тепловой связью. Регулируются токи транзисторных каскадов, характеристика разогрева, установки рабочей температуры, токи покоя - на малой и большой мощности. Температурные характеристики заданы таким образом, что после включения обеспечивается форсированный разогрев повышенным током покоя. По истечению, примерно 15 минут все элементы платы, включая радиатор, элементы и печать входят в состояние теплового баланса и удержания рабочей температуры в диапазоне рабочих мощностей и различных внешних температурных условий.
Стоит отметить, что регулировка выполняется путем подбора СМД элементов пайкой. Принципиально - в усилителе не используются подстроечные резисторы, для обеспечения высокой надежности и длительного срока службы усилителя. Так же для увеличения срока службы и надежности на плате установлены электролитические конденсаторы категории 105 град и Low-ESR с удвоенным напряжением, что в несколько раз увеличивает ресурс работы.
Ниже на фото - усилительный модуль, плата, установлена на радиатор:
Из особенностей, стоит отметить, что теплообмен платы с радиатором осуществляется, через 18 латунных стоек, которые установлены в радиаторе на термо-клей для улучшения теплового контакта, кроме того связь по теплу осуществляется и через выходные транзисторы и термодатчик, который находится внизу платы и прижимается к радиатору, через прокладку. Все крепежные элементы платы и выходных транзисторов, винты снабжены стопорными пружинными шайбами, для обеспечения постоянного давления и исключения самоотвинчивания от тепловых и динамических нагрузок.
