Меню

Увеличение питания усилителя мощности

Увеличение питания усилителя мощности

Как увеличить мощность усилителя

Абсолютно любой усилитель характеризуется максимальной мощностью выхода сигнала. Это долговременная мощность, которая выделяется на максимальной нагрузке усилителя. Но иногда ситуация требует, чтобы нагрузка была выше, а «начинка» усилителя не может этого обеспечить. Тогда приходится увеличивать мощность усилителя. Статьи по теме:

Вопрос «какой купить планшет?» — 3 ответа Инструкция
1 Запитайте с помощью отдельного стабилизированного блока питания с соответствующей мощностью только конкретно усилители мощности, которые находятся в корпусе. Питание предварительного усилителя оставьте от штатного питания. Напряжение блока стабилизации будет равняться напряжению питания без нагрузки. Это обязано будет увеличить мощность примерно в два раза при том же сопротивлении нагрузки. Однако есть опасность, что не выдержат выходные транзисторы.
2 Если первый вариант вас не устраивает, запитайте усилитель от отдельного блока питания с повышенным напряжением питания по отношению к штатному. Найдите в интернете схемы усилителя Шушурина. Кое-где модернизировав детали, переделайте все под его схему. Согласно этой схеме, на выходе должно получиться 100 Вт.
3 Если и это не для вас, воспользуйтесь схемой параллельного соединения выходов. Это будет самое правильное решение, но оно приведет к кардинальной слесарной перепланировке усилителя и потребует от вас определенных навыков в радиоэлектронике.
4 В любом случае, сделайте отдельный блок питания. В стандартный корпус трансформатор на 250 Вт, а тем более на 400 Вт, запихать трудно. Сделайте переключатель с внешнего на внутреннее питание. Попробуйте поставить тороидальный трансформатор; только это, конечно, уже будет стоить дороже. Также обязательно улучшайте охлаждение радиаторов – установите вентиляторы от компьютеров рядом с транзисторами. Не подключайте колонки менее 8 Ом.
5 Подумайте, как быть с защитой. Загрубляйте или выкидывайте только частично! Обязательно ставьте функцию отключения при появлении постоянного напряжения. На помещение, например, в 20 кв.м двухканальных 25 Вт будет вполне достаточно, тем более если учесть, что акустика с нормальным мощным басом. Видео по теме

Источник



Полный усилитель на микросхемах. Часть 4. Улучшаем блок питания

Общие замечания

Вначале оценим требования к источнику питания (ИП) на основе фундаментальных знаний, а затем воспользуемся программами расчета. Рассмотрим соотношения в выходном каскаде УМЗЧ, работающим в классе АВ в разрезе требований к проектированию ИП.
Максимальное напряжение на выходе усилителя:
Uвых макс=sqrt(2Pн максRн),
амплитуда переменного тока в цепи нагрузки достигает:
Iвых макс=Uвых макс/Rн.
Предельный (идеальный) КПД двухтактного комплементарного повторителя при синусоидальном сигнале
ηмакс=Pн/Pпотр=π/4≈0,78.
Усилитель мощности звуковой частоты по отношению к источнику питания можно рассматривать как преобразователь мощности постоянного тока ИП в мощность переменного тока. Примем КПД такого преобразователя (при Pн макс) η=0,7.
При наличии конденсатора Сп в цепи питания усилителя мощности потребляемый ток будет
Iп≈Pн макс/(2ηUп).
Расчеты по приведенным соотношениям показывают (рис. 1), что потребляемый постоянный ток Iп в шесть раз меньше максимального тока нагрузки Iвых макс. Этот факт еще раз подчеркивает важность разводки цепей питания в усилителе. Рекомендации по монтажу слаботочных и сильноточных цепей были даны в первой части настоящего проекта.

Рис. 1. Скриншот расчета ИП в программе Microsoft Excel. В ячейках с заливкой светло-синего цвета помещены исходные данные, оранжевого цвета – расчетные соотношения

Основные соотношения, необходимые для прикидочного расчета нестабилизированного источника питания, обеспечивающего при токе нагрузки Iн напряжение Uн [1-3], приведены в прилагаемом ниже файле. Расчет ведется для мостовой схемы, в которой в качестве выходного напряжения Uн берется суммарное напряжение 2Uп, а накопительный конденсатор Сп представляет собой два последовательно включенных конденсатора удвоенной расчетной емкости (рис. 2).

Рис. 2. Мостовой ИП для двух симметричных относительно общего провода выходных напряжений
Файл с пояснениями по расчетным соотношениям можно взять здесь:

Результаты расчетов по приведенным формулам даны на втором листе файла xls, а печать с экрана фрагмента листа показана на рис. 3.

Рис. 3. Таблица результатов расчета ИП

Требуемая мощность трансформатора и параметры диодов получены для максимальной выходной мощности УМЗЧ. Необходим силовой трансформатор мощностью 70…80 Вт и диоды с прямым током 2 А, импульсным током 50 А, обратным напряжением 200 В.

Танцуем от питания

Золотое правило конструкторов аудиоаппаратуры гласит: «Усилитель звучит так, как ему позволяет работать источник питания». И это правда.
Основные параметры:
Входное напряжение:

2х(15…20) В
Максимальный ток нагрузки: до 4 А
Рабочий ток источника питания ±15 В: 50 мА
Размеры печатной платы: 54х150 мм

Ниже обсудим возникшие вопросы, попутно отметив, что полезную информацию по изготовлению блока питания можно почерпнуть из [6].

Читайте также:  Как усилить мощность генератора ваз

Выбор емкости накопительного конденсатора и ее влияние на передачу низких частот

Значение емкости накопительных конденсаторов блока питания зависит как от выходной мощности, так и от сопротивления нагрузки усилителя. Например, при мощности УМЗЧ 10 Вт необходима емкость конденсаторов фильтра 1000 мкФ. При двухполярном питании суммарная емкость последовательно включенных конденсаторов получается 500 мкФ. Для Rн=4 Ом нижняя граница полосы пропускания составит 80 Гц, что совсем недостаточно.

Таким образом, емкость конденсатора, шунтирующего цепи питания, следует выбирать так, чтобы обеспечить малое полное сопротивление на самой низкой частоте сигнала. Выберем емкость накопительного конденсатора исходя из размаха пульсаций на нем не более Uпульс≤1 В. Получим Сп≥Iа вых макс/(2πfнUпульс), где Iа вых макс – максимальная амплитуда тока в цепи нагрузки.

Параллельное включение накопительных конденсаторов

Возникает вопрос, что лучше: один накопительный конденсатор в блоке питания или несколько параллельно включенных малогабаритных? Лучше один качественный конденсатор требуемой емкости; при этом на первое место встает проблема его цены и габаритов. Поэтому на практике мы встречаем случаи параллельно включенных конденсаторов.

Моя (с позволения сказать) методика определения допустимого числа параллельно включенных электролитических конденсаторов в блоке питания заключается в следующем:

1) Возьмем за образец параметры блока питания с единственным качественным конденсатором требуемой емкости, для примера С=22000 мкФ (ESR=0,025 Ом, Iмакс=6 А).

2) Выбираем из стандартного ряда емкость одного конденсатора блока питания С1=С/n, где n=2, 3 или 4. В нашем случае претендентами будут конденсаторы емкостью 10000 мкФ, 6800 мкФ и 4700 мкФ. Возьмем конденсаторы 4700 мкФх35 В (измеренный ESR чуть меньше 0,01 Ом, Iмакс=2,4 А).

3) Рассчитываем предельный ESR и максимальный ток при параллельном соединении конденсаторов. В нашем примере ESR=0,1/4=0,025 Ом, Iмакс≥I1·n=2,4·4=9,6 А, даже больше, чем допустимый ток единственного конденсатора.

4) Собираем блок питания и замеряем ESR получившегося конденсатора. Измерения показали ESR=0,028 Ом.

5) Вычисляем отклонение ESR реального блока питания от предельного ESR:
100(0,028-0,025)/0,025=12%.

6) Если отклонение составляет величину 5…20%, блок питания имеет право на жизнь, в противном случае повторяем п. 2-5 методики с другими конденсаторами.

Суть методики основана на том, что в реальном блоке питания сказываются его конструктивные параметры – сопротивление и индуктивность проводников и (или) дорожек печатной платы, и нужно спроектировать БП так, чтобы их вклад оставался незначительным – пятая — двадцатая часть от предельного ESR.

Таким образом, с увеличением числа параллельно включенных конденсаторов не происходит пропорционального улучшения качества блока питания. Блок питания с четырьмя конденсаторами в каждом плече вполне может использоваться в УМЗЧ, при этом затраты на конденсаторы почти в 2,5 раза ниже, чем в блоке питания с единственным конденсатором.

Важным свойством источника питания является реактивная мощность. Здесь выбор падает на довольно крупногабаритные конденсаторы с большой толщиной диэлектрика. Влияет на импульсные свойства и рабочее напряжение конденсатора. Поэтому следующий вопрос, как говорится, вдогонку.

Выбор номинального напряжения конденсатора

Минимальным запасом по напряжению следует считать 20 % (пятую часть), а желаемым – 50…100% от напряжения питания устройства.
Выбор рабочего напряжения конденсаторов удобно осуществить с помощью таблицы.

Применение «аудиофильских» конденсаторов Black Gate

Электролитические конденсаторы в усилителях звуковой частоты могут быть японских фирм Elna, Nichicon, Nippon, Rubycon, далее следуют европейские Epcos, Vishay, корейские Samwha и наконец, тайваньские CapXon, Hitano, Jamicon, OST. Подойдут «электролиты» других известных компаний, например Panasonic, Samsung, или Sanyo. Бескомпромиссные радиолюбители ищут электролитические конденсаторы Rubycon, Mallory Dubillier, Black Gate, считая, что они позволят кардинально улучшить звучание усилителя.

Электролитические конденсаторы Black Gate являются разработкой японской фирмы Jelmax, имеют прекрасные импульсные свойства, низкие шумы и искажения, высокую надежность, долговечность и цену. В настоящее время они производятся компанией Rubicon.

Применение конденсаторов Black Gate в звуковой аппаратуре высокого класса способно изменить качество звучания в лучшую сторону. Однако сегодня Black Gate сложно достать непосредственно от производителя, а у перекупщиков они чересчур дорогие.
Затраты на один конденсатор Black Gate 4700 мкФх35 В для блока питания в 2 раза превышают стоимость всех остальных комплектующих нашего проекта!

Однако пропорционального улучшения качества работы усилителя не произойдет. В лучшем случае использование конденсаторов Black Gate уменьшит выходное сопротивление источника питания на 5…10% по сравнению с обычными конденсаторами.

Если уж где и ставить Black Gate, так это непосредственно на плате усилителя мощности (220 мкФ х 35 В). Однако и здесь предусмотрены меры, снижающие выходное сопротивление источника питания на высоких частотах – шунтирование оксидных конденсаторов качественными пленочными конденсаторами (0,1 мкФ).
Поэтому применять или не применять конденсаторы Black Gate – выбор за Вами!

Читайте также:  Как можно увеличить мощность пылесоса 1

Качество звучания УЗЧ в зависимости от его стоимости

Рассмотрим зависимость некоторого свойства объекта (в нашем случае, верности звуковоспроизведения) от затрат (стоимости), рис. 7. Подобная зависимость характерна для большинства сложных систем (а УЗЧ, несомненно, является сложной системой), это закон природы.

Рис. 7. Зависимость верности воспроизведения от стоимости УЗЧ; Z2>>Z1,читается «много больше»

На графике имеется участок АВ линейного роста, возрастания ВС и насыщения CD. Сравнительно небольшими усилиями (денежными затратами) достигаются 75 – 85% свойства объекта (верности воспроизведения), а затем значительное увеличение стоимости УЗЧ приводит лишь к небольшому росту качества звучания. Очевидно, участок CD выбирать не имеет смысла (можно лишь в случае, если куры денег не клюют, то есть, их очень много).

Участок АВ на графике, показанном на рис. 5, характерен тем, что каждая сотня рублей, потраченная на приобретение (конструирование) УЗЧ, оборачивается заметным повышением качества звучания. Со всех точек зрения наиболее оптимальным является участок ВС, соответствующий переходу от участка линейного возрастания к участку насыщения. Здесь точка В является нижней ценовой планкой стоимости УЗЧ, а точка С – верхней. В настоящее время приблизительная цена УЗЧ на участке ВС составляет от 20 тысяч рублей (УЗЧ начального уровня) до 50 тысяч рублей (УЗЧ среднего уровня). Средняя стоимость УЗЧ на участке CD составляет 150 тысяч рублей и может доходить в точке D до 1 млн. руб.

Здесь не будем обсуждать настоящую цену УЗЧ, следует понимать, что в реальности в ней могут доминировать составляющие спроса, бренда, маркетинга и т. п., не имеющие отношения к качеству звучания УМЗЧ.
При выборе оптимальной конфигурации звуковоспроизводящего комплекса всегда следует помнить, что она должна быть сбалансированной.

Обжимные наконечники и клеммники в УМЗЧ

В профессиональной и любительской аппаратуре в последнее время часто используют обжимные наконечники и клеммники (рис. 8). Чем они хороши? Ничем! (Шутка!). А если серьезно, обжимные наконечники и клеммники упрощают монтаж функциональных блоков аппаратуры, улучшают ее ремонтопригодность.

Рис. 8. Блок питания высококачественного УМЗЧ соединяется с помощью обжимных наконечников
(100W RMS/Channel Stereo Amplifier, //www.siliconchip.com.au/)
Я долгое время скептически относился к этим соединителям, пока не провел свое исследование. Оказалось, что сопротивление контакта менее 0,01 Ом, оно стабильно во времени (временной промежуток один год). К тому же в настоящее время выпускаются химические препараты, позволяющие эффективно следить за состоянием контактов соединителей.

Монтаж и детали улучшенной схемы блока питания

Печатная плата блока питания рассчитана на установку четырех оксидных конденсаторов 4700 мкФ на рабочее напряжение 35 В в каждом плече (рис. 9). Можно установить сначала по одному конденсатору, а затем добавить недостающие, и тем самым окончательно прояснить для себя вопрос об их влиянии на звучание усилителя.

Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: пленочные конденсаторы, диоды, электролитические конденсаторы двухполярного источника питания. Затем монтируют клеммники и электролитические конденсаторы сглаживающего фильтра. После пайки последние желательно дополнительно укрепить на печатной плате с помощью термоклея.
Необходим электрический клеевой пистолет (рис. 10), предназначенный для склеивания между собой изделий из пластмассы, металла, керамики и других материалов. Он используется для крепления крупногабаритных деталей (оксидных конденсаторов, трансформаторов, дросселей и т. п.) на печатных платах, фиксации разъемов и многих других целей.

Расходным материалом для склеивания служит силиконовый термоклей, который выпускается в виде цилиндрических стержней диаметром 11 мм различного цвета. Стержень устанавливается в пистолет через отверстие в задней части пластмассового корпуса. После включения в сеть и прогрева инструмент готов к работе. Узкое жало пистолета позволяет действовать в труднодоступных местах, а курок – дозатор обеспечивает контролируемую подачу клея через нагревательный элемент. После выдавливания расплавленной силиконовой массы на склеиваемую поверхность следует прижать детали до момента схватывания термоклея.

Рис. 10. Пистолет для клея прост в использовании, надежен и долговечен

Детали блока питания:DA1 – Стабилизатор 7815 (15V;1,0A), ТО-220 – 1 шт.,
DA2 – Стабилизатор 7915 (-15V;1A), ТО-220 – 1 шт.,
Радиатор U-образный FK301, алюминий, 13,3×19,1×12,7мм, для корпусов типа TO-220 – 2 шт.,
VD1…VD4 — Диод Шоттки 80SQ045-IR (45V/8A) – 4 шт.,
R1 — Рез.-0,25-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
С1 — Конд.0,1/1000V К78-2 – 1 шт.,
С2, С15…С18 — Конд.0,1µ/63V J К73-17 – 5 шт.,
С3…С6 — Конд.0,01/630V К73-17 – 4 шт.,
С7…С14 — Конд.4700/35V 1840 +105°С – 8 шт.,
С19, С20 — Конд.100/25V 0809 105°C – 2 шт.,
Клеммник 3К шаг 5 мм ТВ-03ВС на плату – 3 шт.,
FU1 – Держатель предохранителя на приборный блок 5х20 мм, FH-02, — 1 шт.,
Пред. 1А (d=5;L=20) стекл. – 1 шт.,
XP1 — Шт. «Сеть» CS-001 приб./защёлка – 1 шт.,
Конт.заж. типа «O», TRI-1,25-2,5-M5, изолированный – 2 шт.,
XT1 — Клеммник приборный – 1 шт.,
SA1 — Выключатель питания 250В, 6А – 1 шт.

Читайте также:  Запас по тепловой мощности

Налаживание

После проверки правильности монтажа на плате ее подключают к силовому трансформатору Т1, а выходы блока питания нагружают четырьмя резисторами: выходы ±25 В двумя резисторами 300 Ом, 5 Вт, а выходы ±15 В – двумя резисторами 510 Ом, 1 Вт.

Включателем SA1 подают напряжение на первичную обмотку трансформатора Т1, измеряют переменные напряжения на вторичных обмотках и постоянные напряжения на выходах блока питания; они должны соответствовать указанным на принципиальной схеме. Если все в порядке, блок питания готов к работе в составе УМЗЧ.

Что дала установка модернизированного блока питания в усилителе?

Улучшения в звуке таковы, что в дальнейших экспериментах я уже не возвращался к первоначальному блоку питания.
Сравнительно большая емкость конденсаторов, шунтирующих цепи питания, обеспечивает хорошую передачу низких частот.
С блоком питания из комплекта усилителя Питера Смита (Сп=4700 мкФ) нижняя граница полосы пропускания при нагрузке Rн=4 Ом составляет 16 Гц, а с предлагаемым блоком (Сп=18800 мкФ) – 4 Гц.

Альтернативой конденсаторам большой емкости по цепям питания является установка мощного стабилизатора напряжения с малым выходным сопротивлением, но это будет конструкция другого уровня сложности.

Источник

Как увеличить мощность усилителя

Выходная мощность усилителя – это та, которая выделяется на нагрузке (динамике). Аудио-системы имеют достаточно низкое сопротивление нагрузки, поэтому для нормальной выходной мощности нужно оперировать большими значениями силы тока. Чем больше выходная мощность усилителя, тем большим должен быть коллекторный ток транзисторов выходных каскадов. Попробуем самостоятельно увеличить мощность усилителя.

Как увеличить мощность усилителя

Что понадобится

1. Навыки пайки;
2. Комплементарная пара мощных транзисторов;
3. Двуполярный источник питания соответствующей мощности и напряжения;
4. Пассивные радиокомпоненты.

Инструкция

Если Вы достаточно хорошо разбираетесь в электронике, можете попробовать переделать свой усилитель путем добавления дополнительного блока питания соответствующей мощности, который будет питать исключительно выходной каскад. Так, напряжение на предыдущих каскадах будет равным напряжению без нагрузки. Это позволит повысить коэффициент усиления почти в два раза.

Если ваши познания в электронике ограничиваться только школьным курсом физики, настоятельно рекомендуем не пробовать модифицировать усилитель столь грубым вмешательством в его тонкий и очень ранимый внутренний мир. В вашем случае есть боле безопасный и простой метод — добавление еще одного, внешнего выходного каскада усиления, расположенного между выходом вашего усилителя и колонками.

1. Для увеличения выходной мощности будем использовать самый простой двухтактный усилитель мощности на комплементарной паре транзисторов.

Что такое комплементарная пара, можно узнать здесь.

После кодификации все функции вашего усилителя останутся такими, как были прежде, увеличится только значение нагрузки, которую можно подключить на выход. Параметры выходной мощности будут определяться мощностью транзисторов комплементарной пары. Для примера будем использовать транзисторы 2SA1943 и 2SC5200, по техническим характеристикам они могут корректно работать на мощности 100 Вт.

Сначала убедитесь, что они одной серии выпуска, это очень важно для качества звука.

2. Ищем datasheet для данного элемента и определяем эмиттер, базу и коллектор.

3. Пробуем собрать схему. Ее можно паять навесным монтажом, но для надежности лучше развести и протравить плату.

Диоды VD1, VD2 – любые кремниевые.

4. После сборки каждый транзистор нужно прикрутить к отдельному радиатору, и поскольку мы планируем нагрузить этот механизм на 100 Вт, лучше к радиатору прикрепить кулер.

Советы

1. Никогда не ставьте транзисторы комплементарной пары на один радиатор, таким образом вы сделаете короткое замыкание в цепи питания;
2. Если у вас есть тестер, измерьте параметр hFE для каждого транзистора, они должны быть равными;
3. Организуйте как можно лучшее охлаждение для силовых транзисторов;
4. На каждый канал нужно будет сделать отдельный усилитель;
5. Если будет слышно искажения, то стоит изменить номинал смещающих резисторов R1 и R2.

Источник