Мостовые схемы усилителей мощности на лампах: Мостовой двухтактный усилитель мощностью 25 Вт

Мостовой двухтактный усилитель мощностью 25 Вт

Одной из главных проблем, с которой сталкивается разработчик ламповых усилителей, является изготовление выходных трансформаторов. В то время как силовой трансформатор должен лишь обеспечивать необходимые напряжения и токи и может быть намотан, в крайнем случае даже вручную, выходной трансформатор оказывает огромное влияние на характеристики усилителя. Способ намотки обмоток, размеры сердечника, даже толщина пластин сердечника и толщина прокладок между обмотками — все влияет на такие важные параметры усилителя, как выходная мощность, полоса пропускания частот и нелинейные искажения.

Желание сделать выходной трансформатор менее критичным к качеству его изготовления или вообще отказаться от его применения привело к появлению схем мостовых усилителей, в которых выходные лампы по постоянному току включены последовательно, а по переменному-параллельно. Поскольку выходные лампы в такой схеме работают в режиме катодного повторителя, а постоянная составляющая на нагрузке исключена, появляется возможность согласовать сопротивление нагрузки с помощью простого автотрансформатора, имеющего всего одну обмотку.

Рис.1. Схема мостового усилителя мощности

Входной каскад на лампе Л1.1 типа 6Н8С построен по схеме с общим катодом и особенностей не имеет. Его назначение — обеспечить необходимый уровень чувствительности. Если источник сигнала имеет выходное напряжение не менее 4 В, то входной каскад можно исключить и подавать входной сигнал прямо на вход фазоинвертора.

Фазоинвертор (лампа Л2 тина 6Н9С) построен на основе балансного. Такой фазоинвертор отличается большим усилением и симметричностью разделенного сигнала. При желании иметь в усилителе балансный вход типа XLR, обладающий большей помехозащищенностью по сравнению с однотактным входом RCA, можно убрать конденсатор, заземляющий второй вход фазоинвертора, и подать на него сигнал.

Выходной каскад выполнен на двух лучевых тетродах Л3 и Л4. В качестве выходных ламп можно применять лампы 6П6С или 6П3С. С первыми выходная мощность составит около 12-13 Вт, со вторыми — до 25 Вт на канал. Еще более увеличить выходную мощность можно, применив лампы 6П27С, которые имеют максимальное анодное напряжение до 800 В и гораздо больший ток анода.

Рис.5. Печатная плата блока питания

Как известно, главным недостатком ламп по сравнению с транзисторами является довольно низкая стабильность параметров. Так, ресурс большинства ламп составляет 500-1000 часов непрерывной работы. За этот период значительно изменяются основные параметры лампы — уменьшается крутизна характеристики, падает выходная мощность, изменяется внутреннее сопротивление. Особенно неприятно этот эффект проявляется в двухтактных выходных каскадах, так как изменение параметров ламп приводит к разбалансировке плеч двухтактного каскада, появлению постоянного тока через выходной трансформатор и увеличению нелинейных искажений. Стабилизация анодного питания в данном случае не помогает, поскольку лампа по постоянному току представляет собой сопротивление и изменение внутреннего сопротивления лампы вызывает нестабильность тока покоя. Большинство усилителей либо регулируется только один раз при изготовлении, либо имеет подстроечные элементы для установки тока покоя в течение срока службы усилителя, что требует периодического проведения профилактических работ с применением специального оборудования и некоторой квалификации от пользователя ламповой аппаратуры.

Рис.6. Схема стабилизатора тока покоя выходных ламп

Устройство представляет собой стабилизатор тока и состоит из нескольких функциональных узлов. Резистор Rдт представляет собой датчик тока, на котором создается напряжение падения, пропорциональное току покоя лампы. На транзисторах VT1 и VT2 собран маломощный источник опорного напряжения, с помощью которого задается ток покоя лампы. Данная схема источника опорного напряжения отличается малым потреблением тока (0,5-0,7 мА), что немаловажно, так как ток источника опорного напряжения не проходит через датчик тока и, следовательно, приводит к небольшой погрешности установки тока покоя. При желании источник опорного напряжения можно заменить светодиодом, который будет индицировать нормальный режим лампы. В этом случае нужно применить светодиод с рабочим током не более 1 мА. На составном транзисторе VT3VT4 собрано устройство сравнения и управления током. При уменьшении тока покоя лампы уменьшается падение напряжения на резисторе датчика тока Rдт.

Поскольку напряжение на базе транзистора VT3 стабилизировано источником опорного напряжения, уменьшение напряжения на эмиттере VT3 вызывает открывание транзисторов VT3 и VT4, которые шунтируют резистор Rк и уменьшают общее сопротивление в цепи катода лампы, тем самым увеличивая ее анодный ток. При повышении анодного тока транзисторы VT3 и VT4 закрываются и увеличивают сопротивление в цепи катода. Для исключения влияния переменной составляющей катодного тока на постоянный ток покоя резистор R5 зашунтирован конденсатором большой емкости С1.

Это устройство включается в катодную цепь лампы вместо резистора автоматического смещения и питается за счет напряжения смещения. При испытании с несколькими лампами типа 6П6С и 6П3С такой стабилизатор тока обеспечивал постоянство тока покоя с точностью до 2%. По переменному току это устройство зашунтировано конденсатором большой емкости и не оказывает никакого влияния на усиление звуковых частот. Для каждой выходной лампы изготавливается такой стабилизатор тока на небольшой печатной плате и устанавливается вместо катодного резистора. Установив ток покоя выходного каскада равным 25-30 мА, можно использовать усилитель в классе А или АВ, устанавливая в выходном каскаде соответственно лампы 6П6С или 6П3С. Никаких регулировок при замене ламп при этом не нужно.

Все трансформаторы и лампы установлены непосредственно на корпусе усилителя. Трансформаторы закрыты кожухами, которые также крепятся к корпусу. Установочные размеры силового трансформатора зависят от конструкции самого трансформатора и поэтому не указаны на чертеже корпуса усилителя. Около всех трансформаторов должны быть просверлены отверстия для прокладки проводов. Их размеры и положение также достаточно произвольны. Плата блока питания крепится в подвале корпуса под силовые трансформатором на винтах крепления кожуха трансформатора. Монтаж каскадов усилителя выполнен навесным способом на выводах ламповых панелей. На винтах крепления ламповых панелей закреплены дополнительные контактные пластины из текстолита, на которых резаком прорезаны контактные площадки.

Порядок монтажа и регулировки усилителя такой же, что и у триодного усилителя.

Дмитрий Климов
Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования

Источник

353, 1

⚡️Мостовой ламповый усилитель | radiochipi.ru

На чтение 5 мин Опубликовано Обновлено

При конструировании ламповых усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) используют несколько классов (режимов) работы ламп. На рис.1 а изображены графики работы лампы в классе А. В данном режиме рабочая точка (Рm) лампы, соответствующая напряжению смещения на управляющей сетке лампы Uco располагается на середине прямолинейного участка вольтамперной характеристики.

Как можно видеть из рисунка, лампа постоянно находится в открытом состоянии. Чем выше начальный ток анода Iao, тем ниже КПД каскада, работающего в классе А.

Однако искажения, вносимые каскадом при этом, будут минимальны.

[info]Компания Lighttechnics Production предлагает услуги технического комплексного обслуживания мероприятий. Предлагается аренда разнообразного звукового оборудования, сценические конструкции и многое другое. Подробно  познакомиться с предложением вы сможете на сайте lighttechnics.ru где представлена вся информация о работе этой компании.[/info]

Класс А предпочтителен для использования во входных усилительных каскадах, имеющих достаточно высокий коэффициент усиления. В выходных каскадах усилителя звука вопрос уменьшения потребляемой мощности становится актуальным.

Смещение рабочей точки лампы за пределы линейного участка рабочей характеристики позволяет уменьшить начальный ток анода и, как следствие, увеличить КПД каскада (рис.1 б). Лампа переходит в класс В. Однако при этом сильно увеличиваются нелинейные искажения, поскольку рабочую точку устанавливают в начале линейного участка характеристики, и усиливаются лишь положительные полуволны входного сигнала, а отрицательные срезаются.

Для устранения нелинейных искажений каскадов, работающих в классе В, используют мостовую (или, точнее, полумостовую) схему (рис.2). С выхода каскада на VL1, работающего в классе А, получают противофазные сигналы, которые усиливаются по мощности лампами VL2, VL3 двухтактного выходного каскада в классе В. Иногда, для снижения искажений, лампы VL2, VL3 включают в режим АВ промежуточный между классами А и В.

Усиленные сигналы складываются в выходном трансформаторе Т1, который также согласует высокое выходное сопротивление ламп с низким сопротивлением громкоговорителя ВА1. От качества изготовления Т1 зависит равномерность АЧХ выходного сигнала. Практически все конструкции УМЗЧ, использующие “суммирующий” трансформатор, имеют достаточно существенную величину вносимых искажений.

Происходит это по разным причинам, и прежде всего, из-за неидеального симметрирования первичной обмотки, вызывающего постоянное подмагничивание сердечника трансформатора. Дня выхода из данной ситуации следует воспользоваться старым, проверенным на практике правилом: если идеала нельзя добиться от него нужно отказаться. В данном случае придется отказаться от использования трансформаторных схем. Чтобы исключить из схемы трансформатор, выходной каскад собирается по мостовой схеме (рис.3) [1].

Выходное сопротивление подобного моста — 250. ..350 Ом и зависит от типа применяемых ламп. В “горизонталь” моста включают нагрузку (громкоговоритель), а в “вертикаль” — источник питания. При балансе моста напряжение на нагрузке равно нулю. Если на вход моста подают сигнал с фазами, показанными на рисунке, происходит разбаланс моста, и через нагрузку течет ток. Его форма точно соответствует форме входного сигнала. Таким образом, возможна работа выходного каскада УМЗЧ без постоянной составляющей в нагрузке.

Кроме того, мостовая схема обеспечивает компенсацию четных гармоник искажений выходного сигнала и подавляет сетевой фон. Неравномерность АЧХ мостового УМЗЧ очень низка, и практически не имеет характерного завала в области НЧ, специфичного для трансформаторных УМЗЧ. Данное положительное качество мостовых УМЗЧ позволяет использовать их в качестве HI-END-сабвуферов в составе домашних кинотеатров.


На рис.4 и 5 изображена схема высококачественного мостового HI-END УМЗЧ. Номинальная выходная мощность усилителя в полосе частот 20…24000 Гц равна 10 Вт (пиковая 15 Вт). Коэффициент нелинейных искажений не превышает 0.8%, уровень фона 50 Гц 70 дБ (для уменьшения фона накал ламп запитывают от источника постоянного напряжения). На VL1 собран предварительный малошумящий усилитель, с выхода которого сигнал поступает на регуляторы тембра.

Далее каскад на VL2 формирует противофазные сигналы. Драйверная лампа VL3 управляет выходным мостом, собранным на VL4, VL5. К XS2 подключают высокоомную (300 Ом), а к XS3 — низкоомную (8 Ом) нагрузки. Включение усилителя без нагрузки не допускается! Т1 служит только для согласования сопротивлений выходного каскада и низкоомной нагрузки, и требования к его конструкции не столь критичны. Вентилятор М1 обдувает лампы, осуществляя их принудительное охлаждение (при этом существенно снижается дрейф рабочих точек VL2…VL5).

Собирается УМЗЧ в дюралюминиевом корпусе с отверстиями для вентиляции. Вместо малогабаритных ламп VL1…VL3 можно применить 6Ж1П и 6Н1П. Т1 и Т2 — тороидальные. Сечение кольца Т1 — 40×40 мм, диаметр — 50 мм. Обмотка I имеет 400 витков провода ПЭВТЛ диаметр 0,41 мм, а обмотка II — 80 витков того же провода диаметр 0,8 мм. Сечение кольца —Т2 60×30 мм, диаметр —120 мм. Обмотка I имеет 700 витков провода ПЭВТЛ диаметр 0,41 мм, обмотка II — 790 витков провода ПЭВТЛ диаметр 0,27 мм, а обмотка III — 18 витков провода ПЭВТЛ диаметр 1,8 мм.

Фильтрующие дроссели L1 и L2 также намотаны на тороидальных сердечниках сечением 40×10 мм и диаметром 40…50 мм. Они имеют 300 витков провода ПЭВТЛ диаметр 0,27 мм (L1) и 100 витков провода ПЭВТЛ диаметр 1,8 мм (L2). Налаживают ламповый усилитель по следующей методике. Снимают VL4, VL5 с панелек, и включают питание. Измеряют питающие напряжения и напряжения на VL1, VL2. Подают на вход усилителя синусоидальный сигнал амплитудой 0,25 В и частотой 1 кГц. Убеждаются с помощью осциллографа в наличии парафазных неискаженных сигналов в точках А и В.

Устанавливают на место VL4, VL5, а к XS3 подключают эквивалент нагрузки — резистор сопротивлением 8 Ом с рассеиваемой мощностью не менее 20 Вт. Включают усилитель и измеряют напряжения на лампах VL3…VL5. Они должны соответствовать указанным на рис.5. Контролируя осциллографом сигнал на выходе, убеждаются в том, что он имеет достаточный размах по амплитуде и не искажается. В заключение желательно снять с помощью низкочастотного ГКЧ АЧХ УМЗЧ, и измерителем нелинейных искажений проконтролировать коэффициент гармоник. Полученные данные должны соответствовать описанным.

Мостовые усилители

и усилители с прямым приводом

25 декабря 2016                                                                          Post 406

 

С Рождеством
Недавно я увидел объявление в разделе Craigslist Electronics о продаже ламп, много старых ламп NOS. Золотая жила? Нет, не совсем, так как все лампы были ТВ-лампами, а не НОС 300Б и 2А3, увы. Тем не менее, увидев эту рекламу, я вспомнил о моей лучшей рождественской елке. Давным-давно у меня была дорогая искусственная рождественская елка, подарок, на который у меня ушло несколько лет, прежде чем я оценил его по достоинству. Он допускал три высоты, так как состоял из трех секций. Из-за моих маленьких жилых помещений в том году я выбрал только верхний сегмент. Но чтобы компенсировать его малость, я решил пофантазировать с украшениями. Мое решение состояло в том, чтобы использовать вакуумные лампы для освещения и детали электроники для украшений. Я упоминал об этом 13 лет назад, так что вот мое описание от 2004 года:

Самая крутая рождественская елка
Около 15 лет назад, живя холостяком с толстым котом (буквально кошачьим, я имею в виду) в маленьком бунгало, мой ближайший сосед, 145-фунтовая черная пантера (буквально кошачий, я имею в виду), я хотел сделать что-то особенное с моя новогодняя елка. Это была верхняя половина искусственного дерева высотой около трех футов. Я взял 22 бывшие в употреблении, восьмеричные, 6,3 вольта, 600 мА, лампы с регулируемым прогревом (в основном 6СН7) и 22 восьмеричных ламповых патрона и старый удлинитель и соединил все гнезда последовательно. Затем я подключил серию к розетке и наслаждался мягким свечением 22 ламп (да, я знаю, что на самом деле нужно было только 20). Чтобы добавить немного больше цвета, я выкопал свои самые большие, самые красочные колпачки для пленки (около 40) и согнул один провод в крюк, чтобы повесить его на дерево, плюс любую другую блестящую электронную часть, которую я мог найти.

Раз уж я храню такие теплые воспоминания о тепло светящихся трубках, почему бы мне не повторять эту самую крутую-самую теплую рождественскую елку каждый год? Помимо коэффициента приемлемости жены, который в данном случае близок к нулю, тепло, рассеиваемое трубчатыми нагревателями, составляло около 75 Вт. Лучшим подходом было бы впаять внутрь ламповых разъемов светодиод янтарного цвета, который будет светиться в виде новаторских трубок, которые имеют прозрачные основания и намного легче, чем их старшие восьмеричные собратья. Кроме того, лампы не изнашивались (и не подвергались ужасной триодной спящей болезни, возникающей в результате работы горячих нагревателей без катодного тока в течение длительного времени). Еще лучшим решением может быть, если какой-нибудь предприимчивый парень сделает искусственные трубки китайского производства со встроенными светодиодами, так как патроны для ламп тяжелые и дорогие. Сотня искусственных трубок могла бы обернуться вокруг большого дерева и обеспечить очень небольшой ток. На вершине дерева мы могли бы разместить тепло светящийся искусственный 300B.

 

 

Особая благодарность Специальному 60
Всем моим покровителям, всем 60, еще раз всем спасибо. Я хочу особо поблагодарить Конкордио Анаклето, Эндрю Ринтоула и Джейсона Стоддарда. Вся ваша поддержка имеет большое значение. Если вы никогда не готовили техническую документацию или не писали статьи по электронике, вы, вероятно, не представляете, сколько времени и усилий требуется, чтобы написать один из моих постов.

Если вы читали мои посты, то знаете, что цель моей жизни — пост номер один тысяча. у меня 59еще 4 впереди. Моя вторая цель — собрать 1000 постоянных клиентов. У меня осталось 940 посетителей. Если вам нравилось читать этот пост от меня в течение последних 18 лет, то вы можете подумать о том, чтобы стать одним из моих покровителей на Patreon.com. Для меня это имело бы большое значение. Спасибо.

 

 

Мостовые усилители
Мостовой усилитель содержит два внутренних усилителя мощности, которые выдают дифференциальный/балансный выход. Эта компоновка использует преимущества способности полупроводникового усилителя мощности качать большой ток при ограниченном напряжении. Короче говоря, мостовая конфигурация позволяет нам получить в четыре раза больше выходной мощности от напряжения питания на шине питания, чем то, что мы получили бы при тех же напряжениях на шине с обычным одиночным усилителем мощности. Например, с шинами питания +/-24 В постоянного тока один полупроводниковый усилитель мощности может колебать пики напряжения +/-20 В, что на нагрузке 8 Ом составляет 25 Вт. Напротив, два одинаковых усилителя мощности в мостовой конфигурации дадут +/-40 В пикового напряжения, что соответствует 100 Вт для 8-омных громкоговорителей.

Конфигурация моста также позволяет нам использовать монополярный источник питания и не использовать выходной разделительный конденсатор, поскольку громкоговоритель не воспринимает дифференциальное постоянное напряжение, хотя оба усилителя мощности могут иметь 24 В постоянного тока на своих выходах в режиме ожидания. По этой причине мостовой усилитель часто используется в автомобилях и телевизорах. Кроме того, мостовая конфигурация эффективно удваивает скорость нарастания усилителя и часто улучшает PSRR усилителя мощности, поскольку громкоговоритель игнорирует синфазные шумы. Помните, что динамик по своей сути является дифференциальным устройством, которое чувствительно только к дифференциальным сигналам, игнорируя общие или общие сигналы. Другими словами, два усилителя могут пропускать большую часть шума источника питания на своих выходах, но до тех пор, пока шум одинаков и находится в фазе, драйвер динамика игнорирует его.

Конфигурация моста дает нам вдвое большее усиление, чем отдельные усилители мощности.

Однако все не так, как бабочки и радуги, поскольку каждый из двух усилителей мощности эффективно воспринимает половину импеданса нагрузки, поэтому 8-омный громкоговоритель для каждого усилителя выглядит как 4-омный. Но получить больший выходной ток от твердотельных устройств не так уж и сложно.

Мостовой усилитель может управляться либо небалансным, как показано выше; или со сбалансированными входными сигналами, как показано ниже.

Обратите внимание на небольшое изменение значений резисторов отрицательной обратной связи между двумя цепями. Когда мостовой усилитель предназначен для несбалансированного сигнала, усилитель справа работает как неинвертирующий усилитель, а усилитель слева, напротив, работает как инвертирующий усилитель, который получает входной сигнал из контура обратной связи правильный усилитель. Альтернативный подход использует входной сигнал инвертирующего усилителя непосредственно из входного сигнала.

Этот подход хорошо работает с операционными усилителями, но не так хорошо с усилителями мощности, особенно усилителями на микросхемах, такими как LM3886, поскольку эти усилители чувствительны к значению основного резистора отрицательной обратной связи, предпочитая более низкие значения более высоким. Итак, если мы используем резистор отрицательной обратной связи 21 кОм на инвертирующем усилителе, входной резистор будет 1 кОм, что является чертовски низким входным сопротивлением. Кроме того, потребуются два конденсатора блокировки по постоянному току: один для согласования резистора отрицательной обратной связи правого усилителя и один на входном резисторе левого усилителя. Без этих конденсаторов усилители будут усиливать смещения постоянного тока. (Я бы добавил входной конденсатор на вход правого усилителя, доведя количество конденсаторов до трех. )

Это проблема с мостовым усилителем, так как результирующие два усиленных смещения постоянного тока будут дифференциально игнорироваться?

К сожалению, они не будут, так как смещения постоянного тока будут не в фазе друг с другом, поэтому они будут складываться.

Добавление тумблера позволит нам выбирать между несбалансированными и сбалансированными входными сигналами. Следующее работает хорошо, но только если переключатель не нажат при включенном усилителе. Нам нужно только внести коррективы в левую часть схемы.

Более безопасна следующая установка, так как левый аппликатор не теряет контакта с землей при перемещении переключателя из одного положения в другое.

Если вам интересно, почему я рассказываю об основах мостовых усилителей, ответ таков: я хочу перейти к электростатическим усилителям мощности, которые должны быть встроены в электростатический громкоговоритель. (Будете ли вы чувствовать себя в безопасности, если по полу протянуты провода громкоговорителей, которые выдерживают перепады напряжения в тысячу вольт?) Что ж, мостовой усилитель может оказаться полезным в этом приложении, поскольку он эффективно удваивает возможные перепады выходного напряжения от усилителей; а электростатический повышающий трансформатор по-прежнему требует больших перепадов входного напряжения.

Чтобы получить представление о больших колебаниях выходного напряжения, которые мы могли бы получить от конфигурации мост-усилитель, давайте рассмотрим один полупроводниковый усилитель мощности мощностью 200 Вт, который должен качнуть 56,6 В пикового напряжения, чтобы обеспечить 200 Вт в 8-вольтовой схеме. Ом нагрузки. В конфигурации мостового усилителя этот пиковый размах напряжения удваивается до 113 Впик, что дает 800 Вт на 8 Ом. Конечно, электростатическая панель не является резистивной нагрузкой; вместо этого это реактивная нагрузка, импеданс которой зависит от частоты, имеет нулевое сопротивление на постоянном токе и близкое к короткому замыканию на сверхвысоких частотах.

Когда-то я знал человека, у которого были большие электростатические панели и два твердотельных усилителя мощности по 500 Вт. Он жил в викторианском многоквартирном доме, высоко, в здании, заполненном старыми тонкими проводами переменного тока. В результате, когда музыка доносила громкий грохот тарелок, его свет погас во всей его квартире.

Возвращаясь к 113 В пикового размаха дифференциального напряжения, с повышающим трансформатором, который обеспечивает соотношение обмоток 1:10, мы получили бы размахи 1130 В на электростатических статорах; с коэффициентом намотки 1:20, качается 2260В. Кстати, выходной трансформатор лампового усилителя с первичным импедансом 3200 имеет коэффициент обмотки 20:1.

Твердотельный усилитель мощности мощностью 200 Вт обычно поддерживает напряжение питания от +/-60В до +/-70В. но мы могли бы легко использовать монополярный источник питания в мостовом усилителе. другими словами, мы могли бы использовать одно напряжение питания от +120В до +140В.

Что насчет земли? Мы можем создать искусственную землю с помощью делителя напряжения с двумя резисторами и добавленным конденсатором.

PSRR большинства усилителей ниже при отрицательном подключении к источнику питания, чем при положительном, но не всегда. Таким образом, лучше всего смотреть в техпаспорт усилителя или измерять их напрямую. Если положительный вывод представляет более слабый PSRR, то конденсатор должен шунтировать верхний резистор, а не нижний.

Конечно, мы можем найти источник питания снаружи от громкоговорителя. Одна из возможностей заключается в использовании переключателя питания, настенного или настольного типа. К сожалению, эти импульсные блоки питания обычно имеют максимальное значение 48 В постоянного тока. Тем не менее, имея всего 48 В, мы могли довести мощность низкочастотного динамика с сопротивлением 8 Ом до 110 Вт в конфигурации мостового усилителя.

Оба усилителя выдают пиковое напряжение 21 В, что соответствует пиковому напряжению 42 В на низкочастотном динамике, что, в свою очередь, составляет 110 Вт на 8 Ом. Формула мощности:

      Вт = V² / 2Rload

Кстати, я хотел бы построить громкоговоритель, предназначенный для работы с маломощными однотактными ламповыми усилителями мощности, максимальная мощность которых может достигать 16 Вт. Секрет в том, чтобы использовать высокоэффективные среднечастотные и высокочастотные динамики, скажем, типа 94 дБ, с активным низкочастотным динамиком 87 дБ.

Блошиный усилитель мощности работает с постоянной нагрузкой 8 Ом, а низкочастотный динамик работает с удвоенным выходным напряжением блошиного усилителя мощности. Таким образом, низкочастотный динамик воспринимает в четыре раза больше мощности, чем среднечастотный и высокочастотный динамики, что приводит к повышению уровня звукового давления на +6 дБ, что приводит низкочастотный динамик в соответствие со среднечастотным и высокочастотным динамиками. Источник питания коммутатора 24 В может питать внутренние мостовые усилители с запасным напряжением, так как каждому усилителю нужно только размах до +/-16 Впик. Простой кроссовер первого порядка подает входной сигнал на внутренние мостовые усилители и поддерживает постоянную нагрузку 8 Ом для небольшого лампового усилителя. Да, резистор на 8 Ом просто греется и не издает никакого звука; тем не менее, он позволяет работать последовательному кроссоверу и поддерживает импеданс нагрузки динамика на уровне 8 Ом. Двухрезисторный делитель напряжения на 8-омном резисторе уменьшает входной сигнал на мою 1/21, поэтому мостовой усилитель все еще можно установить на коэффициент усиления 21 (42 по дифференциалу). Немногие усилители на микросхемах мощности стабильны при единичном усилении, и эта настройка их удовлетворит.

Многие высококачественные громкоговорители, такие как Vandersteen Audio Model 5A (кстати, один из моих любимых громкоговорителей), уже оснащены внутренними усилителями мощности, которые управляют их внутренним сабвуфером. Этот предлагаемый громкоговоритель с питанием от блох будет отличаться только тем, что не используется сабвуфер, а низкочастотный динамик работает до 400 Гц. Конечно, мы могли бы создать более надежную версию, которая выдерживала бы удвоенное выходное напряжение лампового усилителя, скажем, 32 Впик, что равнялось бы 64 Вт для 8-омных громкоговорителей. Здесь среднечастотник и твитер могут предложить только 91 дБ на 1 Вт входной мощности, а низкочастотный динамик может быть подключен к мостовым усилителям, работающим от внутреннего источника питания, что может дать 200 Вт для 8-омного низкочастотного динамика. Теперь разница между 64Вт и 200Вт не так уж и велика для ваших ушей. Но эта установка позволит использовать низкочастотный динамик 85 дБ со среднечастотным и высокочастотным динамиками 91 дБ; кроме того, низкочастотный динамик может выиграть от более низкого выходного сопротивления твердотельного усилителя мощности и меньшей ширины полосы пропускания.

Возвращаясь к управлению электростатическими панелями, мы можем построить мостовой усилитель с симметричными входами и внутренним биполярным источником питания, как в следующем примере.

Или мы могли бы сохранить симметричные входы и использовать монополярный источник питания.

В качестве альтернативы мы могли бы использовать несбалансированные входы и биполярный источник питания.

И, наконец, мы могли бы использовать несбалансированные входы и монополярное питание.

Обратите внимание на значения резисторов обратной связи, используемые во всех этих примерах.

 

 

Электростатические усилители с прямым приводом
Давайте оставим повышающие трансформаторы и перейдем к усилителям с прямым приводом. В посте 404 я показал следующую конструкцию, в которой в качестве нагрузки в двухтактном усилителе класса А для управления электростатическими динамиками использовалась катушка индуктивности с отводом от центра.

(Глядя на схему, я вижу, что резисторы источника сопротивлением 20 Ом должны быть шунтированы конденсаторами большой емкости.)

Теоретический предел эффективности при индуктивной нагрузке в усилителе класса А равен 50 %. С другой стороны, мы можем заменить индуктивную нагрузку резистивной нагрузкой и получить КПД 8%. С другой стороны, электростатические панели являются не резистивными нагрузками, а реактивными. На низких частотах потребуется очень небольшой ток; на высоких частотах, много. Пока мы либо ограничиваем емкость панели, либо ее высокочастотную полосу пропускания, либо и то, и другое, мы, вероятно, можем обойтись без нагрузки резисторами. (Это хороший аргумент в пользу использования ленточного твитера с нашими электростатическими панелями.)

ЦАП с оптическим подключением выдает напряжение, а не ток, поэтому он может управлять затворами МОП-транзисторов. Оптическое соединение необходимо, так как ЦАП рассчитан на -1000 В постоянного тока. В зависимости от ЦАП высокая входная емкость полевого МОП-транзистора может оказаться сложной для прямого управления. Обходным путем было бы использование промежуточного операционного усилителя.

Операционный усилитель управляет затвором полевого МОП-транзистора и контролирует его ток, замыкая петлю отрицательной обратной связи на истоке МОП-транзистора. Обратите внимание на тонкость подключения двухрезисторного делителя напряжения (резисторы 1М и 52,3к) к нерегулируемому -9Шина питания 80 В, а не регулируемая шина -988 В. Почему? Шины питания +/-1 кВ вряд ли будут регулироваться, поэтому их напряжение будет меняться в зависимости от колебаний напряжения на стене; то же самое можно сказать и о нерегулируемой шине питания -980 В. Другими словами, такое расположение удерживает выход по центру, несмотря на колебания напряжения на стене. Вторая тонкость заключалась в том, что я заменил один нагрузочный резистор на 20 кОм двумя последовательными резисторами по 10 кОм. Это было сделано по двум причинам: во-первых, эти резисторы сильно нагреваются; во-вторых, резистор демонстрирует искажение, вызванное высоким напряжением, поэтому чем больше резисторов мы подключаем последовательно, тем лучше.

Обратите внимание, что отрицательная обратная связь операционного усилителя заканчивается не стоком MOSFET, а его истоком; это делает усилитель принципиально токовой конструкцией, хотя его выходной сигнал будет колебаться на многие сотни вольт из-за того, что резисторная нагрузка работает как преобразователь ток-напряжение. Одним из результатов является то, что выходной импеданс стока почти бесконечен, а разностный выходной импеданс будет равен 40 кОм. Если мы посчитаем, то увидим, что полоса пропускания до 6 кГц заставит нас ограничить емкость нагрузки до 660 пФ, что немного. Если мы присоединим петлю отрицательной обратной связи к стоку, мы получим значительно более низкий выходной импеданс, но ток по-прежнему будет ограничен нагрузочными резисторами. Другими словами, через полевые МОП-транзисторы мы можем притянуть гораздо сильнее, чем через резисторы. Короче говоря, я не думаю, что это правильный путь, за исключением электростатической басовой панели, которая работала только до 500 Гц или около того, или уменьшенной версии для электростатических наушников.

В следующем посте я расскажу об этой теме гораздо больше, так как мы перейдем к двухтактным конструкциям с прямым приводом.

 

Прямой привод для электростатических наушников
Говоря об управлении электростатическими наушниками, одна идея, которая преследовала меня в течение многих лет, заключается в использовании ЦАП с токовым выходом для управления электростатическими наушниками через лампы или МОП-транзисторы.

Напротив, операционные усилители не управляют полевыми МОП-транзисторами; вместо этого они просто устанавливают фиксированное значение напряжения источника. ЦАП с выходным током подает выходной ток на источник MOSFET, вызывая изменение тока, проходящего через MOSFET, что, в свою очередь, вызывает изменение падения напряжения на резисторах стока 30 кОм, создавая выходное напряжение для электростатических наушников. Если мы хотим, чтобы напряжение стока упало на 180 В, то ток на его резисторе стока должен увеличиться на 6 мА. Пока все хорошо, но ЦАП обычно выдают только 2 мА тока. Обходной путь заключается в размещении нескольких параллельно. Два источника постоянного тока задают ток холостого хода и могут быть заменены резисторами. Действительно, МОП-транзисторы также можно заменить триодами.

Проблема простой замены МОП-транзисторов на триоды заключается в высоком импедансе катода, который не понравится ЦАП с выходным током.

Джон, ты сошел с ума? Катод триода всегда имеет низкое сопротивление.

Достаточно верно, за исключением случаев, когда это неправда. Импеданс катода зависит от остальной части цепи. Один триод, плавающий посреди вашей гостиной, имеет импеданс катода, близкий к бесконечности, которого он достиг бы, если бы не емкость между катодом и другими предметами в комнате. В усилителе с заземленной сеткой импеданс равен (Ra + rp) / (mu + 1) при условии смещения катода источника постоянного тока. Если вместо него используется катодный резистор, то его сопротивление нужно ставить параллельно предыдущему результату. Если бы мы использовали JJ ECC99 с сопротивлением 2300 Ом и мю 22, результирующее сопротивление катода будет равно (30 кОм + 2,3 кОм) / (22 + 1) или 1400 Ом. Единственный ЦАП с токовым выходом, который, как мне кажется, удовлетворил бы такой высокий импеданс нагрузки, — это ЦАП ESS, поскольку он балансирует между ЦАП с выходным напряжением и ЦАП с выходным током.

С помощью каскодирования мы можем получить гораздо более низкий импеданс катода, так как 1400 Ом добавятся к низкому rp 6922, и сумма будет разделена на 34, и этот результат будет параллельным с катодным резистором 250 Ом, в результате импеданс менее 100 Ом.

Два сервоконтура постоянного тока поддерживают на катодах 6922 правильное напряжение для ЦАП. Два диода добавлены не для того, чтобы смущать, хотя уверен, что смущает их наличие. Сервопривод постоянного тока должен выдавать достаточно низкое напряжение, чтобы ток холостого хода 6922 был установлен на уровне 10 мА. Добавляя диоды, мы получаем около 0,7 В запаса по напряжению для сервоприводов постоянного тока.

Почему нет счастливого лица? Поскольку несколько ЦАП должны быть подключены параллельно, чтобы получить достаточный размах тока для управления выходами усилителя, входное сопротивление чуть ниже 100 Ом будет фактически умножено на количество ЦАП, подключенных параллельно. Это приводит нас к следующему компромиссу:

Транзисторы NPN находятся в каскоде с триодами ECC99. Входное сопротивление эмиттера очень низкое, что сделает ЦАП намного лучше, а триоды защищают низковольтные транзисторы от высоких напряжений. Итак, счастливое лицо.

Кстати, интересен ЦАП AD1955, балансный, стереофонический, с токовым выходом, потребляющий ток холостого хода 3,24 мА на выход.

Вот что написано в техпаспорте:

Аудиовыходы
Следует использовать активные преобразователи I/V, которые будут удерживать выходы ЦАП на постоянном уровне напряжения. Пассивное преобразование I/V не следует использовать, так как производительность ЦАП будет серьезно снижена. Для наилучших характеристик THD + N при изменении температуры с преобразователями I/V следует использовать опорное напряжение 2,80 В. Для меньшего количества деталей можно использовать напряжение на FILTR. В этом случае характеристика THD + N при высокой температуре может быть улучшена за счет уменьшения IREF с сопутствующим уменьшением усиления (линейная зависимость) и DNR/SNR (зависимость квадратного корня).

Аудиовыходы AD1955 потребляют ток, пропорциональный входному сигналу, наложенный на устойчивый ток смещения. Используемые преобразователи тока в напряжение (I/V) должны обеспечивать этот ток смещения, а также сигнальный ток, или резистор или источник тока можно использовать для положительного напряжения, чтобы обнулить этот ток, чтобы центрировать диапазон преобразователей I/V.

Если используются подтягивающие резисторы для доведения выходного сигнала преобразователей I/V до 0 В для максимального запаса по балансу и коэффициента нелинейных искажений, как показано в схемах приложений, можно использовать следующее уравнение:

При использовании одного ЦАП AD1955 на канал мы в конечном итоге использовали бы два выхода ЦАП параллельно на каждую фазу, а два выхода, соединенных вместе, потребляли бы 6,48 мА тока, поэтому приведенный ниже источник постоянного тока должен потреблять только 10 мА – 6,48 мА или 3,52 мА тока. Каждый выход может колебаться более чем на 4 мА, поэтому колебание тока 8,64 мА будет протекать через резистор стока 30 кОм, что приведет к колебанию напряжения 259,2 Впик. Неплохо.

Что делать, если ваш любимый ЦАП имеет выходное напряжение? Ну, вы можете использовать следующую схему.

И снова ЦАП управляет источниками MOSFET, но на этот раз через резистор, который становится преобразователем I-V. Если вы беспокоитесь о том, что операционный усилитель, встроенный в ЦАП, не справляется с задачей качания больших выходных токов, вы не одиноки. В то же время я получаю большое удовольствие от следующей схемы ЦАП AK4497 с выходным напряжением, высоко ценимого ЦАП.

Обратите внимание, что положительный выход должен управлять нагрузкой 124,1 Ом, а инвертированный выход должен управлять нагрузкой 215 Ом. Даже при колебании напряжения всего 1,4 В пикового напряжения это жесткие нагрузки. Если мы установим сопротивление последовательного резистора равным 150 Ом, коэффициент усиления будет равен 30 кОм/150 или 200, что по сравнению с выходными колебаниями 1,4 В даст 280 В пиковых колебаний на фазную ветвь или 560 В пиковых колебаний дифференциально на статорах. Тоже неплохо.

Хорошо, а что, если вы не хотите, чтобы ЦАП работал при -300 В? Что, если на самом деле вы не хотите, чтобы какой-либо ЦАП находился рядом с вашей чисто аналоговой системой? Что ж, следующий дизайн — это один из ответов, и он также поможет вам подготовиться к моему следующему посту.

Входы находятся на уровне земли и требуют балансного входного сигнала. (Для тех, кто работает только с несбалансированными сигналами, доступен простой обходной путь; просто взгляните на приведенные выше схемы мостового усилителя.) Для стереоэлектростатического усилителя для наушников потребуется четыре из указанных выше схем, по две на канал. Пунктирные кружки обозначают плавающие источники питания, т. е. источники питания, которые не заземлены напрямую. Два силовых МОП-транзистора будут колебать плавающий источник питания вверх и вниз на 250 вольт, поэтому источник питания не может быть заземлен. К счастью, биполярный высоковольтный источник питания сделать несложно.

Потребуются четыре из вышеперечисленных цепей, поэтому потребуются четыре вторичных цепи с отводом от середины.

Руководства пользователя для программного обеспечения GlassWare
Просто нажмите на любое из изображений выше, чтобы загрузить руководства пользователя в формате PDF. Кстати, все приведенные справа ссылки на руководства пользователя печатных плат теперь работают.

Так как я все еще получаю электронные письма с вопросами о том, как приобрести эти программы GlassWare:

Самый простой в мире переходник для усилителей

Самый простой переходник для усилителей
Продукция Elliott Sound Проект 20 

© 1999, Род Эллиотт — ESP


На другой странице моего проекта (см. Проект 14 — Мостовой адаптер усилителя мощности) есть конструкция простого дополнительного мостового адаптера для стереоусилителей мощности. Однако есть еще более простой способ, если у вас есть (или вы можете отследить) соответствующий участок схемы усилителя.

Почти все современные усилители используют пару с длинными хвостами в качестве входа и усилителя ошибки (усилитель ошибки — это LTP, который обнаруживает любое отклонение между своими входами — напряжение ошибки — и корректирует его). Вход подключен к базе одного из LTP-транзисторов, а обратная связь — к другому. Сигнал обратной связи ослабляется сетью на величину, равную коэффициенту усиления усилителя.

При подключении выхода одного усилителя к точке обратной связи другого с использованием сопротивления, равного сопротивлению резистора обратной связи, второй усилитель будет иметь коэффициент усиления сигнала, равный единице, и будет инвертирован, поскольку обратная связь всегда применяется к инвертирующий вход.


Рис. 1. Усилители мощности с перекрестным подключением для обеспечения мостового соединения

На рис. 1 показано, как это делается, и для ясности усилители мощности показаны как операционные усилители (что они и есть, за исключением того, что они используют дискретные компоненты и немного больше). Новые соединения для «добавленного резистора» показаны стрелками. Чтобы это сработало, вы должны быть в состоянии определить 3 важные вещи:

  • Инвертирующий вход второго усилителя
  • Точное значение используемого резистора обратной связи
  • Фактическая точка выхода усилителя (куда подключается выход динамика или на вход катушки индуктивности, если она используется)

Не поддавайтесь искушению отключить цепь аттенюатора обратной связи, так как ни один усилитель мощности, который я когда-либо видел, не стабилен при единичном усилении. «Да, но …». Я знаю — я только что сказал, что мы заставим второй канал работать на единичном усилении, в инвертирующем режиме. Это не проблема, поскольку усилитель по-прежнему считает, что работает с нормальным коэффициентом усиления (обычно около 30 дБ), потому что аттенюатор обратной связи все еще находится в цепи, и мы ослабляем входной сигнал с помощью резистора того же номинала. как резистор обратной связи.

Это «добавленный резистор» на рисунке 1. Убедитесь, что этот резистор взят из выходной точки усилителя (но перед выходной дроссель, если он используется). Если взять из электрически подключенной точки, которая на самом деле не является выходом, могут возникнуть искажения. Например, конец одного или другого силового резистора может выглядеть так, как будто он является выходом, но может иметь от 20 до 50 мм дорожки печатной платы, прежде чем достигнет точки, откуда берется провод к клемме динамика. Это может показаться не таким уж большим, но это может иметь большое значение в искажении.

Если вы запутались, не волнуйтесь. Посмотрите еще раз на схему на рисунке 1, и вы увидите, что сделано. Вход второго усилителя необходимо заземлить, как показано на рисунке (используя дополнительный резистор 100 Ом), чтобы предотвратить появление помех. Резистор не обязателен.


Рис. 2. Пример усилителя мощности канала 2 на основе P3A

Пример показан выше. Это основано на проекте 3A и показывает только «подчиненный» канал (канал 2). Другой канал (Канал 1) используется обычно, и входной сигнал для вышеперечисленного берется непосредственно с выхода Канала 1.

Впервые я использовал эту технику еще в 1970-х, и результаты были предсказуемы и надежны. В то время было построено очень много усилителей, особенно в виде мостовых усилителей, с резистором перекрестной обратной связи и заземлением вторичного входа, встроенными в печатную плату.

Основным преимуществом этого метода шунтирования является отсутствие необходимости в дополнительных компонентах (что означает его дешевизну) и отсутствие необходимости в более низком напряжении питания для питания операционных усилителей, необходимых для обычного шунтирующего адаптера. Результаты, по крайней мере, не хуже, чем при использовании внешней схемы, но вы должны быть готовы модифицировать свой усилитель. Это не очень хорошая идея, если он находится на гарантии !

Там — это , но это минус. Большинство усилителей имеют небольшой и почти неслышный стук при включении и выключении, и этот стук усиливается этим приемом. С некоторыми усилителями стук может быть довольно громким, поэтому сначала проверьте его с динамиком из мусорной коробки. Если это окажется проблемой, используйте метод, описанный в Проекте 14.

Всегда помните, что, когда усилитель работает в мостовом режиме, создается впечатление, что он работает. ½ нормальное сопротивление нагрузки, поэтому убедитесь, что каждый канал вашего стереоусилителя способен работать с сопротивлением 4 Ом, если вы планируете работать со стандартным громкоговорителем с сопротивлением 8 Ом. Если предполагается нагрузка 4 Ом, то каждый усилитель должен работать с нагрузкой 2 Ом. Прежде чем продолжить, проверьте характеристики усилителя, иначе из транзисторов пойдет дым, и они больше не будут работать ¹.

При желании можно использовать переключатель SPDT, позволяющий переключать усилитель с моста обратно в нормальный режим. Это отключит 100 Ом и «добавленные» резисторы, чтобы перевести усилитель в нормальный режим работы. Обратите внимание, что в мостовом режиме используется только левый вход, а клемма +ve динамика (красная) подключается к левому выходу усилителя, чтобы сохранить правильную полярность системы.

¹  Существует популярная теория о том, что все электронное оборудование для работы использует дым внутри себя, поэтому, когда он выходит, устройство больше не может работать. работа. Практический опыт, кажется, подтверждает это, и я никогда не видел, чтобы устройство работало после выхода дыма. Так много для всех этих университетских вещей о «дырки», «основные носители» и электроны. (Примечание: в изолированном проводе должно быть огромное количество дыма, потому что он будет продолжать работать даже после того, как он наполнил всю мастерскую едким дымом. )

Схема перемычки трансформатора

Есть еще один вариант, сравнительно дорогой, но чрезвычайно эффективный. Трансформатор можно использовать для создания сигнала с обратной фазой для второго усилителя мощности, но в идеале трансформатор должен иметь две вторичные обмотки, чтобы гарантировать, что уровень сигнала будет близок к идентичному для каждого канала. Схема показана ниже.


Рис. 3. Мостовая схема на основе трансформатора

Два канала усилителя запитаны от противофазных обмоток трансформатора. Источник сигнала может быть симметричным или несимметричным и должен иметь достаточно низкий импеданс. Для вторичной обмотки трансформатора сети Зобеля не показаны, поскольку они относятся к конкретному компоненту. При необходимости производитель обычно предоставляет информацию. Требуемый импеданс трансформатора основан на импедансе источника, но 10 кОм, вероятно, будет хорошо работать для большинства систем.

Вы должны убедиться, что трансформатор выдерживает максимальный уровень, необходимый для получения полной мощности от усилителей. Это зависит от системы и самой низкой интересующей частоты. Для усилителей, используемых для баса, потребуется более мощный трансформатор, чем для усилителей, используемых на более высоких частотах (при условии использования активных кроссоверов). Для получения дополнительной информации о трансформаторах линейного уровня см. Трансформаторы для слабого аудиосигнала.



Основной индекс Индекс проектов
Уведомление об авторских правах.  Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 1999.  Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *