Блоки питания усилителей мощности звуковой частоты. Трансформаторы для умзч

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Регулировать напряжение питания мощных потребителей удобно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество таких регуляторов заключается в том, что выходной транзистор работает в ключевом режиме, а, значит, имеет два состояния - открытое или закрытое. Известно, что наибольший нагрев транзистора происходит в полуоткрытом состоянии, что приводит к необходимости устанавливать его на радиатор большой площади и спасать его от перегрева. Кроме того, имеется возможность значительно снизить потребляемую мощность и, таким образом, удешевить эксплуатацию устройства.

1. Цель работы

Цель работы: Представить проект устройства управления электрическими приборами, которое позволит значительно снизить потребляемую мощность и, таким образом, удешевить их эксплуатацию.

2. Основная часть

Широтно-импульсная модуляция.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) -- управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ.

Рисунок 1 - График ШИМ

Аналоговая ШИМ реализуется с помощью компаратора, на один вход которого подаются треугольный или пилообразный периодический сигнал со вспомогательного генератора, а на другой -- модулирующий сигнал. На выходе компаратора образуются периодические прямоугольные импульсы с переменной шириной, скважность которых изменяется по закону модулирующего сигнала, а частота равна частоте треугольного или пилообразного сигнала и обычно постоянна. Аналоговая ШИМ применяется в усилителях низкой частоты класса «D».

В цифровой ШИМ период делится на части, которые заполняются прямоугольными подимпульсами. Средняя величина за период зависит от количества прямоугольных подимпульсов. Цифровая ШИМ -- приближение бинарного сигнала (с двумя уровнями -- вкл/выкл) к многоуровневому или непрерывному сигналу так, чтобы их средние значения за период времени t2-t1 были бы приблизительно равны.

Формально, это можно записать так:

где x(t) -- входной сигнал в пределах от t1 до t2,

а?Ti = -- продолжительность i -го ШИМ подимпульса, каждого с амплитудой A. n выбирается таким образом, чтобы за период разность суммарных площадей (энергий) обеих величин была меньше допустимой:

Управляемыми «уровнями», как правило, являются параметры питания силовой установки, например, напряжение импульсных преобразователей /регуляторов постоянного напряжения/ или скорость электродвигателя. Для импульсных источников x(t) = Uconst стабилизации.

Основное достоинство ШИП (ШИМ) -- высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счёт использования их исключительно в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение тепловой мощности на силовом преобразователе (СП).

В ШИМ в качестве ключевых элементов использует транзисторы (могут быть применены и др. полупроводниковые приборы) не в линейном, а в ключевом режиме, то есть транзистор всё время или разомкнут (выключен), или замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи весьма мал, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, выделяемая на транзисторе мощность практически равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю -- выделяемая мощность также мала. В переходных состояниях (переход ключа из проводящего состояния в непроводящее и обратно) мощность, выделяемая в ключе значительна, но так как длительность переходных состояний крайне мала, по отношению к периоду модуляции, то средняя мощность потерь на переключение оказывается незначительной.

Описание устройства управления.

В качестве аппаратной части проекта ШИМ- регулятора представлено устройство, собранное на основе тест- платы LegoAVR20 с МК ATtiny2313, используемое совместно с адаптером внутрисхемного программатора PonyProg, для управления какой-либо нагрузкой, в частности приведен пример управления яркостью светодиода (5-ти ступенчатая регулировка) с помощью двух тактовых кнопок (+/-) и регулировка скоростью вращения двигателя постоянного тока.

Для сборки ШИМ применяется:

1) Тест- плата LegoAVR20 c микроконтроллером ATtiny2313, на которой формируются рабочие напряжения питания, с кварцевым генератором 4 МГц., с индикацией и разъемами портов B и D.

2) Внутрисхемный программатор PonyProg

3) Плата расширения №1 с 2 кнопками (на замыкание) и подтягивающими резисторами 4К7, подключаемыми ко входу МК (ножки 6 и 7), а также со светодиодом и гасящим резистором и двигателем постоянного тока, управляемым биполярным транзистором через интегрирующую цепочку;

4) Стабилизированный источник питания для тест- платы на 12В.

Рисунок 2 - Принципиальная схема устройства

микроконтроллер импульсный модуляция

Это устройство может изменять скважность импульсов с помощью двух тактовых кнопок S3(+) и S4(-), соответственно будет изменяться яркость светодиода.

Описание исходного кода программы управления микроконтроллером.

Исходный код программы написан в среде CodeVisionAvr и представлен в конце статьи.

Небольшие комментарии к исходному коду:

В этой части кода мы прописываем обработчик внешнего прерывания(INT0/INT1).

interrupt void ext_int0_isr(void)

interrupt void ext_int1_isr(void)

Настраиваем порты микроконтроллера, устанавливаем условие глобальных прерываний от INT0 и INT1, разрешаем глобальные прерывания.

MCUCR |= (0<

GICR |= (1<

MCUCR |= (0<

GICR |= (1<

PORTB=0x00;//Все пины порта В в 0

DDRB=0xFF; //Все пины Порта B на выход

PORTA.0=0x00;//пин порта A в 0

DDRA.0=0xFF; //пин Порта A на выход

PORTC=0x00;//Все пины порта С в 0

DDRC=0xFF; //Все пины Порта B на выход

PORTD.0=0x00; //Все пины порта D в 0

DDRD.0=0xFF; //Все пины Порта D на выход

TCCR0=0x6B;//start timer

OCR0=0x00;// задаем величину генерируемого ШИМ сигнала

#asm("sei")//разрешаем глобальные прерывания

Цикл, Оператор выбора из множества вариантов, регистром OCR0 настраивается скважность импульса (1-255).

Без изменения прошивки к микроконтроллеру можно подключить любой 7-ми сегментный индикатор с общим катодом, который будет отображать номер режима работы ШИМ-регулятора (от 1 до 5). Катод индикатора подключается на 39 ножку МК, а анод через токоограничительные резисторы (100-250 Ом) на 21-27 ножки МК.

Фьюзы для прошивки выставлять не надо. Оставляем их стандартными.

Заключение

Это устройство имеет широкое применение. Например его можно использовать для управления яркостью светодиодов, управлять оборотами вентилятора, применить для регулировки оборотов двигателя сверлильного станочка и т.п.

Более мощную нагрузку (вентилятор, большое кол-во светодиодов) необходимо подключать через транзистор.

В проекте использована схема с МК ATtiny2313. Можно использовать и другие микроконтроллеры серии AVR. Например, AVR ATmega16 имеет аппаратную возможность формировать 4 ШИМ сигнала на ножках OC0 OC1A OC1B OC2 (аппаратную - значит не загружая процессор вычислениями), AVR ATmega48 -88 -168 имеют 6 аппаратных PWM с частотой до 78 КГц, AVR ATmega128 имеет 6 аппаратных PWM с разрешением до 16 бит! Если вам этого мало, то с помощью таймеров МК можно программно сформировать еще множество ШИМ-сигналов.

Список использованных источников

1. Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы. / В.Н. Баранов. ? М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2004. ? 228с.

2. Белов А.В. Создаем устройства на микроконтроллерах. / А.В. Белов. ? СПб.: Наука и техника, 2007. ? 304с.

3. Вольфганг Трамперт. AVR-RISC микроконтроллеры. / Вольфганг Трамперт; пер. с немецкого В.П. Репало. ? К.: Изд. «МК-Пресс», 2006. ? 458с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие, классификация и применения широтно-импульсной модуляции. Выбор элементной базы: назначение и режим работы микросхемы КР580ВИ53, К155АП5 и К155АГ3. Разработка электрической схемы ШИМ–регулятора и программы для управления через LPT порт ЭВМ.

курсовая работа , добавлен 14.11.2010


Составление функциональной схемы стабилизатора напряжения, принципиальной электрической схемы. Принцип работы силовой части. Специфика разработки системы управления стабилизатором напряжения, управляемым по принципу широтно-импульсного моделирования.

курсовая работа , добавлен 11.10.2009


Изучение сущности широтно-импульсной модуляции - изменения ширины (длительности) импульсов, следующих друг за другом с постоянной частотой. Разработка широтно-импульсного модулятора. Расчет генератора линейно изменяющегося напряжения. Выбор компаратора.

курсовая работа , добавлен 23.12.2010


Характеристика управления подводного аппарата по разомкнутому контуру, путём подачи на двигатель постоянного напряжения. Статическая характеристика двигателя. Методы построения регулятора высоты подводного аппарата. Изучение релейной схемы управления.

контрольная работа , добавлен 02.12.2010


Разработка структурной схемы регулятора напряжения для бортовой сети автомобиля. Расчет генератора прямоугольных импульсов, компаратора напряжения, датчика температуры, выходного каскада. Технологический маршрут изготовления монокристального регулятора.

дипломная работа , добавлен 29.09.2010


Управление работой устройства микроконтроллером PIC18F2550. Обмен информацией между микроконтроллером и часами. Передача данных на алфавитно-цифровой LED-индикатор. Меню изменения даты и времени. Схема устройства принципиальная. Листинг текста программы.

курсовая работа , добавлен 15.01.2013


Разработка электрической принципиальной схемы устройства управления. Обоснование его конструкции. Способ изготовления печатной платы. Расчет размерных и электрических параметров проводников. Моделирование тепловых процессов в подсистеме АСОНИКА-Т.

дипломная работа , добавлен 12.11.2013


Сравнительный анализ существующих способов построения телевизионных камер на приборах с зарядовой связью. Разработка структурной схемы. Синтез схемы управления выходным регистром, а также разработка принципиальной схемы генератора тактовых импульсов.

дипломная работа , добавлен 20.11.2013


Анализ влияния напряжения питания на работу микроэлектронных устройств. Принцип действия и характеристика устройств контроля напряжения. Выбор типа микроконтроллера. Функции, выполняемые супервизором. Разработка алгоритма и структурной схемы устройства.

диссертация , добавлен 29.07.2015


Разработка блок-схемы и программы работы микропроцессорного устройства для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Разработка принципиальной схемы функционирования устройства в среде САПР P-CAD.

Имеется большое количество различных схемных решений, однако в нашем случае мы разберем несколько вариантов ШИМ регулятор яркости светодиода () на PIC-микроконтроллере.

PIC10F320/322 это безупречный вариант для конструирования различных регуляторов освещения. При этом мы обретаем достаточно конструктивно навороченный прибор с наименьшей стоимостью и незначительными затратами времени на построение. Рассмотрим несколько вариантов диммера.

Первый вариант. Базовый регулятор яркости светодиода в котором изменение яркости свечения светодиодов осуществляется путем вращения ручки переменного , при этом яркость изменяется от 0 до 100%

Яркость свечения светодиодов устанавливается потенциалом сниманием с переменного резистора R1. Это изменяемое напряжение идет на ввод RA0, функционирующий как аналоговый ввод и подсоединенный к входу AN2 АЦП микроконтроллера. Вывод ШИМ RA1 контролирует силовой ключ на транзисторе V1.

Силовой транзистор возможно выбрать произвольный с логическим уровнем управления, то есть это те транзисторы, которые при получении 1…2 вольта на затвор целиком открывают свой канал.

К примеру транзистором IRF7805 возможно управлять током до 13 ампер соблюдая необходимые требования, а при любых других условиях до 5 ампер гарантировано. Разъем CON1 необходим, лишь для внутрисхемного программирования микроконтроллера, для этой же цели необходимы и сопротивления R2 и R5, то есть если микроконтроллер запрограммирован, то все эти радиоэлементы возможно не ставить.

Сопротивление R4 и BAV70 служат для защиты от перенапряжения и неправильного включения источника питания. Емкости C1 и C2 керамические и служат для снижения импульсных помех, и для надежности функционирования стабилизатора LM75L05.

Второй вариант. Здесь управление яркостью светодиодов так же осуществляется переменным резистором, а включение и выключение выполняется кнопками.

Третий вариант. Как видно в схеме отсутствует переменный резистор. В данном варианте управление яркостью свечения светодиодов выполняется исключительно двумя кнопками. Регулировка ступенчатая, изменение яркости происходит с каждым последующим нажатием.

Четвертый вариант. По сути такой же, как и третий вариант, но при удержании нажатой кнопки происходит плавное изменение свечения светодиодов.

Принципиальная схема сетевого импульсного источника питания для УНЧ, выходное напряжение +-25В при токе до 4,5А (примерно 200Вт). Схема собрана на микросхеме IR2153 и транзисторах IRF740. Приведены полезные советы по сборке и наладке устройства.

Хочу предложить небольшой обзор по данной схеме. Как-то была нужда собрать человеку простенький УНЧ, был найден корпус от старого предусилителя "радиотехника".

Места в корпусе много, но уместить сетевой трансформатор не получилось, корпус оказался по высоте маловат. Было решено собрать импульсный блок питания на микросхеме ir2153, как раз одна валялась без дела.

Принципиальная схема

Изначально за основу была взята схема с - настоятельно рекомендую не собирать так как там предложено, иначе можно устроить пожар или взрыв, схема с фатальной ошибкой и не одной.

Рис. 1. Схема импульсного блока питания, взятая за основу.

Рис. 2. Схема импульсного блока питания для УМЗЧ мощностью до 200Вт.

В первой схеме основная ошибка - нет разделительного конденсатора между полевыми транзисторами и трансформатором, без этого конденсатора транзисторы сразу же взорвутся при включении, или через пару минут как раскалятся...

У микросхемы IR2153 первый вывод - это плюс питания, поскольку напряжение на выводе 1 микросхемы в пределах 16-18 вольт то конденсатор должен быть на порядок выше по напряжению, а не впритык как указано на первоначальной схеме - на 16В. Можно установить конденсатор на напряжение 25В, я поставил на 35В.

Идем дальше, запитывать микросхему так как указано на первоначальной схеме через диод и резистор в 18К, нельзя!! Посмотрите как запитывается микросхемы IR2153 у меня (рисунок 2), а не непосредственно от переменки 220вольт (рисунок 1).

В схеме на рисунке 1 скачек напряжения в сети сразу же приведет к сгоранию микросхемы, хорошо если просто работать все перестанет, а так опять же взорвутся транзисторы.

Вот эти три ошибки на схеме с рисунка 1 могут привести к очень печальным последствиям!

Детали и конструкция

Дроссель фильтра по питанию 220 Вольт (Др1) взят из импульсного БП от телевизора, подойдет любой с учетом того какую мощность желаете получить... Варистор - любой на 10 ом, только не от зарядки для телефона и подобных маломощных импульсных БП.

Индуктивность по 25 Вольтам (L) взята от компьютерного БП на 450ватт, лишние обмотки были смотаны - оставляем только те что намотаны толстым проводом.

Высокочастотный трансформатор Tr1 взят оттуда же, подробно остановлюсь на его намотке с нуля. Разобрать такой трансформатор не расколов феррит достаточно сложно. Чтобы упростить задачу, нужно положить его на плиту и нагреть до сотни градусов, иными словами как только капелька воды на феррите будет кипеть - значит можно разбирать.

При таком нагреве, клей становится мягким и половинки феррита легко вытаскиваются из каркаса с обмоткой. При намотке трансформаторов в импульсных схемах рекомендуют мотать обмотки несколькими проводами - до 8 штук одновременно.

Делать так совсем не обязательно, первичную обмотку I мотал одним эмалированным медным проводом диаметром 0,45 мм - 49 витков. Вторичные обмотки II и III мотал двумя проводами диаметром 0,8 мм - по 8 витков в каждой.

Диоды выпрямителя ставим быстродействующие - из отечественных подойдут КД213 или КД212. У последних ток нагрузки по справочнику - 1А, а у КД213 - 10А. Подойдут диоды с граничной рабочей частотой 100кгц.

Вместо транзистора IRF740 можно поставить IRF840 и им подобные. Радиатор под транзисторы можно поставить в два раза меньше, при полной длительной нагрузке транзисторы греются не очень сильно - на ощупь градусов 45. Транзисторы обязательно нужно ставить на радиатор через изолирующие прокладки.

Вместо диодов RL205 можно поставить любой диодный мост с максимальным постоянным обратным напряжением 600В и максимальным постоянным прямым током 6А.

Переходная емкость (0,1мкФ) между транзисторами и трансформатором должна быть обязательно на напряжение 630В!

С указанными номиналами данная схема обеспечивает выходную мощность примерно 200 Вт при токе до 4,5А.

Печатку к схеме БП не делал - сразу рисовал на текстолите. У каждого детали и их варианты расположения могут быть разные. Схема простая и нарисовать свою печатку не составит большого труда.

Вот что получилось у меня:

Рис. 3. План моей печатной платы для импульсного сетевого блока питания.

Как видно из наброска, вместо разделительного конденсатора между транзисторами и трансформатором у меня установлены три штуки. Пришлось так поступить поскольку как не было одного на нужное напряжение, в итоге собрал из разных конденсаторов с общей емкостью в 0,5мкФ.

Самый идеальный вариант будет - 1мкФ на 630В. Но все работает вполне нормально и с емкостью на 0,1мкФ и с емкостью на 0,5мкФ.

Рис. 4. Готовая печатная плата для импульсного источника питания (вид со стороны соединений).

Рис. 5. Готовая плата импульсного источника питания (вид со стороны деталей).

Рис. 6. Самодельный сетевой импульсный блок питания для УМЗЧ.

Рис. 7. Внешний вид сетевого импульсного БП для усилителя мощности НЧ.

Налаживание

После сборки схемы, первое включение делаем через лампочку на 220В 60Вт, включенную последовательно с блоком питания.

Если при сборке не было сделано ошибок и замыканий, то при включении лампочка должна кратковременно вспыхнуть и потухнуть - это говорит о том, что все собрано правильно и КЗ в схеме нет.

Можно на низкую сторону в качестве нагрузки включить лампу на подходящее напряжение и дать поработать схеме минут пять. Если ничего не задымилось, то можно убирать лампу на 220 и пользоваться готовым БП.

Если же лампа включенная в разрыв питания 220В при первом включении горит и не тухнет - значит в схеме есть неисправность.

Рис. 8. Импульсный блок питания установлен в корпус с усилителем НЧ.

Рис. 9. Плата УНЧ и блока питания к нему в корпусе от предусилителя Радиотехника (фронтальный вид).

Рис. 10. Плата УНЧ и блока питания к нему в корпусе от предусилителя Радиотехника (тыловой вид).

В качестве дополнения: схема УНЧ взята из .

Рис. 11. Схема УНЧ с выходной мощностью 60Вт при нагрузке 4 Ома и питании +-28В.

Литература:

1. radiostroi.ru/pitan776/57-impblokpitkomp
2. А. Агеев - Усилительный блок любительского радиокомплекса. Журнал Радио за 1982 год, номер 8.

Казалось 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:

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:

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:

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

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.

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:

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.

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:

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:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

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.

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

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».

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»