Использование усилителя звуковой частоты в качестве инвертора с внешним возбуждением

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Инверторы часто оказываются полезны в автомобилях и на катерах. Обычно их основная задача состоит в преобразовании напряжения пита­ния аккумулятора в переменное напряжение 120 В с частотой 60 Гц, что­бы можно было пользоваться различными приборами, такими как элект­робритвы, телевизоры и радиоприемники, лампы дневного света и многие другие. Такие инверторы весьма полезны, если они могут обеспечить мощ­ность в диапазоне от 20 до 100 Ватт. Это предполагает использование укомплектованного подходящим выходным трансформато­ром усилителя звуковой частоты, на вход которого поступает напряжение с частотой 60 Гц от генератора. Эта идея особенно привлекательна, по­скольку усилители можно очень дешево купить на радиорынках и тол­кучках.

После того, как усилитель звуковой частоты подвергнут предлагае­мой нами переделке, он становится инвертором с внешним возбужде­нием. Следует отчетливо осознавать, что в нашем случае имеется много возможностей для экспериментирования. Дело в том, что хотя исполь­зование усилителя в этом режиме представляется делом простым и яс­ным, в действительности мы очень мало знаем о реальной мощности купленного усилителя. Это обусловлено тем, что окончательная доводка его «конструкции» делается в процессе предпродажной подготовки, а не в исследовательской лаборатории. Поэтому так называемый 100-ваттный усилитель может обеспечивать 100 Ватт выходной мощности только в течение коротких и не часто повторяющихся пиках мощности в музы­кальном сигнале. Попытка получить от такого усилителя мощность 100 Ватт в течение некоторого времени может оказаться прелюдией к доро­гостоящей замене мощных транзисторов и других испорченных радио­деталей. С другой стороны, некоторые более качественные усилители, возможно, способны выдавать 100 Вт номинальной мощности в течение длительного времени, а если и нет, то они мОгут быть доведены до за­явленных характеристик путем небольших изменений, таких как усиле­ние охлаждения и замена нескольких пассивных радиодеталей.

Далее следует подобрать выходной трансформатор, первичная обмотка которого заменяет звуковую катушку громкоговорителя (большинство со­временных усилителей имеет либо прямое подключение громкоговорите­ля, либо через выходной конденсатор большой емкости). Здесь можно сделать предположение, которое хорошо оправдывается на практике. Оно состоит в том, что проще всего использовать «накальный трансформа­тор», который обеспечит необходимый импеданс и отношение напряже­ний для удовлетворительного решения этой задачи. Имеется широкий выбор таких трансформаторов с напряжением вторичной обмотки 5, 6,3, 7,5, 10, 12,6, 24, 36 и 48 В. Так как вторичная обмотка часто имеет отвод от средней точки, а первичные обмотки могут иметь несколько отводов, то экспериментатор может насладиться широкими возможностями при выборе оптимального отношения числа витков. Заметим, что вторичная обмотка накального трансформатора становится первичной, когда он ис­пользуется как выходной трансформатор инвертора. Не повредит выбрать более мощный трансформатор, чем рассчитанная номинальная мощность. Нагрев, пропорциональный мощности PR, не представляет проблемы, но насыщение магнитного сердечника может составить проблему, если ис­пользуется выходное напряжение в форме меандра.

На рис.4.35 приведена схема часто встречающегося усилителя зву­ковой частоты, предназначенного для работы от автомобильного ак­кумулятора. Многие подобные усилители имеют простую конструк­цию благодаря использованию специализированных мощных интегральных схем вместо набора дискретных транзисторов. Основой схемы на рис. 4.35 является мостовой усилитель. Мостовой усилитель состоит из двух двухтактных усилителей, управляемых таким образом, что их выходы последовательно-согласованы: В то время как на один конец нагрузки подано положительное напряжение, на другой конец нагрузки подается отрицательное напряжение (для стереоусилителей необходимо два таких канала, то есть, две пары двухтактных усили­телей). Для реализации инвертора, достаточно иметь один такой ка­нал. Экспериментатор может удвоить мощность, используя два кана­ла, не забывая при этом обратить внимание на правильную фазировку и балансировку.

Одноканальный усилитель на рис. 4.35 может выдать около 100 Ватт на нагрузку, имеющую сопротивление 4 ома. Обратим внимание на со­единения входов и обратной связи двух ИС фирмы Sprague. Из теории операционных усилителей следует, что каждый каскад на ИС имеет ко­эффициент усиления 100. Входное напряжение подается на левый уси­литель, который не инвертирует сигнал. Выходное напряжение этого каскада делится в 100 раз и подается на правый усилитель, который ин­вертирует полярность сигнала. Благодаря такому соединению на два вывода нагрузки подается одновременно и положительное и отрица­тельное напряжения. Мощность в нагрузке в два раза больше, чем в случае одной ИС. Подстроечный резистор предназначен для получения нулевого тока покоя в отсутствие входного сигнала.

Наша задача состоит в замене подходящим накальным или выход­ным трансформатором катушки громкоговорителя и в выборе генератора с частотой 60 Гц для управления усилителем. Это позволит превратить уси­литель в инвертор с внешним возбуждением, имеющим на выходе напря­жение 120 В с частотой 60 Гц. При подходящем теплоотводе можно обеспе­чить мощность на нагрузке около 100 Вт. Если управлять инвертором синусоидальным сигналом, то такой инвертор имеет преимущества по сравнению с инверторами с насыщаемым сердечником. При работе с сину­соидальным сигналом электромагнитные помехи будут незначительны. Нет проблем с запуском. Кроме того, значительно легче получить точную и стабильную частоту. Если это необходимо, то можно осуществить стабили­зацию напряжения простым и понятным способом. Электродвигатели обычно просто «счастливы», когда на них подается синусоидальное напря­жение; обычное напряжение в форме меандра содержит много гармоник, что существенно увеличивает потери в электродвигателях за счет вихревых токов и гистерезиса, а иногда вызывает и уменьшение вращательного мо­мента. Наконец, доступность ИС и подходящих накальных трансформато­ров существенно упрощает аппаратурную реализацию.

clip_image002

Рис. 4.35. Усилитель автомагнитолы, модифицированный для исполь-зования в качестве инвертора.

Показанный на рис 4.36 генератор звуковой частоты годится для управле­ния инвертором. Он позволяет выбрать прямоугольную или синусоидальную форму напряжения. Синусоидальная форма весьма далека от «чистой» сину­соиды с точки зрения меломанов, но вполне годится для нашей цели.

clip_image004

Рис. 4.36. Генератор сигнала для усилителя звуковой частоты, исполь-зуемого в качестве инвертора с внешним возбуждением.

Подходящая комбинация для /?С-цепочки, определяющей частоту, со­стоит из переменного резистора с сопротивлением 10 кОм и конденсатора емкостью 1 мкФ. Частота колебаний равна 60 Гц при сопротивлении пере­менного резистора около 8 кОм. Предполагается, что все предварительные эксперименты проводятся с синусоидальным сигналом частотой 100 Гц. Это делается для того, чтобы избежать непреднамеренного насыщения транс­форматора. Кроме того, разумно вначале тщательно проверить работу ин­вертора на мощности 50 Вт, прежде чем достигать уровня 100 Вт. Это, ко­нечно, определяется амплитудой напряжения генератора. Во время испытаний следует использовать резистивную нагрузку.

Если включить десятичный счетчик между источником напряжения в виде меандра и инвертором, то при частоте генератора 240 Гц и коэф­фициенте деления счетчика 4 получается очень интересный режим ра­боты инвертора. Сигнал ступенчатой формы на выходе счетчика с час­тотой 60 Гц обладает уникальным свойством, состоящим в том, что его пиковое и среднеквадратичное значение такие же, как для соответству­ющего сигнала синусоидальной формы. Такой сигнал может формиро­ваться десятичным счетчиком типа 4017 совместно с небольшим транс­форматором, имеющим обмотку с центральным отводом. Эта схема показана на рис. 4.37. В этом случае нагрузка «чувствует» почти синусо­идальную форму напряжения. Такая форма напряжения обычно вызывает меньшую перегрузку транзисторов инвертора, чем традиционная форма в виде меандра со скважностью 50%.

clip_image006

Рис. 4.37. Уникааьная форма ступенчатого сигнааа, воздействие которого эквивалентно синусоиде.

Какая бы форма сигнала не была выбрана, все же лучше использовать частоту 90 или 100 Гц вместо 60 Гц. Обычно при повышении частоты вы­ходная мощность немного увеличивается, а большинство приборов ведут себя так же, как и на частоте 60 Гц. Некоторые электрические бритвы повы­шают скорость, что обычно приветствуется.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты