Запуск УНЧ по пунктам
Вначале нужно сказать про защитные резисторы. Смысл всех резисторов – снижать ток. В разные точки схемы включенные, они создают токи коллектора, входные, токи смещения и прочие. Включенные в разрыв питающих проводов, они снижают потребляемый схемой ток, или ограничивают его.
Схема защитного выпрямителя:
На контактах 2-3-7 обычное питание, так сказать, “±” (плюс-минус). На контактах 1-3-8 то же питание, только ослабленное по мощности. В итоге, если выпрямитель отдает ±30В при токе 5А на контактах 2-3-7, то с контактов 1-3-8 мы не снимем ток, больший 0,3А.
Испытывая усилитель таким током, работоспособность его проверить можно, а вот если в схеме есть ошибки, то больше чем в половине случаев можно предотвратить выгорание деталей, сэкономить время и деньги.
Если только что собранный усилитель испытывать сразу же на полной мощности, ошибки в схеме приведут к различного рода пиротехническим эффектам, выжиганию транзисторов и еще туевой хуче проблем.
Печатная плата:
Итак, подключаем к защитному питанию, и – поехали!
- После подачи питания касаемся любым металлическим предметом (отверткой) входа усилителя. Руки при этом должны быть изолированы от предмета и токоведущих частей схемы. Из динамиков должен раздаться сетевой фон.
- Если фон появился, отключаем усилитель от сети, ждем, пока разрядятся конденсаторы питания и подключаем источник сигнала. Подаем питание и из динамиков слышим звук 🙂 О, чудо! оно заработало!!! Пить пиво рано. Впереди у нас с вами еще огромная работа. Переходим к пункту 7.
- Фон вперемешку со свистом говорит нам о самовозбуждении усилителя. Раз так – переходим к пункту 6.
- Если звук идет, но искаженный, возможно, подан слишком сильный сигнал, или он искажается до усилителя. Уменьшаем громкость. Если искажения не прошли, то неисправность на плате; идем в пункт 6.
- Если фона нет, то возможны неполадки на плате, в таком виде усилитель может выйти из строя. усилитель желательно сразу же отключить от сети. Нам в пункт 6.
- Проверяем монтаж, замыкания меж элементами, между дорожками, исправность элементов, правильность их установки на плату. Промываем плату спиртом, ацетоном. Если неполадка не устранена – либо нерабочая сама схема, либо мы что-то забыли сделать, либо при сборке схемы кто-то шел мимо и чихнул. Самовозбуждение наблюдаем осциллографом, в виде зашумленного широкополосного сигнала на выходе усилителя при отсутствии сигнала на входе.
- Если все вроде работает, не вспухают кондеры, не жарятся резисторы и есть звук – оставляем усилитель поработать минут 5 на небольшой громкости. Напряжение питания на самом усилителе должно быть таким же, как до резисторов, или около этого. Если разница большая, замерим ток через резисторы. Он должен быть таким, каким указан в описании усилителя. Если что-то не так, то нужно про это не забыть и разобраться.
- Что ж, настало самое последнее испытание! Слабонервных просим выйти из зала!!! Не проводите эти испытания, не пройдя пункты 1-7!!! Переключаем питание на полную мощность. Не забудем про предохранители, иначе будем либо выковыривать осколки транзисторов из себя, либо побежим в подъезд менять пробки. МЕДЛЕННО И ПОСТЕПЕННО!!! добавляем громкость. Наши органы осязания, обоняния и все остальные работают на пределе возможностей, как в фильме “Без чувств”. Готовимся к появлению запаха, дыма, гула, держим руку на сетевом выключателе, мало ли если что. Контролируем температуру транзисторов, микросхем. Если радиаторы нагреваются до такой температуры, что нельзя руку держать – выключаем немедленно, иначе бабах. их надо заменить на побольше. Если конденсаторы вспухают – выключаем немедленно, иначе бабах. Если резисторы темнеют и начинают вонять – выключаем немедленно, иначе бабах.Не забываем про выпрямитель. Диодный мост не должен быть горячим, иначе бабах.
Спустя 10-20 минут работы усилителя на полную мощность можно говорить о его готовности к трудовой деятельности на благо отечеству. Закрутив все болтики, крышечки, идем за пивом, зовем девченок и включаем усилитель на полную катушку на три часа. Соседи, вешайтесь, падонки!
Источник: www.radiokot.ru
noneОпубликована: 2006 г.2Вознаградить Я собрал 0 0
x
- Техническая грамотность
- Актуальность материала
- Изложение материала
- Орфография
Источник: http://cxem.net/beginner/beginner48.php
Как развести земли при постройке усилителя низкой частоты?
Как развести земли и подключить корпус при постройке усилителя низкой частоты?
Уже несколько раз отвечаю на одни и те же вопросы, связанные с подключениями к общей шине при постройке УНЧ. Поэтому решил оформить ответ в виде небольшой заметки, в которой попытаюсь дать несколько простых советов по соединению блока усилителя с блоком питания и гнездами линейного входа.
Близкие темы
Финальная сборка, наладка и испытание УНЧ.
Пролог
Нередко, во время первого испытания самодельного УНЧ, выясняется, что он фонит (усиливает сигнал помехи частотой 50 или 100 Герц) или воспроизводит ещё какие-нибудь лишние звуки. Особенно хорошо различимы все эти артефакты в отсутствие полезного сигнала на входе.
Причиной возникновения помех может быть, либо возбуждение УНЧ на ультразвуковых частотах, либо проникновение пульсаций напряжения питания в полезный сигнал, либо наводки, вызванные внешними электромагнитными полями.
Возбуждение усилителя обычно возникает из-за нарушения работы Отрицательной Обратной Связи (ООС) по постоянному току, например потери емкости фильтра ООС, или неверного расчёта цепей коррекции частотной характеристики УНЧ. Возбуждение легко идентифицировать по току потребления УНЧ и искажению полезного сигнала. В большинстве случаев, сорвать возбуждение УНЧ можно без каких-либо существенных переделок конструкции.
А вот устранить разного рода помехи, связанные с питанием или внешними наводками, и проникающие в усилительный тракт из-за конструктивных недоработок бывает намного сложнее.
Поэтому желательно ещё во время проектирования усилителя знать о возможных «хомутах» и методах их устранения.
Вот живой пример просчёта, допущенного при проектировании УНЧ.
Давайте рассмотрим основные причины, вызывающие фон и другие помехи в акустической системе и попробуем в них разобраться с помощью упрощённых эквивалентных схем.
Будем считать условное обозначение поз.1 соединением с общей шиной или, проще говоря, с проводом к которому подключается общий провод питания и общий провод полезного сигнала УНЧ. В большинстве усилителей низкой частоты эти два проводника соединены гальванически.
Условным изображением поз. 2 обозначим точку соединения элементов экранирования между собой или корпусом УНЧ, если он металлический.
Как правильно развести земли входного сигнала и питания?
Ещё на стадии проектирования УНЧ, следует проанализировать все цепи на предмет протекания токов разных источников через одни и те же провода, экраны или дорожки печатной платы. Удобнее всего сделать это с помощью, так называемых эквивалентных схем. Не обязательно чертить эту схему, вполне достаточно держать её в голове во время проектирования.
Заменим общие проводники паразитными резисторами, а наводки, вызванные электромагнитными полями, конденсаторами.
На этой картинке Вы видите схему подключения двух независимых генераторов переменного тока к соответствующим нагрузкам. Эти две цепи имеют полную гальваническую развязку и проникновение сигнала одного генератора в нагрузку другого, возможно только посредством электромагнитных волн. Но, это вопрос экранирования и его мы рассмотрим в следующем параграфе.
На этой схеме показано подключение двух источников переменного тока к нагрузкам, с использованием общей шины. Необходимость в применении общей шины возникает из-за того, что входные цепи усилителей и цепи их питания связаны гальванически.
Кроме этого, общие шины могут использоваться для экономии провода или для упрощения разводки печатных плат. Хотя, в некоторых случаях, например, при проектировании печатных плат импульсных или ВЧ устройств, причины бывают и иные.
А вот это уже упрощённая эквивалентная схема, на которой видно, что при использовании общей шины, ток обоих генераторов течёт через паразитный резистор R3. И хотя сопротивление этого резистора ничтожно по сравнению с сопротивлением нагрузок генераторов, законы Кирхгофа продолжают действовать и здесь.
Давайте предположим, что работает только генератор G1 и генерирует некоторый ток в нагрузке R1.
Этот ток, протекая по общей шине, имеющей некоторое, пусть даже незначительное сопротивление, которое мы условно обозначим R3, создаст падение напряжения на этой самой шине.
Это напряжение приложится через внутреннее сопротивление генератора G2 к нагрузке R2 и через последнюю потечёт некоторый ток помехи. Таким образом, помеха от генератора G1 может попасть в нагрузку R2.
Чем это нам грозит?
Напряжение шумов на линейном входе усилителя может составлять доли микровольта, тогда как величина пульсаций в цепях нестабилизированного источника питания может достигать десятых долей вольта.
Если при этом иметь виду, что входное сопротивление линейного входа УНЧ составляет десятки килоом, то становится понятно, как эти пульсации могут проникнуть во входные цепи усилителя, если общие шины разведены без оглядки на подобную эквивалентную схему.
Предположим, мы собираем усилитель сигнала по приведённой схеме.
Если мы подключим соединительные провода так, как показано на схеме выше, то получим вот такую картинку. Как видите, при таком подключении, на общей шине появился участок, через который будет течь не только ток входного сигнала, но и ток от источника питания.
Чтобы исправить это безобразие, перенесём точку соединения общих проводов блока питания и входного сигнала поз.1 как можно ближе к схеме усилителя, чтобы снизить влияние помехи. Конечно, этих же принципов придётся придерживаться и при проектировании печатной платы.
Даже если все проводники общий шины усилителя разведены правильно, он всё ещё не защищён от воздействий помех, которые могут быть наведены на элементы усилителя внешними или внутренними электромагнитными полями.
На картинке знакомая уже схема подключения двух генераторов переменного тока. Но, в данном случае, мы попробуем проследить, как внешнее или внутреннее электромагнитное поле может стать причиной проникновения помех во входные цепи усилителя.
Условно обозначим ёмкость между «горячими» проводниками генераторов как C1.
Предположим, что генератор G2 выключен. Тогда ток, генерируемый G1 может потечь по цепи: верхний вывод генератора, паразитная ёмкость C1, резистор R2, общая шина, нижний вывод генератора G1. Таким образом, ток генератора G1 может проникнуть в нагрузку R2.
Чтобы минимизировать проникновение помехи, применим экранирование.
Это могло бы значительно снизить влияние внешних полей на входной сигнал, если бы мы не стали пускать ток генератора G1 по экранирующей оплётке кабеля точно так же, как это было в случае с общей шиной, описанном выше.
Поэтому доработаем нашу схему так, чтобы предотвратить протекание тока генератора G1 по экранирующей оплётке. Для этого достаточно подключить оплётку кабеля к общей шине только в одной точке.
Теперь применим экранирование сигнального провода в УНЧ, чтобы защитить его от наводок.
Это хорошее решение и оно в большинстве случаев может защитить входной сигнал от помех. Но, всё может оказаться не так радужно, когда мы будем иметь дело с уровнем сигнала на порядок ниже, чем уровень сигнала линейного входа.
Когда уровень усиливаемого сигнала очень мал, то становится ощутимым воздействие помех от всевозможных электромагнитных излучений. Электромагнитные волны легко проникают через экранирующую оплётку провода, которую обычно изготавливают из немагнитных материалов.
Кроме этого, электромагнитные волны по-разному воздействуют на оплётку и центральный провод, в силу их различной формы и величин распределённой ёмкости и индуктивности.
Если предположить, что на кабель воздействует однородное переменное электромагнитное поле, то последнее вызовет в центральном проводе и оплётке токи разной величины. И хотя токи эти будут иметь разный знак по отношению к полезному сигналу, алгебраическая сумма их будет больше ноля.
Если величина этих паразитных токов превысит уровень шумов усилителя то помеха может стать заметной на слух.
Для того чтобы минимизировать уровень помех в высокочувствительных цепях усилителя, используют экранированную витую пару, которую в народе называют микрофонным кабелем.
Токи, генерируемые электромагнитными полями в проводах витой пары текут в одном направлении и практически равны, благодаря идентичной форме каждого проводника витой пары.
В то же время, токи полезного сигнала текут в разных направлениях по проводникам витой пары.
Таким образом, в одном проводе ток помехи складывается с полезным сигналом, а в другом вычитается, что приводит к полной компенсации помехи.
Но, в любительской практике, витая пара может понадобиться не так часто, и используется разве что для подключения динамического микрофона или электромагнитного звукоснимателя к предварительному усилителю.
Обычно линейный вход усилителя низкой частоты подключают примерно по такой схеме. Как видите, общий провод линейного входа не соединён с корпусом гнезда.
В то же время, корпус гнезда соединён с металлическим корпусом усилителя.
Точно также с металлическим корпусом усилителя соединяют и другие элементы экранирования, например, межобмоточный экран силового трансформатора и металлический экран предварительного усилителя.
Но, во всех случаях, общую шину усилителя соединяют с металлическим корпусом (экраном) только в одной точке поз.1. Если таких точек будет больше одной, то токи «путешествующие» по металлическому корпусу усилителя начнут «заглядывать» в общую шину, что может стать причиной помех.
Если для линейного входа используется гнездо типа Джек 3,5мм, а корпус усилителя металлический, то придётся изолировать крепление гнезда от корпуса, так как общий вывод поз.1 и элементы крепления поз.2 в таких гнёздах соединены гальванически.
Итак, подведём итоги
Чтобы минимизировать паразитные токи и другие влияния источников помех на полезный сигнал, нужно ещё на стадии проектирования усилителя минимизировать любую возможность протекания токов разных источников по общим шинам.
Металлический корпус усилителя должен быть соединён с общей шиной усилителя только в одной точке. Хотя другие элементы экранирования, за исключением тех, по которым протекает полезный сигнал, могут быть соединены с корпусом произвольно.
Для подключения слабых источников сигнала, таких как головка динамического микрофона или электромагнитного звукоснимателя, следует использовать витую экранированную пару.
6 Декабрь, 2012 (17:51) в Аудиотехника
Источник: https://oldoctober.com/ru/ground/
Немного о блоках питания усилителей (часть I)
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.
Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):
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:
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.
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»
Источник: http://radiopages.ru/blok_pitaniya.html
Радиосхемы Схемы электрические принципиальные
категория
Источники питания
материалы в категории
М. СИРАЗЕТДИНОВ,г. Уфа
Радио, 2000 год, №9
При сборке мощных УНЧ всегда встает вопрос о защите от импульсных перегрузок в момент включения.
Как правило выходной каскад любого мощного усилителя питается от двухполярного источника в котором устанавливаются конденсаторы очень большой емкости (до 10 000 мкФ а порою и выше).
При включении блока питания через них начинает протекать очень большой зарядный ток что создает значительную нагрузку на сам источник питания, да и для выходного каскада это тоже не сильно-то хорошо…
Выход из положения- так называемый “мягкий” запуск: плавная подача сетевого напряжения на сетевой трансформатор. В литературе рассматривалось достаточно много устройств и здесь представлено очередное из них.
Главная его отличительная особенность заключается в том что что здесь нарастание сетевого напряжения происходит действительно плавно, а не ступенчато как во многих подобных устройствах.
Схема устройства для мягкого включения УНЧ
Принципиальная схема устройства “мягкого” включения питания УМЗЧ показана на рисунке.
Транзистор VT1 через диодный мост VD1-VD4 включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора Т1 блока питания.
Выбор полевого транзистора МОП-структуры с изолированным затвором обусловлен высоким входным сопротивлением его управляющей цепи, что позволяет уменьшить потребляемую мощность.
Узел управления состоит из цепей, формирующих напряжение на затворе транзистора VT1, и электронного ключа на транзисторах VT2, VT3.
Первая цепь образована элементами VD5, C1, R1 — R3, VD7, С4, устанавливающими начальное напряжение на затворе транзистора VT1.
Во вторую – входят элементы VD8, R4, R5, С2, СЗ, обеспечивающие плавное нарастание напряжения на затворе транзистора VT1. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT1 и защищает его от пробоя.
В исходном состоянии конденсаторы цепей узла управления разряжены, поэтому в момент замыкания контактов выключателя сетевого питания SB1 напряжение на затворе транзистора VT1 относительно его истока равно нулю и ток цепи исток-сток отсутствует.
Это означает, что ток в первичной обмотке трансформатора Т1 и падение напряжения на ней также равны нулю.
С приходом первого положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 начинает заряжатьсячерез цепь VD5, VD3 и в течение этого полупериода заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения.
Стабилитрон VD7 стабилизирует напряжение на делителе R2R3.
Напряжение на нижнем по схеме плече подстро-ечного резистора R3 определяет начальное напряжение затвор—исток транзистора VT1, которое устанавливается близким к пороговому значению 2…4 В.
Через несколько периодов сетевого напряжения импульсы тока, протекающие через конденсатор С2, зарядят его до напряжения, превышающего напряжение отсечки транзистора VT3.
Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 закрывается, и конденсатор СЗ начинает заряжаться через цепь VD8, R4, R5, R3, VD3. Напряжение затвор—исток транзистора VT1 определяется в это время суммой напряжения на нижнем плече резистора R3 и плавно возрастающего напряжения на конденсаторе СЗ.
По мере роста этого напряжения транзистор VT1 открывается и сопротивление его канала исток-сток становится минимальным. Соответственно напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1 плавно увеличивается почти до величины сетевого напряжения. Дальнейший рост напряжения затвор—исток транзистора VT1 ограничивается стабилитроном VD6.
В установившемся режиме падение напряжения на диодах моста VD1-VD4 и транзисторе VT1 не превышает 2…3 Вт, так что на дальнейшую работу блока питания УМЗЧ это практически не влияет. Длительность наиболее тяжелого режима работы транзистора VT1 не превышает 2…4 с, поэтому рассеиваемая им мощность невелика.
Конденсатор С4 устраняет пульсации напряжения на переходе затвор—исток транзистора VT1. создаваемые импульсами зарядного тока конденсатора СЗ на нижнем плече резистора R3.
Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 быстро разряжает конденсатор СЗ после выключения блока питания УМЗЧ или при кратковременных перебоях в сети питания и подготавливает узел управления к повторному включению.
В авторском варианте устройства защиты использован импортный конденсатор производства фирмы Gloria (С1), а также отечественные: К53-1 (С2, С4) и К52-1 (СЗ). Все постоянные резисторы – МЛТ, подстроечный резистор R3 – СП5-3.
Транзистор КП707В (VT1) может быть заменен на другой, например. КП809Д. Важно, чтобы сопротивление его канала в открытом состоянии было минимальным, а предельное напряжение исток—сток составляло не менее 350 В.
Вместо транзистора КТ3102Б (VT2) допустимо использовать КТ3102В и КТ3102Д, а вместо КП103И(VTЗ)-КП103Ж.
Транзистор VT1 снабжен небольшим теплоотводом площадью 10…50см2.
Настройка устройства заключается в подборе оптимального положения движка подстроечного резистора R3. Первоначально его устанавливают в нижнее (по схеме) положение и через высокоомный делитель подключают к первичной обмотке трансформатора
Т1 осциллограф. Затем замыкают контакты выключателя SB1 и, перемещая движок резистора R3. наблюдают за процессом нарастания амплитуды напряжения на первичной обмотке трансформатора.
Движок оставляют в таком положении, при котором временной интервал между включением SB1 и началом нарастания амплитуды напряжения на обмотке Т1 минимален.
При необходимости следует подобрать емкость конденсатора СЗ.
Устройство испытывалось с макетом УМЗЧ, близким по структуре к усилителю, описанному в статье А. Орлова “УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения” (см. “Радио”. 1997, № 12, с. 14 — 16). Выброс напряжения на выходе УМЗЧ при включении блока питания не превышал 1.5 В
Источник: http://radio-uchebnik.ru/shem/9-istochniki-pitaniya/1333-myagkoe-vklyuchenie-unch
Искусство схемотехники. Часть 10 – Усилители низкой частоты
Избранные главы из книги С. А. Гаврилова «Искусство схемотехники. Просто о сложном».
Продолжение
Начало читайте здесь:
Часть 1 – Транзисторы и их модели
Часть 2 – Стабилизация режима
Часть 3 – Вопросы из практики
Часть 4 – Что влияет на стабильность
Часть 5 – Самостабилизирующиеся схемы
Часть 6 – Стабилизация сигнальных параметров
Часть 7 – Измерительные схемы
Часть 8 – Диапазон уровней
Часть 9 – Вопросы из практики
| Заказать книгу можно в интернет-магазине издательства |
11.3. Усилители низкой частоты
Как работает усилитель низкой частоты
Требования к УНЧ. Прежде чем приступить к изготовлению усилителя низкой частоты (УНЧ), коснемся самым кратким образом основ его работы. Основную функцию УНЧ можно сформулировать одной фразой – усилить входной звуковой сигнал до мощности, необходимой для его воспроизведения акустической системой (АС), и при этом внести в сигнал минимальные искажения.
Для выполнения этой функции УНЧ должен:
- во-первых, иметь высокий коэффициент усиления по мощности:
- во-вторых, иметь максимально линейную передаточную характеристику, т. е. график зависимости величины сигнала на выходе усилителя от величины сигнала на его входе должен представлять собой абсолютно прямую линию, проходящую через точку (0,0) координатной плоскости.
|
Вдобавок ко всему, форма этих характеристик зависит еще и от частоты сигнала, подаваемого на вход, хотя на низких частотах эта зависимость редко приобретает катастрофические масштабы. Как же в таких условиях добиться качественной работы усилителей?
| Рис. 11.16. | Передаточные характеристики: а – передаточная характеристика транзистора;б – подана постоянная составляющая |
Передаточные характеристики. Рассмотрим для примера передаточную характеристику транзистора (рис. 11.16, а). Она представляет собой замысловатую кривую, которую с массой оговорок можно назвать экспонентой.
На графике (рис. 11.16, а) легко можно увидеть, что верхняя часть кривой более-менее похожа на прямую линию (по крайней мере, по сравнению с нижней ее частью). Если бы нам удалось для усиления сигнала использовать только верхнюю часть кривой, то мы получили бы достаточно хорошее приближение к идеалу.
Сделать это довольно просто – надо подать на вход транзистора вместе с усиливаемым сигналом еще дополнительную постоянную составляющую, которая сместит усиливаемый сигнал в «почти прямую» область передаточной характеристики (рис. 11.16, б). Эта дополнительная составляющая так и называется – «смещение».
Режимы работы усилительных элементов. В зависимости от соотношения величины сигнала и величины смещения различаются несколько режимов работы усилительных элементов:
- режим А – величина смещения заведомо больше любого возможного сигнала на входе усилителя;
- режим В – величина смещения такова, что суммарный сигнал может заходить в область начального изгиба передаточной кривой, а порой даже и в левую часть графика, где транзистор вовсе не усиливает сигнал;
- режим С – смещение как таковое отсутствует совсем.
Конечно, самый лучший в плане приближения к идеалу – режим А, но за такое приближение приходится платить очень дорогую цену, ведь усилительный элемент усиливает не только полезный сигнал, но и поданное смещение.
Усиление же связано с выделением теплоты – так уж устроила природа.
КПД усилителей класса А (класс усилителя определяется режимом работы его выходных транзисторов) даже теоретически не может быть больше 50%, в реальности же он еще меньше.
Непременный атрибут усилителей класса А – гигантские радиаторы. Поэтому в чистом виде класс А в УНЧ применяется достаточно редко, обычно это все-таки некая разновидность класса В.
Главный недостаток класса В – то, что входной сигнал может временами оказываться в области, где усиления сигнала нет вовсе. Во что превратится в этом случае выходной сигнал, лучше даже не думать. Как решить эту проблему?
До ответа специалисты додумались много десятилетий назад – нужно, чтобы сигнал усиливал не один элемент, а два! Один – одну «половину» сигнала, другой – другую.
Сделать это довольно просто – нужно подать входной сигнал на два транзистора разной проводимости (т. н.
комплементарная пара) либо подать на два одинаковых транзистора два противофазных сигнала, а усиленные сигналы определенным образом сложить.
Передаточная характеристика такой «парочки» получается не совсем прямой, в области небольших сигналов у нее присутствует т. н. «ступенька», но ее в некоторой степени можно «задавить» смещением. Усилители, в которых для усиления сигнала используется пара усилительных элементов, называются двухтактными, в отличие от однотактных, в которых такой элемент один.
Класс С, несмотря на свою высокую экономичность, в УНЧ используется редко – слишком велики вносимые им искажения. Зато этот класс с успехом применяется в передатчиках.
Ведь в силу специфики излучаемого передатчиком сигнала в передающей технике существуют эффективные способы устранения искажений, вносимых каскадом, работающим в классе С.
При этом экономичность каскада при излучаемой передатчиком мощности в единицы, десятки или даже сотни киловатт становится слишком серьезным фактором, чтобы им пренебрегать.
Впрочем, инженерная мысль и здесь не дремлет – в культовом УНЧ «Quad-405» и его клонах разработчики путем оригинального технического решения заставили-таки выходные транзисторы работать в классе C, и получить при этом прекрасный звук!
|
Обратная связь. И здесь на помощь разработчикам УНЧ приходит техническое решение, широко применяющееся в устройствах автоматического регулирования – обратная связь (рис. 11.17). Идея обратной связи проста – усиливаемый сигнал подается не на вход усилительного элемента, а на вход специального блока сравнения.
| Рис. 11.17. | Обратная связь |
На другой его вход через делитель напряжения R1, R2 подается сигнал с выхода усилительного элемента. Если оба сигнала одинаковы, на выходе устройства сравнения сигнала нет. Если же они отличаются, на выходе устройства сравнения появляется такой сигнал.
Будучи поданным на усилительный элемент, он приведет выходной сигнал усилителя в точное соответствие его входному сигналу. Поэтому выходной сигнал усилителя всегда будет пропорционален входному, а коэффициент пропорциональности (читай – коэффициент усиления) будет определяться только соотношением величин резисторов делителя напряжения R2/R1.
Эти резисторы по природе своей являются элементами с той самой линейной передаточной характеристикой, которую мы так стремимся получить.
|
Качество звука.
Сказав «качество звука», мы поднимаем целый пласт вопросов, связанный с объективной оценкой качества усилителя: субъективные-то оценки давать проще простого – «не нравится» и точка! Для оценок качества звучания усилителя используются различные показатели. Например, коэффициент гармоник – рассчитанное по результатам измерений соотношение величины гармоник сигнала к основному тону (грубо говоря, сколько отсебятины вносит усилитель в исходный сигнал).
Понятно, что чем меньше вносимые усилителем искажения, тем лучшими, по большому счету, будут соответствующие коэффициенты. Нужно только не забывать, что вы, уважаемый радиолюбитель, делаете усилитель не для того, чтобы наслаждаться низким коэффициентом гармоник, а чтобы слушать музыку.
|
Итак, по необходимости краткий экскурс в область, касающуюся усилителей низкой частоты, закончен. Поскольку в качестве примеров мы с вами рассматривали транзисторы, первый вариант усилителей у нас и будет на транзисторах.
Из книги С. А. Гаврилов. «Искусство схемотехники. Просто о сложном»
Продолжение читайте здесь
Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=105922
Как работают усилители звука (усилители низких частот)
Звук, всё, что мы слышим, есть синусоидальное колебание. То есть такое, как на рис.1.
Сначала ток течет в одну сторону, напряжение увеличивается, идет вверх по шкале U, потом в другую, вниз. Это как линейка – зажать один край в тисках, а по второму ударить – она издаст звук. Если к второму краю линейки прицепить карандаш, ударить и мимо провести лист бумаги, то карандаш нарисует нам именно такое колебание. Правда, затухающее. Звух затухать будет.
Нам надо в динамик подать звук, то есть тот же синус, только усиленный. Бумага динамика будет описывать колебания такие же, как конец линейки – вперед/назад.
Смотрим рис.2. Это общая схема усилителя на одном транзисторе, или как еще называют, однокаскадного усилителя.
Динамик (или наушники) мы подключаем к конденсатору С2, прямо в точки ВЫХОД.
На коллекторе транзистора устанавливается напряжение, равное половине питания, то есть нам транзистор надо открыть наполовину – это условие работы этого усилителя. То есть если у нас питание 12вольт, то на коллекторе будет 6вольт.
Поскольку конденсатор не пропускает через себя постоянное напряжение (которое установилось на коллекторе), на ВЫХОДЕ усилителя будет 0, ничо не будет на нем. Пусто.
Если на ВХОД усилителя подать слабый сигнал, то напряжение на коллекторе будет меняться сначала вверх по шкале U (то есть увеличиваться до напряжения питания), потом вниз по шкале U (то есть уменьшаться до нуля).
Транзистор в это время сначала запирается вообще (то есть увеличивается напряжение на коллекторе – это делает резистор R2), затем открывается полностью (уменьшается напряжение на коллекторе). То есть на коллекторе у нас действуют сразу два напряжения – одно постоянное установившееся, а второе – усиленный входной сигнал.
Вот этот усиленный входной сигнал есть уже не постоянное, а переменное напряжение, которое легко проходит через конденсатор С2 и поступает на ВЫХОД усилителя.
Резистор R1 нужен для того, чтобы открыть транзистор ровно наполовину, чтобы обеспечить на коллекторе напряжение в полпитания. ДЛЯ ЧЕГО это нужно:
Транзистору нужно подать на базу напряжение порядка 0,7В, чтобы он открылся. То есть если без резистора R1 мы подадим входной сигнал, транзистор просто тупо проигнорирует его, если он будет меньше 0,7В.
Например, с микрофона мы можем получить всего 0,001В звука, с головки магнитофона – 0,0003В.
Мало, до 0,7В не дотягивает J Резистор поддает эти самые 0,7В на базу, так, что если мы к ним подкинем еще 0,001В, транзистор уже заберет их и выдаст нам усиленный сигнал.
Конденсатор С1 делает то же самое, что и С2, только для входного сигнала. То есть он не пропускает постоянное напряжение откуда-нибудь на базу, чтобы оно не мешалось, и не выпускает наружу базовое напряжение, чтобы оно не мешалось кому-нибудь перед усилителем. Для звука же конденсатор ничего не запрещает
Все резисторы рассчитываются по статическим и проходным характеристикам транзистора – по графикам, с линейкой и с калькулятором
Транзисторы могут работать в разных режимах. Эти режимы называются классом работы. Класс работы определяет свои характеристики и свойства усилителю.
Итак, только что мы рассмотрели усилитель, работающий в классе А. Его особенности:
– транзистор открыт наполовину. Через него всегда течет некий ток, называемый током покоя. Даже если мы не кричим в микрофон, всё равно ток покоя течет.
– искажения усилителя в классе А очень небольшие. Ну разумеется, если всё грамотно рассчитать и спаять J
– усилитель в классе А имеет самый плохой КПД – не выше 50%. Половину мощности, которую усилитель ест от блока питания, он рассеивает в тепло. Впустую, так сказать. Но очень любят его из-за малых искажений, а еще – часто используют в однокаскадных усилителях.
Посмотрим на усилитель в классе B.
Схемка посложнее, но мы можем видеть транзистор Q1, работающий в классе А, старый резистор R2 теперь уже состоит из двух резисторов, R2 и R3, а вот транзисторы Q2 и Q3 у нас новенькие J Давайте изучать.
Как мы помним, на коллекторе первого транзистора у нас будет половина напряжения питания. Чуть побольше напряжение будет в точке соединения резисторов R2 и R3 – она ближе к плюсу питания. Так вот, на базах выходных транзисторов будет маленькая разница напряжений, из-за которой они немного приоткрываются и готовы качать наш динамик что есть силы J
С динамиком работают уже 2 транзистора, а не один, как в первой схеме. Смотрим:
Когда край линейки летит вверх, наш график описывает верхнюю свою часть. Она называется полуволной. Эту часть звука усиливает транзистор Q2 – ведь напряжение на его базе увеличилось, он открылся. Второй же выходной транзистор, Q3, в это время ждет своей очереди.
Ну раз уж он прямой, а не обратный, как Q2, то увеличение напряжения на его базе наоборот закрывает его, и он молчит.
И не мешается J А когда край линейки летит вниз, нижняя полуволна графика усиливается нижним транзистором, Q3, который молчал, молчал, а тут вдруг оживился и затарахтел J Теперь напряжение на базах уменьшается, верхний транзистор запирается, а для нижнего – раздолье и непочатый край работы J А когда край линейки снова поползет вверх, работа начинается заново.
Такая поочередная работа усилителя называется двухтактной, поскольку выходных транзисторов 2 и работают они поочереди. Первая схема была однотактной.
А еще добавлю, поскольку у нас теперь схема из двух частей – транзистор Q1 на входе и транзисторы Q2 и Q3 на выходе, назовем усилитель еще и двухкаскадным.
Те же конденсаторы C1 и C2 работают на той же должности, в целом усилитель немного сложнее, но это оправдано. Смотрим свойства:
Свойства усилителя в классе B
– транзистор открыт чуть-чуть. Приоткрыт J Ток покоя, протекающий через него, очень маленький.
– разбудить транзистор сложновато, поэтому у усилителя в классе B искажений побольше, но встречаются они редко, только на маленькой громкости.
– КПД усилителя в классе B очень высокий, вплоть до 78%. Уже неслабо J
– Класс B часто используется в двухтактных схемах, поэтому выходная мощность усилителей класса B может быть высокой. Разумеется, двухтактные усилители класса А тоже существуют, только невысокой мощности, до 100Вт, известные мне. Жарятся, как утюги J
А если мы уберем резистор R3 из предыдущей схемы, то мы просто лишим транзисторы тока покоя. Такой класс работы называется классом C.
Внешне – то же самое, только слабые сигналы усилитель не усиливает. Игнорирует.
Помните про 0,7Вольта? То-то же… Зато используется класс С в генераторах, импульсных резонансных блоках питания, но никак не в звукотехнике J А КПД еще выше – нет тока покоя…
Ну это еще не всё! Класс D на подходе!Ничего нет в классе D для звука… ни резисторов, задающих наши 0,7вольта, ни конденсаторов… А раз так, то не используется класс D в звукотехнике. А просто не используется. Класс D еще называется ключевым режимом работы транзистора. Ключом называют переключатель, который или включен, или выключен.
Так же и наш транзистор в классе D – или входной сигнал полностью открывает его и загорается лампочка, или не открывает, и лампочка не горит. Очень просто и КПД 99%. А звука нет. А почему усилитель? А потому что слабеньким сигналом управления мы зажигаем мощную лампу с помощью транзистора, работающего в классе D.
Свойства транзистора, работающего в классе D:
– пока нет входного сигнала, транзистор закрыт полностью. Тока покоя нет, и вообще признаков жизни не подает J
– В звукотехнике не применяется.
– Используется для управления лампами, двигателями, в цифровых схемах и других устройствах, где требуется всего 2 состояния транзистора – открыт/закрыт. КПД до 99%
Во всем мире инженеры работают над уменьшением искажений усилителей класса D, и очень успешно – звук практически не отличить от обычного усилителя, а не греется и КПД всё так же велик – 85…99%.
В общем этого достаточно, для того чтобы понять на чем основан принцип усиления звука в ваших колоночках)
P.S. Автора этих слов найти не смог. Если таковой объявится, то конечно ссылка на него будет!
Источник: http://dreadlokon.blogspot.com/2013/08/blog-post.html
Полная схема самодельного усилителя звука
Источник: http://amplif.ru/publ/polnaja_skhema_samodelnogo_usilitelja_zvuka/1-1-0-116
(нет голосов)
Загрузка...
detector