ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
В составе каждого усилительного устройства необходим источник питания, который должен вырабатывать в общем случае одно или несколько значений постоянного напряжения. Являясь самым незаметным узлом в тракте усилителя, источники питания по доставляемым хлопотам занимают одно нэ первых мест.
В связи с большим потреблением мощности усилителем 34 необходимое для ere питания постоянное напряжение получают трансформированием и последующим выпрямлением напряжения сети. Полученное таким способом напряжение питания изменяется в зависимости от уровня входного звукового сиг-нала и колебаний сети и, как правило, имеет заметную пульсацию. Поэтому в цепь питания (особенно для питания предварительных каскадов усилителей 34) включают стабилизатор напряжения, который компенсирует эти изменения напряжения. Однако стабилизированные источники питания, обеспечивающие высокую стабильность (0,05%) и малый уровень пульсаций (5... 10 мВ) вы» ходнего напряжения, достаточно дороги, а в некоторых цепях (например, оконечный усилитель мощности) и не обязательны. Для большинства усилителей 34 приемлемое значение нестабильности выходного напряжения составляет ±5% для выходного каскада и ±0,5% для предварительных каскадов усиления.
При выборе режимов работы и отдельных элементов источников питани» необходимо руководствоваться следующими замечаниями.
Мощность трансформатора выбирают выше музыкальной мощности (мощности, которую может обеспечить усилитель с определенным коэффициентом гармоник, например Kг = 5%, при воспроизведении сигнала импульсного характера (речь, музыка), если выходное напряжение источника питания не меняется при наличии или отсутствии входного сигнала) усилителя примерно на 20%. Выбор конденсаторов и диодов проводится не по установившемуся режиму, а по предельным значениям тока, возникающего в момент включения, так как разряженный конденсатор в момент включения выпрямителя эквивалентен короткозамкнутой цепи. Импульсный ток диода в этот момент не должен превышать допустимого значения.
Для ограничения броска тока в мо мент включения достаточно между вторичной обмоткой и выпрямителем включить резистор сопротивлением 0,5 Ом. Этот резистор одновременно ограничивает бросок тока через конденсатор фильтра и защищает сетевой предохранитель от выгорания в момент включения.
Рабочее напряжение конденсатора выбирают на 25% выше, чем выходное напряжение выпрямителя из расчета на наихудший вариант — отсутствие нагрузки при максимальном напряжении сети. Конденсатор фильтра должен сглаживать чрезмерные пульсации тока, иначе из-за рассеивания мощности электролитические конденсаторы нагреваются, и срок их службы сокращается.
Далее рассмотрены источники питания для усилителей 34, в которых учтены перечисленные требования.
Простой нестабилизированный источник питания. Для питания совреыек-ных усилителей мощности в большинстве случаев используют нестабилизированный источник напряжения. При этом питание предварительны! каскадов усилителя производят от этого же источника через маломощные параметрические стабилизаторы и сглаживающие фильтры. С ростом сигнала ток потребления усилителя увеличивается, напряжение в нестабилизированном источнике падает, пульсации становятся больше. Эти отклонения питающего напряжения не оказывают существенного влияния на работу усилителя при правильно выбранных параметрах источника питания и режимах работы функциональных узлов усилителя 34. Практическая схема нестабилизированного двухполярного источника питания приведена на рис. 94. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . . ±24 В
Номинальный ток нагрузки выпрямителя....... 2 А
Номинальное выходное стабилизированное напряжение , . , ±15 В
Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 40 мА
Коэффициент пульсаций выходного напряжения выпрямителя при токе нагрузки 2 А.......... 10%
Коэффициент пульсаций выходного напряжения стабилизатора при токе нагрузки 40 мА........... 1%
Выходное напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т1 выпрям« яяется мостовым однофазным двухполупериодным выпрямителем (диоды VD1 — VD4) и сглаживается конденсаторами фильтра С2, СЗ. Для питания предварительных каскадов используют параметрические стабилизаторы на элементах R6, VD5, С4 и R7, VD6, С5. Включение источника питания индицируется све-тодиодом HL1.
Отметим характерные особенности рассматриваемого узла. Так, для подключения источника питания в сеть нужно использовать трехпроводный сетевой провод, где один из проводов служит для заземления кожуха усилителя. Такое включение обеспечивает безопасность работы с усилителем. В этом случае при пробое изоляции трансформатора или случайном контакте одной из шин питания с кожухом прибора сгорит лишь предохранитель FU1, отключив усилитель от сети. В качестве предохранителей FU1 — FU5 применяют медленно действующие плавкие предохранители, так как в момент включения имеют место большие токи переходных процессов (например, при зарядке конденсаторов фильтров). Предохранитель FU1 выбирается из расчета, чтобы ток срабатывания предохранителя был больше, чем значение номинального тока усилителя, по крайней мере, на 50%.
Рис. 94. Принципиальная схема нестабилизированного источника питания (конденсаторы С2, СЗ на напряжение 50 В)
Цепь из последовательно соединенных резистора R1 и конденсатора С1, подключенная параллельно первичной обмотке трансформатора, предупреждает появление больших переходных процессов индуктивного характера, которые могут возникнуть при выключении усилителя. Эти процессы не только создают помехи для других рядом работающих приборов, но также разрушают контакты выключателя. Резисторы R4 и R5, шунтирующие конденсаторы С1 и С2, разряжают эти конденсаторы за несколько секунд в условиях отсутствия нагрузки, что очень важно при отладке усилителя. При их отсутствии конденсаторы С1 и С2 остаются заряженными после выключения усилителя и можно повредить какие-либо элементы, особенно измерительные приборы.
Непосредственно на выходе стабилизаторов установлены высокочастотные конденсаторы С7 и С6 (КМ-6). Они сглаживают переходные процессы и обеспечивают полное выходное сопротивление стабилизаторов на низком уровне на высоких частотах, исключая тем самым возможное самовозбуждение предварительных каскадов.
В качестве силового можно использовать любой трансформатор, имеющий вторичную обмотку с отводом от середины, рассчитанную на напряжение 2Х Х17 В и ток не менее 2 А. Например, при использовании тороидального маг-нитопровода ОЛ50/80-40 из стали Э320 первичная обмотка на напряжение 220 В содержит 1220 витков провода ПЭВ-2 0,31, а вторичная — 2Х10З витка провода ПЭВ-2 0,8. Экранирующая обмотка выполняется проводом ПЭВ-2 0,12 в один слой. В источнике питания использованы конденсаторы К50-18, К50-6, КМ-6, резисторы МЛТ-0,5, МЛТ-0,25, конденсатор С1 — МБГО на 600 В.
При монтаже предохранителя FU1 сетевой провод подводится только к заднему выводу держателя предохранителя, чтобы исключить случайное соприкосновение с силовой линией при смене предохранителя. Также необходимо тщательно производить монтаж выключателя SB1 на передней панели (использовать провода хорошего качества, после пайки сетевых выводов контакты SB1 изолировать). Общий провод и цепи питания каждого функционального узла подсоединяют к стабилизатору отдельными проводами непосредственно к диодам стабилизатора (VD5 и VD6). Общий провод источника подключают к корпусу усилителя в одной точке вблизи наиболее чувствительного функционального узла.
Налаживание узла не потребуется, если монтаж проведен правильно о учетом указанных рекомендаций и с использованием исправных элементов.
Источник питания с устройством задержки подключения громкоговорителей. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . , ±24 В
Номинальный ток нагрузки выпрямителя....... 2 А
Номинальное выходное стабилизированное напряжение . . .
±15 В
Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 40 мА
Время задержки, приблизительно......... 2 с
На рис. 95 приведена схема источника питания с устройством задержки подключения громкоговорителей. Источник питания аналогичен приведенному на рис. 94. Для устранения щелчков при включении усилителя используется устройство задержки подключения громкоговорителей, выполненное на транзисторе VT1. Время задержки подключения определяется временем зарядки конденсатора С5 через резистор R7. В качестве трансформатора Т1 желательно использовать тороидальный трансформатор, обладающий меньшим полем рассеивания по сравнению с обычными.
В данном источнике питания использованы такие же элементы, что и в простом нестабилизированном источнике (рис. 94). Кроме того, применены реле РЭС-47 (паспорт РФО.500.417), конденсаторы К50-24, диод КД102. Помимо указанного на схеме можно применить транзисторы типа К.Т603 или КТ608.
Для монтажа устройства задержки использована унифицированная монтажная плата.
Рис. 95. Принципиальная схема источника питания с устройством задержки подключения громкоговорителей [С2 — С5 на напряжение 50 В)
Как и предыдущий источник питания, данный узел настраивать не требуется. Время задержки при желании можно изменять подбором резистора R7 или конденсатора С5.
Комбинированный источник питания. Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальное выходное нестабилизированное напряжение . . ±24 В
Номинальный ток нагрузки.........., 2 А
Номинальное выходное стабилизированное напряжение . , . ±15 В
Номинальный ток нагрузки стабилизатора...... 0,1 А
Коэффициент пульсаций выходного напряжения выпрямителя при токе нагрузки 2А............ 10%
Коэффициент пульсации выходного напряжения стабилизатора при токе нагрузки 0,1 А . . . . . . , 0,1%
Для уменьшения влияния усилителя мощности на каскады предварительного усиления по цепям питания желательно напряжение питания предварительных каскадов снимать с отдельной обмотки трансформатора.
При этом для улучшения фильтрации можно использовать более сложный стабилизатор, например, как показано на рис. 96. Нестабилизированный источник питания здесь не отличается от описанных ранее. Питание же на предварительные каскады формируется от напряжения с дополнительной обмотки трансформатора. Выпрямленное диодами VD3, VD4, VD7, VD8 напряжение поступает на входы простых стабилизаторов положительного (транзисторы VT1, VT3) и отрицательного (VT2, VT4) напряжения. На транзисторах VT1 и VT2 собраны источники постоянного тока для стабилитронов VD13 и VD14 соответственно. Транзисторы VT3 и VT4 включены по схеме эмиттерных повторителей.
Трансформатор Т1 аналогичен трансформатору Т1 на рис. 94. Дополнительная обмотка содержит 2Х10З витка провода ПЭВ-2 0,31. Стабилизаторы собраны на унифицированной монтажной плате. Транзисторы VT3 и VT4 необходимо установить на небольшой радиатор, в качестве которого можно использовать уголок размерами 25X25X32 мм из алюминия толщиной 2 мм. В источнике питания использованы детали, аналогичные примененным в предыдущих блоках питания. Налаживание источника питания заключается в про-«ерке правильности монтажа.
Рис. 96. Принципиальная схема комбинированного источника питания (конденсаторы Cl, C2 на напряжение 50 В)
ПРАКТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ И ШУМОВ В УСИЛИТЕЛЯХ ЗЧ
ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ
Одним из основных качественных показателей усилителя 34 является динамический диапазон. Переменное звуковое напряжение, поступающее на вход усилителя, представляет собой ряд гармонических составляющих сигнала с различными амплитудами, величины которых изменяются в соответствии о изменением громкости и тембра передаваемого звука. Максимальная мощность звуковых колебаний, воспринимаемых человеческим ухом, в 1012 раз больше минимальной мощности, определяемой порогом чувствительности уха на средних звуковых частотах, т. е. динамический диапазон мощности, воспри» нимаемой слушателем, составляет:
Д=10 lg(Рmах/Рmin)=120дБ.
Максимальная передаваемая мощность Рmаx ограничена искажениями, возпикающими в усилителях при больших амплитудах сигнала из-за нелинейноети элементов усилителя. Нижний уровень передаваемого динамического диапазона мощностей Pmin ограничивается в усилителе как его собственными шумами, так и всевозможными помехами внешнего и внутреннего происхождения. В идеале, для высококачественного звуковоспроизведения необходимо полностью сохранить динамический диапазон в 120 дБ. На практике это оказывается весьма сложно и степень приближения динамического диапазона к 120 дБ может служить критерием совершенства усилительного устройства. Если достижение максимальной передаваемой мощности Рmax больше определяется схемотехническими решениями, то в достижении минимального значения Pmin большую роль играют как конструктивные решения, так и выбор специального режима работы и типов радиоэлементов, а также правильная организация системы заземления усилителя.
В усилителях 34 основными источниками помех являются; ближние электрические и магнитные поля (сетевые провода, трансформаторы и т. п.); пульсация источников питания (фон с частотой 50, 100, 150 Гц); внешние источники дальнего электромагнитного поля (мощные радиостанции, рентгеновские установки и т. п.); затухающие колебания или самовозбуждение из-за неоптимальных или паразитных обратных связей [связь через общий источник питания, через полное сопротивление заземления); собственные шумы электронных компонентов (в основном входных резисторов и транзисторов).
Если расстояние L от источника помехи до приемника помехи значительно больше Л/2п=Л/6, то компоненты магнитного и электрического поля внешнего электромагнитного поля воздействуют на него комплексно, в случае же, когда 1<Л/6, компоненты поля учитываются порознь. Воздействие электричесского поля рассматривается в виде емкостной связи источник — устройство, с магнитного — в виде связи через взаимную индуктивность.
Следует указать, что единого метода борьбы с помехами не существует. Но можно предложить комплекс мер, позволяющих во многом устранить вредное действие помех на усилитель 34. К ним относятся:
защита проводов;
заземление;
экранирование узлов;
развязка каскадов по питанию и т. д.
