Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства - это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты "Phoenix P-400".

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора "импульсный БП или на основе сетевого трансформатора" не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора - имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

• меньший объем и вес;
• более высокий КПД;
• лучшее охлаждение для обмоток.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

• Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см 2) * Площадь сечения (см 2)
• Площадь окна = 3,14 * (d/2) 2
• Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

• Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
• Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
• Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал - где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение - по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

• для 4х обмоток питания УМЗЧ - провод диаметром 1,5 мм;
• для остальных обмоток - 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.

Суть метода:

1. Выполняем намотку 20 витков любого провода;
2. Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
3. Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков - узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.

Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 - нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода - получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков - 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) - 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину - 8м.

Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.

Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй - получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя - А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 - емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

Расшифровка названий на схеме:

• STAB - стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
• STAB+REG - стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
• STAB+POW - регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

Uвых = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

• LM317 - 1,25;
• 7805 - 5;
• 7812 - 12.

Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

• +36В, -36В - усилители мощности на TDA7250
• 12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
• 5В - индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.

Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант "все на одной плате" тоже не плох и по своему удобен.

Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве - на отдельных печатных платах.

Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель - печатную плату (рисунок 8).

Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

Заключение

Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

UPD : Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

Скачать - (63 КБ).

Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

Схема относительно просто и представляет собой двухполярный стабилизированный блок питания. Плечи блока питания зеркальны, поэтому схемы абсолютно симметрична.

Технические характеристики блока питания:
Номинальное входное напряжение: ~18...22В
Максимальное входное напряжение: ~28В (ограничено напряжение конденсаторов)
Максимальное входное напряжение (теоретически): ~70В (ограничено максимальным напряжением выходных транзисторов)
Диапазон выходных напряжений (при ~20В на входе): 12...16В
Номинальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 200мА
Максимальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 300мА
Пульсации напряжения питания (при номинальном выходном токе и напряжении 15В): 1,8мВ
Пульсации напряжения питания (при максимальном выходном токе и напряжении 15В): 3,3мВ

Данный блок питания можно использовать для питания предварительных усилителей. БП обеспечивает довольно низкий уровень пульсаций напряжения питания, при довольно большом (для предварительных усилителей) токе.

В качестве аналогов транзисторов MPSA42/92 можно применить транзисторы KSP42/92 или 2N5551/5401. Не забывайте сверять цоколевку.
Транзисторы BD139/BD140 можно заменить на BD135/136 или на другие транзисторы с аналогичными параметрами, опять же про цоколевку не забываем.

Транзисторы VT1 и VT6 должны быть установлены на теплоотводе, место для которого предусмотрено на печатной плате.

В качестве стабилитронов VD2 и VD3 можно применять любые стабилитроны на напряжение 12В.

Очень часто бывает что у радиолюбителя есть трансформатор, но только с одной обмоткой, а необходимо получить на выходе двухполярное напряжение. Именно для этих целей можно применить следующую схему:

Схема отличается своей простотой и универсальностью. На вход схемы можно подавать переменное напряжение в широком диапазоне, ограниченном только лишь допустимым напряжением диодов моста, допустимым напряжением конденсаторов питания и напряжением КЭ транзисторов. Выходное напряжение каждого из плеч будет равно половине общего напряжения питания или (Uвх*1,41)/2, например: при входном переменном напряжении 20В, выходное напряжение одного плеча будет равно (20*1,41)/2=14В.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применять ЛЮБЫЕ комплементарные транзисторы, следует только не забывать о цоколевке. Хорошими вариантами замены могут быть MPSA42/92, KSP42/92, BC546/556, КТ3102/3107 и так далее. Следует так же учитывать при замене транзисторов на аналоги их максимальное допустимое напряжение КЭ, оно должно быть не менее выходного напряжения плеча.

В своей практике для питания УМЗЧ я люблю применять для питания УМЗЧ трансформаторы с 4мя одинаковыми вторичными обмотками, в частности трансформатор ТА196, ТА163 и аналогичные. При использовании таких трансформаторов удобно использовать в качестве выпрямителя не мостовую, а двухполупериодовую полу-мостовую схему. Схема самого блока питания представлена ниже:

Для данной схемы можно применять не только трансформаторы серии ТА, ТАН, ТПП, ТН, но и любые другие трансформаторы с 4мя одинаковыми по напряжению обмотками.

На основе трансформатор ТА196 или других трансформаторов с 4мя вторичными обмотками можно организовать следующую схему:

Напряжение +/-40В (или другое, в зависимости от напряжения на обмотках вашего трансформатора) используется для питания усилителя мощности. Шины +/-15В можно использовать для питания предусилителя и входного буфера. Шину +12В можно использовать для вспомогательных нужд, например: для питания вентилятора, защиты или других не требовательных к качеству питания устройств.

В качестве стабилитрона 1N4742 можно применять любой другой на напряжение 12В, вместо 1N4728 - на напряжение 3,3В.

Вместо транзисторов BD139/140 можно использовать любую другую комплементарную пару транзисторов средней мощности на ток 1-2А. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 необходимо устанавливать на радиатор.

Нумерация выводов соответствует нумерации выводов трансформатора ТА196 и аналогичных.

Фотографии некоторых из представленных блоков питания.

Ко всем блокам питания прилагаются проверенные 100% рабочие печатные платы.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Схема 1: Маломощный стабилизированный блок питания для предусилителей
VT1	Биполярный транзистор	BD139	1	Аналог:BD135		В блокнот
VT6	Биполярный транзистор	BD140	1	Аналог:BD136		В блокнот
VT2, VT3	Биполярный транзистор	MPSA42	2	Аналог:KSP42, 2N5551		В блокнот
VDS1, VDS2	Выпрямительный диод	1N4007	8			В блокнот
VT4, VT5	Биполярный транзистор	MPSA92	2	Аналог:KSP92, 2N5401		В блокнот
VD1, VD4	Выпрямительный диод	1N4148	2			В блокнот
VD2, VD3	Стабилитрон	1N4742	2	Любые стабилитроны на напряжение 12В		В блокнот
C1, C6, C15, C18	Конденсатор	2.2 мкФ	4	Керамика		В блокнот
C2-C5, C16, C17, C19, C20	Конденсатор	1000 мкФ	8	Электролит на 50В		В блокнот
C7, C9, C21, C23	Конденсатор	100 мкФ	4	Электролит на 50В		В блокнот
C8, C10, C22, C24	Конденсатор	100 нФ	4	Керамика		В блокнот
C11, C14	Конденсатор	220 пФ	2	Керамика		В блокнот
C12, C13	Конденсатор	1 мкФ	2	Электролит на 50В или керамика		В блокнот
R1, R12	Резистор	10 Ом	2			В блокнот
R2, R10	Резистор	10 кОм	2			В блокнот
R3, R11	Резистор	33 кОм	2			В блокнот
R4, R9	Резистор	4.7 кОм	2			В блокнот
R5, R7	Резистор	18 кОм	2			В блокнот
R6, R8	Резистор	1 кОм	2			В блокнот
	Схема 2: Маломощный блок питания с преобразованием однополярного напряжения в двухполярное
VT1	Биполярный транзистор	2N5551	1	Аналог:KSP42, MPSA42		В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	2N5401	1	Аналог:KSP92, MPSA92		В блокнот
VDS1	Выпрямительный диод	1N4007	4			В блокнот
VD1, VD2	Выпрямительный диод	1N4148	2			В блокнот
C1-C4, C6, C7	Конденсатор	2200 мкФ	6	Рабочее напряжение в зависимости от входного		В блокнот
C5, C8	Конденсатор	100 нФ	2			В блокнот
R1, R2	Резистор	3.3 кОм	2			В блокнот
	Схема 3: Мощный двухполярный блок питания с полу-мостовым выпрямлением
VD1-VD4	Выпрямительный диод	FR607	4			В блокнот
C1, C5	Конденсатор	15000 мкФ	2	Электролит на 50В		В блокнот
C2, C3, C7, C8	Конденсатор	1000 мкФ	4	Электролит на 50В		В блокнот
C4, C6	Конденсатор	1 мкФ	2			В блокнот
F1-F4	Предохранитель	5 А	4			В блокнот
	Схема 4: Мощный блок питания с полу-мостовым выпрямлением
VT1, VT3	Биполярный транзистор	BD139	2	Аналог:BD135		В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	BD140	1	Аналог:BD136

Казалось бы, что может быть проще — взял блок питания, подключил его двумя или тремя проводами к усилителю и всё... должно запеть? Оказывается не всегда. Как мы уже выяснили в этого цикла статей, тут существует множество подводных камней.

Продолжим разбираться в хитросплетении питающих усилитель проводов. И как ни странно, больше всего проблем может доставить общий (земляной) проводник.

Для начала исправим одну оплошность. В статьи была опубликована схема двухполярного блока питания усилителя, но отсутствовала его монтажная схема.

Вот вам и то, и другое:

Двухполярный блок питания усилителя мощности.

Монтажная схема двухполярного блока питания усилителя мощности

По сути здесь два «отзеркаленных» однополярных блока.

Обратный ток акустической системы

Как известно, акустическая система является реактивной нагрузкой. А значит, она может возвращать ток усилителю. Этот ток, протекая по проводникам, создаёт разность потенциалов, что может привести к появлению положительной обратной связи и как следствие нестабильности усилителя.

Для избежания этого, земляную клемму громкоговорителя следует подключать к общему выводу конденсаторов фильтра питания. Часто вывод громкоговорителя подключают к общему выводу микросхемы, как показано на рисунке:

Такое подключение замыкает отрицательную полуволну сигнала в локальном контуре, исключая фильтрующий конденсатор, который мог бы снизить излучаемые помехи и повысить стабильность системы.

На рисунке показано, как ток утечки на землю одной полуволны сигнала может навести неприятные помехи и искажения, если общий провод громкоговорителя подключен к выводу выходного каскада микросхемы:

Аналогично, если на плате усилителя в цепях питания есть байпасные конденсаторы (а они обычно есть) довольно большой ёмкости в несколько сотен микрофарад, то импульсы зарядного тока также создадут на общем проводнике разность потенциалов. Поэтому, повторимся ещё раз, наилучшая точка подключения общего провода акустической системы — это общий вывод конденсаторов фильтра питания.

Чем больше мощность, тем хуже...

Часто радиолюбители стараются сделать свой усилитель как можно мощнее (типа, так круче), да и аудиофилы зачастую оснащают свои системы усилителями с мощностью в разы превышающей необходимую для озвучивания обычной комнаты до нормального уровня громкости, мотивируя тем, что так получается больший динамический диапазон. Такие усилители (большой мощности) порой решают одни проблемы, но создают другие.

Индуктивность проводников питания является основным «слабым звеном» усилителей мощности класса АВ. В таких усилителях выходные транзисторы включаются и выключаются поочередно, соответственно по плюсовой и минусовой шинам питания протекают полуволны зарядных токов.

Если эти импульсы через емкостные и индуктивные связи попадут в звуковой тракт это приводит к ужасному размытому звучанию.

Такое происходит, если какая-то чувствительная дорожка (проводник) проходит рядом с шиной питания. Бифилярная свивка проводов питания эффективно подавляет излучаемые помехи за счёт взаимной компенсации положительной и отрицательной полуволн.

На печатной плате этот метод можно реализовать, если шины питания расположить друг над другом с двухсторон платы (требуется двухсторонняяя печатная плата)

Достойный образец проектирования печатной платы для усилителя мощности — это конструкция Ultra-LD 200W, представленная в одном из номеров журнала «Практическая электроника каждый день». На печатной плате этого усилителя реализованы все рекомендации по монтажу, представленные в данном цикле статей. И во многом за счёт этого удалось получить уровень шумов -122 дБ и уровень нелинейных искажений ниже 0,001%.

Примечание редакции РадиоГазеты: если нашим читателям интересно, пишите в комментариях и мы опубликуем описание этого усилителя.

Заземление одной стороны печатной платы хорошо работает в высокочастотных и слаботочных конструкциях. Для усилителей мощности это не подходит, потому как трудно предсказать протекание токов в зависимости от выбора точек заземления.

В современных ламповых усилителях часто общую шину делают в виде отрезка тостого лужёного провода. Многие гуру проповедуют разводку звездой с единственной точкой подключения. Бывают случаи, когда при таком подходе усилители плохо работают. Сказывает большое количество длинных проводов, которые снижают стабильность конструкции.

Как правило, в хорошем усилителе есть несколько точек заземления.

Развязка

При использовании двух фильтрующих конденсаторов при двухполярном питании надо следить, чтобы две полуволны сигнала суммировались в одной точке , как показано на рисунке:

Часто применение одного конденсатора, включенного между плюсом и минусом питания, позволяет решить эту проблему. Этот метод хорошо работает с операционными усилителями типа 5532, и для усилителей мощности типа LM3886.

Когда питание драйверного каскада и выходного каскада подключено раздельными проводами, это может вызвать некоторую нестабильность усилителя на высоких частотах. Проблема решается подключением керамического конденсатора небольшой ёмкости между выводами питания микросхемы:

увеличение по клику

Если ёмкость байпасных (блокировочных) конденсаторов больше 100мкФ, их общий провод должен подключаться к «грязной» земле, так как большие зарядные токи могут создавать ощутимые помехи, если конденсаторы будут подключены к сигнальной земле.

Цепь Цобеля

Цепь Цобеля на выходе усилителя предотвращает его возбуждение на высоких частотах. Импульсы тока в этой цепи могут вызвать проблемы, поэтому должны замыкаться на «грязную» землю, то есть на общий вывод конденсаторов фильтра или байпасных конденсаторов.

Для некоторых микросхем усилителей мощности длинные провода в цепях Цобеля вызывают нестабильность на отрицательных полуволнах сигнала.

Пример монтажа моно-усилителя

Обычно «звезда» в усилителе с однополярным питанием бывает трёхлучевой: сигнальная земля, земля конденсаторов фильтра питания и «грязная» земля. Пример представлен на рисунке:

увеличение по клику

Здесь под усилителем следует понимать как интегральное исполнение, так и усилители на дискретных элементах.

Как видно, к одному лучу подключена сигнальная земля — здесь токи очень малы, поэтому подключать все элементы отдельными проводниками нет необходимости. Ко второму лучу отдельными проводниками подключены выводы сильноточных цепей: выходного каскада, цепи Цобеля, общий вывод акустической системы и байпасных конденсаторов. К третьему лучу подключен общий вывод фильтрующего конденсатора блока питания.

Правильное подключение общего провода к выводам микросхем показан на рисунке:

Вариант «с» — это неправильный вариант. Из-за сопротивления дорожки большой ток поднимет потенциал слаботочного общего провода относительно вывода микросхемы, что приведет к росту искажений.

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главный редактор « »

Этот проект можно назвать самым масштабным в моей практике, на реализацию этой версии ушло 3 с лишним месяца. Сразу хочу сказать, что на проект потратил достаточно много финансов, к счастью с этим помогли многие люди, в частности хочу поблагодарить нашего уважаемого администратора сайта РАДИОСХЕМЫ за моральную и финансовую помощь. Итак, для начала хочу ознакомить с общей идеей. Она заключалась в создании мощного самодельного автомобильного усилителя (хотя машины пока нет), которая могла бы обеспечить высокое качество звучания и питала бы порядка 10 мощных динамических головок, иными словами - полный ХАЙ-ФАЙ аудиокомплекс для запитки фронта и тыловой акустики. Спустя 3 месяца, комплекс был полностью готов и испытан, должен сказать, что он полностью оправдал все надежды, и не жалко потраченных финансов, нервов и кучи времени.

Выходная мощность достаточно высока, поскольку основной усилитель собран по схеме знаменитого ЛАНЗАРА, который обеспечивает максимальную мощность в 390 ватт, но разумеется усилитель работает не на полной мощности. Этот усилитель предназначен для питания сабвуферной головки SONY XPLOD XS-GTX120L, параметры головки показаны ниже.

>> Номинальная мощность - 300 Вт

>>
Пиковая мощность - 1000 Вт

>>
Диапазон частот 30 - 1000 Гц

>>
Чувствительность - 86 дБ

>>
Выходное сопротивление - 4 Ом

>>
Материал диффузора – полипропилен .

Помимо сабвуферного усилителя, в комплексе стоят также 4 отдельных усилителя, два из которых выполнены на известной микросхеме ТДА7384 , в итоге 8 каналов по 40 Ватт предназначены для питания акустики салона. Остальные два усилителя выполнены на микросхеме ТДА2005 , использовал именно эти микросхемы по одной причине - дешевые и обладают недурным качеством звучания и выходной мощностью. Суммарная мощность установки (номинальная) 650 ватт, пиковая доходит до 750 ватт, но разогнать на пиковую мощность трудно, поскольку питание не позволяет этого. Для питания сабвуферного усилителя 12 вольт автомобиля конечно маловато, поэтому использован преобразователь напряжения.

Преобразователь напряжения - пожалуй самая трудная часть всей конструкции, поэтому рассмотрим его чуть подробнее. Особое затруднение вызывает намотка трансформатора. Ферритовое кольцо у нас почти не встречается в продаже, поэтому было принято решение использовать трансформатор от компьютерного блока питания, но поскольку каркас одного трансформатора явно маловат для намотки, то использовались два идентичных трансформатора. Для начала нужно найти два одинаковых БП ATX, выпаять большие трансформаторы, разобрать их и снять все заводские обмотки. Половинки феррита приклеены друг к другу клеем, поэтому их следует подогреть зажигалкой в течении минуты, затем половинки спокойно вынимаются из каркаса. После снятия всех заводских обмоток, нужно отрезать одну из боковых стенок каркаса, желательно отрезать свободную от контактов стенку. Это делаем с обеими каркасами. На последнем этапе нужно прикрепить каркасы друг к другу так, как это показано на фотографиях. Для этого я использовал обыкновенный скотч и изоленту. Теперь уже нужно приступить к намотке.

Первичная обмотка состоит из 10 витков с отводом от середины. Обмотку мотают сразу 6-ю жилами провода 0,8 мм. Сначала по всей длине каркаса мотаем 5 витков, затем изолируем обмотку изоляционной лентой и мотаем остальные 5.

ВАЖНО! Обмотки должны быть полностью идентичны, иначе трансформатор будет жужжать и издавать странные звуки, а также могут сильно нагреваться полевые ключи одного плеча, т.е основная нагрузка будет лежать на плечо с меньшим сопротивлением обмотки. После окончания мы получаем 4 вывода, провода очищаем от лака, скручиваем в косичку и залуживаем.

Теперь мотаем вторичную обмотку. Она мотается по тому же принципу, что и первичная, только содержит 40 витков с отводом от середины. Мотается обмотка сразу 3-я жилами провода 0,6-0,8 мм сначало одно плечо (по всей длине каркаса), затем другое. После намотки первой обмотки ставим поверх изоляцию и мотаем вторую половину идентично первой. В конце провода очищаются от лакового покрытия и покрываются оловом. Последний этап - вставляем половинки сердечника и закрепляем.

ВАЖНО! Не допускать зазора между половинками сердечника, это приведет к повышению тока покоя и к ненормальной работе трансформатора и преобразователя в целом. Закрепить половинки можно скотчем, затем фиксировать клеем момент или эпоксидной смолой. Пока трансформатор оставляем в покое и приступаем к сборке схемы. Такой трансформатор способен обеспечить на выходе двухполярное напряжение в 60-65 вольт, номинальная мощность 350 ватт, максимальная - 500 ватт, пиковая - 600-650 ватт.

Задающий генератор прямоугольных импульсов выполнен на двухканальном ШИМ контроллере TL494 настроенной на частоту 50 кГц. Выходной сигнал микросхемы усиливается драйвером на маломощных транзисторах, затем поступает на затворы полевых ключей. Транзисторы драйвера можно заменить на ВС557 или на отечественные - КТ3107 и другие аналогичные. Полевые транзисторы использованы серии IRF3205 - это N - канальный силовой транзистор с максимальной мощностью 200 ватт. На каждое плечо использовано 2 таких транзистора. В выпрямительной части блока питания использованы диоды серии КД213, хотя подойдут любые диоды с током 10-20 ампер, которые могут работать на частотах 100кГц и более. Можно использовать диоды Шоттки от компьютерных блоков питания. Для фильтрации ВЧ помех использованы два идентичных дросселя, они намотаны на кольцах из компьютерных БП и содержат 8 витков 3-я жилами провода 0,8мм.

Основной дроссель стоит по питанию, намотан на кольце от компьютерного БП (самое большое по диаметру кольцо), он намотан 4-мя жилами провода с диаметром 0,8 мм, количество витков - 13. Питание преобразователя подается тогда, когда на вывод ремоут контроля подают стабильный плюс, тогда замыкается реле и преобразователь начинает работу. Реле нужно использовать с током 40 ампер и более. Полевые ключи установлены на небольшие теплоотводы от компьютерного БП, они прикручены к радиаторам через теплопроводящие прокладки. Резистор снаббера - 22 ом должен чуть перегреваться, это вполне нормально, поэтому нужно использовать резистор с мощностью 2 ватт. Теперь вернемся к трансформатору. Нужно фазировать обмотки и запаять его на плату преобразователя. Фазируем сначала первичную обмотку. Для этого нужно начало первой половины обмотки (плеча) припаять к концу второй или наоборот - конец первой к началу второго.

При неправильной фазировке преобразователь либо вообще не заработает, либо слетят полевики, поэтому желательно при намотке отметит начало и конец половинок. Вторичная обмотка фазируется точно по этому же принципу. Печатная плата - в .

Готовый преобразователь должен работать без свистов и шумов, на холостом ходу теплоотводы транзисторов могут незначительно перегреваться, ток покоя не должен превышать 200 мА. После завершения ПН можете считать, что основная работа выполнена. Уже можно приступить к сборке схемы ЛАНЗАРА, но об этом в следующей статье.

Обсудить статью УСИЛИТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ - ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

реклама

Если нужен блок питания для нестандартных условий, можно воспользоваться построением с низкочастотным трансформатором. Такое решение просто в реализации и не требует особо глубоких специальных знаний, но есть у него и ряд недостатков – большие габариты, низкий КПД и качество стабилизации выходных напряжений. Можно изготовить импульсный БП, но это довольно сложная процедура с массой подводных камней – при малейшей ошибке будет «хлопок» и куча ненужных деталей.

Попробуем снизить планку и ограничимся модернизацией обычного компьютерного блока питания ATX под необходимые требования. Гм, а что именно станет предметом рассмотрения? Вообще-то, 300-400 ваттный БП может обеспечить довольно значительную мощность, область применения у него большая. В одной статье трудно объять необъятное, поэтому ограничимся самым распространенным – усилителем низкой частоты, под него и попробуем осуществить переделку.

Постановка задачи

Блок питания довольно большой мощности, хотелось бы его использовать по максимуму. Из 12 вольт мощный усилитель не сделать, здесь требуется совсем другой подход – двуполярное питание с выходным напряжением явно побольше 12 В. Если БП будет запитывать самодельный усилитель, собранный из дискретных элементов, то его напряжение питания может быть любым (в разумных пределах), а вот интегральные микросхемы довольно придирчивы. Для определенности возьмем усилитель на – напряжение питания до 100 В (+/-50 В) с выходной мощностью 100 Вт. Микросхема обеспечивает ток в динамике до 10 ампер, что определяет максимальный ток нагрузки блока питания.

Вроде всё ясно, остается уточнить уровень выходного напряжения. Допускается работа от источника питания 100 вольт (+/-50 В), но попытка выбора такого значения выходного напряжения оказалась бы большой ошибкой. Микросхемы крайне отрицательно относятся к предельным режимам работы, особенно при одновременном максимальном значении нескольких параметров - напряжения питания и мощности. К тому же, вряд ли в обычной квартире есть смысл обеспечивать столь высокий уровень мощности, даже для низкочастотных динамиков с их низкой эффективностью.