Двуполярный блок питания своими руками для усилителя. Двуполярный блок питания для усилителя: особенности конструкции и сборки

Лето 2010

Регулируемые блоки питания
Очень важная часть любого аудиопроекта.
Статья Грея Роллинза

Уровень сложности

  P обязан расходные материалы — нелюбимые пасынки искусства электроники «сделай сам». Хотя аудиофилы вполне с удовольствием модифицируют существующие блоки питания обычно путем добавления емкости идея создания мощности поставка с нуля — не самое веселое представление большинства людей. Признайся, никто занимается аудиоэлектроникой для создания блоков питания. Они фантазируют о построении схемы усиления; блок питания представляет собой неприятная обязанность, мало чем отличающаяся от необходимости есть овощи, прежде чем добраться до есть десерт. Тем не менее, источники питания имеют решающее значение и плохо выполненный, можно испортить работу в остальном прекрасной схемы.

Итак, с чего начать?
Наиболее очевидным параметром является напряжение. Если источник питания не обеспечивает нужное напряжение, цепь не будет работать должным образом и даже может полностью выйти из строя, если напряжение превышает рейтинг компонентов. Второе, что нужно иметь в виду, это текущие требования к цепи. Если цепь голодает ток, будут всевозможные временные проблемы, которые будут убедить вас, что ваша схема одержима злыми демонами. Звуки достаточно просто. Если все, что вам нужно сделать, это обеспечить достаточный ток в определенное напряжение, то, конечно, это не может быть слишком сложно.

Может быть, а может и нет. Как всегда, дьявол внутри подробности. Напряжение, которое вело себя идеально, когда вы были на скамейке тестирование схемы, может провиснуть, если все в вашем блоке запускают свой воздух кондиционирование в жаркий день. Ваши якобы безобидные линии электропередач могут принести всевозможные радиочастотные помехи, диммеры и тому подобное. вещи могут сбрасывать гудящий постоянный ток в ваш якобы чистый переменный ток.

Существуют целые книги, посвященные проектированию источников питания, и вы можете провести недели, погрузившись во всевозможные тайные вещи, которые не обязательно имеют отношение к звуковой схеме. К сожалению, книги которые покрывают конструкцию источника питания аудио, почти не существуют. Обычно лучшее, что вы можете найти, это главу в конце книги по усилителей, и в этой главе рассматриваются только основные конденсаторные фильтры. питания, как те, которые вы видите в усилителях мощности. Давайте использовать это как отправную точку, а затем улучшайте производительность шаг за шагом.

Я предполагаю, что вы знакомы с основы. Переменный ток подается на трансформатор, который ступенчато напряжение вниз (или вверх, в случае лампового редуктора) до чего-то большего в соответствии с потребностями схемы усиления. Это напряжение затем подается на диодный мост, который выпрямляет переменный ток, превращая его в импульсы постоянного тока. Затем импульсный постоянный ток подается на конденсатор, который сглаживает импульсы, оставляя теоретически чистый постоянный ток, который вы можете используйте для запуска вашей схемы. На схеме №1 показан блок питания этого Сортировать.

Нажмите здесь скачать схемы.

К сожалению для самодельного энтузиаста электроники, даже эта базовая топология приводит к вопросам, на которые трудно ответить. Насколько большим должен быть трансформатор? Какие диоды использовать? На сколько хватает емкости? И множество других мелочей которые возникают, когда вы действительно готовы начать покупать запчасти.

Начните с просмотра схемы, которую вы собираетесь построить. обратите внимание на требования к напряжению на шине. В качестве примера воспользуемся Проект Difference Engine, опубликованный в прошлом году. Эта схема указана рельсы + 20 В постоянного тока. Предположим, что в блоке питания установлен емкостной фильтр. переменный ток, требуемый от трансформатора, будет 0,7 * 20 В постоянного тока = 14 В переменного тока. Для тех, кто хочет быть разборчивым, 0,7 на самом деле 0,707 (обратное квадратного корня из 2), но в реальном мире 0,007 затопляется другие переменные, так что 0,7 вполне подойдет. Одна из переменных должна быть учитывается падение напряжения на диодах, которое находится на порядка 0,6В. Добавьте это, и вы будете искать двойной 14,6 В. вторичный трансформатор. Не своди себя с ума, пытаясь найти трансформатор с дробными напряжениями на вторичных обмотках просто круглый скинь 15В и радуйся. Обратите внимание, что на практике многие трансформаторы на самом деле обеспечивают немного более высокое напряжение, чем указывают спецификации. Они делают это намеренно. Когда есть трансформатор под нагрузкой напряжение имеет тенденцию немного проседать, поэтому перенапряжение компенсирует эти потери на вторичном рынке.

Какой ток должен выдерживать трансформатор? доставлять? Круглым числом разностная машина рисует что-то на порядка 100мА на канал. Я бы посоветовал купить трансформатор. оценивается как минимум в два раза, а лучше в три раза. Больше не будет больно, и любопытным фактом, бесконечно раздражающим педантичных людей, является что слишком большой трансформатор может привести к лучшему звуку. Почему? Поскольку вторичная обмотка с более высоким током намотана проводом большего сечения, что, в свою очередь, уменьшает сопротивление вторичной обмотки постоянному току, что снижает сопротивление к земле на небольшое количество, что делает источник питания лучший источник напряжения. Это одна из тех вещей, которых нет в учебники, потому что это неприменимо, если вы разрабатываете что-то вроде микроволновая печь. Цены на трансформаторы быстро растут, поэтому, возможно, они того не стоят. дополнительные расходы для вас. Это просто уловка, чтобы держать в задней части вашего разум.

После трансформатора идет диодный мост. В теории можно обойтись и одним диодом, но для аудио это собирается сделать вещи излишне сложными, поэтому мы предположим использование мост. Диодные мосты доступны в отдельных корпусах, но они различаются широко по характеристикам, и было бы утомительно пытаться охватить все перестановки здесь. Это не должно мешать вам использовать его, если вы хотеть; это просто для того, чтобы это не превратилось в книгу. Если вы построите моста с использованием дискретных частей, по умолчанию используется серия 1N400x. диоды, где x — цифра от 1 до 7, обозначающая, какое напряжение диод выдерживает. Учитывая, что нет значительных затрат разница между 1N4001 и 1N4007, разориться и пойти с 1N4007, рассчитанный на 1000 PIV. PIV означает пиковое обратное напряжение. мера того, сколько напряжения деталь может удерживать, когда напряжение пытается течь «назад». Явно для относительно невысокого цепь напряжения, как у разностной машины, 1000 вольт — это перебор, но если штрафа нет, то почему? Все диоды 1N400x рассчитаны на 1A, что аккуратно обходит любые вопросы о текущей емкости для Действительно, разностная машина почти для всех схем предусилителей. Вы должны хотите изучить часть с более высокой производительностью, я бы предложил изучить диоды быстрого/мягкого восстановления. Диоды включаются и выключаются в зависимости от того, они проводят или нет, а быстрые/мягкие диоды переключаются больше изящнее, чем обычный вид. Как и следовало ожидать, они также стоит дороже, но рост цен не так уж и плох.

Следующий пункт повестки дня — емкость. Это еще одна область, где звуковые схемы и ответы учебника расходятся. Если вы почитайте об источниках питания, вы быстро найдете формулы, которые говорят вам какую емкость использовать в зависимости от пульсаций источника питания вы готовы терпеть. Но блок питания — это нечто большее, чем просто отфильтровывая импульсы постоянного тока, поступающие от диодов. Аудио сигнал обычно в конечном итоге накладывается на напряжение на шине, и это нужно куда-то идти, чтобы он не модулировал рельс и не вызывал проблем в активная схема. Куда ему нужно идти, так это на землю, и его путь через конденсаторы блока питания. Чем больше конденсатор, тем ниже импеданс, который видит аудиосигнал, и тем легче он находит путь К земле, приземляться. Педанты также регулярно упускают из виду, что более емкость означает более низкую точку спада, а это означает, что более низкая частоты шунтированы на землю. Таким образом, в то время как тысяча микрофарад Емкость может удовлетворить ваши требования к пульсации в соответствии с формул, использование большего количества будет звучать лучше. Имея это в виду, давайте бросим 4700 мкФ, может 10000 мкФ. Если чем больше, тем лучше, почему бы не поставить Фарада в схема? К сожалению, с диоды. При нормальной работе они включаются, проводят в течение время, а затем снова выключите. При прочих равных условиях чем короче период времени, который они проводят, тем больший ток должен течь в течение этого времени, и чем ближе они подходят к своему течению и теплу рейтинги рассеивания. Большое количество емкости сокращает количество время, которое диод проводит, поэтому существуют практические ограничения на то, сколько емкость, которую вы можете включить в цепь. Всем этим можно управлять, т. конечно, но вы доходите до точки, когда вы идете на компромиссы, которые вы не планировал делать.

На схемах № 2 и 3 показаны фильтры PI (они называется так, потому что фильтр чем-то похож на греческую букву PI) добавлен к первоначальному блоку питания. Это простой способ улучшить производительность простого емкостного фильтра, но он по-прежнему не решает колебания сетевого напряжения, и он очень быстро становится громоздким. Еще хуже, катушки индуктивности, особенно такие, которые могут выдерживать ток более нескольких мА. современные, редкие и дорогие.

Активное регулирование позволяет обойти некоторые ограничения конструкции пассивного источника питания. За доллар или два вы можете имеют активное регулирование, которое легко сравняется с производительностью многих больший пассивный источник питания и блокировка напряжения на шине до известного значения кроме того, пассивные источники питания не могут этого сделать.

Проще всего купить регулятор стружки, такой как ЛМ317/ЛМ339. Они недороги, просты в использовании и требуют минимум внешние части. На схеме номер 4 показан универсальный чип-регулятор. схема для сравнения со схемами пассивного фильтра. Предполагать, тем не менее, вы бы предпочли свернуть свой собственный. Или, возможно, у вас есть напряжение или текущее требование, которое выходит за рамки того, что вы можете получить от чипа.

Регулятор может быть таким же простым, как источник опорного напряжения и пропускное устройство. На схеме № 5 показаны пропускные устройства MOSFET. со ссылкой на стабилитроны для установки напряжения. Стабилитроны обладают стабильное падение напряжения, идеально подходящее для наших целей. Вы также можете использовать сложите их последовательно, и напряжения отдельных диодов складываются красиво линейно. В этом примере я использовал последовательно два стабилитрона. смещено резистором. Если, например, вы должны были последовательно подключить два 12В Зенеры, вы получите напряжение на шине порядка 20 В идеально. для разностной машины. Да, 12В + 12В = 24В, что на первый взгляд кажется высоким, но Vgs проходного устройства MOSFET (~ 3-4 В) упадет до этого вернуться к чему-то очень близкому к 20V. Если вы хотели заменить биполярные пропускные устройства для полевых МОП-транзисторов, вы бы стреляли для справки напряжение около 21 В или около того, избыток компенсируется напряжением Vbe (около 0,6 В), снова давая вам 20 В по рельсам.

На схеме №6 показана модификация №5. В этом случае опорный стабилитрон (на этот раз показан только один диод, но не стесняйтесь использовать два или более, если хотите) смещен током JFET источник. Источник тока — отличный способ обеспечить амортизатор. который предотвращает изменения входного напряжения от изменения смещения ток через стабилитрон. Не стесняйтесь экспериментировать с этими цепями. Просмотрите свой ящик для мусора и свободно замените. Если у вас нет JFET, вместо этого создайте биполярный источник тока. Если вы у вас нет под рукой IRF610, используйте Zetex MOSFET или биполярный проход устройство. К пропускному устройству предъявляется всего три требования:

1) Он должен принимать напряжение, поступающее от конденсатор фильтра. Используйте деталь, рассчитанную как минимум на 50 % больше, чем Напряжение на шине постоянного тока, поступающее от восходящего потока.

2) Он должен быть в состоянии передать любую разумную сумму тока, который может потребоваться цепи. Я бы предложил использовать часть рассчитанный как минимум на вдвое больший ожидаемый ток.

3) Умножьте напряжение и ток, чтобы получить рассеивание мощности. Используйте деталь, рассчитанную как минимум на вдвое большую фигура.

Хотя, возможно, вам удастся уйти с кейсом ТО-92. мимо приборов для малогабаритных схем вы обнаружите, что корпуса ТО-220 обеспечивают более широкий запас прочности. Я регулярно запускаю устройства ТО-220 до 0,5 Вт. рассеивание без радиатора. Если вы собираетесь запускать их намного горячее чем это, используйте радиатор.

Следующим шагом является предоставление регулятору мозг, в виде дифференциальной схемы. Как только регулятор Схема достаточно умна, чтобы сравнить напряжение, которое она выдает, с опорного напряжения и генерируют корректирующий сигнал, он открывается целые миры возможностей.

Схема номер 7 представляет собой полностью конкретизированный дискретный стабилизатор напряжения, который я построил для выходного каскада усилителя мощности. я сделал две небольшие модификации для текущего использования: я уменьшил пропускные устройства до IRF610/IRF9610, и теперь они питаются от той же шины, что и сам регулятор. В сборке использовалась схема IRFP140/IRFP9140. МОП-транзисторы и они регулируются отдельными шинами. Существует множество способов, которыми эта схема может быть изменена, чтобы соответствовать доступным частям, и я предложу некоторые возможности, как мы идем вперед.

Начиная слева, D1 (D2 в отрицательном напряжении регулятор) является функцией безопасности. Сбрасывает остаточное напряжение на С1 (С2) когда цепь отключается. C1 (C2) действует как функция медленного пуска и также помогает успокоить диод Зенера. Имейте в виду, что диоды Зенера имеют довольно низкий импеданс, поэтому, если вы собираетесь использовать колпачок для уменьшения шума, он довольно большой.

Q1 (Q2) — источник тока, очень похожий на тот, что в Схема №6. Его выход задается R1 (R4) и должен быть выбран согласно индивидуальному JFET. Вместо этого вы можете использовать горшок, чтобы упростить вещи. Это позволило бы точно настроить источник тока в местонахождение . R2 (R3) предназначен для уменьшения рассеивания тепла в JFET. Стабилитроны — это детали на 9,1 В. Нет причин, почему ты не мог используйте другое напряжение, если хотите.

Q7 (Q8) — еще один источник тока, используемый для смещения дифференциальная схема. Ток смещения задается резистором R7 (R8). Q3 и Q11 (Q4 и Q12) составляют сам дифференциал мозга, который сравнивает опорное напряжение и выходное напряжение. Если выходное напряжение слишком высокий, дифференциал дает указание проходному устройству понизить Напряжение. Если он слишком низкий, он поднимает его. В5 и В9(Q6 и Q10) составляют текущее зеркало. Текущее зеркало увеличивает усиление дифференциальный, что делает его более чувствительным к изменениям напряжения. дифференциалы и текущие зеркала — отличные места для замены деталей. Хорошими кандидатами были бы малошумящие транзисторы BC550/BC560.

Q13 (Q14) — пропускное устройство. В цепи я разработан для этого, он используется с радиатором. R13 и R14 вместе с V1 (R15, R16 и V2) устанавливают напряжение, видимое дифференциалом. Этот позволяет немного изменить фактическое выходное напряжение. Постоянные резисторы здесь можно было бы использовать. Это простое соотношение выходного напряжения, выбранное так что дифференциал видит напряжение, эквивалентное стабилитрону ссылка, когда выход имеет правильное значение. Другой вариант использовать стабилитрон, который дает точное напряжение на шине, которое вы хотите. Это бы позволяют полностью пропустить цепочку резисторов, питая выход напряжение прямо в дифференциал.

много возможны более сложные схемы и множество вариаций вы можете построить только с элементами, представленными здесь. Возможно, некоторые в другой раз я рассмотрю альтернативы, такие как умножители емкости и нынешние регуляторы, но именно так об этом пишут книги люди начинают и продолжают хотеть добавить «еще одну вещь» и прежде чем вы это узнаете, на полке есть двенадцатифунтовый том, который никто когда-либо читает, просто потому, что это слишком громоздко. Если повезет, я предложил достаточно идей, чтобы ваши творческие соки текли, не будучи подавляющий. Блоки питания могут быть такими же хорошими почти столь же интересны, как и схемы, для питания которых они предназначены. Это просто вопрос наличия некоторых идей для работы.