Современные усилители имеют так называемый открытый выход – громкоговорители подключаются к выходу непосредственно, без трансформатора и без разделительного конденсатора. С одной стороны – это огромное достоинство: в сигнал вносится минимум искажений, и возможно получить сколь угодно низкую частоту в громкоговорителях. С другой стороны – громкоговорители не защищены от появления на выходе усилителя постоянного напряжения.

Небольшое постоянное напряжение на выходе усилителя может появиться ненадолго при включении/выключении питания усилителя. Если же в усилителе выйдет из строя какой-нибудь транзистор (чаще всего из стоя выходят выходные транзисторы, так как на них рассеивается большая мощность, и они сильно нагреваются), то на выходе усилителя на долгое время появится постоянное напряжение, равное напряжению питания.

Кратковременное появление небольшого постоянного напряжения на выходе усилителя громкоговорители выдерживают легко. Единственная неприятность от этого – неприятный звук при включении и/или выключении питания усилителя. В этом случае в громкоговорителях слышен неприятный щелчок либо хлопо́к. А вот длительное наличие постоянного напряжения большой величины вполне может вывести громкоговорители из строя: их звуковая катушка неподвижна, и плохо охлаждается. При этом подводимая к ним электрическая мощность максимальна. Так что вероятность того, что при аварии в усилителе громкоговорители выйдут из строя, весьма высока.

Насколько часто такое происходит? Это сильно зависит от того, как вы эксплуатируете свой усилитель. Если в щадящем режиме, не устанавливаете максимальную громкость, усилитель хорошо охлаждается – то редко. Или даже очень-очень редко. Если усилитель перегревается – вероятность выхода из строя его элементов резко возрастает. Усилители промышленного производства (если производитель хороший) выходят из строя крайне редко. Самодельные – чаще.

Но даже бережное отношение к усилителю не гарантирует его абсолютной надёжности.

Самый простой способ избежать выхода из строя громкоговорителей – подключить их к выходу усилителя через плавкие предохранители. Это не очень надёжный способ. Если предохранители будут слишком «слабые», то они будут перегорать при пиках громкости. Если же предохранители будут слишком «сильные», то громкоговоритель может сгореть раньше предохранителя. Особенно сильно это проявляется при использовании биампинга: высокочастотные громкоговорители маломощны, и они обычно перегорают раньше предохранителя.

Так что есть смысл в применении специального устройства защиты громкоговорителей от постоянного напряжения на выходе усилителя. Такое устройство обычно весьма эффективно, и кроме того оно зачастую имеет ряд дополнительных полезных функций.

Использовать устройство защиты от постоянного напряжения на выходе усилителя или нет – всё зависит от уровня вашего оптимизма. Выход из строя усилителя – событие довольно редкое. Хотя, для самодельного усилителя вероятность выхода его из строя повышается. Более важный вопрос: сколько стоят ваши громкоговорители и какие потери будут при их выходе из строя?

Хотя, я – перфекционист, и возможно, сгущаю краски.

Для построения устройств защиты от постоянного напряжения на выходе усилителя выпускается очень хорошая микросхема μPC1237. Но, к сожалению, микросхемы этого типа, приобретённые мною у двух продавцов, оказались поддельными, и не работали качественно. Пока я не знаю, как простым способом заранее отличить поддельную микросхему от настоящей.

Поэтому я разработал своё устройство защиты громкоговорителей от постоянного напряжения на выходе усилителя, и оно лучше, чем на микросхеме μPC1237. Устройство имеет ряд преимуществ: оно выполнено на недорогих доступных компонентах, простое в изготовлении и налаживании, проще в подгонке под параметры усилителя, полностью изолировано от выхода усилителя, проще агрегатируется под многоканальные усилители. Но больше по габаритам, рис. 1.

Это не первая моя подобная конструкция. Я использую устройства защиты не на всех своих усилителях, но на многих. Первая версия устройства защиты громкоговорителей использована, например, в четырёхканальном усилителе и в усилителе для сабвуфера. Так что опыт разработки и применения подобных устройств у меня есть, но первая версия получилась довольно громоздкой, содержала много деталей и была непроста в настройке на конкретный усилитель.

Вторая версия устройства лишена недостатков первой версии, а работает даже лучше.

Параметры устройства защиты громкоговорителей от постоянного напряжения на выходе усилителя.

Параметры предлагаемого устройства:

• Устройство защиты полностью изолировано от выхода усилителя. Как от «фазы», так и от «земли». Поэтому устройство не создаёт помех и земляных петель и никак не влияет на работу усилителя.
• Устройство может работать с любым усилителем – и с «обыкновенным», и с усилителем, имеющим повышенное выходное сопротивление, и с мостовым усилителем.
• Устройство НЕ срабатывает от напряжения звукового сигнала до 50 вольт амплитуды. Это мощность более 300 Вт на нагрузке 4 ома.
• Устройство срабатывает при появлении постоянного напряжения свыше 1,5…2 вольт. Чем больше величина постоянного напряжения на выходе усилителя, тем быстрее срабатывает устройство.
• Устройство срабатывает при любой полярности постоянного напряжения на выходе усилителя.
• Устройство срабатывает при любом сочетании значений постоянного напряжения на выходах стереоканалов усилителя. Даже если на выходе одного канала постоянное напряжение положительно, а на выходе другого постоянное напряжение отрицательно.
• Устройство не требует специального источника питания. Питание производится от штатного силового трансформатора усилителя.
• Минимальное переменное напряжение на (отдельной) вторичной обмотке трансформатора 20 вольт, максимальное – 50 вольт. Это соответствует диапазону напряжений питания усилителя постоянным током примерно 24…60 вольт.
• Настройка устройства на ваш усилитель заключается в выборе всего лишь одного сопротивления в зависимости от напряжения на силовом трансформаторе усилителя.
• Наличие или отсутствие системы софтстарта не влияет на работу устройства.

Кроме защиты громкоговорителей, устройство имеет такие дополнительные функции:

• Задержка подключения громкоговорителей к усилителю при включении питания усилителя примерно на 3 секунды. Это гарантирует отсутствие всевозможных щелчков и хлопков, сопровождающих включение питания даже при использовании устройства софтстарта.
• Мгновенное отключение громкоговорителей при выключении питания усилителя. Это гарантирует отсутствие всевозможных щелчков и хлопков, сопровождающих выключение питания.
• Если напряжение в сети пропадает кратковременно (менее 1 секунды), устройство отключает громкоговорители и сразу же их включает. За это время накопительные конденсаторы блока питания усилителя не успевают разрядиться, поэтому никаких ненужных призвуков в громкоговорителях не возникает.
• При более длительном пропадании напряжения питания, громкоговорители включаются через 3 секунды после появления напряжения в сети, когда переходные процессы в усилителе закончатся.
• В устройстве можно использовать один из двух вариантов индикации: либо светодиод (обычно зелёного цвета) загорается, если громкоговорители включены, либо светодиод (обычно красного цвета) загорается, если громкоговорители отключены.

Важно! Устройство очень универсальное, и его настройка на ваш усилитель очень проста: достаточно правильно выбрать одно сопротивление в зависимости от напряжения на вашем силовом трансформаторе.

Схема устройства защиты громкоговорителей от постоянного напряжения на выходе усилителя.

Схема устройства защиты показана на рис. 2.

Список деталей: BOM-list.

Датчиком постоянного напряжения служат транзисторные оптроны О1 и О2, имеющие вход переменного тока (AC). Поэтому устройство одинаково срабатывает как при положительном, так и при отрицательном постоянном напряжении. К выходу усилителя оптроны подключены через RC фильтры, ослабляющие сигнал переменного тока, чтобы не происходило ложных срабатываний при воспроизведении музыки.

В исходном состоянии постоянное напряжение на выходе усилителя отсутствует, ток через транзисторы оптронов не протекает и транзистор Т1 закрыт. Напряжение на его коллекторе равно примерно 9 вольт. Это напряжение подаётся на затвор полевого транзистора Т2. Транзистор Т2 открыт и пропускает ток, поэтому реле К1 включено, его контакты замкнуты и громкоговорители подключены к выходу усилителя.

При появлении на выходе усилителя постоянного напряжения, фототранзистор одного из оптронов освещается светодиодом и начинает пропускать ток. Это приводит к тому, что транзистор Т1 открывается, и напряжение на его коллекторе уменьшается почти до нуля. В результате транзистор Т2 закрывается, реле обесточивается, размыкает контакты, и громкоговорители отключаются от выхода усилителя.

Каждый из оптронов подключён к своему каналу стереоусилителя. Если оптрон срабатывает, через его транзистор начинает протекать ток. Этот ток создаёт ток базы транзистора Т1 и открывает этот транзистор. Поэтому совершенно не важно, какие именно процессы происходят в каждом из каналов усилителя, какая величина постоянного напряжения в усилителе присутствует и какая полярность у этого напряжения. Появление постоянного напряжения на выходе активирует оптрон и транзистор Т1. Если проблемы возникают в обоих каналах, то их воздействие на транзистор Т1 суммируется, и устройство срабатывает быстрее.

Конденсатор С3 задаёт задержку включения транзистора Т2 (а значит и громкоговорителей) при включении питания и после исчезновения постоянного напряжения с выхода усилителя. Транзистор Т2 остаётся закрытым до тех пор, пока конденсатор С3 не зарядится через резистор R4 до напряжения примерно 4 вольта. Диод D1 и резистор R5 служат для быстрого разряда конденсатора С3 при отключении питания.

При отключении питания конденсатор С3 быстро разряжается, поэтому при следующем включении питания заряд конденсатора С3 начинается с нуля. Таким образом, возникает задержка времени подключения громкоговорителей как после снятия постоянного напряжения с выхода усилителя, так и после отключения питания усилителя.

Транзистор Т1 используется дополнительно к транзисторам оптронов. Его назначение – повысить чувствительность устройства и его быстродействие. Для того, чтобы при появлении постоянного напряжения на выходе усилителя громкоговорители быстро отключились, необходимо, чтобы конденсатор С3 быстро разрядился до напряжения примерно 2 вольта. А быстрый разряд конденсатора возможен при его разряде током сравнительно большой величины. При небольшом постоянном напряжении на выходе усилителя (меньше чем 5…7 вольт) ток транзистора оптрона слишком мал. Поэтому если бы транзистор Т1 отсутствовал, а конденсатор С3 разряжался бы током транзистора оптрона, то разряд длился бы 1…3 секунды. Это недопустимо – за это время громкоговорители могут выйти из строя. В данной схеме ток транзистора оптрона усиливается транзистором T1 в 300…500 раз и очень быстро разряжает конденсатор С3.

Транзистор T3 включает светодиод HL1, когда реле обесточено и громкоговорители отключены от выхода усилителя. То есть, горящий светодиод показывает либо аварию, либо тот факт, что устройство ещё не включило громкоговорители. Это индикация состояния: «Громкоговорители отключены».

Если необходима индикация включённого состояния громкоговорителей, то схема видоизменяется, как показано на рис. 3. При этом резистор R7 и транзисторT3 из схемы исключаются, и на плату запаивается перемычка, показанная красным цветом на рис. 4. В этом случае светодиод загорается при включении реле.

Если светодиодная индикация вообще не нужна, то элементы R7, R8 и T3 исключаются.

Питается устройство от штатного силового трансформатора усилителя через двухполупериодный выпрямитель на диодах D4 и D5. Резисторы R9 и R10 – балластные. Они гасят излишек напряжения, поступающего с трансформатора. Конденсатор С4 – накопительный. Он сглаживает пульсации напряжения питания и обеспечивает надёжное срабатывание реле.

Балластные резисторы R9 и R10 выбираются исходя из величины переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Подразумевается значение напряжения на одиночной обмотке – если вторичные обмотки раздельные, и на половине обмотки, если вторичная обмотка имеет отвод от средней точки. Сопротивление этих резисторов зависит как от напряжения на вторичной обмотке трансформатора усилителя, так и от сопротивления обмотки реле.

Выбор реле.

Реле должно быть качественное – через его контакты будет проходить звуковой сигнал. Реле должно быть одностабильным (выключаться при отключении питания) и иметь две пары контактов: либо нормально разомкнутых, либо переключающих. Максимальный ток контактов не менее 5 ампер. Обмотка реле должна быть рассчитана на питание постоянным током напряжением 24 вольта. Рекомендуемые типы реле приведены в таблице.

Производитель	Тип реле (линия на графиках рис. 7…9)	Тип контактов	Наименование	Сопротивление обмотки, Ом
Omron	Стандартное Standard (General-purpose)	Нормально разомкнутые (NO)	G2R-2A 24 VDC	1100
		Переключающие (NO/NC)	G2R-2 24 VDC	1100
	Экономичное High-sensitivity (Low power)	Нормально разомкнутые (NO)	G2R-2A-H 24 VDC	1600
		Переключающие (NO/NC)	G2R-2-H 24 VDC	1600
Finder	Стандартное Standard (General-purpose)	Переключающие (NO/NC)	40.52.9.024.0000	900
	Экономичное High-sensitivity (Low power)	Переключающие (NO/NC)	40.52.7.024.0000	1150

Предпочтение стоит отдавать тем реле, у которых сопротивление обмотки больше. При этом снижается нагрев элементов устройства. Особенно это важно при напряжении трансформатора, превышающем 36 вольт.

Можно использовать реле других типов, но с двумя условиями:

1. Сопротивление обмотки реле не должно быть меньше 600 ом.
2. Габариты и посадочные размеры реле должны совпадать с показанными на рис. 5.

При этом сопротивление балластных резисторов либо подбирается экспериментально, либо можно связаться с автором.

Выбор балластных резисторов.

Резисторы R9 и R10 гасят излишек напряжения, поступающего с силового трансформатора, питающего усилитель. Для определения их сопротивления, необходимо знать напряжение обмотки трансформатора, рис. 6. Обычно это напряжение известно и указано либо на самом трансформаторе, либо в его паспортных данных.

В паспорте трансформатора указывается его напряжение под нагрузкой, и используется именно это значение!

Значение напряжения должно лежать в пределах 20…45 вольт. В принципе возможно напряжение питания до 50 вольт, но это потребует установки конденсатора С4 с рабочим напряжением 80 вольт. Габариты такого конденсатора большие и его размещение на плате может вызвать проблемы.

Устройство можно использовать при напряжении трансформатора до 50 вольт, но оно «заточено» под напряжение трансформатора до 45 вольт.

Важно!

• Если напряжение трансформатора превышает 32 вольта, то конденсатор С4 должен быть рассчитан на напряжение 63 вольта.
• Если напряжение трансформатора превышает 45 вольт, то конденсатор С4 должен быть рассчитан на напряжение не менее 80 вольт.

Внимание! Если напряжение на одной обмотке трансформатора меньше 20 вольт, то напряжение питания будет недостаточно для работы схемы. В этом случае устройство тоже способно работать, его схема остаётся такой же, но номиналы некоторых деталей будут другими. Схема устройства защиты от постоянного напряжения на выходе усилителя, предназначенная для низковольтного питания, будет опубликована позже.

Значения сопротивлений резисторов R9 = R10 выбирается в зависимости от типа используемого реле и напряжения на обмотке трансформатора из графиков на рисунках 7…9. Выбирается ближайшее стандартное значение резистора.

Внимание! Для реле с другим значением сопротивления обмотки указанные ниже графики неприменимы! В этом случае для определения значений сопротивлений R9 и R10 пишите мне на почту.

Резисторы R9 и R10 в процессе работы нагреваются, поэтому рекомендуется их устанавливать не вплотную к поверхности платы, а с зазором примерно 3…5 миллиметров.

Печатная плата и её подключение.

Габариты платы и расположение монтажных отверстий показаны на рис. 10.

На рис. 11 показано подключение устройства защиты от постоянного напряжения на выходе усилителя к усилителю, трансформатору питания и громкоговорителям.

Обратите внимание, что устройство нигде не соединяется с корпусом усилителя и «землёй» схемы. На самом деле такое соединение есть, и оно единственное – это точка GND на схеме и соединение с землёй производится через источник питания. Это важно – сама схема устройства полностью изолирована и от усилителя, и от громкоговорителей. Таким образом, в схему и работу усилителя не вносится никаких изменений, и во всей системе не появляется никаких дополнительных земляных петель. В результате устройство способно работать с любыми типами усилителей. Важно, чтобы каждый из стереоканалов усилителя соединялся с платой устройства двумя проводами – теми, которые предназначены для подключения громкоговорителей. Устройство включается в разрыв этих проводов и в процессе работы разрывает связь усилителя с громкоговорителями.

Как использовать это устройство защиты от постоянного напряжения на выходе усилителя, если у вас усилитель с биампингом – статья на эту тему готовится.

Готовую промышленного производства можно приобрести.

Печатную плату устройства можно изготовить самостоятельно, она опубликована в журнале «Радио» №4 за 2026 год, стр. 23…27.