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»
Строение блока питания
Блок питание — самая сложная деталь в усилителе, которая состоит из:
- генератора импульсов;
- полевых транзисторов IRFZ44N;
- диода VD1,
- ферритового кольца диаметром минимум в 2 сантиметра;
- дросселя L1;
Чаще именно из-за трудоемкости сборки блока многие любители качественного звука отказываются от самостоятельной сборки автомобильного усилителя. На самом деле, все не так сложно как может показаться изначально. Достаточно обладать минимальными знаниями или следовать инструкции.
Сердцем преобразователя условно называют электрогенератор импульсов. Самая простая формула его создания лежит на основе схемы TL494. Частота генерации может быть увеличена или уменьшена при помощи изменения номинальной мощности резистора R3.
Мышцы блока питания для усилителя представляют собой сдельные транзисторы типа IRFZ44N. В схеме можно использовать резисторы любого типа (за исключением R4, R9, R10). В блок питания можно включить резисторы любой номинальной мощности, в том числе и 0,125 Вт, 0,25 Ватт и включая 1 Вт и даже 0,5 Вт. Светодиод VD1 монтируется в схему с целью предотвращения вторичного подключения плюсовых каналов.
Блок от компьютера
Подключение автомагнитолы к блоку питания компьютера
Прежде,чем перейти к делу, надо иметь под рукой саму автомагнитолу и компьютерный блок питания (подойдет как формат АТ, так и АТХ).
Если быть точными, то блок питания можно найти тремя способами:
- Вытащить из старого компьютера, который давно не используется;
- Приобрести на рынке б/у радиотоваров за сущие копейки;
- Починить неисправный блок от компьютера.
Подключение к блоку питания компьютера автомагнитолы
Как починить неисправный блок
Сделать это несложно, если следовать указанным ниже инструкциям:
Пробуем включить блок питания.
Блок питания 12в для автомагнитолы
Другой способ «оживления» блока питания подразумевает принудительную разрядку высоковольтных конденсаторов электролитического типа входного выпрямителя. Чтобы это дело осуществить, надо резистор (100-200 кОм) подключить параллельно конденсатору на несколько секунд.
Немаловажное значение придаем конденсаторам выходных выпрямителей
Обращаем внимание на то, не вздуты ли они, не имеют ли разрыв засечки. Если такое есть, конденсаторы меняем на новые;
Некоторые советуют покрасить старый блок, какой-нибудь аэрозольной краской.
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:
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.
Блок АТ или АТХ
Подключение автомагнитолы к компьютерному блоку питания
Разница между этими двумя блоками заключается в следующем:
- Как правило, блоки питания АТ выходных напряжений и дежурного блока на 5 вольт не имеют. Если подключить такой блок, то на выходах плюс 12/плюс 5/минус 12/минус 5 сразу же появится напряжение;
- Блоки АТХ наоборот оснащены дежурным источником питания на 5 вольт. Этот источник работает постоянно, пока сам блок подсоединен с 220 В. Зато в данном случае на выходах блока напряжение не появляется, пока не замкнуть зеленый и черный провод на основном выходном разъеме.
Подключение к автомагнитоле
Начинаем:
- Находим жгут проводов в блоке питания с выходными разъемами. В этом жгуте есть провода черного цвета, которые обозначают минус. Желтые провода подают напряжение в 12 вольт. Что касается остальных проводов, то они при этом подключении не нужны;
- Берем из блока провод на 12 вольт и дорабатываем разъемом Molex или Floppy;
- Черный и желтый провода соединяем с питающими проводами головного устройства.
Схема подключения усилителя
Подключение двухканального и четырёхканального усилителя
Данный раздел мы объединили, т. к. эти усилители имеют очень похожую схему подключения, даже можно сказать проще, четырёх канальный усилитель — это два двухканальных. Подключение двухканального усилителя мы рассматривать не будем, но если вы разберётесь как подключить четырёхканальный, то с подключением двухканального у вас не возникнет проблем. Большинство автолюбителей для своих инсталляций выбирают именно этот вариант, т. к. к данному усилителю можно подключить 4 колонки, или 2 колонки и сабвуфер. Давайте рассмотрим, подключение четырёх канального усилителя используя первый и второй варианты.
Подключение 4 канального усилителя к аккумулятору рекомендуется при помощи толстого кабеля. Как выбрать правильные силовые провода и подключить межблочные это всё мы разобрали выше. Подключения усилителя , как правило, указывается в инструкции от производителя. Когда производится подключение усилителя к акустике, то он работает в режиме стерео, в данном режиме такой тип усилителя может работать под нагрузкой от 4 до 2 ом. Ниже представлена схема подключения четырёхканального усилителя к колонкам.
Теперь разберём второй вариант, когда к четырёхканальному усилителю подключаются колонки и сабвуфер. В данном случае усилитель работает в режиме моно, он берёт напряжение сразу с двух каналов, поэтому старайтесь подбирать сабвуфер имеющий сопротивление 4 ома, это сбережёт усилитель от перегрева и ухода в защиту. Подключить сабвуфер не составит проблем, как правило производитель указывает на усилителе откуда брать плюс для подключения сабвуфера, а откуда минус. Взгляните на схему как осуществляется мостовое подключение 4 канального усилителя.
Подключение моноблока (Одноканального усилителя)
Одноканальные усилители используются лишь для одной цели – подключению к сабвуферу. Примечательной характеристикой усилителей такого плана является повышенная мощность. Моноблоки также способны работать с сопротивлением ниже 4 Ом, что называется низкоомной нагрузкой. Моноблоки относят к усилителям класса D,при этом в них есть специальный фильтр для обрезки частот.
Установка одноканального усилителя не потребует много сил, так как схемы его подключения весьма простые. Всего имеется два выхода – «плюс» и «минус», и если у динамика только одна катушка, то достаточно лишь подключить его к ней. Если речь идет о подключении двух динамиков, то они могут подключаться либо параллельным, либо последовательным способом. Конечно, необязательно ограничиваться только двумя динамиками, но перед тем как подключить усилитель и сабвуфер к магнитоле, справится ли последний с большим уровнем сопротивления.
Домашний усилитель из автомобильного
Чтобы задействовать автомобильный усилитель дома, нам понадобиться блок питания и акустические колонки (сабвуфер по желанию).
Предупрежу сразу, что потребляемый ток некоторых автомобильных усилителей подходит к планке в 40А ! Это очень большой ток. Поэтому найти подходящий блок питания на 12V и током 30 — 40 А смогут не все:)
Но для питания автоусилителя сгодится компьютерный блок питания формата AT и ATX. Некоторые модели компьютерных БП могут отдавать по шине +12V значительный ток. Судя по характеристикам самых дешёвых моделей, которые продаются сейчас в магазинах — это 12А. Топовые, дорогие модели выдают по 50 — 70А !
Вот такой блок выдаёт на выходе +12V ток 14А.
Как определить? Смотрим характеристики блока питания, строчку «мощность по линии 12V». Видим, например, 200 Вт. Делим 200 Вт на 12, получаем максимальный ток по шине 12V
16 ампер. Если блок питания на руках, то смотрим наклейку на корпусе. Там обычно указываются все параметры блока, в том числе и максимальный ток на каждую шину.
У всех пк’шных блоков питания жёлтые провода, идущие на MOLEX и SATA разъёмы — это +12V, а чёрные — это минус (общий, GND). Подробнее об использовании блоков питания от ПК я уже рассказывал.
Если вы нашли блок питания на меньший ток, например, как я на 12V (10А), то расстраиваться не стоит. Усилитель просто не сможет работать на «полную катушку», будет играть тише. Теперь о подключении.
На корпусе автоусилителя имеется 2 клеммы для подключения питания. Минус питания подключается к клемме GND, а на клемму +12V заводим плюс питания. В результате усилитель находится в спящем режиме (Stand by). Чтобы перевести усилитель из ждущего режима в рабочий, нужно подать +12V на клемму REM (Remote – «управление»). Кидаем перемычку с клеммы +12V на клемму REM. Затем включаем блок питания.
Как известно, у автомагнитол имеется специальный выход (обычно синего цвета). Он есть у большинства современных магнитол, и служит для включения активных антенн, выдвижения антенн и включения внешних усилителей и сабвуферов. Если включить автомагнитолу, то на этом выходе появляется напряжение +12V. Ток нагрузки этого выхода небольшой, порядка 100 — 120 мА.
Кстати, при монтаже усилителя в автомобиле, бывает так, что управляющий (синий) провод уже задействован, например, на ту же активную антенну. Как быть? Тогда можно подавать напряжение +12V на клемму REM через кнопку с фиксацией, а саму кнопку разместить на панели автомобиля. Такой же приём можно реализовать и дома. Просто в разрыв провода +12V — — -> REM ставим обычный тумблер или рокерный выключатель. Такие продаются в любом магазине автотоваров.
Внимание! Так как ток потребления автоусилителя может достигать 40 и более ампер, то подключать его к блоку питания следует медными проводами с сечением 6 — 10 мм 2. По возможности, соединительные провода сделать покороче
Это в идеале. На практике, если не будете «загонять» усилитель на максимальный режим, подойдут обычные провода с сечением 1,5 — 2,5 мм 2 .
В качестве источника звукового сигнала может сгодиться рядовой MP3-плеер. Также потребуется переходник с 3,5 мм. джейка на «тюльпаны».
При наладке усилителя не стоит забывать, что на его панели есть регулятор входного уровня сигнала — «LEVEL». Это — не что иное, как регулятор громкости, наподобие тех, что имеется у аналоговых магнитол или кассетников.
При уровне в 0,2V на вход поступает максимальный уровень сигнала — усилитель будет работать громче. Если вывернуть ручку переменного резистора на 8V, то на вход поступит минимальный сигнал от плеера. Естественно, уровень сигнала можно выставить и регулятором громкости самого MP3-плеера.
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.
