Jak napájet zesilovač do auta z počítače. Výkonný měnič napětí pro zesilovač do auta Počítačový napájecí zdroj pro zesilovač do auta

Zdálo by se, že by to mohlo být jednodušší, připojte zesilovač k zdroj napájení a můžete si užívat svou oblíbenou hudbu?

Pokud si však pamatujeme, že zesilovač v podstatě moduluje napětí napájecího zdroje podle zákona vstupního signálu, je jasné, že problémy s konstrukcí a instalací zdroj napájení je třeba přistupovat velmi zodpovědně.

V opačném případě mohou chyby a chybné výpočty v tomto případě zkazit (po zvukové stránce) jakýkoli, i sebekvalitnější a nejdražší zesilovač.

Stabilizátor nebo filtr?

K napájení výkonových zesilovačů se překvapivě nejčastěji používají jednoduché obvody s transformátorem, usměrňovačem a vyhlazovacím kondenzátorem. Ačkoli většina elektronických zařízení dnes používá stabilizované napájecí zdroje. Důvodem je, že je levnější a jednodušší navrhnout zesilovač, který má vysoký koeficient potlačení zvlnění napájecího zdroje, než vyrobit relativně výkonný stabilizátor. Dnes je úroveň potlačení zvlnění typického zesilovače asi 60 dB pro frekvenci 100Hz, což prakticky odpovídá parametrům stabilizátoru napětí. Použití zdrojů stejnosměrného proudu, diferenciálních stupňů, samostatných filtrů v napájecích obvodech stupňů a další obvodové techniky v zesilovacích stupních umožňuje dosáhnout ještě vyšších hodnot.

Výživa výstupní stupně nejčastěji nestabilizované. Díky přítomnosti 100% negativní zpětné vazby, jednotkového zisku a přítomnosti OOOS je zabráněno pronikání vlnění pozadí a napájecího napětí do výstupu.

Koncový stupeň zesilovače je v podstatě regulátor napětí (napájení), dokud nepřejde do ořezávacího (omezovacího) režimu. Pak zvlnění napájecího napětí (100 Hz) moduluje výstupní signál, což zní jednoduše hrozně:

Pokud je u zesilovačů s unipolárním napájením modulována pouze horní půlvlna signálu, pak u zesilovačů s bipolárním napájením jsou modulovány obě půlvlny signálu. Většina zesilovačů se vyznačuje tímto efektem při vysokých signálech (výkonech), ale na technických vlastnostech se to nijak neprojevuje. V dobře navrženém zesilovači by nemělo docházet k ořezávání.

Chcete-li otestovat váš zesilovač (přesněji napájení vašeho zesilovače), můžete provést experiment. Přiveďte na vstup zesilovače signál s frekvencí mírně vyšší, než můžete slyšet. V mém případě stačí 15 kHz:(. Zvyšte amplitudu vstupního signálu, dokud zesilovač nevstoupí do clippingu. V tomto případě uslyšíte v reproduktorech brum (100 Hz). Podle jeho úrovně můžete hodnotit kvalitu napájecího zdroje zesilovače.

Varování! Před tímto experimentem nezapomeňte vypnout výškový reproduktor vašeho reproduktorového systému, jinak může selhat.

Stabilizovaný napájecí zdroj zabraňuje tomuto efektu a vede ke snížení zkreslení při dlouhodobém přetížení. S přihlédnutím k nestabilitě síťového napětí je však ztráta výkonu na samotném stabilizátoru přibližně 20 %.

Dalším způsobem, jak snížit efekt ořezávání, je napájet stupně přes samostatné RC filtry, což také poněkud snižuje výkon.

To se v sériové technologii používá zřídka, protože kromě snížení energie se také zvyšují náklady na produkt. Navíc použití stabilizátoru u zesilovačů třídy AB může vést k vybuzení zesilovače v důsledku rezonance zpětnovazebních smyček zesilovače a stabilizátoru.

Výkonové ztráty lze výrazně snížit, pokud použijete moderní spínané zdroje. Zde však vznikají další problémy: nízká spolehlivost (počet prvků v takovém zdroji je výrazně větší), vysoká cena (pro jednorázovou a malosériovou výrobu), vysoká úroveň RF rušení.

Typický napájecí obvod pro zesilovač s výstupním výkonem 50W je znázorněn na obrázku:

Výstupní napětí díky vyhlazovacím kondenzátorům je přibližně 1,4krát větší než výstupní napětí transformátoru.

Špičkový výkon

I přes tyto nevýhody, když je zesilovač napájen z nestabilizované zdroje, můžete získat nějaký bonus - krátkodobý (špičkový) výkon je vyšší než výkon zdroje díky velké kapacitě filtračních kondenzátorů. Zkušenosti ukazují, že na každých 10W výstupního výkonu je potřeba minimálně 2000uF. Díky tomuto efektu můžete ušetřit na výkonovém transformátoru - můžete použít méně výkonný a v souladu s tím levnější transformátor. Mějte na paměti, že měření na stacionárním signálu tento efekt neodhalí, objevuje se pouze při krátkodobých špičkách, tedy při poslechu hudby.

Stabilizovaný zdroj tento efekt nemá.

Paralelní nebo sériový regulátor?

Existuje názor, že paralelní stabilizátory jsou lepší ve zvukových zařízeních, protože proudový obvod je uzavřen v lokální smyčce stabilizátoru zátěže (je vyloučeno napájení), jak je znázorněno na obrázku:

Instalace oddělovacího kondenzátoru na výstupu má stejný účinek. Ale v tomto případě to omezuje nižší frekvence zesíleného signálu.

Ochranné odpory

Každý radioamatér asi zná zápach spáleného rezistoru. Je to vůně hořícího laku, epoxidové pryskyřice a... peněz. Mezitím může levný rezistor zachránit váš zesilovač!

Autor při prvním zapnutí zesilovače instaluje do silových obvodů místo pojistek nízkoodporové (47-100 Ohm) odpory, které jsou několikanásobně levnější než pojistky. Tím se nejednou zachránily drahé zesilovací prvky od chyb při instalaci, nesprávně nastaveného klidového proudu (regulátor byl nastaven na maximum místo minima), přepólování výkonu a tak dále.

Na obrázku je zesilovač, kde instalátor zaměnil tranzistory TIP3055 s TIP2955.

Tranzistory nakonec nebyly poškozeny. Všechno skončilo dobře, ale ne pro odpory a místnost se musela vyvětrat.

Hlavní je pokles napětí

Při návrhu desek plošných spojů pro napájecí zdroje a další nesmíme zapomínat, že měď není supravodič. To je zvláště důležité pro „zemní“ (běžné) vodiče. Pokud jsou tenké a tvoří uzavřené smyčky nebo dlouhé obvody, pak v důsledku proudu, který jimi protéká, dojde k poklesu napětí a potenciál v různých bodech se ukáže být odlišný.

Pro minimalizaci potenciálního rozdílu je obvyklé vést společný vodič (zem) ve tvaru hvězdy - když každý spotřebitel má svůj vlastní vodič. Výraz „hvězda“ by neměl být brán doslova. Na fotografii je příklad takového správného zapojení společného vodiče:

U elektronkových zesilovačů je anodový zatěžovací odpor kaskád dosti vysoký, cca 4 kOhm a vyšší, a proudy nejsou příliš vysoké, takže odpor vodičů nehraje podstatnou roli. U tranzistorových zesilovačů je odpor stupňů výrazně nižší (zátěž má obecně odpor 4 Ohmy) a proudy mnohem vyšší než u elektronkových zesilovačů. Proto zde může být vliv vodičů velmi významný.

Odpor stopy na desce s plošnými spoji je šestkrát vyšší než odpor kousku měděného drátu stejné délky. Průměr se bere 0,71 mm, jedná se o typický drát, který se používá při instalaci elektronkových zesilovačů.

0,036 Ohm oproti 0,0064 Ohm! Vzhledem k tomu, že proudy ve výstupních stupních tranzistorových zesilovačů mohou být tisíckrát vyšší než proud v elektronkovém zesilovači, zjistíme, že úbytek napětí na vodičích může být 6000! krát více. To může být jeden z důvodů, proč tranzistorové zesilovače znějí hůře než elektronkové. To také vysvětluje, proč elektronkové zesilovače osazené do PCB často znějí hůře než prototyp namontovaný na povrch.

Nezapomeňte na Ohmův zákon! Chcete-li snížit odpor tištěných vodičů, můžete použít různé techniky. Například zakryjte dráhu silnou vrstvou cínu nebo připájejte pocínovaný silný drát podél dráhy. Možnosti jsou uvedeny na fotografii:

Nabíjecí impulsy

Pro zamezení průniku síťového pozadí do zesilovače je nutné provést opatření k zamezení průniku nabíjecích impulsů filtračních kondenzátorů do zesilovače. K tomu musí stopy z usměrňovače směřovat přímo do filtračních kondenzátorů. Kolují jimi silné impulsy nabíjecího proudu, takže k nim nelze připojit nic jiného. Napájecí obvody zesilovače musí být připojeny na svorky filtračních kondenzátorů.

Správné zapojení (instalace) zdroje pro zesilovač s napájením z jednoho zdroje je na obrázku:

Klikni pro zvětšení

Obrázek ukazuje verzi desky s plošnými spoji:

Vlnění

Většina nestabilizovaných napájecích zdrojů má za usměrňovačem pouze jeden vyhlazovací kondenzátor (nebo několik paralelně zapojených). Pro zlepšení kvality napájení můžete použít jednoduchý trik: rozdělte jednu nádobu na dvě a připojte mezi ně malý odpor 0,2-1 Ohm. Navíc i dva kontejnery menší nominální hodnoty mohou být levnější než jeden velký.

To poskytuje hladší zvlnění výstupního napětí s nižšími harmonickými úrovněmi:

Při vysokých proudech může být pokles napětí na rezistoru významný. Chcete-li jej omezit na 0,7 V, můžete paralelně s rezistorem připojit výkonnou diodu. V tomto případě však při špičkách signálu, když se dioda otevře, zvlnění výstupního napětí opět „ztvrdne“.

Pokračování příště...

Článek byl připraven na základě materiálů z časopisu „Praktická elektronika každý den“

Volný překlad: Šéfredaktor RadioGazety

Znalci kvalitního a hlasitého zvuku v autě se jistě potýkají s nutností instalace autozesilovače. Každý automobilový nadšenec ví, že výkon elektrické sítě automobilu je 12 voltů, což je kriticky málo pro vytvoření skutečně silného zvuku s odporem 4 ohmy, protože některé masivní reproduktory jsou navrženy pro napájení několika tisíc wattů. V takových případech je ve voze dodatečně instalován výkonový zesilovač za účelem převodu napětí. V případě potřeby lze výkonový zesilovač vyrobit ručně, jeho obvod je poměrně jednoduchý. Jediným problémem může být vyrobit napájecí zdroj pro zesilovač do auta.

Struktura napájení

Napájecí zdroj je nejsložitější částí zesilovače, která se skládá z:

• pulzní generátor;
• tranzistory s efektem pole IRFZ44N;
• dioda VD1,
• feritový kroužek o průměru nejméně 2 centimetry;
• škrticí klapka L1;

Častěji právě kvůli pracnosti sestavení agregátu si mnozí milovníci kvalitního zvuku odmítají sestavit autozesilovač sami. Ve skutečnosti není všechno tak těžké, jak by se mohlo zpočátku zdát. Stačí mít minimální znalosti nebo postupovat podle pokynů.

Srdce měniče se běžně nazývá generátor elektrických impulsů. Nejjednodušší vzorec pro jeho vytvoření je založen na obvodu TL494. Generační frekvenci lze zvýšit nebo snížit změnou jmenovitého výkonu rezistoru R3.

Napájecí svaly pro zesilovač jsou kusové tranzistory typu IRFZ44N. V obvodu lze použít rezistory libovolného typu (s výjimkou R4, R9, R10). Napájecí zdroj může obsahovat odpory libovolného jmenovitého výkonu, včetně 0,125 W, 0,25 W a včetně 1 W a dokonce 0,5 W. LED VD1 je namontována v obvodu, aby se zabránilo sekundárnímu připojení kladných kanálů.

Výroba napájecího zdroje pro zesilovač

Hydraulický sytič L1 je potřeba našroubovat na feritový kroužek o průměru 2 cm, lze si jej zapůjčit v počítačovém zdroji nebo jednoduše zakoupit. Pro feritový prsten o průměru 2 cm je nutné provést 12 závitů zdvojeného drátu s řezem rovným 0,7 milimetru, který by měl být rovnoměrně rozložen po celém obvodu prstenu. Tato hydraulická tlumivka je vhodná i pro navíjení na feritovou tyč o průměru 8-10 milimetrů a délce 2-3 centimetry. Rozhodně nejobtížnějším momentem při výrobě měniče napětí je správné zalití transformátoru, protože na transformátoru závisí výkon celého napájecího zdroje. Optimálním řešením by bylo vyrobit jej pomocí 2000NM feritového prstence o objemu 40*25*11.