Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал Аудиосалона "Русский Звук", посвященный аудиотехнике.
Наш Шоурум находится по адресу г. Москва, пр. Вернадского, 29. Приглашаем Вас в гости!
Напоминаем Вам о нашем сайте https://rus-audio.ru
Сегодня у нас очередная статья с просторов интернета, для ознакомления нашей Дорогой публики.
Авторы (источники) - Журнал АудиоМагазин. Статья "Электропитание 2: по следам мифов и реальностей" Автор - К. НИКИТИН.
Отдельно отмечаем, что мнение Аудиосалона "Русский Звук" может не совпадать с мнением авторов статьи.
Итак, поехали!
Вместо введения
Я долгое время преподаю в Военной академии, последние несколько лет, правда, уже без погон, но, как и прежде, люблю ясность в изложении. Может, Мы учим и не так, как в университетах, но зато уверенно и надолго.
Так и написана статья «Электропитание аудиоаппаратуры «про электропитание как гвозди вбиты: учись не хочу! Если автора еще немного подготовить в нашей системе из него бы получился неплохой преподаватель военного училища. Сам я считаю себя бывалым спецом в электропитании, но, сознаюсь, многое, о чем написано в статье, для меня оказалось в новинку. А подумаешь, разберешься вроде бы никак иначе и быть не может.
Даже опыт с дросселем поставил получается! Вот только насчет кенотронов перебор вышел, где ж их сейчас найдешь?! Я бы не стал писать в журнал, но сам являюсь страстным радиолюбителем. Последнее мое детище усилитель 400 Вт на канал на японских комплементарных «полевиках» с питанием ± 57 В.
Статья ваша заронила во мне зерно сомнения, и я ткнулся -таки осциллографом в цепь питания: о ужас! Барабанный удар (те самые японцы с неоднократно цитируемого вами и не вами диска) дал просадку моего электропитания на 24 В (с 79 до 55)!Где оно упало ума не приложу. В питании у меня два ТПП крепче не придумаешь, диоды КД2997 А восемь штук на радиаторах и четыре «банки «из -под почившей три года назад в нашей славной академии ЭВМ (ЕС1040). Уважаемый автор, подскажите, пожалуйста, в чем дело, и посоветуйте, пожалуйста, как быть. У меня есть какие-то «спец «-сердечники тороиды 120 х 70 х 30 в любом количестве может, они помогут, ещё вопрос.
Вы пишете о токе 100 А в первичной сети УНЧ. Вычисления я все проделал, как Вы и рекомендовали: все сходится, и все равно не верится. Может, где ошибка? Проверил у себя осциллографом на резисторе -датчике так ничего подобного нет. В. Шадрин, г. Санкт -Петербург Наконец то мы, поклонники журнала «Радио «, нашли что -то для себя на ваших страницах! Уверенно говорю теперь в полку (или в корпусе)ваших читателей явно прибыло. «Иннерспейс» и «Электропитание «открыли целый новый раздел, к которому вы, С. Л.,К. К. и М. А., раньше только приближались. Конкуренты ваши («Stereo& Video»)опять оказались позади, а то они уже вовсю наступали вам на хвост от тяги и музыкальных событий.
В отличие от ваших печатаемых корреспондентов, я буду краток и перейду к вопросам и замечаниям сразу. Конечно, интересно посмотреть на сердечники и трансформаторы, но внутренности импортных изделий меня всегда интересовали больше. Давайте побольше хороших фотографий фирменной техники изнутри. От одного вида ямаховского трансформатора тянет в магазин! С одним из выводов автора я не согласен. В таблице указано омическое сопротивление первичной обмотки трансформатора питания, а нас интересует обычно выходное сопротивление всего источника. Непонятно, связаны ли они, и если да, то как и почему? Не лучше ли было померить то, что нужно?
Еще вопрос. Если я делаю усилитель и на трансформатор, дроссель и конденсатор у меня есть какое -то место. Как мне им распорядиться? Что должно быть больше по размеру? Чему отдавать предпочтение? Есть ли какие [-нибудь ] оптимизационные рекомендации? Собачка! Вы получили степень, но теряете шарм. А. Кравцов, г. Санкт -Петербург Вопросы и пожелания к К.К. и С. Л. Почему вы совершенно упустили из виду импульсные источники питания? Ведь в автомобильной технике они применяются сплошь и рядом? Я так и не понял окончательно: ну шут с ним с «Пилотом», но хорошие Фильтры можно применять или нет?
Воодушевленный вашими картинками, я тоже ткнулся осциллографом в розетку. Когда дым рассеялся (а я исправил осциллограф и теперь включил его только через трансформатор), я увидел [ нечто ] такое, что напрочь отбило у меня желание использовать родную сеть. Что делать? Можно ли жить с такой сетью? Синусом там и не пахнет, а обглодыш, который, Вы, К. К., нарисовали, красавец, по сравнению с тем, что я увидел. Посоветуйте, надо ли увеличить количество конденсаторов ФНЧ в моем усилителе» Marantz PM -67»,если надо, то каких и сколько? С нетерпением жду расширения технического раздела.
Присылать ли питание С.Л.? Т. Борисов, г. Приозерск Я прочитал «Электропитание аудиоаппаратуры «и так и не понял «миф это или реальность. Изложено, конечно, изрядно, слов нет но нам -то, рядовым слушателям, что делать? Хотелось бы получить простые рекомендации делай так, и звучать будет лучше, не буду же я музейные кенотроны в свой «Rotel» ставить?! Так как я разбирался со статьей целых три дня (вы бы еще помельче напечатали), то, думаю, имею право задать автору ряд вопросов, надеясь прочитать ответ на первых страницах одного из следующих номеров. Вопрос No 1.Что такое «аудиофильные «конденсаторы?
Я могу еще понять их аудиофильность, когда они в сигнальной цепи, но в питании увольте. Как и К. К., я могу похвастаться «Ямахой «(«АХ 890 °),так вот, открыв крышку, я сразу прочитал на «банке «: «for audio «. Это трюк или правда? Вопрос No 2. Могут ли быть тогда трансформаторы, силовые диоды И дроссели тоже «for audio» или это привилегия только конденсаторов? Вопрос No 3. Под крышкой моей «Ямахи «много места. Скажите, если я добавлю конденсаторов, будет лучше или хуже? И вообще как помочь не чему-либо абстрактному, а моей родной «Ямахе», купленной за наши российские американские рублики. Вопрос No 4.
Скажите, как бороться с холодильником? Когда он включается, у меня свет гаснет почти на секунду понятно, что ни о каком Пилоте «не может быть и речи. Все мои магнитозаписи полны холодильниковых изъянов (магнитофон «ТЕАС V -6030»,проигрыватель CD «ТEAC VRDS -10 «). Вопрос No 5. Имеет ли какие -нибудь особенности электропитание усилителя для сабвуфера? Мой самодельный сабвуфер на двух кинаповских лопухах (не путать с [выпускниками Института киноинженеров ]) использует мостовой УМЗЧ с источником на перемотанном торе от лабораторного источника с вашей фотографии, К50-18, 2 шт.,15000 мкФ х 50 В. На басах он хрипит, даже если удваиваешь емкость, в питании при этом сверхнизкочастотная пульсация с какими -то выбросами. М. Штейнгарт, г. Красное Село.
Мы планируем продолжить публикацию статьи «Электропитание аудиоаппаратуры. Новые материалы дадут ответы на большинство вопросов, заданных читателями. А на некоторые вопросы я отвечу прямо сейчас. М. Штейнгарту. Для борьбы с холодильником нужны две меры. Первая хороший сетевой фильтр для снятия высокочастотной помехи и безудержное увеличение конденсаторов во всех цепях электропитания. Если вы защищаете магнитофон, то добиться постоянной времени в одну-две секунды нетрудно. Это поможет. В «Ямаху «тоже полезно добавить конденсаторов, но высокочастотных (К52-1) и прямо на плату УНЧ. Ваш сабвуфер на лопухах хрипит, так как тороидальный трансформатор подмагничивается по вторичной обмотке. 30000 мкФ явно мало. Утройте.
Объяснения в первой статье «Электропитание». Т. Борисову. Питание присылайте, а то я, каки М. Штейнгарт, борюсь с холодильником. Жить с сетью не надо. Ваша С. Луша.(На остальные вопросы ответы в статье. К.Никитин.) А. Кравцову. Выходное сопротивление источника измерить не сложно, но и не так просто. Даже в отсутствие омических потерь оно имеет место. А то, что предлагаем измерять мы, определяется тестером на постоянном токе и правильно сделанный, сбалансированный источник характеризует вполне. Если трансформатор и конденсаторы современные, то объем, занимаемый последними, обычно в два раза меньше трансформаторного. Старые конденсаторы (К50-18) существенно крупнее. За потерю шарма (С. Л.): увы, мой друг, когда 6 моложе и лучше качеством была...... Я съездила бы вам по роже за столь обидные слова... В. Шадрину.
Уважаемый товарищ военнослужащий! Конечно, все дело в ТПП. Они действительно крепкие, даже зеленые, но намотаны картоном и в УНЧ не годятся. Возьмите ваши спецсердечники и намотайте на пару (получится 120 х 70 х 60) 440 витков первичной обмотки проводом диаметром 0,9 мм (один слой снаружи тора, два внутри). Войдет около 100 м провода, то есть сопротивление будет примерно 4 Ом. Дальше справитесь при наличии хороших конденсаторов (чешские электролиты от ЕС1040 за 15 лет подсохли) у Вас не будет проблем. 100 А в первичной сети УНЧ бывает только в импульсе и редко. Нужна хорошая сеть и очень мощный трансформатор с малым рассеянием.
Резистор -датчик нужен в сотые доли ом. Р. Ѕ. Место и погоны в академии для меня попридержите. Подучусь немного и соберусь к Вам. К. К. Перерыв с момента предыдущей публикации (см. статью «Электропитание аудиоаппаратуры: мифы и реальность», «АМ» No 1 (18) 98) показал, что среди читателей журнала немало таких, кто интересуется проблемами разработки аппаратуры. Жанр «АМ» своеобразен мы не создаем научно -технический журнал, так как разрабатывать устройства должны специалисты, которым нужны совсем другие статьи. Но не хочется быть и путеводителем по магазинам разумная доля технической науки небесполезна простому слушателю. Поэтому вдвойне приятно, когда статья с техническим уклоном получает читательские отклики. Итак, предыдущее повествование скорее поставило ряд вопросов, чем дало ряд ответов. Главный вопрос как же все -таки спроектировать оптимальную систему электропитания (СЭП) для усилителя низкой частоты остался открытым.
Луша. Конечно! Представьте, что в первой же серии детектива всех поймали и осудили! К. К. Тем не менее, мы выяснили, что сделать СЭП по уму вовсе не просто. В качестве одной из важных проблем мы назвали импульсное токопотребление СЭП от сети: комбинация трансформатор диоды конденсатор потребляет от сети мощные короткие импульсы, создавая массу проблем. Разборка четырех усилителей, проведенная при подготовке предыдущей статьи, показала, что проблема импульсного токопотребления интересует только нас: ни в одном из усилителей не используются даже небольшие дроссели в цепях электропитания. B, Marantz -53», например, используется маломощный силовой трансформатор с сопротивлением первичной обмотки R1 = 17,8 Ом и небольшая емкость фильтра (Сф 6800 мкФ) = можно не заботиться о наличии мощных импульсов. В «Корвете УМ -088 «, несмотря на пару могучих трансформаторов и целую батарею конденсаторов, везде, где только можно, в силовых цепях используются тонюсенькие проводочки злобных импульсов как не бывало, как, впрочем, и хорошего звучания.
А вот в Yamaha AX -1050 «импульсы встают во весь рост ,достигая во вторичных цепях трансформатора на пиках звучания ста ампер. Луша. И что же? Плохо играет наша «Ямаха «? К. К. Плохо не плохо, но могла бы играть лучше. Вот с ней мы и поэкспериментируем. Соберем в соседней комнате нашей подружке новый СЭП (рис.1). Луша. Замечу, что он вдвое тяжелее самой подружки и вчетверо тяжелее меня! К. К.
Теперь правее сечения АА никаких импульсов нет, а саму, АХ -1050», вернее, маломощный «остаток», мы подключили через тот самый фильтр «Пилот «, который обругали в прошлый раз. И что же? «АХ -1050» зазвучала существенно приятнее! Заметно ярче, натуральнее стало звучание в моменты большой громкости, исчезла характерная «кашеобразность «органного звучания, барабаны, и так изрядно сотрясавшие жилище, стали больше походить на оркестровые, а не шумовые принадлежности. Луша. А теперь уберем тяжести: закоротим ф и оторвем Су2К. К. В питании усилителя теперь присутствует пульсация напряжения, но пульсаций тока вблизи, АХ -1050 «как не было, так и нет: остались в другой комнате!
Луша., Ямаха «заиграла похуже, но все равно приятнее, чем в исходном варианте. К. К. Диагноз ясен! Даже при столь великолепной компоновке, какая имеется у, АХ -1050»,соседство прецизионных узлов усилителя низкой частоты и цепей с гектаамперами крайне нежелательно. Как уже, наверное, догадался читатель, единственным надежным способом борьбы с импульсами тока является дроссель. Даже маленький (500 мкГн) Дросселек, с ролью которого хорошо справляется индуктивность рассеивания трансформатора, заметно «размазывает «импульсы, снижая степень их вредоносности. При достаточно большой величине Дросселя Lp2 > / f (1), где В входное сопротивление УНЧ со стороны клемм электропитания, / 50 Гц, у 0,1...0,12 вычисляемый коэффициент, ток дросселя оказывается непрерывным и фильтр работает как обычный ФНЧ, выделяя средневыпрямленное напряжение. При Сфф2 ток обрывается и напряжение < возрастает, в пределе стремясь к амплитудному значению Um.
Понятно, что последний вариант оказывается во многих случаях предпочтительнее: никаких импульсов, да и напряжение, снизившись до определенного уровня, остается стабильным.(Дальнейшее падение Ucan связано и сомическими потерями,рис.2.) Однако, даже выбрав ток нагрузки, при котором ток Дросселя еще остается непрерывным, достаточно большим (Imin 0,5 А), мы получим согласно (1) ф2 ≈ 250 мГн. Такой дроссель (0,25 Гн х 0,5 А)уместится на детской ладошке. Но ведь и пиковый ток потечет через него! А дроссель «толстеет «пропорционально квадрату тока. Изделие 0,25 Гн х 25 А надо возить на грузовике! Разумный компромисс заключается в использовании так называемых «насыщающихся «дросселей. На малых токах они имеют большую индуктивность, а на больших индуктивность падает.
Такой дроссель невелик (в нашем случае размером с половину силового трансформатора). В реальной ситуации выяснить приемлемый характер токопотребления и, соответственно, определить параметры фильтра можно лишь путем непростых машинных расчетов, подкрепленных экспериментом. Широкий диапазон токов потребления, при которых Ucan остается почти постоянным, обеспечиваемый при использовании насыщающихся дросселей, позволяет эффективно применять линейные стабилизаторы напряжения (ЛСН,рис.3).Их использование (например, в усилителях «Krell»)позволяет добиться следующих преимуществ: выходное сопротивление СЭП резко падает. Например, в точке В' оно существенно ниже, чем в точке В. Эта ситуация наблюдается даже при достаточно больших токах, главное, чтобы сохранялась определенная разность потенциалов точек выходное напряжение СЭП становится постоянным. Теперь не надо заботиться о том, что в режиме молчания напряжение питания УНЧ подскочит на 20-25 %.
Но и недостатков в системах, использующих ЛСН, немало. Вот основные: повышенные энергопотери. Нестабильность бытовой сети (± 10-15 %) приводит к необходимости выбора немалой величины ДѴвв, что в мощном усилителе приводит к дополнительным потерям 100-150 Вт ; несмотря на большую величину Сф, без большой С2 не обойтись, иначе придется делать регулирующий элемент (РЭ) ЛСН широкополосным: даже среднечастотные компоненты тока потребления замкнутся через РЭ, следует признать, что помимо недешевых Сф и Сф2 мы «нажили себе» еще и немалое по размеру устройство ЛСН со своим радиатором.
Ясно, что пойти на такие приобретения могут только создатели недешевых усилителей. Сам по себе стабилизатор вещь несложная, тем более что подойдет простейший (рис.4). Только надо учесть, что РЭ придется рассчитывать на пиковые токи усилителя (читай акустических систем): Сф2 здесь не помощник. При современной элементной базе эта задача решается, были бы деньги у покупателя ; и последнее. Далеко не все производители убедились в том, что стабилизированное питание обязательное условие движения к high end. Каждый ведь идет своим путем. Луша. И, говорят, добивается успехов, извлекая из любой ситуации ее положительные свойства. К. К. Конечно. Есть в использовании ЛСН и технологические плюсы. Силовой трансформатор, диоды, дроссель, конденсатор теперь могут быть едиными на два канала.
Это проще и дешевле. Конденсатор Сф2 целесообразно «рассредоточить «по потребителям, например, если используется параллельное включение транзисторов: ток его заряда теперь постоянен, и не надо бояться его проникновения на плату усилителя низкой частоты. Упрощается построение каскадов усиления и стабилизация режимов. Функция токовой защиты усилителя может быть передана ЛСН. По-моему, одна из причин отсутствия массового применения ЛСН в усилителях кроется в том, что серийный производитель морально не готов к существенной смене идеологии «усилителестроения», и решающим фактором является то, что неясно, готов ли покупатель платить за ЛСН дополнительные деньги.
Луша. Ну и что? Складно, конечно, излагаешь, слов нет...После наших бесед хоть экзамен сдавай профессору. А что же делать читателю, который к тому же еще и слушатель? К. К. По порядку. Во -первых, мощному усилителю делать отдельный подвод тока толстым проводом. Очень мощному прямо от распределительного щитка. Во-вторых, никаких фильтров. Даже самых лучших. Фильтры нужны маломощной аппаратуре, а не усилителю низкой частоты. В-третьих, если руки чешутся что -то «улучшить «можно реализовать схему, показанную на рис. 1, либо попробовать установить ЛСН места под крышкой усилителя всегда хватит. Но и то и другое непросто.
Имей наш журнал раздел «Умелые руки «,я бы подсказал, как это сделать. Луша. Умелые руки не чешутся... К. К. Не так давно замечательный специалист В. М. Зуев отвечал на письмо одного из наших читателей по поводу использования импульсных вторичных источников электропитания в мощных УНЧ. Автор письма, на чьем счету, по -видимому, имеются удачные попытки создания импульсных источников, выступает в качестве их активного пропагандиста. Попробую поддержать В.М. Зуева в его ответе, тем более что на первый взгляд может показаться, что прав читатель: действительно, почему импульсные (ключевые) СЭП, уверенно завоевавшие ЭВМ, телевизоры, массу другой аппаратуры, практически не используются в звуковых «усилителях? Для того чтобы ответить на поставленный вопрос, рассмотрим простейшую структурно -функциональную схему ключевого источника, рис. 5.
Он использует выпрямитель и фильтр сетевого напряжения (1) управляемый инвертор (переворачиватель) (2) преобразующий постоянное напряжение +300В в высокочастотное (десятки килогерц) импульсное переменное двуполярное с возможностью регулировки ширины импульса ; высокочастотный трансформатор (3);вторичный выпрямитель (4), формирующий мощную однополярную импульсную последовательность с широтно-импульсной модуляцией. Постоянная (медленно меняющаяся) составляющая импульсной последовательности, выделяемая фильтром нижних частот ФНЧ (5), будет зависеть от относительной ширины импульса.
Таким образом, рассмотренное устройство выполняет функции гальванической развязки, трансформации, выпрямления и регулирования, в том числе стабилизации выходного напряжения. Возможности таких источников практически безграничны, что обеспечивает им широчайшее применение. Однако кратко расскажу, почему мы не видим их в усилителях низкой частоты. Первое. УНЧ потребляет ток, спектр которого очень широк. Наличие на пути этого тока ФНЧ (5) и присутствие цепи ООС ставит весьма сложные технические проблемы, решить которые с гарантией можно лишь при наличии большой (сравнимой с Сф в обычных УНЧ) емкости фильтра (5).Это дорого, так как одна большая и недешевая емкость сих уже используется.
Второе. Стоимость мощных ключевых источников, обладающих высокой надежностью, около 1доллара за ватт пиковой мощности в крупносерийном производстве. В нашем случае, когда есть ряд дополнительных требований, она может быть и больше. Выходит, что стоимость УНЧ может удвоиться, если установить туда импульсный источник. Третье. Если мы называем проблемой наличие помехи от переключения ключей микросхемы -вычислителя проигрывателя компакт - дисков, то колоссальная импульсная помеха, создаваемая импульсным источником, порождает суперпроблему. Думать, что повышение частоты коммутации разрешит ее, «разнеся «спектр сигнала и спектр помехи на оси частот (как считает автор письма), значит предаваться иллюзиям. Наличие элементарных знаний в области нелинейных преобразований помехи подскажет, что просто эта задача не решается.
Я уверен в том, что она разрешима, и знаю, как это сделать. Но в 1 доллар за ватт при этом я не уложусь. Наличие помехи от импульсного источника, даже от неплохо экранированного, воздействует на звуковые образы весьма и весьма разрушающе. В стабилизированных импульсных источниках плотно стоящий «лес «составляющих спектра помехи с шагом 100 Гц путем многократных детектирований, модуляций и других нелинейных преобразований на элементах тракта становится неотъемлемым участником событий, в том числе и музыкальных. «Ушастые «аудиофилы при этом жалуются на «транзисторный «призвук в ламповых УНЧ» цифровой «призвук в аналоговых устройствах, утрату «воздуха», «уплощение» стереопанорамы, потерю прелести натурального звучания... Луша… слабость в членах и томление духа. В общем, все ясно. Питаете импульсным источником передатчики «Радио Модерн «и питайте, а усилители низких частот ни -ни. Разве что автомобильные, где сам сидишь внутри колонки... К.К. Но это уже тема для другого разговора.