» » » Полный усилитель на микросхемах. Часть 4. Улучшаем блок питания

 
 
 
37

Полный усилитель на микросхемах. Часть 4. Улучшаем блок питания

Разместил MVV 5 января 2013. Просмотров: 46 476

Не мечтай, действуй!

Полный усилитель на микросхемах. Часть 4. Улучшаем блок питания

Эксперименты по улучшению звука, извлекаемого с помощью усилителя, описанного в предыдущих трех частях проекта, начнем с модернизации блока питания. Спроектированный блок питания имеет следующие достоинства:
 — учитывает особенности реального аудиосигнала;
 — малые потери в выпрямительном мосте;
 — опция двухполярного источника питания для каскадов предварительного усиления.
Блок питания может быть использован как для настоящего проекта, так и для самостоятельного конструирования усилителей звуковых частот.

Общие замечания

Вначале оценим требования к источнику питания (ИП) на основе фундаментальных знаний, а затем воспользуемся программами расчета. Рассмотрим соотношения в выходном каскаде УМЗЧ, работающим в классе АВ в разрезе требований к проектированию ИП.
Максимальное напряжение на выходе усилителя:
Uвых макс=sqrt(2Pн максRн),

амплитуда переменного тока в цепи нагрузки достигает:
Iвых макс=Uвых макс/Rн.

Предельный (идеальный) КПД двухтактного комплементарного повторителя при синусоидальном сигнале
ηмакс=Pн/Pпотр=π/4≈0,78.

Усилитель мощности звуковой частоты по отношению к источнику питания можно рассматривать как преобразователь мощности постоянного тока ИП в мощность переменного тока. Примем КПД такого преобразователя (при Pн макс) η=0,7.
При наличии конденсатора Сп в цепи питания усилителя мощности потребляемый ток будет
Iп≈Pн макс/(2ηUп).

Расчеты по приведенным соотношениям показывают (рис. 1), что потребляемый постоянный ток Iп в шесть раз меньше максимального тока нагрузки Iвых макс. Этот факт еще раз подчеркивает важность разводки цепей питания в усилителе. Рекомендации по монтажу слаботочных и сильноточных цепей были даны в первой части настоящего проекта.


Рис. 1. Скриншот расчета ИП в программе Microsoft Excel. В ячейках с заливкой светло-синего цвета помещены исходные данные, оранжевого цвета – расчетные соотношения

Основные соотношения, необходимые для прикидочного расчета нестабилизированного источника питания, обеспечивающего при токе нагрузки Iн напряжение Uн [1-3], приведены в прилагаемом ниже файле. Расчет ведется для мостовой схемы, в которой в качестве выходного напряжения Uн берется суммарное напряжение 2Uп, а накопительный конденсатор Сп представляет собой два последовательно включенных конденсатора удвоенной расчетной емкости (рис. 2).


Рис. 2. Мостовой ИП для двух симметричных относительно общего провода выходных напряжений

Файл с пояснениями по расчетным соотношениям можно взять здесь:
Calculation.7z | Файл 175,13 Kb загружен 178 раз.


Результаты расчетов по приведенным формулам даны на втором листе файла xls, а печать с экрана фрагмента листа показана на рис. 3.

Рис. 3. Таблица результатов расчета ИП


Требуемая мощность трансформатора и параметры диодов получены для максимальной выходной мощности УМЗЧ. Необходим силовой трансформатор мощностью 70…80 Вт и диоды с прямым током 2 А, импульсным током 50 А, обратным напряжением 200 В.

Танцуем от питания

Золотое правило конструкторов аудиоаппаратуры гласит: «Усилитель звучит так, как ему позволяет работать источник питания». И это правда.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Основные параметры:
Входное напряжение: ~2х(15…20) В
Максимальный ток нагрузки: до 4 А
Рабочий ток источника питания ±15 В: 50 мА
Размеры печатной платы: 54х150 мм

Ниже обсудим возникшие вопросы, попутно отметив, что полезную информацию по изготовлению блока питания можно почерпнуть из [6].

Выбор емкости накопительного конденсатора и ее влияние на передачу низких частот

Значение емкости накопительных конденсаторов блока питания зависит как от выходной мощности, так и от сопротивления нагрузки усилителя. Например, при мощности УМЗЧ 10 Вт необходима емкость конденсаторов фильтра 1000 мкФ. При двухполярном питании суммарная емкость последовательно включенных конденсаторов получается 500 мкФ. Для Rн=4 Ом нижняя граница полосы пропускания составит 80 Гц, что совсем недостаточно.

Таким образом, емкость конденсатора, шунтирующего цепи питания, следует выбирать так, чтобы обеспечить малое полное сопротивление на самой низкой частоте сигнала. Выберем емкость накопительного конденсатора исходя из размаха пульсаций на нем не более Uпульс≤1 В. Получим Сп≥Iа вых макс/(2πfнUпульс), где Iа вых макс – максимальная амплитуда тока в цепи нагрузки.

Параллельное включение накопительных конденсаторов

Возникает вопрос, что лучше: один накопительный конденсатор в блоке питания или несколько параллельно включенных малогабаритных? Лучше один качественный конденсатор требуемой емкости; при этом на первое место встает проблема его цены и габаритов. Поэтому на практике мы встречаем случаи параллельно включенных конденсаторов.

Моя (с позволения сказать) методика определения допустимого числа параллельно включенных электролитических конденсаторов в блоке питания заключается в следующем:

1) Возьмем за образец параметры блока питания с единственным качественным конденсатором требуемой емкости, для примера С=22000 мкФ (ESR=0,025 Ом, Iмакс=6 А).

2) Выбираем из стандартного ряда емкость одного конденсатора блока питания С1=С/n, где n=2, 3 или 4. В нашем случае претендентами будут конденсаторы емкостью 10000 мкФ, 6800 мкФ и 4700 мкФ. Возьмем конденсаторы 4700 мкФх35 В (измеренный ESR чуть меньше 0,01 Ом, Iмакс=2,4 А).

3) Рассчитываем предельный ESR и максимальный ток при параллельном соединении конденсаторов. В нашем примере ESR=0,1/4=0,025 Ом, Iмакс≥I1·n=2,4·4=9,6 А, даже больше, чем допустимый ток единственного конденсатора.

4) Собираем блок питания и замеряем ESR получившегося конденсатора. Измерения показали ESR=0,028 Ом.

5) Вычисляем отклонение ESR реального блока питания от предельного ESR:
100(0,028-0,025)/0,025=12%.

6) Если отклонение составляет величину 5…20%, блок питания имеет право на жизнь, в противном случае повторяем п. 2-5 методики с другими конденсаторами.

Суть методики основана на том, что в реальном блоке питания сказываются его конструктивные параметры – сопротивление и индуктивность проводников и (или) дорожек печатной платы, и нужно спроектировать БП так, чтобы их вклад оставался незначительным – пятая - двадцатая часть от предельного ESR.

Таким образом, с увеличением числа параллельно включенных конденсаторов не происходит пропорционального улучшения качества блока питания. Блок питания с четырьмя конденсаторами в каждом плече вполне может использоваться в УМЗЧ, при этом затраты на конденсаторы почти в 2,5 раза ниже, чем в блоке питания с единственным конденсатором.

Важным свойством источника питания является реактивная мощность. Здесь выбор падает на довольно крупногабаритные конденсаторы с большой толщиной диэлектрика. Влияет на импульсные свойства и рабочее напряжение конденсатора. Поэтому следующий вопрос, как говорится, вдогонку.

Выбор номинального напряжения конденсатора

Минимальным запасом по напряжению следует считать 20 % (пятую часть), а желаемым – 50…100% от напряжения питания устройства.
Выбор рабочего напряжения конденсаторов удобно осуществить с помощью таблицы.

Table_1.7z | Файл 8,86 Kb загружен 85 раз.


Применение «аудиофильских» конденсаторов Black Gate

Электролитические конденсаторы в усилителях звуковой частоты могут быть японских фирм Elna, Nichicon, Nippon, Rubycon, далее следуют европейские Epcos, Vishay, корейские Samwha и наконец, тайваньские CapXon, Hitano, Jamicon, OST. Подойдут «электролиты» других известных компаний, например Panasonic, Samsung, или Sanyo. Бескомпромиссные радиолюбители ищут электролитические конденсаторы Rubycon, Mallory Dubillier, Black Gate, считая, что они позволят кардинально улучшить звучание усилителя.

Электролитические конденсаторы Black Gate являются разработкой японской фирмы Jelmax, имеют прекрасные импульсные свойства, низкие шумы и искажения, высокую надежность, долговечность и цену. В настоящее время они производятся компанией Rubicon.

Применение конденсаторов Black Gate в звуковой аппаратуре высокого класса способно изменить качество звучания в лучшую сторону. Однако сегодня Black Gate сложно достать непосредственно от производителя, а у перекупщиков они чересчур дорогие.
Затраты на один конденсатор Black Gate 4700 мкФх35 В для блока питания в 2 раза превышают стоимость всех остальных комплектующих нашего проекта!

Однако пропорционального улучшения качества работы усилителя не произойдет. В лучшем случае использование конденсаторов Black Gate уменьшит выходное сопротивление источника питания на 5…10% по сравнению с обычными конденсаторами.

Если уж где и ставить Black Gate, так это непосредственно на плате усилителя мощности (220 мкФ х 35 В). Однако и здесь предусмотрены меры, снижающие выходное сопротивление источника питания на высоких частотах – шунтирование оксидных конденсаторов качественными пленочными конденсаторами (0,1 мкФ).
Поэтому применять или не применять конденсаторы Black Gate – выбор за Вами!

Качество звучания УЗЧ в зависимости от его стоимости

Рассмотрим зависимость некоторого свойства объекта (в нашем случае, верности звуковоспроизведения) от затрат (стоимости), рис. 7. Подобная зависимость характерна для большинства сложных систем (а УЗЧ, несомненно, является сложной системой), это закон природы.

Рис. 7. Зависимость верности воспроизведения от стоимости УЗЧ; Z2>>Z1,читается «много больше»


На графике имеется участок АВ линейного роста, возрастания ВС и насыщения CD. Сравнительно небольшими усилиями (денежными затратами) достигаются 75 – 85% свойства объекта (верности воспроизведения), а затем значительное увеличение стоимости УЗЧ приводит лишь к небольшому росту качества звучания. Очевидно, участок CD выбирать не имеет смысла (можно лишь в случае, если куры денег не клюют, то есть, их очень много).

Участок АВ на графике, показанном на рис. 5, характерен тем, что каждая сотня рублей, потраченная на приобретение (конструирование) УЗЧ, оборачивается заметным повышением качества звучания. Со всех точек зрения наиболее оптимальным является участок ВС, соответствующий переходу от участка линейного возрастания к участку насыщения. Здесь точка В является нижней ценовой планкой стоимости УЗЧ, а точка С – верхней. В настоящее время приблизительная цена УЗЧ на участке ВС составляет от 20 тысяч рублей (УЗЧ начального уровня) до 50 тысяч рублей (УЗЧ среднего уровня). Средняя стоимость УЗЧ на участке CD составляет 150 тысяч рублей и может доходить в точке D до 1 млн. руб.

Здесь не будем обсуждать настоящую цену УЗЧ, следует понимать, что в реальности в ней могут доминировать составляющие спроса, бренда, маркетинга и т. п., не имеющие отношения к качеству звучания УМЗЧ.
При выборе оптимальной конфигурации звуковоспроизводящего комплекса всегда следует помнить, что она должна быть сбалансированной.

Обжимные наконечники и клеммники в УМЗЧ

В профессиональной и любительской аппаратуре в последнее время часто используют обжимные наконечники и клеммники (рис. 8). Чем они хороши? Ничем! (Шутка!). А если серьезно, обжимные наконечники и клеммники упрощают монтаж функциональных блоков аппаратуры, улучшают ее ремонтопригодность.

Рис. 8. Блок питания высококачественного УМЗЧ соединяется с помощью обжимных наконечников
(100W RMS/Channel Stereo Amplifier, //www.siliconchip.com.au/)

Я долгое время скептически относился к этим соединителям, пока не провел свое исследование. Оказалось, что сопротивление контакта менее 0,01 Ом, оно стабильно во времени (временной промежуток один год). К тому же в настоящее время выпускаются химические препараты, позволяющие эффективно следить за состоянием контактов соединителей.

Монтаж и детали улучшенной схемы блока питания

Печатная плата блока питания рассчитана на установку четырех оксидных конденсаторов 4700 мкФ на рабочее напряжение 35 В в каждом плече (рис. 9). Можно установить сначала по одному конденсатору, а затем добавить недостающие, и тем самым окончательно прояснить для себя вопрос об их влиянии на звучание усилителя.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: пленочные конденсаторы, диоды, электролитические конденсаторы двухполярного источника питания. Затем монтируют клеммники и электролитические конденсаторы сглаживающего фильтра. После пайки последние желательно дополнительно укрепить на печатной плате с помощью термоклея.
Необходим электрический клеевой пистолет (рис. 10), предназначенный для склеивания между собой изделий из пластмассы, металла, керамики и других материалов. Он используется для крепления крупногабаритных деталей (оксидных конденсаторов, трансформаторов, дросселей и т. п.) на печатных платах, фиксации разъемов и многих других целей.

Расходным материалом для склеивания служит силиконовый термоклей, который выпускается в виде цилиндрических стержней диаметром 11 мм различного цвета. Стержень устанавливается в пистолет через отверстие в задней части пластмассового корпуса. После включения в сеть и прогрева инструмент готов к работе. Узкое жало пистолета позволяет действовать в труднодоступных местах, а курок – дозатор обеспечивает контролируемую подачу клея через нагревательный элемент. После выдавливания расплавленной силиконовой массы на склеиваемую поверхность следует прижать детали до момента схватывания термоклея.

Рис. 10. Пистолет для клея прост в использовании, надежен и долговечен


Детали блока питания:

Налаживание

После проверки правильности монтажа на плате ее подключают к силовому трансформатору Т1, а выходы блока питания нагружают четырьмя резисторами: выходы ±25 В двумя резисторами 300 Ом, 5 Вт, а выходы ±15 В – двумя резисторами 510 Ом, 1 Вт.

Включателем SA1 подают напряжение на первичную обмотку трансформатора Т1, измеряют переменные напряжения на вторичных обмотках и постоянные напряжения на выходах блока питания; они должны соответствовать указанным на принципиальной схеме. Если все в порядке, блок питания готов к работе в составе УМЗЧ.

Что дала установка модернизированного блока питания в усилителе?

Улучшения в звуке таковы, что в дальнейших экспериментах я уже не возвращался к первоначальному блоку питания.
Сравнительно большая емкость конденсаторов, шунтирующих цепи питания, обеспечивает хорошую передачу низких частот.
С блоком питания из комплекта усилителя Питера Смита (Сп=4700 мкФ) нижняя граница полосы пропускания при нагрузке Rн=4 Ом составляет 16 Гц, а с предлагаемым блоком (Сп=18800 мкФ) – 4 Гц.

Альтернативой конденсаторам большой емкости по цепям питания является установка мощного стабилизатора напряжения с малым выходным сопротивлением, но это будет конструкция другого уровня сложности.

Файлы

Схема и печатная плата ИП:
Part_4.7z | Файл 16,2 Kb загружен 359 раз.

Упомянутые источники

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. – М.: Мир
2. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. – М.: Энергоатомиздат
3. Мосягин В.В. Секреты радиолюбительского мастерства. – М.: СОЛОН – Пресс
4. Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – М.: Инфра - Инженерия
5. electroclub.info: "Расчет источника питания УМЗЧ"
6. Датагорская статья "Сделай сам блок выпрямителя и фильтра для УМЗЧ"
Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Профиль MVV
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 113

13 августа 2017 изменил Datagor. Огрех в формуле

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Двухканальный аналоговый контроллер охлаждения видеокарт, ПК или усилителя. LM35, LM358, NE555... Достались мне недорого две видеокарты ATI HD4870 с кастомным охлаждением Thermaltake DuOrb...
Схема на Датагоре. Новая статья Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце... Германий превыше всего? Да здравствует эксперимент! Предлагаемый стереофонический усилитель...
Схема на Датагоре. Новая статья Варианты цепей защиты входа интегратора УМЗЧ... Учитывая, что напряжение питания усилителя мощности обычно превышает напряжение питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда в выходном каскаде УМЗЧ... Не мечтай, действуй! Особенность построения УМЗЧ настоящего проекта заключается в том, что его...
Схема на Датагоре. Новая статья Простая аналоговая электронная нагрузка... Все, кто хоть как-то сталкивался с изготовлением, ремонтом блоков питания задавался вопросом – где...
Схема на Датагоре. Новая статья Transformer: программа расчета маломощного (до 500 Вт) силового трансформатора на частоте 50 Гц... Предлагаю начинающим очень простую программулину для расчета силовых трансформаторов. Автор...
Схема на Датагоре. Новая статья 3-х фазный регулятор с Системой Импульсно-Фазового Управления... 3-х фазный регулятор с СИФУ Регулятор собран на печатной плате размерами 120х150 мм, и...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA7386... Усилитель для кар-аудио. 4 х 45 Ватт на 4 Ома макс., минимальная обвеска: 6 конденсаторов. Защита...
Схема на Датагоре. Новая статья Реальный безтрансформаторный ламповый усилитель для низкоомных наушников по мотивам «Лаконика»... Безтрансформаторный ламповый усилитель для головных телефонов с максимальной возможностью...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA8920... TDA8920 - высококачественный усилитель мощности класса "D" с очень низким уровнем рассеяния. ...
Схема на Датагоре. Новая статья Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования. Климов Д.А.... Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования. Климов Д.А., МРБ, 2002г. В книге изложены...
Схема на Датагоре. Новая статья Полупроводники. Часть третья: Полупроводниковые диоды.... Вот, наконец и сами полупроводники, так сказать, собственной персоной! Начнем с диодов и им...
<
  • Прохожий
6 января 2013 04:07

/ Vaser

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
MVV, браво!!! Просто супер!!!! Целый научный доклад, все четко, все по полочкам, с примерами
Отличная статья, спасибо за информацию, есть теперь о чем подумать и посчитать при конструировании БП к очередному УЗЧ. lol

<
  • Гражданин
6 января 2013 04:46

Александр / dynazzz

Цитата
  • С нами с 4.06.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 65 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Отличная статья! Доступно и понятно! cool

<
  • Кандидат
6 января 2013 05:04

Николай / tonick

Цитата
  • С нами с 10.11.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 7 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
MVV-Спасибо за труд прекрасная статья и ценная информация!!!

<
  • Гражданин
6 января 2013 08:05

Сергей / Yamazaki

Цитата
  • С нами с 2.07.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 147 комментариев
  • 4 публикации
 
  • 0
Black gate? TDAхи будут удивлены mocking

<
  • Главный редактор
6 января 2013 11:43

Игорь Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 714 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
Yamazaki,
Сергей, нужно прочитать статью, прежде чем оставлять нелепые комментарии.
Внимательное прочтение - дань уважения трудам автора.
Ждем 3 ваши статьи с 06-12-2012 для снятия запрета на комментарии.

<
  • Гражданин
6 января 2013 11:44

Алексей / AlexD

Цитата
  • С нами с 21.11.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 250 комментариев
  • 44 публикации
 
  • 0
Спасибо! Очень интересно и доступно. good

<
  • Гражданин
6 января 2013 14:14

Сергей / Chugunov

Цитата
  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 310 комментариев
  • 29 публикаций
 
  • 0
MVV, Владимир!
Как раз сейчас готовлю подобный блок питания, поэтому интересует Ваше мнение по ряду вопросов.
1. Есть ли смысл в шунтировании конденсаторами диодов Шоттки, собранных в мост?
Кроме меньшего нагрева, есть ли у них преимущества для звука?
2. Уступают ли в звучании блоки питания с обычными диодами блокам на ультрафастах и т. п. Есть ли слышимая разница?
3. Как насчёт шунтирования оксидных конденсаторов плёночными и керамическими? Если они нужны, какой процент от общей ёмкости они должны составлять? Особенно если ESR оксидных конденсаторов не очень мал (они дефицитны).
4. В схеме нет разрядных резисторов? Это сделано специально?
5. Вы приводите максимальные допустимые токи для конденсаторов. В имеющихся у меня спецификациях, например, на ёмкости Nippon серии krg или Hitano серий ezv-env, этих данных я не нашёл. Посоветуйте, где можно найти подобную информацию?
Понимаю, что вопросов много, но надеюсь, ответы будут интересны не только мне.
Спасибо.

<
  • Прохожий
6 января 2013 19:51

/ этопиздос

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
С блоком питания из комплекта усилителя Питера Смита (Сп=4700 мкФ) нижняя граница полосы пропускания при нагрузке Rн=4 Ом составляет 16 Гц, а с предлагаемым блоком (Сп=18800 мкФ) – 4 Гц.

М-дяяяя, наверно чОтко слушать звуки порядка 1-2гц и в районе 50кгц music

<
  • Гражданин
7 января 2013 02:19

Сергей / Chugunov

Цитата
  • С нами с 30.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 310 комментариев
  • 29 публикаций
 
  • +1
М-дяяяя, наверно чОтко слушать звуки порядка 1-2гц и в районе 50кгц

Большие ёмкости ставят не для прослушивания 1 Гц. Их ставят, чтобы не было просадок на низких частотах при большой амплитуде сигнала, а на этих частотах как раз большие амплитуды. Поскольку музыкальный сигнал сложный и, как правило, кроме низких одновременно звучат СЧ и ВЧ, просадка будет отрицательно влиять и на них. Важно обеспечить очень большие импульсы тока не дожидаясь "помощи" от сети 220 В. При этом напряжение не должно проседать, чтобы уменьшить переходные процессы. Конденсаторы в 1000...2000 мкФ способны обеспечить усилитель В СРЕДНЕМ, а нам нужно стабильное напряжение в ЛЮБОЙ момент времени, при любых условиях.
Для того, чтобы получить малюсенький прирост качества, на определенном уровне надо идти на большие расходы, поэтому нередко емкости конденсаторов увеличивают на 1...2 порядка! (Сегодня это возможно и доступно). В средних усилителях это может не дать никакого эффекта за счет других слабых мест.
В качественном усилителе может быть положительный эффект.
К сожалению, чёткой методики измерений нет, поэтому приходится судить по косвенным данным, например, нижней границе полосы пропускания.
Никто не заставляет ставить очень большие ёмкости, но попробовать полезно, если положительный эффект будет лично вам заметен, почему бы их не поставить?..

<
  • Гражданин
7 января 2013 03:00

Александр / koan51

Цитата
  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Спасибо за статью.

Как влияет стабилизатор в источнике питания на звук? (в питании усилителя мощности).
На стабильность усилителя - однозначно положительно, но при импульсной нагрузке он может давать искажения питающего напряжения.

Есть у кого опыт?

<
  • Гражданин
7 января 2013 04:16

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Владимир, отличная статья! good Только такой момент: при отключении питания успевают ли разрядиться С19 и С20 большой емкости (ведь основные конденсаторы быстро разряжаются усилителем)? А то может уменьшить их емкость, или шунтировать микросхемы стабилизаторов диодами?

Возьму на себя часть вопросов.

1. Любой мост можно шунтировать конденсаторами 0,01...0,1 мкФ с максимальным напряжением вдвое большим максимального постоянного напряжения одного плеча. Их емкости должны быть максимально равны. Это снижает ВЧ помехи.

1а. Диоды Шоттки имеют меньшее падение напряжения и просадка напряжения питания получается меньше, следовательно максимальная выходная мощность больше. И больше становится запас по мощности (и росту искажений) при той же громкости по сравнению с обычными диодами.

2. Если диодный мост зашунтировать конденсаторами (см. п.1), то звучание может улучшиться из-за снижения уровня ВЧ помех по питанию. При этом скорость работы диодов снижается раз в 30...50. А звучит лучше! smile Ультрафасты с конденсаторами работают медленее "обычных" диодов без конденсаторов - тогда зачем скорость? Если без конденсаторов, то у ультрафастов более широкий спектр помех, и они более нежные, чем "обычные".

3. Шунтирование оксидных конденсаторов плёночными и керамическими - это хорошо, т.к. на высоких частотах оксидные работают значительно хуже. Но это лучше делать на плате усилителя, т.к. назначение керамики - давать короткие мощные импульсы тока, и надо, чтобы индуктивность и сопротивление проводов, идущих от керамики до выходников усилителя были минимальны. Хотя повредить эти конденсаторы нигде не могут. Пленка vs керамика. Керамика высокочастотней. Но там проблемы с рабочим напряжением (не всегда известно), температурная зависимость емкости и т.п. Пленка надежнее. Емкость пленочных/керамических конденсаторов - чем больше, тем лучше, но в пределах разумного. Минимум 0,1 мкФ для предусилителей, для мощников - 0,68...4,7 мкФ.

4. Разрядные резисторы необязательны, но (если не ошибиться с мощностью) не помешают. Их удобно паять с обратной стороны платы. Хорошо подойдут резисторы 0,5 Вт, их сопротивление должно быть таким, чтобы при максимальном напряжении питания на них выделялось примерно 0,2 Вт.

5. Максимальные допустимые токи конденсаторов приводят не все производители. Надо ориентироваться на средние "по классу", считая, что у ваших будет немного хуже.

И еще. Конденсаторы фильтра выполняют 3 функции одновременно: а) снижают пульсации выпрямленного напряжения; б) подпитывают усилитель 80% времени; в) пропускают через себя ток нагрузки. Это "три в одном" - функции разделяются условно, чтобы было проще анализировать. Недостаточная емкость фильтра ухудшит все 3 параметра и даст хороший шанс вырасти искажениям. Причем есть еще нюанс - 100 раз в секунду диоды выпрямителя открываются, и подключают обмотку транса параллельно конденсаторам фильтра. При этом выходное сопротивление источника питания уменьшается. Если разница сопротивлений велика (при малой емкости), то возникают заметные интермодуляционные искажения между частотами сигнала и сети.

Стабилизатор хорошему усилителю мощности не нужен. Если все же делать, то нужен огромный запас по току и напряжению, сбой стабилизации может быть хуже пульсаций. Но повторю, стабилизировать питание мощника - это все равно, что к автомобилю добавлять дорожный каток, чтобы он перед машиной укладывал идеальный асфальт.

ЗЫ. Не хочу прослыть рекламщиком, но ответы на все эти (и еще многие) вопросы - здесь: Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – М.: Инфра - Инженерия
smile

<
  • Кандидат
7 января 2013 13:39

Андрей / Пасочкин

Цитата
  • С нами с 18.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 7 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Статья хорошая. Но в ней нет правильной формулы: Cфильтра=50*I/U.
Извините, если чем-то обидел... blush

<
  • Главный редактор
7 января 2013 15:24

Игорь Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 714 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
Пасочкин,
Пожалуйста проведите рассчет для таких параметров:
I = 2A, U = 25V.

Либо ваша формула неверно записана, либо ... crazy
В каких единицах получаем результат?

<
  • Гражданин
8 января 2013 02:14

Александр / al Ex

Цитата
  • С нами с 13.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 115 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Вопрос к уважаемому Аудиокиллеру
Если разница сопротивлений велика (при малой емкости), то возникают заметные интермодуляционные искажения между частотами сигнала и сети.

Как можно понаблюдать и померить эти искажения?

<
  • Автор
8 января 2013 20:40

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 159 комментариев
  • 38 публикаций
 
  • +1
Всех с прошедшим Рождеством!
Спасибо за обсуждение, отвечаю на поступившие вопросы.

Обязательно ли шунтировать диоды Шоттки конденсаторами? Есть ли у них преимущество для звука?
Диоды Шоттки, имея меньшее прямое падение напряжения по сравнению с кремниевыми диодами, позволяют получить меньшую просадку напряжения под нагрузкой и чуть большую выходную мощность. Подставьте в прилагаемом файле Microsoft Excel максимальное падение напряжения Uд=0,5 В вместо Uд=1,0 В для кремниевых диодов и сразу увидите разницу!
Причина необходимости шунтирования диодов конденсаторами указана в статье. Следовать или нет советам – дело ваше. При стандартной чувствительности усилителя мощности 775 мВ возможно ничего не заметите, но при подключении высокочувствительных устройств, таких как микрофонные усилители, корректоры RIAA, возникнут проблемы.
Звучание усилителей с блоком питания на диодах Шоттки не кардинально, но отличается в лучшую сторону по сравнению с обычными диодами. Видимо, это связано с лучшими энергетическими характеристиками блока питания.

Уступают ли в звучании усилители с блоками питания на обычных диодах блока на ультрафастах? Есть ли слышимая разница?
Здесь буду осторожен в оценках, поскольку слепой экспертизы не проводил. Есть свое мнение по этому вопросу, но отвечу, что не знаю.

Отношение к шунтированию оксидных конденсаторов пленочными и керамическими. Какой процент от емкости оксидных конденсаторов они должны составлять? Что делать, если оксидные конденсаторы не Low ESR?
Оксидные конденсаторы – отдельный разговор. В первую очередь желателен входной контроль, чтобы они соответствовали техническим условиям. Конденсаторы Low ESR, Low Impedance, Audio – конечно, хороши, но и без них можно получить отличный результат.
В грамотно спроектированном усилителе на плате усилителя мощности стоят оксидные конденсаторы, шунтированные пленочными, размещенными в непосредственной близости от выводов питания микросхемы. Самое пристальное внимание нужно обратить на качество этих элементов.
При шунтировании оксидных конденсаторов пленочными в блоке питания следует исходить из чувства меры. Если предположить, что блок питания (рис. 6) для предварительного усилителя будет отрезан и использован отдельно, я бы поставил непосредственно у разъемов Х4, Х5, Х6 по конденсатору МКТ 0,1 мкФх63 В и этим ограничился.
По выбору емкости шунтирующих конденсаторов. Обратите внимание, что я исключил из рекомендаций керамические конденсаторы – от них может быть больше проблем, чем пользы. Конденсатор 0,1 мкФ эффективен до частоты 10 мГц; 1 мкФ – 1 мГц. Поэтому может быть не лишним «бутерброд» из трех конденсаторов – оксидного, и двух пленочных: одного емкостью 0,1…0,68 мкФ, другого 0,82…4,7 мкФ.

Нужны ли разрядные резисторы в блоке питания?
Поскольку я не планировал разделять блок питания и стабилизаторы для предварительного усилителя, таких резисторов не предусмотрел. Их роль выполняют стабилизаторы.
В принципе разрядные резисторы лишними не будут. Удобно выполнить их в виде последовательно включенных резистора (2,7 кОм; 0,5…1 Вт) и светодиода, тогда они будут выполнять функции диагностики, показывая наличие питающего напряжения.

Спецификация на конденсаторы
При подготовке публикации обратил внимание, что максимально допустимые токи конденсаторов приводят не все производители. Можно воспользоваться советами Игоря.

Как влияет стабилизатор в источнике питания на звук?
Положительно wink . Поскольку разность между входным напряжением и напряжением стабилизации составляет около 10 В, искажений практически не наблюдается.
Конденсаторы С19, С20 успевают разрядиться раньше конденсаторов на входе стабилизаторов DA1, DA2. Однако для надежности шунтирование микросхем стабилизаторов диодами (1N4004) не помешает.

<
  • Гражданин
8 января 2013 22:29

Юрий / shaytan

Цитата
  • С нами с 25.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 2 публикации
 
  • 0
Что тут скажешь, спасибо за статью! drinks

<
  • Гражданин
9 января 2013 12:26

Александр / koan51

Цитата
  • С нами с 18.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 60 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Вопрос MVV
Рекомендуете "шунтирование микросхем стабилизаторов диодами (1N4004)"
в прямом или обратном направлении?

В обратном они всегда будут закрыты, а в прямом стабилизации не будет?

<
  • Автор
9 января 2013 12:47

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 159 комментариев
  • 38 публикаций
 
  • 0
Александр,
диоды должны быть включены в обратном направлении и как вы правильно заметили в нормальном (рабочем) режиме всегда закрыты. Они защищают DA1 (DA2) от большого обратного напряжения со стороны нагрузки, способного вывести микросхему из строя. Такая ситуация может возникнуть при отключении источника питания и быстром разряде конденсаторов фильтра на входе стабилизаторов.

<
  • Кандидат
9 января 2013 13:59

Юрий / KYV

Цитата
  • С нами с 19.10.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 8 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Добыл по случаю парочку ТПП 323 (200 Вт) и страдал. По одному на один канал Quad как-то расточительно ставить, запас большой, а один ставить на оба канала уже мало. Спасибо, после прочтения статьи сомнения об излишнем запасе развеялись.

Что у вас тут со временем? Предыдущий комментарий я написал не в 13:57, а в 10:57 (мск)

<
  • Кандидат
10 января 2013 13:09

Сергей Илларионов / illarionovsp

Цитата
  • С нами с 25.06.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 13 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Согласен с автором статьи (MVV) и с И. Роговым (AudioKiller). Плохой БП не исправить никакими схемными ухищрениями в УНЧ.
Хочу только добавить следующее. Можно существенно улучшить параметры БП, даже с удешевлением, применив CLC фильтр. Причём не обязательно ставить дроссель "слоновьих" размеров.
Дроссель не обязательно мотать самому, можно подобрать готовый из серии Д (зелёные).

<
  • Кандидат
10 января 2013 20:40

Андрей / Пасочкин

Цитата
  • С нами с 18.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 7 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • -1
Datagor,
Пасочкин,
Пожалуйста проведите рассчет для таких параметров:
I = 2A, U = 25V.

Либо ваша формула неверно записана, либо ... crazy
В каких единицах получаем результат?

Получаем (2*50)/25=4 Фарады. И не смешно. Смешно будет если учесть двухполярное питание. По 4 Фарады на усилитель. А ещё смешнее станет когда Вы задумаетесь над тем как их постепенно заряжать при включении усилителя. Но ведь это дело добровольное, можно и 1000мкФ считать расточительностью.

<
  • Гражданин
10 января 2013 23:49

Олег / logvoleg

Цитата
  • С нами с 4.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 86 комментариев
  • 2 публикации
 
  • +1
4 Фарады, на 50 Ватт электрической мощности? А при 2-х полярке 8 Фарад, я верно понял? Это круто! Обоснуйте, с аргументами? Ей богу очень интересно!

<
  • Гражданин
11 января 2013 04:34

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • +1
1. Насчет "правильной формулы" Cфильтра=50*I/U. По определению: "Правильное - это то, что приводит к поставленной цели". Так что не огласив цель, правильность формулы не докажешь. Подобные формулы встречаются в некоторых источниках (не хочу никого обидеть, но у слабых теоретиков и никудышных практиков), но они по-видимому написаны для какой-то другой идеологии. Если вспомнить физику, то C=t*I/U, где I - неизменный зарядный (разрядный) ток; t - время заряда (разряда) этим током; U - насколько при этом изменится напряжение. Так что интерпретация формулы получается вот такой: "какая нужна емкость, чтобы при разряде током I в течении 50 секунд, напряжение упало на U вольт". На самом деле 50 происходит от частоты сети, но во-первых, при двухполупериодном выпрямлении часота 100 Гц, и во-вторых, надо рассматривать не частоту и не период сети, а "паузу" между импульсами зарядки конденсатора (угол открывания/закрывания диодов). Эта величина зависит от ряда параметров выпрямителя и нагрузки и является решением тансцендентного уравнения. Т.е. так просто не получается. Хотя с достаточной точностью ее можно прикинуть.

2. Интермодуляции, возникающие от периодического изменения внутреннего сопротивления истояника питания измерить не просто - стандартные средства их не меряют sad . Включаете Спектралаб в измерение IMD (частоты 60 и 7000 Гц) и смотрите, спектр: кроме комбинаций +-А*60 +- В*7000 появляются еще и комбинации +-С*60 +- D*100 Гц.

3. Насчет дросселей в фильтрах. Если емкость до и после фильтра приличная (на входе фильтра большая емкость не нужна, но ток катушки должен быть непрерывный), то получается неплохо. Другое дело, что а) катушка индуктивностью >1...3 мГн на ток 10 ампер и с низким сопротивлением - громоздка; б) катушка хорошо излучает магнитное поле, которое создает помехи. И экранировать и экранировать. Можно использовать дроссель насыщения, но его замучишься считать (я бы и не взялся) - уж очень сложная форма тока, потребляемого усилителем. А неправильный дроссель хоть ничего не ухудшит (про помехи уже сказал, еще на нем постоянное напряжение падает), но и не улучшит.

<
  • Кандидат
11 января 2013 12:01

Сергей Илларионов / illarionovsp

Цитата
  • С нами с 25.06.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 13 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Игорь Евгеньевич, не думаю, что здесь, при обсуждении статьи MVV, мы сможем предметно проанализировать работу аудиоБП. Пусть Датагор решит, в каком формате лучше это сделать.
Только дроссель будет вполне разумных габаритов и излучать не будет ничего. Я (и не только) на ламповом УНЧ проверял.
Книгу Вашу прочитал. И всем советую.

<
  • Автор
11 января 2013 14:40

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 159 комментариев
  • 38 публикаций
 
  • 0
Добавлю к сказанному Игорем и Сергеем.
Кроме приведенных в статье соотношений для выбора емкости конденсатора фильтра блока питания (БП) в литературе встречается рекомендация Сп[мкФ]=1300sqrt(PRн). Для P=20 Вт, Rн=4 (8) Ом получаем значения Сп=12000 (16000) мкФ.
Одним из подходов к оценке качества БП является вычисление отношения энергии W, запасаемой в конденсаторах блока питания к выходной мощности усилителя P, k=W/P.
При этом градациями качества являются: k=1, «мало»; k=5, «хорошо»; k=10, «очень хорошо»; k>10 «отлично». Для предлагаемого в статье БП: Сп=18800 мкФ, Uп=±25 В, Rн=4 Ом получаем W=23,5 Дж, k=W/P=1,175 – «мало». Для получения оценки "хорошо" требуется Сп=80000 мкФ, "отлично" - Сп=160000 мкФ.
Давайте направим обсуждение в позитивное русло, чтобы не тратить впустую время.
Держатель «правильной» формулы Андрей Пасочкин может пользоваться ею по своему усмотрению.

<
  • Гражданин
11 января 2013 22:11

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
Сергей, у лампового усилителя: а) гораздо меньше ток; б) ток обычно мало меняется (или вообще const; в) допустимо довольно большое падение напряжения на дросселе. У транзисторов все не так.
Но вы правы: обсуждение лучше перенести в форум.

<
  • Гражданин
12 января 2013 01:55

Александр / al Ex

Цитата
  • С нами с 13.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 115 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Хочу успеть задать еще вопрос уважаемому Аудиокиллеру:
Включаете Спектралаб в измерение IMD (частоты 60 и 7000 Гц) и смотрите, спектр: кроме комбинаций +-А*60 +- В*7000 появляются еще и комбинации +-С*60 +- D*100 Гц.

Как подавать сигнал на измеряемый БП???
Если я правильно понимаю, то входной сигнал, допустим, на минус, выход (на вход звуковухи) с плюса. "Земли" выходного и входного гнезда соединяются между собой...?

<
  • Гражданин
12 января 2013 09:13

Илья / teewoon

Цитата
  • С нами с 15.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 15 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Как-то мало сказано про особенности работы интегральных стабилизаторов. Получается, что в основном они работает в нормальном режиме, до 1А. И согласно пик-фактору аудиодсигнала, в прыжке выдают до 2.5А, что близко к паспортным tw <= 10 ms, duty cycle <= 5%.

Единственное что - зачем так напрягаться с расчётом пульсаций на входе стабилизаторов, количеством и качеством ёмкостей, если выходное сопротивление и шорохи всё равно будут определяться кремнием. Достаточно 5-10В превышения и среднего тока потребления ~1A. Долговременную среднюю нагрузку ~2A блок с такими стабами не потянет.

<
  • Главный редактор
12 января 2013 15:57

Игорь Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 714 комментариев
  • 267 публикаций
 
  • 0
teewoon, Илья, вы схему смотрели, статью читали? Или я чего-то упускаю в вашем коменте?
Стабилизаторы 7815/7915 - это опциональное дополнение для питания предусилителя, если кому-то нужно. Даже печатка отдельная.
Ток потребления по +- 15В в этом случае никогда не превысит 0,5А.

<
  • Гражданин
12 января 2013 18:26

Илья / teewoon

Цитата
  • С нами с 15.02.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 15 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Вот оно чего. А ведь теоретически и оконечник потянет, если радиаторы увеличить =)

<
  • Подписчик
22 января 2013 13:45

Александр / Staid

Цитата
  • С нами с 27.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 3 комментария
  • 0 публикаций
 
  • +1
Прошу позволить небольшую зарисовку. Было проведено что то типа лабораторной работы. Взят трансформатор от старого усилителя, габаритной мощностью за 200Вт, диоды КД213, два конденсатора по 10000мкф. без нагрузки получилось 28В. Нагрузкой взял два резистора по 10 Ом в канал и в цепь между вторичкой и диодом резистор 1 Ом. Под нагрузкой напряжение упало до 24В. Пульсации были 2В, ток получаеться 2.4А. Посмотрел форму сигнала на резисторе в 1 Ом. Фома ну ни разу не синусоида. Гораздо ближе к импульсу. Пусть и не очень крутые фронта спада и подъема, но все равно ближе к импульсу. Величина амплитуды около 4В. Получается ток около 4А. Скважность примерно 2. Все сходится. Время прохождения тока в два раза меньше, а величина тока в два раза больше.
В принципе это и так известно, но кое какие выводы можно сделать. Диоды стоит ставить побыстрей. Ток через обмотки трансформатора идет не совсем синусоидальный и по величине он тоже больше, чем при обычном расчете. Значит стоит подумать о более толстом провод при намотка, хотя этот момент спорый.

<
  • Кандидат
26 января 2013 23:35

Валерий / vel

Цитата
  • С нами с 26.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 9 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
На рис.6 напряжение применённых диодов Шоттки (45В) маловато будет, особенно с учетом входного напряжения до ~2х20В.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.
Назад Вперед