Усилители

April 13, 2012 by admin Комментировать »

Теперь давайте поговорим об усилителях – как раз для них источники питания и нужны. Усилитель по своей сути действия похож на водопроводный кран. Как кран позволяет регулировать количество воды, поступающей из трубы, так и усилитель регулирует количество электрической энергии (напряжение, ток, мощность), поступающей из источника питания в нагрузку. Только он это делает так, что форма напряжения на нагрузке максимально точно повторяет форму напряжения на входе усилителя. Поэтому схематически усилитель можно представить, как показано на рисунке 2. Источник питания подключен к нагрузке через регулятор, которым управляет входной сигнал. Регулятор пропускает в нагрузку определенную часть напряжения

питания от нуля и до максимума. А максимумом как раз и является это самое напряжение питания, так как больше, чем мы подаем, быть не может. Напряжение на нагрузке не может быть больше, чем напряжение питания точно так же, как воды из крана не может быть больше, чем воды в трубе. Сколько кран не открывай, больше чем есть, воды не получишь.

За тем, чтобы выходное напряжение по форме в точности совпадало со входным, следит отрицательная обратная связь. Специальная схема сравнивает входное и выходное напряжения и управляет регулятором так, чтобы их разница была минимальной. Если же в усилителе отрицательная обратная связь отсутствует, то за формой выходного сигнала никто не следит, и остается только надеяться на лучшее.

Таким образом, усилитель примиряет нас с законом сохранения энергии – из маленькой мощности на входе делает большую мощность на выходе. На самом деле эту

большую выходную мощность создает не сам усилитель, а его блок питания, поэтому если блок питания работает недостаточно хорошо – никакой усилитель не поможет.

Такая вот схема, как на рис.2, с одним источником питания имеет недостаток: ток через нагрузку может протекать только в одном направлении. В принципе, и в таком усилителе можно сделать, чтобы в нагрузку поступал и "плюс", и "минус", но проще немного изменить способ питания – использовать два источника, один из них будет давать в нагрузку "плюс", а второй

–               "минус" (рис.З). Естественно, что источники при этом должны быть одинаковыми. Они образуют один двухполярный источник с положительным и отрицательным плечами. Регуляторы (которых теперь два) обычно работают таким образом, чтобы включаться поочередно

–               пока один пропускает ток, другой закрыт. На самом деле это не совсем так – через второй регулятор все же

течет некоторый небольшой ток, это позволяет снизить искажения, возникающие при закрывании одного регулятора и открывании другого. Такой ток называют током покоя выходного каскада, но это уже совсем другая история.

Наверное, вы уже догадались, что регуляторы – это выходные транзисторы усилителя, работой которых управляет вся остальная его схема.

Понимание принципа работы усилителя (рис. 2 и 3) очень важно, потому что именно из этого принципа определяются требования к источнику питания и находится максимальная выходная мощность усилителя.

При работе усилителя в линейной области, выходной сигнал не пытается быть больше, чем напряжение питания. Форма выходного сигнала совпадает с формой входного, а то, во сколько раз выходное напряжение больше, чем входное, показывает коэффициент усиления:

Рис. 5

об абсолютной величине этой просадки (сколько вольт), а об относительной – какую часть от напряжения холостого хода составляет напряжение под нагрузкой. Обозначим ее буквой а:

Чем больший ток от источника питания потребляется, тем больше растет просадка напряжения (рис.5).

Тогда получаем уточненные формулы для вычисления максимальной выходной мощности усилителя:

1.            Если дан усилитель и блок питания для него, то вычислить, какую максимальную выходную мощность получим, можно так:

2.            Если же необходимо определить, какое напряжение должен выдавать источник питания на холостом ходу, чтобы максимальная выходная мощность усилителя была равна заданной, то:

(на самом деле, вторая формула легко выводится из первой).

Давайте теперь немного разберемся с величинами, входящими в эти формулы.

Минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах определяется схемой усилителя и практически никогда не бывает ниже 3…5 вольт. А в усилителях с полевыми транзисторами на выходе эта величина может быть 6…8 вольт и более. Поэтому иногда в усилителях используется двойное питание – отдельно для выходного каскада и отдельно для остальных каскадов усилителя (обычно это второе напряжение выше на 8… 12 вольт). Такое двойное питание не устраняет остаточное напряжение на выходниках, но (если правильно этим пользоваться) уменьшает его влияние на максимальную выходную мощность. Вообще, в случае двойного питания в формулу всегда подставляется меньшее значение напряжения питания, и там еще надо хорошенько подумать, как и что с ним происходит.

Просадка напряжения питания под нагрузкой состоит из трех основных составляющих: падение напряжения на сопротивлении обмоток трансформатора, падение напряжения на выпрямительных диодах и разряд конденсаторагфильтра. На самом деле, даже зная

все параметры этих устройств, очень сложно теоретически определить просадку напряжения. Очень приблизительно ее можно считать равной 0,7…0,8 от напряжения на холостом ходу (ситуация осложняется еще и тем, что для некоторых трансформаторов указывается напряжение на вторичной обмотке при номинальной нагрузке, а для некоторых – на холостом ходу). Далее мы рассмотрим каким образом то или иное наше действие повлияет на эту просадку.

Сопротивление проводов питания. Ток, потребляемый от источника питания, может достигать 10 ампер и даже более. При протекании тока 10 ампер через проводник сопротивлением 0,1 Ом, падение напряжения составит 1 вольт. Это немного, если питание составляет 70 вольт на плечо, но хорошо заметно при напряжении питания 20 вольт на плечо. Поэтому длинные и тонкие провода питания (и от трансформатора к выпрямителю в том числе!), а также разъемы (у которых всегда есть переходное сопротивление контакта) могут заметно повлиять на максимальную выходную мощность. Особенно это относится к автомобильным усилителям, у которых питание всего 12 вольт, а мощности большие. Да еще и сопротивление динамиков стремятся уменьшить (чтобы повысить громкость), а это приводит к росту тока. Так что с проводами надо быть внимательным, но и не впадать в крайность. Поверьте, провода – это одно из самых последних дел, требующих внимания! Кто не верит – смотрите примеры.

Источник: Рогов И.Е. Конструирование источников питания звуковых усилителей. – Москва: Инфра- Инженерия, 2011. – 160 с.

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