Меню

Блок питания для однотактного усилителя

Блок питания для однотактного усилителя

Опубликовано: 6 марта, 2017 • Рубрика: Блоки питания

Блок питания усилителя мощностиКазалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания, и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Блок питания усилителя

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц :(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Блок питания усилителя

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор ?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Стабилизатор напряжения питания

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):

Стабилизатор напряжения питания
Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и. денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.

защита усилителя

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода :

блок питания усилителя

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

печатная плата блока питания

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

печатная плата блока питания

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

монтаж блока питания

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

монтаж блока питания

Увеличение по клику

Автору до сих пор попадаются усилители, у которых высокий уровень фона вызван неправильной разводкой земли и подключением дорожек от разных «потребителей» к выходам выпрямителя.

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

пульсации выходного напряжения

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

пульсации выходного напряжения

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Читайте также:  Установка блоки питания mean well

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Автор: Джек Розман

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»

Источник



Особенности схемотехники блоков питания ламповых усилителей

Качественная работа ламповой аппаратуры высокой верности воспроизведения звука в значительной степени зависит от применяемого блока питания, который из сетевого напряжения формирует питающие напряжения, необходимые для функционирования отдельных элементов, каскадов и блоков лампового усилителя в пределах заданных параметров. При этом среди основных требований, предъявляемых к таким источникам, помимо формирования напряжений и токов необходимых величин, особое место занимает обеспечение соответствующей степени фильтрации питающих напряжений. Дело в том, что одной из основных причин появления фона в ламповых усилителей являются пульсации выпрямленного напряжения, питающего цепи анодов и экранных сеток ламп. Поэтому добиться уменьшения фона, возникающего из-за пульсаций напряжения, можно в первую очередь, усовершенствованием схемы и улучшением параметров источника питания.

Блоки питания ламповых УНЧ, как правило, формируют два вида напряжений. Это постоянные напряжения величиной от нескольких десятков до сотен вольт для питания цепей анодов и экранных сеток, а также постоянные или переменные напряжения от единиц до полутора десятков вольт для цепей накала. Поэтому работа по улучшению параметров блоков питания также ведется в двух направлениях, которые соответствуют указанным видам формируемых напряжений.

Источники питания цепей анода и экранных сеток

Для формирования постоянных напряжений, необходимых для питания анодных цепей и цепей экранных сеток ламп УНЧ, обычно применяются ламповые или полупроводниковые выпрямители. В зависимости от особенностей применяемых схемотехнических решений, выпрямительные элементы могут подключаться по одпополупериодной, двухполупериодной или мостовой схеме. Однако в высококачественных ламповых усилителях формирование питающих напряжений для цепей анодов и экранных сеток обеспечивается чаще всего двухполупериодными или мостовыми выпрямителями, что позволяет при неизменных данных фильтра получить значительно меньший коэффициент пульсаций, чем от однополупериодного выпрямителя. Принципиальные схемы простого лампового и полупроводникового двухполупериодного выпрямителя с искусственно созданной средней точкой приведены на рис. 1.

Принципиальные схемы простого лампового (а) и полупроводникового (б) выпрямителя

В данных схемах сетевое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Тр1 (выводы 1-2), а аноды двойного диода Л1 или полупроводниковых диодов D1 и D2 подключены к крайним выводам основной вторичной обмотки (выводы 3-5). Параметры трансформатора Тр1 обычно выбираются такими, чтобы значения переменных напряжений между выводами 3-4 и 4-5 находились в пределах 200-500 В. С катода лампы Л1 или с соединенных катодов полупроводниковых диодов D1 и D2 снимается выпрямленное положительное напряжение, а в качестве отрицательной шины используется вывод 4 от середины вторичной обмотки, который является искусственно созданной средней точкой. На конденсаторах C1, С2 и дросселе Др1, который может быть заменен резистором R1, собран фильтр. Необходимо отметить, что при замене дросселя резистором параметры этого резистора (сопротивление и мощность) следует выбирать с учетом тока, потребляемого усилителем, и напряжения, необходимого для питания анодных цепей ламп.

Напряжение накала для двойного диода Л1 выпрямителя (рис. 1, а) обычно формируется отдельной обмоткой трансформатора Тр1 (выводы 6-7), не связанной с обмоткой, с которой снимается напряжение накала Uн для остальных ламп усилителя (выводы 8-9). Дело в том, что на катоде лампы выпрямителя обычно присутствует высокое положительное напряжение, а у многих диодов катод соединен с нитью накала внутри баллона лампы. В схеме выпрямителя на полупроводниковых диодах (рис. 1, б) напряжение накала Uн для ламп усилителя также снимается с отдельной обмотки (выводы 6-7).

Главным достоинством рассмотренной схемы формирования напряжения анодного питания с помощью двойного выпрямительного диода косвенного накала (рис. 1, а) является постепенное возрастание уровня высокого напряжения до номинального значения по мере разогрева лампы. Процесс разогрева лампы выпрямителя по времени практически совпадает с разогревом остальных ламп усилителя, поэтому не возникает перегрузки конденсаторов фильтра при росте анодного напряжения. При использовании полупроводникового выпрямителя (рис. 1, б) постоянное напряжение на конденсаторы фильтра подается практически сразу после включения аппаратуры, что приводит к их перегрузке, поскольку номинальное потребление тока начинается только после разогрева ламп усилителя.

Необходимо отметить, что в двойных диодах с косвенным накалом при перегорании общей нити накала или хотя бы нити накала одного из диодов (в лампах с раздельным накалом) происходит весьма значительное увеличение фона переменного тока с одновременным падением выпрямленного напряжения.

Если в двухполупериодном выпрямителе применяется двойной диод с непосредственным накалом, то напряжение на первый конденсатор сглаживающего фильтра следует снимать со средней точки обмотки накала кенотрона или с искусственно созданной средней точки. Принципиальные схемы выпрямителей на двойном диоде с непосредственным накалом приведены на рис. 2.

Принципиальные схемы выпрямителей на кенотроне с непосредственным накалом со средней точкой обмотки накала (а) и с искусственно созданной средней точкой (б)

В схеме выпрямителя с искусственно созданной средней точкой (рис. 2, б) резисторы R1 и R2 помимо функции формирования средней точки одновременно обеспечивают снижение импульсов тока при включении блока питания, что способствует увеличению срока службы кенотрона. В обеих схемах напряжение накала Uн для ламп усилителя также снимается с отдельной обмотки (выводы 9-10 на рис. 2, а и выводы 8-9 на рис. 2, б).

На практике в радиолюбительских конструкциях в качестве источника анодного питания ламповых УНЧ обычно используются простые мостовые выпрямители с фильтрами. Принципиальная схема одного из вариантов такого выпрямителя приведена на рис. 3. В данной схеме напряжение питания для цепей анодов и экранных сеток ламп выходных каскадов (Uа1) снимается с точки соединения конденсаторов С1 и С2. В то же время напряжение Uа2, необходимое для питания анодных цепей ламп входных каскадов, дополнительно сглаживается специальным фильтром.

Принципиальная схема простого источника анодного питания с мостовым выпрямителем

Источники питания цепей накала

В ламповых усилителях низкой частоты питание цепей накала ламп может осуществляться напряжением как переменного, так и постоянного тока. Формирование этих напряжений обеспечивается соответствующими цепями и каскадами блока питания. Обычно в аппаратуре среднего класса напряжение переменного тока для накала ламп снимается со специальной обмотки силового трансформатора (рис. 4, а). В данной схеме с первой вторичной обмотки трансформатора Тр1 (выводы 3-4) снимается переменное напряжение для источника формирования постоянного анодного напряжения, а со второй вторичной обмотки (выводы 5-6) — переменное напряжение накала требуемой величины, которое подается непосредственно на соответствующие выводы ламп. Большинство электронных ламп, применяемых в усилителях НЧ, рассчитаны на номинальное напряжение накала величиной 6,3 В. Однако иногда для снижения уровня фона первого каскада питание цепи накала лампы предварительного усилителя осуществляется от отдельной обмотки меньшим напряжением. Так, например, для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 5,7 В, а для лампы 6Н3П — 5,5 В.

Принципиальные схемы обычного источника цепей питания накала (а), с заземленной средней точкой (б) и искусственной средней точкой (в)

Не следует забывать о том, что провода, используемые для подачи переменного напряжения к нитям накала ламп, часто оказываются источником наводок, приводящих к появлению фона переменного тока. Поэтому для ослабления влияния наводок рекомендуется использовать несколько способов. Так, например, самым простым решением является применение так называемых электрически симметричных цепей питания накала, которые образуются путем заземления средней точки обмотки накала относительно шасси или же созданием искусственной средней точки с помощью потенциометра. Упрощенные принципиальные схемы электрически симметричных цепей питания накала приведены на рис. 4, б и 4, в.

В схеме, приведенной на рис. 4, в, потенциометр R1 должен быть рассчитан на мощность не менее 1 Вт и иметь сопротивление в несколько сотен Ом, например от 100 до 680 Ом.

Необходимо отметить, что в некоторых случаях при использовании схемы с искусственной средней точкой (рис. 4, в) для накала ламп входных каскадов движок симметрирующего потенциометра не подключается к корпусу. На него подается небольшой положительный потенциал в несколько десятков вольт, который формируется специальным делителем из постоянного напряжения питания анодных цепей (рис. 5, а). Так, например, для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 20-30 В. Постоянное напряжение в несколько десятков вольт может подаваться и непосредственно на среднюю точку накальной обмотки силового трансформатора (рис. 5, б). Для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 50 В.

Принципиальные схемы источников цепей питания накала с подачей постоянного напряжения на искусственную среднюю точку (а) и на среднюю точку обмотки накала (б)

В ламповых усилителях аппаратуры высокой верности воспроизведения звука, если для снижения уровня фона рассмотренных мер недостаточно, накал ламп входных каскадов следует питать напряжением постоянного тока, которое формируется отдельным источником. Принципиальные схемы таких источников питания, основу которых составляет двухполупериодный или мостовой выпрямитель, приведены на рис. 6. Необходимо отметить, что схему, изображенную на рис. 6, а, рекомендуется применять для ламп с током накала меньше 300 мА. Для ламп с током накала 0,3 А и выше желательно использовать схему, приведенную на рис. 6, в. При этом обмотка накала должна быть рассчитана на напряжение, вдвое большее, чем номинальное напряжение накала соответствующей лампы. Так, например, для ламп с напряжением накала 6,3 В обмотка накала силового трансформатора должна обеспечивать напряжение 12,6 В.

Читайте также:  Блок питания для сканера hp scanjet 3500c

Принципиальные схемы источников цепей питания накала напряжением постоянного тока

Дополнительную защиту от возникновения наводок с одновременным снижением фона, вызванного пульсациями питающего напряжения, обеспечивают стабилизированные источники питания, формирующие напряжения для цепей накала ламп УНЧ. Принципиальная схема одного из вариантов такого источника, выполненного на интегральной микросхеме, приведена на рис. 7.

Источник

Китайский импульсный блок питания от GHXAMP для лампового усилителя. Тест-обзор

Паспортные параметры ИБП

Итак, заявлено:
• Входное напряжение:

100-265 В
• Выходное напряжение 1: +6.3 В @ 4.5 A
• Выходное напряжение 2: +250 В @ 0.15 A
• Выходная мощность: 60 Вт
• Рабочая частота: 65 кГц
• Размер ПП: 120 мм × 55 мм.
• Размер по крепежным отверстиям: 112 мм × 47 мм.
Уже тут обнаруживается некоторое несоответствие. Мощность по анодному источнику получается 37.5 Вт и по накалу 28 Вт, что в сумме дает уже несколько больше чем 60 Вт, но не существенно.
Вот приедет, тогда и посмотрим.

Доставка прошла на удивление быстро. Не прошло и десяти дней, как я уже нес с почты пакет с посылкой.

Тестирование ИБП

Распаковал. Припаял на выход винтовые клеммы (почему-то они были только на входе 220 В), чтобы было удобнее подключать нагрузку.
Для начала проверим что блок выдает на холостом ходу.

Напряжение 6.3 В соответствует заявленному. Все правильно.

Анодное напряжение 245 В — тоже неплохо.

Будем считать, что китаец не соврал. Тем более, что под нагрузкой всё может измениться как в большую, так и в меньшую стороны.

Нагрузка лампами и первый провал

Блок питания у нас для лампового усилителя, вот лампами его для проверки и загрузим. На анодную цепь подключил лампу накаливания на 40 Вт, на накальный выход подключил накал лампы 6П45С, чего мелочиться.
Включаю, и тут меня ждал облом! Блок работал в старт-стопном режиме. На секунду подавал нагрузку и тут же отключался схемой защиты. Великовата нагрузка оказалась.

Заснял эту неприятность на видео.

Написал китайцу, что мол, не работает твой блок питания, что делать будем? Но китаец оказался тертым калачом и в электронике сведущим. Он мне написал, что у ламп сопротивление холодной нити накала гораздо меньше, чем в номинальном режиме, поэтому у меня так блок и работает. Сказал, что претензии принимать не будет. Ну и ладно, я и сам об этом догадывался.

Нагрузка резисторами

Что ж, проверим блок на работоспособность с резисторами в качестве нагрузки.

На цепь накала нагрузил цепочку из резисторов 0.82 Ома, общим сопротивлением 1.6 Ом. К анодной цепи подключил 2 резистора общим сопротивлением 2.2 кОм. Включил. Запуск прошел без проблем. Напряжение на выходе сразу появилось.
Анодная цепь выдает 117мА, напряжение на ней немного возросло, по сравнению с режимом холостого хода.

Цепь накала отдает ток 3.8 А. Напряжение при этом немного снизилось до 6.2 В.

Нагрев ИБП

Блок питания практически не греется. Радиатор чуть теплее пальца после 30 минут работы. Чего не скажешь про нагрузочные резисторы. У меня под ними начал дымиться стол.

Характер пульсаций

Смотрел осциллографом выходные напряжения. По цепи 6в ВЧ помехи в виде коротких импульсов, амплитудой порядка 200мВ. По цепи 250 В тоже самое. Теже 200 мВ. Частота следования этих импульсов порядка 250 кГц. Далеко за пределами звукового диапазона. Нам мешать не должны.

Пытался бороться с этими пульсациями. Увеличил конденсаторы на входе и на выходе. Поставил их более породистые. Ничего существенного не изменилось.

В ходе этих экспериментов пришлось сделать вырезы в радиаторе, чтобы вместились более объемные конденсаторы. Внешний вид блока немного изменился. Параметры практически нет. Так что можно было и не заморачиваться с этой модификацией.

Предварительный вывод и поиск применения

Будем считать, что блок питания работоспособен. Осталось придумать, что на нём собрать.
И тут встал вопрос, какие лампы к нему можно подключить, чтобы он не уходил в защиту при холодных нитях накала.
Стал подключать к нему разные лампы и проверять стартует или нет. Блок уверенно стартует, когда к нему подключены лампы, потребляющие в номинале по справочнику ток накала не более 1.8-1.9 А.

Например пару ламп 6П6С и лампу 6Н8С к нему подключить можно: 0.45А+0.45А+0.35А=1.25А в сумме.
А лампу 6П45С, которая в номинале в разогретом состоянии тянет 2.5А подключить нельзя. Блок уходит в перегрузку. Хотя, как я уже проверял, резистивную нагрузку в 3.8А тянет не напрягаясь.

Датагорские проекты, к которым подходит этот ИБП

И другие статьи. Смотрите, пробуйте, творите!

Проверка практикой. Простой однотактный усилитель на лампах 6Н9С и 6BD5

Подумав немного, я решил сделать на этом блоке питания простой однотактный усилитель на лампах 6Н9С и 6BD5. 6BD5 — это точная копия знаменитой 6L6G (наш аналог 6П3С).
Выбор ламп объясняется их наличием у меня.

Схема усилителя

Схема усилителя никаких особенностей не имеет. Трудно что-то придумать в схемотехнике однотактного лампового усилителя. Выходная лампа включена тетродом. Выходной каскад охвачен локальной ООС для снижения выходного сопротивления.
Эта схема с легкой руки Олега Чернышева уже давно получила название «Покемон».

Выходные трансформаторы

Железо взято от компьютерных бесперебойников «Ippon». Размер Ш25×45. Первичная обмотка содержит 904+1130+1130 витков проводом 0.18. 8+10+10 слоев по 113 витков на слой. Всего 3163 витка. Активное сопротивление обмотки получилось порядка 360 Ом. Именно послужило причиной включения выходного каскада в тетродном режиме. Такой режим менее чувствителен к высокому активному сопротивлению обмотки трансформатора.

Между секциями первичной расположено 2 секции вторичной обмотки по 94 витка проводом 0.6. 2 слоя по 47 витков. Вторичные обмотки соединены параллельно. Все обмотки мотаются виток к витку, межслойная прокладка из чековой ленты в один слой.

Межобмоточная изоляция — 2 слоя этой же чековой ленты. После намотки катушки сварены в парафине, чтобы закрепить витки и улучшить изоляцию. Ra данного трансформатора для нагрузки 4 Ома составляет примерно 5 кОм.

Сборка и детали усилителя

Усилитель собран навесным монтажом. Деталей немного и разрабатывать печатную плату под него мне было, честно говоря, лень. Детали тоже самые обычные.

Резисторы R4, R9, R10 мощностью не менее 1 Вт. Остальные 0.25 Вт.

Конденсаторы С2 С4 электролитические на 35 Вольт. Конденсаторы С1 и С3 пленочные на 400 Вольт.

Ламповые панели, трансформаторы крепятся на железной пластине толщиной 0.8 мм. Это обрезок от боковой крышки старого системного блока.

Из деревянных брусков шириной 60 и толщиной 18 мм склеивается коробочка внешним размером 200×210 мм, на которую и крепятся верхняя и нижняя железные крышки.

Мультимедиа-панелька на службе ламповика

Я использовал дешевую китайскую мультимедиа панель — радио, mp3, wma, bluetooth, картридер, USB.
Она имеет на борту приемник FM диапазона, приемник Bluetooth, возможность воспроизводить с флешки и CD карточки файлы в форматах .mp3, .flac, .ape, а так же можно подключить внешний источник в обход этой панельки.
И всё это удовольствие вместе с пультом ДУ и доставкой стоит порядка 3,00$.
Рекомендую!

Фото конструкции

Несколько фото того, что получилось в результате.

Источник

Немного о блоках питания усилителей (часть I)

Опубликовано: 6 марта, 2017 • Рубрика: Блоки питания

Блок питания усилителя мощностиКазалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания, и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Читайте также:  Ремонт имп блоков питания

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Блок питания усилителя

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц :(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Блок питания усилителя

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор ?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Стабилизатор напряжения питания

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):

Стабилизатор напряжения питания
Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и. денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.

защита усилителя

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода :

блок питания усилителя

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

печатная плата блока питания

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

печатная плата блока питания

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

монтаж блока питания

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

монтаж блока питания

Увеличение по клику

Автору до сих пор попадаются усилители, у которых высокий уровень фона вызван неправильной разводкой земли и подключением дорожек от разных «потребителей» к выходам выпрямителя.

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

пульсации выходного напряжения

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

пульсации выходного напряжения

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Автор: Джек Розман

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»

Источник