Меню

Блок питания для усилителей унч

БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ

Некоторое время назад купил колонку-монитор. Усилитель внутри неё был оснащен импульсным источником питания, к сожалению, вскоре он сгорел (надёжность импульсных БП всё-же уступает трансформаторным).

Решено было вместо того, чтобы заниматься ремонтом (тем более что блок питания слишком сложен, да и опыта мало), построить классический внешний трансформаторный блок питания из запчастей, которые в избытке лежат по закромам. Был куплен только красивый корпус, что значительно сократило расходы.

На зарубежных форумах обнаружилась информация что инвертор просто плохо сконструирован.

Выше на фото поврежденный преобразователь из активной колонки. Два резистора R4 и R3 нагреваясь сушат два конденсатора, которые расположены рядом с ними: C8 и большой 390u / 200V. К сожалению сгорели IRF840 (Q1 и Q2), транзисторы Q3 = 2N5551 и Q4 = 2N5401. Выходные конденсаторы также сгорели. Вылетели выпрямительные диоды, перегорел и предохранитель (как водится последним).

Схема БП для мощного УНЧ

Схема блока питания — классическая конструкция двухполупериодного выпрямителя, вместо встроенных мостов использовались отдельные диоды, шунтированные конденсаторами. На первичной стороне размещен простой фильтр из имеющихся под рукой конденсаторов.

В оригинале каждая клемма в колонке питается от двух напряжений:

  • +/- 36 В, 1 А для LM3886, которая питает сабвуфер.
  • +/- 18 В, 1 A для LM2876, который питает твиттер.

Поскольку не было подходящего трансформатора, использовалось сразу два, которые дают следующие напряжения:

30 В, 2,5 А, что дает +/- 42 В в режиме ожидания
2x

14 В, 3,5 А, что дает +/- 20 В в режиме ожидания

Штекеры — старые добрые DIN-5, которые есть во многих советских электронных аудио приборах.

Гнёзда питания и светодиоды в колонке были установлены на пластмассовых пластинах, которые изнутри окрашены в черный цвет.

АС теперь звучит очень хорошо. Разница между импульсным и классическим источником питания в усилителе полностью отсутствует — так и не получилось уловить различия. БП для предварительного усилителя если надо есть тут. Материал прислал — Gromov.

Форум по обсуждению материала БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ

Обзор возможностей комплекта бесконтактного модуля считывателя карт RFID RDM6300. Подключение схемы и тесты.

Увеличение мощности интегральных усилителей транзисторами. Рассматривается на примере схем LM3886 и TDA7294.

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.

Источник



Блок выпрямителя и фильтра для УНЧ с двухполярным питанием: обзор готового решения «для ленивых»

Содержание

  • Внешний вид и конструкция блока выпрямителя и фильтра для УНЧ с двухполярным питанием
  • Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с двухполярным питанием с резистивной нагрузкой
  • Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с усилителем
  • Итоги и выводы

Блок выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с двухполярным (биполярным) питанием — устройство нехитрое. Диодный мост и пара конденсаторов — только и делов-то!

Деталей в нём — немного (хотя и крупных), и собрать его даже методом навесного монтажа вполне возможно своими собственными руками.

Но можно применить и готовое решение; особенно, если оно окажется вполне благопристойным с технической точки зрения. Такой вариант и будет рассмотрен далее.

(изображение со страницы производителя (AIYIMA)

Габариты блока — 131*79*55 мм, масса — 270 г.

Приобрести этот блок (и аналогичные ему с другими параметрами) можно на Алиэкспресс здесь или здесь, цена — около $19.

По ходу обзора будут сделаны и некоторые дополнительные изыскания.

Внешний вид и конструкция блока выпрямителя и фильтра для УНЧ с двухполярным питанием

Рассматриваемый блок предназначен для применения совместно с мощным сетевым трансформатором, вторичная обмотка которого имеет отвод от середины. Как вариант, возможно применение трансформатора с двумя одинаковыми вторичными обмотками, соединёнными последовательно.

Так выглядит блок выпрямителя и фильтра со стороны контактов для подачи входного переменного напряжения от трансформатора:

На переднем плане — клеммник с крупными винтами (4 мм) для подсоединения выводов вторичной обмотки трансформатора.

Справа и слева — по светодиоду на каждую полярность выходного напряжения.

Между клеммником и большими электролитическими конденсаторами расположены радиаторы со сборками диодов Шоттки типа STPS30150CW (прямой ток — до 30 А, обратное напряжение — до 150 В).

Две сборки видны на фото, а ещё две прикручены к обратной стороне радиаторов.

Эти сборки содержат по два диода в корпусе.

В схеме этого блока выпрямителя в каждой сборке диоды запараллелены, а всего используется 4 таких сборки, в результате чего и образуется классический диодный мост.

Параллельное включение диодов в сборках даёт тройной положительный эффект: увеличивает допустимый прямой ток, уменьшает нагрев и увеличивает КПД.

Теперь — вид с обратной стороны:

Здесь расположен клеммник для выходного выпрямленного напряжения. Клеммы для земли и каждой полярности запараллелены по 2 шт., что будет удобно для подключения нескольких потребителей.

Слева и справа от клеммника — плёночные конденсаторы 0.1 мкФ * 250 В, которые служат для подавления коротких импульсов и высокочастотных помех (с которыми электролиты справляются плохо).

Вид блока с боков:

На больших электролитах обозначен их номинал: 10000 мкФ * 63 В.

Учитывая обычные технические рекомендации не использовать радиоэлементы на предельно-допустимых значениях параметров, целесообразно не повышать напряжение на конденсаторах свыше примерно 50 В.

Текст на конденсаторах гласит также «For Audio» и «Japan».

Слова «For Audio» понятны без перевода; а насчёт того, что Япония имеет какое-то отношение к производству этих конденсаторов, я не совсем уверен. Но и полностью исключить такую возможность тоже не могу. 🙂

Между электролитами расположено по мощному резистору 10 кОм. Они предназначены для медленного разряда конденсаторов после отключения питания, чтобы остаточное напряжение не наделало каких-нибудь бед.

Далее — вид на блок сверху:

Здесь надо отметить, что, кроме крепёжных отверстий по углам, есть ещё одно отверстие в середине платы. Оно будет совсем не лишним, учитывая тяжеловесность конструкции.

И, наконец, вид снизу, т.е. со стороны печатных проводников:

Об этой печатной плате есть смысл поговорить поподробнее.

Начать надо с того, что печатные проводники сделаны грамотно — с максимальной шириной, какая возможна в пределах платы.

Но некоторые проводники покрыты непрозрачным чёрным лаком (так, что их почти не видно), а некоторые — оставлены «голыми» и облужены припоем (возможно, для уменьшения сопротивления).

Ещё надо заметить, что отверстий на плате под установку больших электролитов — много, и они разной формы, что делает возможной установку конденсаторов разного типа. Это может пригодиться тем потребителям, которые захотят купить плату без конденсаторов и установить какие-то другие конденсаторы (на другую ёмкость и/или напряжение). Ссылка на такой вариант будет в конце обзора.

И, наконец, надо поговорить о вреде чрезмерного усердия в контексте этой платы.

Дело в том, что на заводе-изготовителе зачем-то кусачками отрезали лишнюю, на их взгляд, длину выводов больших электролитов.

В результате выводы конденсаторов возвышаются над уровнем платы только примерно на 0.7 — 0.9 мм.

Я понимаю, что производитель хотел, «как лучше», т.е. чтобы выводы конденсоров не торчали с нижней стороны платы и не портили вид.

Но в результате оказалось, что гламура — прибавилось, а площадь контакта выводов с припоем — уменьшилась.

Каких-то критичных проблем из-за этого обнаружено не было, но и хвалить производителя за этот «гламур» тоже не буду.

Под конец этой главы посмотрим на фото нехитрого комплекта платы — четыре полиэтиленовых стойки и крепёж:

Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с двухполярным питанием с резистивной нагрузкой

Сразу скажу, что испытания проводились по сокращённой программе: выпаивать конденсаторы из платы и проверять их по отдельности не хотелось, уже очень красиво там всё смонтировано.

В связи с этим конденсаторы проверялись «как есть», то есть в параллельном соединении.

Для проверки использовался тестер радиодеталей LCR-TC1 (многофункциональный тестер).

Проверка «положительной» пары конденсаторов:

Ёмкость пары параллельных конденсаторов оказалась близкой к номиналу: прибор показал 20.66 миллифарад (20660 мкФ).

ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) прибор показал равным 0.08 Ом. Возможно, часть из этого сопротивления — «заслуга» соединительных проводов прибора (когда они просто замкнуты друг на друга, прибор показывает 0.05 Ом).

Параметр Vloss (потеря напряжения после отключения его источника от конденсатора) — не совсем официальный, но тестерами конденсаторов проверяется. В данном случае Vloss = 1.6%, это — неплохо для электролитических конденсаторов.

Теперь — проверка «отрицательной» пары конденсаторов:

Параметры получились похожими на предыдущую пару, разве что подросло значение Vloss до 2.3% (тоже приемлемо).

«Боевые» испытания проводились при использовании у меня в хозяйстве трансформатора со вторичной обмоткой с отводом от середины.

Основные параметры трансформатора — такие:

— напряжение холостого хода на вторичных обмотках 2*26.1 В (действующее значение);

Читайте также:  Сборка простого блока питания

— сопротивление первичной обмотки 15.1 Ом,

— сопротивление вторичных обмоток 0.51 Ом и 0.53 Ом (они оказались немного несимметричными по сопротивлению).

Номинальная выходная мощность трансформатора неизвестна; но, судя по его весу (1.1 кг), она должна быть весьма высокой (не менее 200 Вт).

Естественно, в реальных условиях у пользователя будет свой трансформатор, в связи с чем приведённые далее расчёты и осциллограммы можно рассматривать только лишь как пример.

Каждое плечо выхода фильтра (положительное и отрицательное) было соединено со средней точкой (землёй) через мощный резистор 10 Ом 100 Вт (2 шт., соответственно).

В итоге постоянное напряжение на каждом выходе («+» и «-«) составило 27.1 В; а выделяемая мощность на каждом резисторе — 73.4 Вт (итого — 147 Вт).

С учётом КПД усилителя класса AB, составляющего на синусоидальном сигнале до 70% в типовом случае (но может быть и больше), такой мощности хватило бы для питания 100-ваттного усилителя (2*50 Вт).

При использовании усилителя класса D его мощность могла бы составлять до 130-140 Вт (2* 65. 70 Вт).

Во всех этих расчётах я пренебрёг пульсациями напряжения на выходе, а можно ли так делать — разберёмся по осциллограммам.

Вот на осциллограммы с резисторами в качестве нагрузок теперь и посмотрим. Для снятия осциллограмм использовался цифровой осциллограф Fnirsi-1013D (он же ADS1013D, обзор).

Далее на картинке — осциллограмма выходного напряжения положительного плеча (под нагрузкой), вход осциллографа — открытый (DC), уровень нуля находится в самом низу экрана (помечен желтой стрелочкой с цифрой 1):

Теперь — посмотрим на пульсации отдельно, для чего вход переключим на закрытый (AC), а масштаб — увеличим:

Полный размах (пик-пик) пульсаций составил чуть менее 1 В, а амплитуда пульсаций — около 0.5 В.

И вот здесь приходим к тому, что максимальная выходная мощность усилителя, работающего от такого фильтра-выпрямителя, будет определяться не средним уровнем выпрямленного напряжения, а его величиной на точках минимума.

В данном случае потеря относительно среднего уровня составляет 0.5 В, т.е. менее 2% от его величины (27.1 В). В расчётах я этой величиной пренебрёг. Может, это и не совсем правильно, но и ошибка получается не очень большой.

По причине наличия пульсаций в выпрямленном напряжении повышение емкости конденсаторов в фильтре даёт сразу два полезных эффекта: и уменьшаются пульсации питания, и повышается выходная мощность, которую питаемый усилитель может отдать без искажений.

Теперь, просто для полноты технической картины — ещё несколько осциллограмм с резистивной нагрузкой.

Осциллограмма напряжения на входе фильтра-выпрямителя (одно из плеч):

На этой картинке всё соответствует классике: синус со срезанными вершинами, в течение которых и происходит дозарядка конденсаторов фильтра.

Но самое интересное началось дальше, когда я захотел посмотреть напряжение в этой же точке, но без подключения нагрузки:

Согласно теории, я должен был увидеть почти чистый синус, но здесь тоже оказались слегка срезанные вершины.

После этого я решил проверить, а как выглядит само напряжение в сети 220 Вольт? Может, и там не совсем синус?

Увы, так оно и оказалось:

Здесь тоже оказались срезанные вершины.

Наиболее вероятная причина — наличие в сети множества потребителей (устройств), не имеющих в блоках питания корректоров коэффициента мощности, которые приближают кривую потребления тока тоже к синусоиде.

Иными словами: множество устройств потребляет ток в режиме «срезания вершин», что приводит и к срезанным вершинам в электросети в целом. Такой вот побочный эффект исследования фильтра-выпрямителя. 🙂

Небольшие замечание к последней осциллограмме.

Первое: для её снятия был спаян дополнительный делитель напряжения на 10 (чтобы суммарно получилось деление на 100).

Второе: если кто захочет повторить этот эксперимент, то имейте в виду, что осциллограф должен быть гальванически развязан от фаз сетевого питания и от земли; а также помните о необходимости соблюдения электробезопасности!

Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с усилителем

Для проведения испытаний с реальным усилителем блок был соединён с одноканальным мостовым усилителем на основе микросхем TDA3886 (номинальная мощность 68 Вт каждой микросхемы), фото без внешней обвязки:

Сначала — традиционные испытания на синусе 1 кГц, нагрузка усилителя — 8 Ом.

На осциллограмме желтая линия — выход одного из плеч моста, синяя линия — напряжение питания (положительное).

На осциллограмме запечатлён момент, когда синусоида достигла максимума амплитуды без наступления искажений «отсечка» (клиппинг).

Выходная мощность составила 101.5 Вт.

Теперь посмотрим на поведение системы под реальным музыкальным сигналом:

На осциллограмме отчётливо видно проседание напряжения питания (синяя линия), когда в сигнале пошли мощные басы.

Тем не менее, надо отметить, что, благодаря очень высокой ёмкости конденсаторов проседание питания оказалось не мгновенным, а растянутым. То есть, запаса энергии в конденсаторах достаточно для того, чтобы выдержать даже очень мощный всплеск уровня сигнала. И чем больше будет ёмкость конденсаторов, тем более длительный «удар» сигнала они смогут выдержать.

Для наглядности — аналогичный фрагмент реального музыкального сигнала, но с увеличенным масштабом в канале напряжения питания до 5 В/дел. (синяя линия). В канале сигнала масштаб оставлен старый 10 В/дел. (желтая линия):

Положение нуля канала питания (синяя линия) отмечено стрелочкой с цифрой 2 в левом нижнем углу.

Вывод из испытаний с реальным музыкальным сигналом: увеличение ёмкости конденсаторов фильтра полезно не только для уменьшения пульсаций, но и для более качественного воспроизведения сигнала при пиковых нагрузках по мощности.

В общем, лишних конденсаторов в фильтрах питания не бывает!

Итоги и выводы

Протестированный фильтр-выпрямитель показал соответствие заявленным параметрам и хороший уровень комплектующих.

Кроме хороших ёмких конденсаторов, порадовали и мощные запараллелеленные диоды Шоттки в выпрямителе, к тому же установленные на радиатор. Это — очень культурное и технически грамотное решение!

Основная (а может, и единственная) область применения протестированного фильтра-выпрямителя — блоки питания для усилителей с двухполярным питанием.

Особенность таких усилителей — возможность прямого подключения усилителей к трансформаторному блоку питания с двухполярным выходом без стабилизаторов напряжения.

Схемы усилителей с двухполярным питанием — очень популярны в классе усилителей AB. Такие усилители могут быть как с выходными каскадами на транзисторах, так и на основе мощных однокристалльных микросхем. К последним можно отнести как добрые старые TDA2030 и TDA2050, так и более прогрессивные и мощные LM3886, TDA7293, TDA7294.

Усилители с двухполярным питанием могут быть и D-класса, что значительно повышает КПД (до 90% и выше). А это, в свою очередь, позволяет добиться большей мощности на выходе усилителя при той же мощности источника питания.

Правда, я пока знаю только одну микросхему усилителя мощности D-класса с двухполярным питанием, это — TDA8954 (TDA8954TH); в то время, как микросхем усилителей D-класса с однополярным питанием существует великое множество.

Купить этот фильтр-выпрямитель можно здесь или здесь, цена — около $19.

Теперь — немного о другом варианте построения фильтра-выпрямителя: на основе покупки платы без конденсаторов (с установкой конденсаторов по своему усмотрению).

Плату без конденсаторов можно купить, например, здесь (около $9) или здесь (под 6 более крупных конденсаторов, цена — около $10.5).

А выглядит эта плата (под 4 конденсатора) — так:

Что касается выбора конденсаторов для неё, то хорошо, если у пользователя они уже имеются.

Если же их ещё нет, то к их выбору надо подходить с осторожностью. Вот, например, отзыв одного из покупателей, вскрывшего один из приобретённых конденсаторов:

Источник

Схема простого блока питания для усилителя мощности Phoenix P-400

тороидальные трансформаторы

Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства — это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты «Phoenix P-400».

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на

220В, поэтому задача выбора «импульсный БП или на основе сетевого трансформатора» не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора — имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

  • меньший объем и вес;
  • более высокий КПД;
  • лучшее охлаждение для обмоток.
Читайте также:  Model input блок питания

Мне оставалось только рассчитать напряжении и количества витков для вторичных обмоток с последующей их намоткой.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

  • Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см 2 ) * Площадь сечения (см 2 )
  • Площадь окна = 3,14 * (d/2) 2
  • Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

  • Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
  • Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
  • Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Если вам нужно рассчитать тороидальный трансформатор, то вот небольшая подборка из статей: Скачать (1Мб).

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал — где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение — по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 =

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Челнок для намотки тороидального трансформатора

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

  • для 4х обмоток питания УМЗЧ — провод диаметром 1,5 мм;
  • для остальных обмоток — 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.

  1. Выполняем намотку 20 витков любого провода;
  2. Подключаем к сети

220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;

  • Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков — узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.
  • Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 — нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

    Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода — получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

    Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков — 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) — 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину — 8м.

    Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.

    Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй — получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

    После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

    Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

    Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

    Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

    схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ

    Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

    Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя — А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

    Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

    В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

    Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

    Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 — емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

    Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L78012, LM317

    Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

    Расшифровка названий на схеме:

    • STAB — стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
    • STAB+REG — стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
    • STAB+POW — регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

    При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

    Vxx для микросхем имеет следующие значения:

    • LM317 — 1,25;
    • 7805 — 5;
    • 7812 — 12.

    Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

    Конструкция

    Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

    • +36В, -36В — усилители мощности на TDA7250
    • 22В — схемы задержки включения и защиты акустических систем
    • 12В — электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности, схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
    • 14В — электронные регуляторы тембра.
    • 5В — индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.

    Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

    Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

    Одна половинка платы источника питания

    Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

    Другая половинка платы источника питания

    Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

    Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности

    Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

    Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант «все на одной плате» тоже не плох и по своему удобен.

    Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве — на отдельных печатных платах.

    Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

    Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа

    Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

    Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

    Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

    Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель — печатную плату (рисунок 8).

    Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя

    Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

    Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

    Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке

    Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

    После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

    Заключение

    Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

    UPD: Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

    Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В

    Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

    Скачать — power-supply-22v-12v-layout.zip (63 КБ).

    Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

    Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317

    Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

    Скачать — stabilizator-regulated-LM317-pcb-lay6.zip (7 КБ).

    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.

    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