Двухполярный источник питания для усилителя мощности низкой частоты

Источники питания

Интересная особенность двухканального сетевого источника питания, описанного автором в [1, рис. 7], — изолированные одна от другой вторичные обмотки сетевого трансформатора. Это натолкнуло на идею соединить выходы стабилизаторов напряжения разной полярности так, чтобы их регулирующие элементы (полевые транзисторы) находились в цепи общего провода нагрузки.

Мощный двухполярный стабилизированный блок питания

Это позволило добавить к напряжению питания ОУ, помимо входного напряжения одного стабилизатора, ещё и входное напряжение другого. Их сумма даже после дополнительной стабилизации с помощью интегрального стабилизатора значительно превышает значение, необходимое, чтобы надёжно открывать и закрывать регулирующий полевой транзистор при условии, что нестабилизированное входное напряжение подано на его сток.

Это легко обеспечить, применяя в каждом канале стабилизации полевой транзистор с соответствующим типом проводимости канала. Однако, как это часто бывает, такая идея пришла в голову не только автору. Как оказалось, она хорошо известна, и стабилизаторы на её основе уже разработаны и опубликованы в [2] и [3]. Причём в [2] регулирующие транзисторы стабилизаторов биполярные, а в [3] — полевые. Правда, стабилизаторы собраны из дискретных компонентов без микросхем ОУ. Автор решил проверить эту идею с использованием ОУ.

В [3] устранены недостатки стабилизатора, описанного в [2], — высокий уровень пульсаций выходного напряжения при малом токе нагрузки, нестабильность запуска, ненормированный порог защиты от перегрузки по току. Основной недостаток описанного в [3] стабилизатора — сложность схемы, что привело к огромным размерам платы устройства (175×80 мм). К тому же печатные проводники размещены на обеих её сторонах.

Изготовить такую плату в домашних условиях весьма проблематично. Печатные платы стабилизаторов, которые я предлагаю в настоящей статье, значительно меньше (51×16,5 мм и 40×16 мм). Печатный монтаж на них односторонний, они вполне могут быть изготовлены своими силами.

Принципиальная схема предлагаемого источника питания изображена на рис. 1. Он содержит сетевой понижающий трансформатор Т1 с двумя изолированными вторичными обмотками и два выпрямительных моста на сборках диодов Шотки VD1 —VD8 со сглаживающими конденсаторами C1—С4.

Схемы стабилизаторов напряжения +14В и -14В на рис. 1 упрощены Показаны только регулирующие транзисторы VT1 и VT2, управляющие ими ОУ DA3.1 и DA6.1, стабилизаторы напряжения питания этих ОУ DA2 и DA5. Стабилизатор напряжения +14В выполнен по классической схеме с регулирующим транзистором VT1 в минусовом проводе, а напряжения -14В — по такой же схеме с регулирующим транзистором VT2 в плюсовом проводе.

Узел питания ОУ DA3.1 от интегрального стабилизатора отрицательного напряжения 24В DA2 построен таким образом, что на вывод +U этого ОУ поступает напряжение +14 В, а на вывод —U поступает -10 В. Оба напряжения измерены относительно истока транзистора VT1. В результате напряжение на выходе ОУ и затворе транзистора может, изменяясь приблизительно в указанных пределах, обеспечить как открывание, так и закрывание канала транзистора VT1.

Аналогично устроен и узел питания ОУ DA6.1, только на его выводе +U напряжение + 10 В, а на выводе -U напряжение -14 В. Вместо интегральных стабилизаторов DA2 и DA5 можно было бы применить, как в [2. 3], обычные стабилитроны с гасящими резисторами. Но, во-первых, стабильность выходного напряжения интегральных стабилизаторов значительно выше. Во-вторых, как это ни странно, применённые стабилизаторы 79L24 и 78L24 заметно дешевле стабилитронов с резисторами и занимают меньше места на плате.

Полная схема стабилизатора напряжения + 14 В изображена на рис. 2. Исток транзистора VT1 здесь соединён с общим проводом нагрузки источника через резистор-датчик тока R7. Образцовое напряжение, полученное с помощью стабилизатора тока DA1 и стабилитрона VD9

(подробное описание этого узла можно найти в [1]), поступает на неинвертирующий вход ОУ DA3.1, а часть выходного напряжения, снятого с делителя R9—R11, подана на его инвертирующий вход. Усиленное напряжение рассогласования поступает на затвор транзистора VT1 через резистор R5, ограничивающий ток нагрузки ОУ.

Если, например, выходное напряжение стабилизатора по какой-либо причине возросло, это приводит к увеличению напряжения, поступающего на инвертирующий вход ОУ DA3.1 сдвижка подстроечного резистора R10. Напряжение на выходе ОУ и между затвором и истоком транзистора VT1 падает и частично закрывает транзистор, что ведет к увеличению падения напряжения на его канале сток—исток. В результате выходное напряжение стабилизатора возвращается к исходному значению.

Диодная сборка VD11 обеспечивает питание ОУ DA3, когда напряжения на выходе нижнего по схеме рис. 1 выпрямителя недостаточно и стабилизатор DA2 не работает. Это бывает необходимо при запуске источника. Конденсатор С8 препятствует самовозбуждению стабилизатора. Он необходим, если крутизна характеристики транзистора VT1 более 100 A/В. Конденсатор С6 устраняет самовозбуждение интегрального стабилизатора DA2. Узел защиты от превышения тока нагрузки, собранный на ОУ DA3.2 и оптосимисторе U1, подробно описан в [1].

Поскольку выходное напряжение ОУ DA3.1 всегда находится в интервале, границы которого довольно далеки от потенциалов выводов его питания, этот усилитель не обязательно должен быть класса rail-to-rail. Но требуется, чтобы максимально допустимое напряжение его питания было достаточно велико. Снимаются и требования к напряжению отсечки транзистора VT1. Он должен иметь лишь достаточно большие предельные значения напряжения сток- исток и тока стока.

Вместо стабилизатора тока LM334Z (DA1) и резистора R1 может быть применён диодный ограничитель тока J511. Его анод подключают вместо вывода 1 LM334Z, а катод — вместо вывода 3.

Стабилизатор напряжения -14 В, полная схема которого изображена на рис. 3, отличается от рассмотренного лишь тем, что в нем использован n-канальный полевой транзистор и изменена полярность подключения оксидных конденсаторов, стабилитрона, стабилизатора тока и излучающего диода оптосимистора.

Вместо интегрального стабилизатора отрицательного напряжения установлен аналогичный стабилизатор положительного напряжения. Диодная сборка заменена аналогичной с противоположной полярностью соединения диодов. Чертежи печатных плат стабилизаторов в масштабе 1:1 представлены в двух вариантах: с использованием сдвоенных ОУ MC33072PG (рис. 4) и MC3407AMTTBG (рис. 5).

Расположение деталей на них показано соответственно на рис. 6 и рис. 7 в масштабе 2:1. Внешний вид собранных стабилизаторов приведён на рис. 8 и рис. 9. Методика испытаний стабилизаторов подробно описана в (11. поэтому повторять её не буду.

Осциллограммы пульсаций их входных и выходных напряжений показаны на рис. 10 (+14 В) и рис. 11 (-14 В). Скорость развертки в обоих случаях — 2 мс/дел. Жёлтыми линиями изображены осциллограммы входного напряжения, а голубыми линиями — выходного напряжения при токе нагрузки 9 А.

Размах пульсаций выходных напряжений стабилизаторов не превышает 240 мкВ (0,24 мВ). По сравнению с аналогичным параметром конструкции, описанной в [1] (1,84 мВ), он уменьшен в 1,84 мВ / 0,24 мВ = 7,7 раза. Коэффициент подавления пульсаций входного напряжения стабилизаторов достигает 1320 мВ / 0,24 мВ = 5500 (около 75 дБ).

При изменении тока нагрузки от 0 до 9А выходное напряжение изменяется менее чем на 10 мВ.Порог защиты по току установлен равным 10 А. Эти характеристики не отличаются от аналогичных характеристик стабилизаторов, описанных в [1].

Вероятно, у читателя могут возникнуть сомнения в целесообразности использования двухполярного источника со сравнительно низкими выходными напряжениями (+/-14 В) и максимальным током нагрузки 9А по каждому из выходов для питания высококачественного УМЗЧ, поскольку мощность усилителя при этом может оказаться недостаточной для озвучивания помещения.

Напомню, что в [2] выходные напряжения источника +/-19 В, а в (31 — +/-35 в. Чтобы развеять сомнения, рассмотрим УМЗЧ на базе хорошо известной микросхемы LM3886 или её сдвоенного аналога LM4780. При питании напряжениями +/-14В микросхема LM3886 способна без искажений воспроизвести сигнал амплитудой на 2,5В меньше напряжений питания, т. е. 14 В – 2.5 В = 11,5 В. Если собрать усилитель по мостовой схеме, то при амплитуде сигнала на выходе одного плеча 9 В (запас ещё 11,5 – 9 В = 2,5 В) и нагрузке сопротивлением 4 Ом амплитуда тока нагрузки достигнет 4.5 А, а синусоидальная мощность — 40,5 Вт.

Ток, потребляемый двухканальным (стереофоническим) усилителем, будет 9 А, что как раз соответствует возможностям описанного источника. Для справки, предельная синусоидальная мощность акустической системы 35 АС-016 с номинальным сопротивлением 4 Ом по паспорту — 35 Вт. Так что усилителя мощностью 40,5 Вт вполне хватит. К тому же средняя мощность музыкального звукового сигнала с теми же максимальными мгновенными значениями, как у синусоидального, значительно меньше.

Оцените статью
radiochipi.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector