блок выпрямителя для усилителя один или раздельные как лучше

AudioKiller’s site

Audio, Hi-Fi, Hi-End. Электроника. Аудио.

Материалы раздела:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Рассматривая интуитивно, кажется очевидным, что если для каждого канала усилителя сделать свой абсолютно независимый источник питания, то будет намного лучше — каналы перестанут быть «завязаны» через общий источник питания. Однако городить два силовых трансформатора не всегда возможно — либо дорого, либо со свободным местом проблемы… Все же такой вариант я когда-нибудь рассмотрю, но сразу скажу откровенно, что два трансформатора — это не идеальное разделение: трансформаторы ведь подключены к одной сети.

Есть еще вариант. К одному трансформатору подключить два (для стерео усилителя) выпрямителя с фильтрами. От одного запитать один канал, а от другого — другой:

Поскольку «просадки» напряжения вызваны в основном разрядом конденсаторов фильтра, то такое раздельное питание по идее должно быть полезно — нестабильность питания в одном канале мало проникает в питание второго. Вот пример работы такого «двойного» выпрямителя, нагруженного на резисторы:

В канале 1 (синий) сопротивление 24 Ом и пульсации малы. Главное, что минимальное напряжение при просадке составляет 19 вольт. можно считать, что этим напряжением и питается усилитель. Во втором канале (красный) нагрузка 6 Ом. Пульсации намного больше и минимальное напряжение равно 16,8 вольт. Следовательно даже если во втором канале будет клиппинг от перегрузки, на первый канал это подействует мало и там сигнал будет воспроизводиться с большей амплитудой, чем во втором.

С другой стороны, современные усилители слабо чувствительны к нестабильности питания, а усилитель, воспроизводящий музыкальный сигнал — это совсем не то, что простой резистор в нагрузке. И может быть все эти ухищрения напрасны?

Для проверки — есть ли разница в питании стереоусилителя от общего блока питания или питании каждого канала от собственного выпрямителя с фильтром, я собрал такую схему:

В разомкнутом положении переключателя, каждый канал питается от своего источника. При замыкании выключателя оба источника соединяются параллельно, т.е. получается один общий источник для обоих каналов. Выключатель и провода имеют очень маленькое сопротивление.

Возможностей для хорошего правильного прослушивания (нужен двойной слепой тест) у меня не было. В небольшом слепом тестировании разницы не было, но повторяю — условия были не очень… И усилители на TDA7294 — вполне возможно слишком слабые, чтобы что-то заметить.

А вот инструментальные измерения я произвел.

1. Проникание сигнала из одного канала в другой. В один канал подавался сигнал с таким уровнем, чтобы на выходе было напряжение 20 вольт амплитуды. В другом канале измерялся уровень сигнала этой же частоты (чтобы не считать шум и помехи).

В общем, различия небольшие. И сам уровень проникания и различия больше на низких частотах — из-за того, что емкости фильтра небольшие (хотя при зпапрпллеливании получается 10 000 мкФ — вполне прилично!) и низкие частоты не так хорошо сглаживают. В любом случае расслышать сигнал такого уровня невозможно, его даже измерить нелегко. Но идея подтверждается: раздельное питание — лучше. Только уж совсем нанемного!

2. Взаимные модуляции одного канала другим. В один канал подавалась частота 800 Гц и устанавливалось выходное напряжение 20 вольт амплитуды. В другой канал подавалась частота либо 30 Гц, либо 170 Гц. Такой же амплитуды на выходе. Измерялись комбинационные суммарные и разностные частоты в первом канале и выбиралось наибольшее (наихудшее) значение.

Опять же, на низких эффект больше из-за снижения фильтрующих свойств конденсаторов. А разница в способе питания — сами смотрите — мизер! Хотя раздельное опять-таки оказывается лучше.

3. «Искажение» коэффициента THD соседним каналом. Делается это так: в один канал я подаю сигнал одной частоты, а во второй канал — сигнал вдвое большей частоты. Что при этом происходит? Сигнал из второго канала проникает в первый, и для его сигнала является второй гармоникой. Следовательно, если я измерю Кг в этот момент, то он получится больше, чем есть на самом деле, т.к. к естественным гармоникам канала прибавится сигнал, пришедший из второго канала. Естественный Кг = 0,04%. А «наведенный»:

Здесь особенно заметна разница на низких частотах между общим и раздельным питанием.

Возникает вопрос: почему «наведенный» Кг оказался в 100 раз больше реального? А дело здесь в том, что оба канала в этом случае одинаково нагружают трансформатор (амплитуда сигнала при измерениях близка к максиальной), и просадки напряжения в нем происходят синхронно с сигналом. А дальше обычная связь по питанию. Вполне возможно, что и сопротивление сети влияет на результат.

Выводы. Да, раздельное питание чуть-чуть лучше общего. Но настолько чуть-чуть, что вы скорее всего никакой разницы не заметите. Разве что в усилителях очень высокого класса. В TDA72хх и «Холтонах» можно не заморачиваться.

Есть три варианта раздельного питания. Один из них мы сейчас разобрали:

Видно, что кроме разряда конденсаторов, на выходное напряжение питания влияет падение напряжения на элементах, предшествующих выпрямителю. Поскольку через эти элементы протекает ток обоих каналов, то создается «завязка» между ними и идеальное разделение невозможно.

Второй вариант — один трансфоматор с раздельными вторичными обмотками:

Все вышесказанное относится к усилителям мощности с нестабилизированным питанием. Применять раздельное питание к предварительным усилителям (или усилителям напряжения УМЗЧ, если у них отдельное питание) смысла нет — там скорее всего питание стабилизированно, а значит взаимное влияние каналов друг на друга через источник питания отсутствует в принципе!

А сейчас — одна маленькая хитрость, которая позволит с общим блоком питания получить такие же хорошие результаты, как и с раздельными.

Дело в том, что при конструировании усилителей все хорошие конструкторы размещают дополнительные конденсаторы фильтров питания в самом усилителе. Обычно емкость таких конденсаторов 1000 мкФ и больше и расположены они прямо рядом с усилительными элементами, так, что сопротивление проводников от этих конденсаторов до транзисторов/микросхем очень-преочень мало (я так всегда делаю ).

Поэтому если у вас такие вот очень правильно сделанные усилители, то питание для них можно устроить вот по такой схеме:

Провода от источника к каждому усилителю идут свои. Хорошего сечения (не экономьте, но и без излишеств), обязательно свитые «косичкой» (и минимальной длины, и проложенные так, чтобы они были подальше от входных цепей, и прочее, прочее, прочее…). Не экономьте на конденсаторах С1 и С2 — они кроме того, что фильтруют питание и поддерживают напряжение постоянным, они еще и фильтруют помехи по питанию, пытающиеся пройти из одного канала в другой. А конденсаторы в самом усилителе образуют вполне достаточние «раздельное» питание, которого хватает в большинстве случаев. Их емкости в 1000…3000 мкФ для этого хватает. В этом месте хорошо применять качественные конденсаторы типа LowESR, где они максимально раскроют свои возможности.

Как проверить качество розетки при помощи утюга. Для этого потребуются утюг, тестер и сама розетка (ее нужно частично разобрать, чтобы мерять напряжение при включенном утюге, либо использовать тройник). Для начала вы измеряете напряжение в розетке на холостом ходу — U0. Потом измеряете сопротивление утюга — Rу. Потом включаете утюг в розетку и (ОСТОРОЖНО. ) измеряете в ней напряжение еще раз — U1. Дальше все числа подставляете в формулу:

Rрозетки = Rу ( U0 / U1 — 1)

Если получится более чем 2…5 Ом — это плохо, никакое раздельное питание (даже с отдельными трансформаторами) вам не поможет — взаимное влияние каналов будет происходить через питающую сеть 220В.

Источник

AudioKiller’s site

Audio, Hi-Fi, Hi-End. Электроника. Аудио.

Материалы раздела:

Правильный выпрямитель

Блок питания — важнейшая часть усилителя. Усилитель работает так: он передает энергию из источника питания в нагрузку. Если источник питания работает плохо, то никакой усилитель не поможет получить в нагрузке то, что нужно. Для питания усилителей широко используется двуполярный источник, выдающий относительно «земли» два одинаковых напряжения разной полярности. Чтобы получить такой источник питания, нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками (или с одной, имеющей вывод от середины), соответствующий выпрямитель и фильтр из двух конденсаторов.

Можно конденсаторов и больше, но два – это минимум. Но вот как быть с выпрямителем? На самом деле возможны две схемы выпрямителей. Одна содержит два диодных моста, вторая – только один (рис. 1).

Существует мнение, активно поддерживаемое на аудиофильских интернет-форумах, что левая схема, которая содержит два моста, гораздо лучше схемы с одним мостом. Но вот почему? Те объяснения, которые приводятся, весьма скудны, невнятны и противоречивы. После длительных расспросов мне все же удалось выяснить причину. Она такова (в моем пересказе): в каждом усилителе живет Дух Аудио, и диодный мост – своего рода жертва, дань этому духу. Если моста два, то дань Духу Аудио в два раза больше. За это Дух отблагодарит вас, улучшив звучание. Если вам показалось, что я издеваюсь – таки да, но совсем немного. Просто все объяснения почему-то именно к этому и сводились. Попытки же научного объяснения были настолько жалкими, что я их так и не смог понять. Если кто-то может объяснить с точки зрения науки и техники, почему два моста лучше одного – я с удовольствием послушаю. И подискутирую. А пока я представлю вам свое вИдение этой проблемы. Научное и техническое.

Звучание устройства определяется тем, как работает это устройство и все его составляющие компоненты. Причем не только в общем и целом, но и в деталях. Поэтому если мы добъемся от источника питания наилучшей работы и в целом, и в мелочах, то значит сделаем все для обеспечения хорошего звука усилителя. И все улучшения звука (конечно, если это вам не показалось, что стало звучать лучше, самовнушение — очень коварная штука) происходят от улучшения технических характеристик (то есть работы) узлов аппаратуры, а не по непонятному правилу типа «так надо для хорошего звука».

Итак, в чем разница между схемами.

1. Два моста больше по габаритам, имеют двойной нагрев (это я докажу ниже), и вдвое дороже. То есть, по этому признаку два моста хуже одного.

2. Для одного моста можно использовать любой трансформатор – как с раздельными обмотками, так и с выводом от средней точки. А для двух мостов только трансформатор с двумя отдельными обмотками. То есть, для выпрямителя с двумя мостами подойдет не всякий трансформатор. Схема менее универсальна, запишем ей минус.

3. В схеме с двумя мостами каждая обмотка трансформатора работает на свой выпрямитель, который в свою очередь работает на свое плечо питания усилителя. Т.е. одно плечо усилителя питается от одной вторичной обмотки трансформатора, другое – от другой. В схеме с одним мостом каждое плечо усилителя питается от каждой из вторичных обмоток трансформатора по очереди. Это мы увидим наглядно. Тогда и решим, что лучше. А пока пусть это побудет загадкой.

4. Рассмотрим, как протекают токи через выпрямители. На рис. 2 показано протекание тока через выпрямитель с двумя мостами. На рис. 3 – протекание тока через выпрямитель с одним мостом.

Обратите внимание, что в выпрямителе с двумя мостами, ток каждого плеча всегда протекает последовательно через два диода. А в выпрямителе с одним мостом – только через один диод. Следовательно, падение напряжения на диодах выпрямителя в схеме с двумя мостами в два раза выше. И до усилителя доходит напряжения немного меньше. Вы можете сказать: «Подумаешь, какая мелочь!» Не так, чтобы и мелочь – именно из этого напряжения получается напряжение на выходе усилителя. Раз напряжение питания уменьшилось, то и на нагрузке максимально возможное напряжение тоже уменьшится. Значит, уменьшится и максимальная выходная мощность. Насколько? А давайте рассмотрим насколько.

Для большей наглядности рассмотрим пример. Допустим, трансформатор выдает в каждой из обмоток под нагрузкой 30 вольт. Прямое падение напряжения на диоде 1,2 вольта. Почему такое большое? Потому, что падение напряжения на np-переходе при большом токе складывается с падением напряжения на внутреннем сопротивлении диода. Такое прямое напряжение падает практически на любом кремниевом диоде при прямом токе 3 ампера и больше. Это соответствует току усилителя, равному 1 ампер – ведь ток через усилитель непрерывен, а ток через диод протекает короткими импульсами большой амплитуды. Допустим, минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах составляет 4 вольта. Сопротивление нагрузки 4 ома.

Считаем для амплитудных значений напряжения.

Два моста.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Множитель 2 в знаменателе последней формулы учитывает, что мы пользуемся амплитудными значениями напряжения, а не действующими.

Один мост.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Разница в целых 7 Вт, или в 10%. И как раз этих семи ватт максимальной выходной мощности вам может не хватить, и начнется клиппинг!

Покупая и ставя в схему два моста, вы должны будете заплатить дороже за то, чтобы получить выходную мощность на 7 Вт ниже!

5. Говорят, что схема с двумя мостами менее подвержена подмагничиванию трансформатора постоянным током при воспроизведении усилителем сигнала частотой 25 Гц. Это не так. Подмагничивание происходит при потреблении от вторичной обмотки вообще тока с частотой 25 Гц. Т.е. две вторичные обмотки в этом случае работают как одна, независимо от схемы выпрямителя. Главное, что они транслируют свой ток в первичную обмотку, в которй все и происходит.

Так что у нас целых четыре причины, почему выпрямитель с одним мостом лучше, чем с двумя. И ни одной, показывающей преимущества выпрямителя с двумя мостами.

Ах да! Я же не доказал, что два моста греются вдвое больше, чем один. Посмотрите на рисунки 2 и 3. Ток усилителя проходит через два диода в каждом из мостов. А токи обоих плеч усилителя в среднем одинаковы (за довольно длительное время, определяющее нагрев – секунды и десятки секунд). В одном случае ток проходит через один мост, а в другом точно такой же ток проходит через два моста. Нагрев вызывается током. Два моста – в два раза больший нагрев, каждый мост греется одинаково, что в схеме с одним мостом, что в схеме с двумя. Поэтому два моста дают вдвое больше тепла, чем один.

Теперь вернемся к загадке в пункте 3. Есть ли разница в том, если каждое плечо усилителя от своей собственной обмотки трансформатора, или если каждая из вторичных обмоток работает на оба плеча усилителя поочередно. Тут такое дело… Вторичные обмотки трансформатора не всегда одинаковы. Даже если их числа витков равны. У броневого и тороидального трансформатора обмотки наматываются одна поверх другой. У той, что сверху средний диаметр витка больше, чем у той, что снизу. Отсюда разные сопротивления и разные потери напряжения при протекании тока. И разные поля рассеяния (значит, их напряжения на холостом ходу могут отличаться). Вот у меня на столе лежит высококачественный тороидальный трансформатор 2х28 вольт 75 ВА. Сопротивления его вторичных обмоток 0,7 Ом и 0,75 Ом. На самом деле это мелочи, и реальная разность напряжений на обмотках очень небольшая. Но она бывает. В этом моем трансформаторе 28,6 вольт и 28,65 вольт под нагрузкой. Если напряжения вторичных обмоток не различаются – то все отлично. А если различие все же есть? А оно вполне возможно. Тогда напряжения питания, поступающие на каждое из плеч усилителя, будут выглядеть так, как на рисунке 4.

Если выпрямительных моста два, то каждое плечо выпрямителя (и усилителя) питается от своей обмотки. Своим напряжением. И в одном плече напряжение получается больше, в другом меньше. Максимальная выходная мощность будет определяться наименьшим напряжением! Допустим, напряжение положительного плеча в нашем примере меньше, чем отрицательного на 0,2 вольт. Итак, напряжение, создаваемое одной из обмоток не 30 вольт, а 29,8 вольт. Считаем.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Потеряли целый ватт. Мелочь, конечно. Но ведь жалко! А если разница напряжений будет больше? Мало ли какой трансформатор вам удалось приобрести! А в самодельном трансформаторе все может быть еще хуже.

Для одного моста картина совершенно другая. Там на каждое плечо нагрузки работает каждая из обмоток поочередно. Максимальное напряжение в каждом плече получается равно наибольшему из напряжений обмоток. Это же здорово – получить все по максимуму! Явное преимущество перед схемой с двумя мостами. Расплатой за это будет наличие в выпрямленном напряжении пульсаций с частотой 50 Гц, тогда как двухмостовой выпрямитель дает пульсации только с частотой 100 Гц. Пульсации с частотой 50 Гц фильтруются хуже. Есть ли в этом недостаток? Нет! У нас целых две причины не бояться этих более низкочастотных пульсаций:

1. Амплитуда этих пульсаций очень мала и равна разности напряжений вторичных обмоток. В нашем примере это 0,2 вольта.

2. В фильтрах современных усилителей используются конденсаторы большой емкости, которые эффективно все сглаживают. 50-ти герцовые пульсации сглаживаются в 2 раза хуже, чем «стандартные» частотой 100 Гц. Но амплитуда стогерцовых пульсаций составляет десятки вольт (она равна напряжению питания). И все равно эффективно подавляется. А тут доли вольта.

Итак, по всем параметрам выпрямитель с одним мостом превосходит двухмостовую схему. И если не верить в Духа Аудио, то использовать надо именно его. Давайте я для большей наглядности сведу в таблицу результаты нашего примера.

И сколько надо дополнительно потратить денег и места, чтобы вместо выходной мощности 76 Вт получить мощность 68 Вт?

Но это еще не все. Вот теперь давайте вспомним, что на свете существуют диоды Шоттки. О том, что их повышенное быстродействие при выпрямлении синусоиды частотой 50 Гц никак не проявляется, я уже писал. Но у них есть другое очень замечательное свойство: гораздо меньшее прямое падение напряжения. Я замерил его для диодов нескольких типов, оно оказалось практически одинаковым и равным 0,7 вольт. То есть по сравнению с диодами с np-переходом мы выигрываем целых полвольта. Много ли это? Я повторю все расчеты для нашего примера, используя в качестве диодов диоды Шоттки, и снова сведу все в таблицу.

Итак, при замене «обычных» диодов диодами Шоттки мы получили несколько дополнительных ватт к максимальной выходной мощности. Кто знает, может как раз этих ватт нам и не хватало для полного счастья? И нужно ли это счастье убивать собственными руками, ставя два моста туда, где отлично хватает и одного? Два моста даже с диодами Шоттки уступают одному мосту с «обычными» диодами.

И обратите внимание, что разница между самой большой максимальной выходной мощностью и самой маленькой, составляет 11,6 Вт. Представляете! Мы можем потерять целых 11 ватт, просто сделав выпрямитель по другой схеме. Вот вам и разница в схемах и в выпрямителях.

На самом деле, если быть честным, у двухмостовой схемы все же есть преимущество перед одномостовой. У двухмостовой схемы максимальное обратное напряжение на диоде в два раза меньше. Максимальное обратное напряжение на диоде для двухмостовой схемы должно превышать напряжение (действующее значение) на одной вторичной обмотке не менее чем в 1,5 раза. Гораздо лучше, если в 2 раза и более. А для одномостовой схемы максимальное обратное напряжение на диоде должно превышать напряжение на одной вторичной обмотке (если их две раздельные, или на половине, если это одна обмотка с отводом от середины) как минимум в 3 раза, а лучше в 4 и более раза. Поэтому если использовать диодный мост с максимальным обратным напряжением 200 вольт, то одномостовая схема даст максимум ± 60 вольт, а двухмостовая ± 120 вольт питания. Если мост выдерживает 1000 вольт обратного напряжения (а такие мосты легкодоступны и дешевы), то двухмостовая схема выдаст максимальное напряжения питания ± 600 вольт, а одномостовая всего лишь ± 300 вольт. Вам достаточно? Поэтому я это свойство за достоинство и не считаю: ставьте мосты, рассчитанные на напряжение 1000 вольт и ни о чем не беспокойтесь. Хуже ситуация с диодами Шоттки — они гораздо более низковольтные. Я не встречал диодов Шоттки с максимальным обратным напряжением превышающим 150 вольт. Тогда в двухмостовой схеме мы получим напряжение питания максимум ±100 вольт, а в одномостовой — ±50 вольт. Обычно напряжения питания ±50 вольт хватает для большинства усилителей. Но вот если вам действительно нужно больше, то тут надо выбирать, чем пожертвовать. И опять же, смотрим в таблицу: один мост на обычных диодах немного эффективнее двух мостов на диодах Шоттки. Так что выбор за вами.

Источник