При построении аудиосистемы я обратил внимание на интересный факт, мной и другими слушателями было замечено, что на качество звучания аппаратуры влияет время суток, а точнее поздно вечером и рано утром звучание заметно лучше чем днем. В чем причина?!
Думаю, что не секрет, что наша бытовая электрическая сеть (ЭС) оставляет желать лучшего. Так повелось, что главный параметр ЭС, который отслеживают работники электростанций и обслуживающего персонала, это ее частота колебаний 50Гц, а что касается чистоты питающего напряжения и стабильности напряжения в наших домах так тут дела никому нет. Хотя последнее утверждение немного спорное, потому что есть ГОСТ 13109-97 и технический регламент на параметры электрической сети. Я на собственном опыте почувствовал отход от параметров установленных в ГОСТ по электропитанию, когда мой ЦАП отказывался стабильно работать и это понятно, потому что напряжение в ЭС снижалось до 180В, это хорошо отслеживалось по снижению яркости свечения ламп накаливания в доме. Все дело в том, что я живу в частном доме и для меня не редкость, когда напряжение в сети падает до 20%. Ещё один недостаток ЭС был в том, что частые сварочные и другие работы соседей тоже вносили свою лепту в «экологию» питания аппаратуры.
Частично решить эту проблему можно с помощью стабилизатора напряжения, но он не спасет от загрязненного питания, потому что автотрансформатор в составе этих устройств не способен работать в качестве фильтра НЧ.
Мои поиски необходимых устройств не дали желаемого результата, потому что тема посвященная чистоте ЭС освещается крайне редко и на форумах по радиоэлектронике тоже мало информации. В продаже есть регенераторы питания, но они либо сильно дороги или часто сделаны на основе ИБП. Достоинство данных изделий перекрывается их недостатком, а именно большим шумом импульсного преобразователя и сильный отход от формы синусоиды выходного сигнала.
После некоторых размышлений, я решил разработать собственный регенератор сетевого питания (РСП), удовлетворяющий моим требованиям, а именно:
Сразу поясню, что 100Гц частота была выбрана неслучайно. Определяющим фактором послужил оптимальный режим работы нагрузки РСП на этой частоте, а именно звуковоспроизводящая аппаратура или ЦАП как в моем варианте.
Дело в том, что при повышения частоты напряжения питания силовых трансформаторов подключаемых устройств к РСП происходит улучшение режима их работы, а именно:
Все это способствует к улучшению звуковых свойств питаемой аппаратуры, но об этом ниже.
Ещё одно преимущество частоты питания 100Гц это улучшение работы выпрямителя питающего устройства, потому что после диодного моста пульсирующие напряжения получается в 2 раза чаще чем при питании непосредственно от бытовой сети 220В 50Гц и оно равно 200Гц. А из теории известно, что при увеличении частоты пульсации напряжения емкость сглаживающего фильтра после него можно уменьшить потому что конденсатору легче сгладить пульсации выпрямленного напряжения большей частоты. Кстати этим обусловлено меньшая емкость сглаживающего конденсатора в импульсных блоках питания.
Ниже приведена схема для измерения пульсаций рис. 1 и осциллограммы, которые показывают процесс работы диодного моста с отключенный конденсатором C1 с частотой питания 50Гц рис. 2а и с частотой питания 100Гц рис. 2б.
Рис. 1 Схема для измерения пульсаций
Рис. 2а Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 50Гц
Рис. 2б Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 100Гц
Ниже приведены осциллограммы работы схемы измерения пульсаций на нагрузке с конденсатором C1при напряжении питания с частотой 50Гц рис 3а, а также 100Гц рис. 3б.
Рис. 3а Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 50Гц
Рис. 3б Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 100Гц
Из рис. 3а и рис.3б, видно, что при питании фильтра с нагрузкой частотой в два раза выше, пульсации снижаются в 1,65раза
Пульсации при 100Гц получаются 3,34V/2,02V = 1,65 раза меньше чем при питании от ЭС 50Гц.
Вернемся непосредственно к схеме РСП, в качестве генератора синусоидального напряжения я использовал мост Вина, а в качестве УМ применил схема на полевых транзисторах с выходной мощностью порядка 100Вт этого вполне достаточно для моих нужд. В блоке питания РСП применен трансформатор 250Вт и диодный мост с блоком фильтра общей емкостью 39600мкф, что является более чем достаточно для данного решения. Схема блока питания представлена на рис.4
Рис. 4 Блок питания РСП
Принцип работы РСП следующий:
При включении питания РСП происходит заряд емкостей БП и становление рабочего режима генератора синусоидальных колебаний рис.6, в это время работает soft-start создавая задержку подачи входного сигнала с генератора на УМ с помощью контактов реле замыкающих цепь выхода генератора и входа УМ.
Время работы схемы soft-start рис. 5, задается с помощью цепи R2, С4 и рассчитывается по формуле r=R2(Mom)xC4(mkF)=t(секунд).
Рис. 5 Схема Soft-start
По истечении времени установленного в схеме soft-start 2секунды в моем варианте, выходные усиленные колебания в УМ с частотой 100Гц подаются на повышающий трансформатор Тр1.
Намоточные данные повышающего трансформатора Тр1 следующие:
Магнитопровод марки ОЛ55/100-40.
Габаритная мощность магнитопровода Pгаб. = 227Вт
Число витков в первичной обмотке w1=30витков, провод ПЭВ2 1,2мм
Число витков во вторичной обмотке w2=600витков, провод ПЭВ2 0,51мм
Рассмотрим работу генератора синусоидальных колебаний.
Схема генератора представлена на рис. 6. Данная схема представляет собой генератор синусоидального напряжения. Цепь R1, C1 и R2, C2 задает частоту колебаний, с указанными элементами на схеме эта частота равна 50Гц, для лучшей симметрии эти элементы должны быть достаточно точные, не хуже ±1%. Резистор R19 необходим для регулировки амплитуды выходного сигнала.
Рис. 6 Генератор синусоидальных колебаний
После генератора синуса следует УМ для РСП, его схема представлена на рис. 7
Рис.7 Усилитель мощности для РСП
Как видно из схемы, в состав УМ входит микросхема DA1, это ОУ от которого особенно зависит уровень искажений всего усилителя, по этой причине в данном схеме желательно ставить ОУ с низкими шумами, например NE5534 с уровнем шума 5nV√Hz. Транзисторы VT1 и VT2 необходимы для предварительной раскачки сигнала по току необходимого для выходных транзисторов VT3, VT4. Ток холостого хода задается подстроечным резистором R5, в моем варианте он равен 20mA.
Вообще в качестве УМ для этих целей идеально подходит УМ в классе «D». Его неоспоримые преимущества, а именно малое рассеивание энергии на тепло (высокий КПД) и как следствие меньшие масса и габариты делают его предпочтительнее в этой схеме. Но у таких схем есть недостатки, это дополнительная сложность намотки трансформаторов и настройки усилительного каскада. Потому мной было решено сделать УМ по классической схеме с минимальным током покоя для данной схемы, порядка 20мА.
Ниже приведена форма сетевого напряжения в ЭС рис.8а и после РСП рис.8б на активной нагрузке 40Вт, а также спектрограммы гармонических искажений непосредственно в ЭС рис. 9а и после РСП рис.9б.
Рис. 8а Форма напряжения в бытовой ЭС слева и его спектрограмма справа
Рис. 8б Форма сетевого напряжения на выходе трансформатора РСП слева и его спектрограмма справа
Из осциллограмм и спектрограмм видно, что РСП обладает заметно лучшим качеством синусоидального напряжения. Ещё один плюс данного устройства как было описано выше, отсутствие подмагничивания на питающей стороне, потому что согласующий трансформатор не способен пропустить постоянную составляющую.
Гальваническая развязка выходным трансформатором также улучшает ситуацию питания аппаратуры. Дело в том, что многие пренебрегают фазировкой питающих трансформаторов аудиоаппаратуры. По моему мнению, фазировать необходимо каждый силовой трансформатор, особенно в аппаратуре без заземления, потому что при неправильной фазировке силовых трансформаторов, например УМ и источника звука (ЦАП, проигрыватель) происходит перетекание токов по оплетке межблочного кабеля с частотой 50Гц. Это легко проверить с помощью цифрового мультиметра хорошей чувствительности, для этого необходимо замерить переменное напряжение на корпусе включенного прибора относительно заземления на каждом аппарате отдельно, предварительно отключив от него все соединительные провода, кроме питающих.
При неправильной фазировке силовых трансформаторов, звучание аппаратуры ухудшается. Почти все солидные производители аудиоаппаратуры в своих устройствах используют индикаторы правильного включения фазы.
Рис. 9 Фотографии РСП в сборе
Заключение
Регенераторы сетевого питания действительно улучшают звучание аудиосистемы, потому что качественное питания источника звука (ЦАП, проигрывателя) очень сильно сказывается на его работу, ведь именно источник звука имеет наибольшее разрешение во всей системе, а этот параметр сложно реализуем с плохим питанием. Также я хотел отметить, что данное устройство можно использовать и для других целей, например как стабилизатор переменного напряжения. Один мой знакомый использовал схемотехнику РСП для питания двигателя переменного тока в проигрывателе виниловых пластинок, потому что в его двигателе частота вращения ротора прямо зависела от частоты питающего напряжения и он подстраивал точные обороты двигателя с помощью перестройки частоты генератора синусоидального напряжения.
Смирнов Алексей Николаевич (Alexhase), e-mail: iron.alexey@mail.ru
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рис. 1 Схема для измерения пульсацийVD1
Диодный мост1
С1
Электролитический конденсатор47 мкФ1
R1
Резистор75 Ом1
Генератор1
Осциллограф1
S1
Выключатель1
Рис. 4 Блок питания РСПVR1
Линейный регуляторLM78151
VR2
Линейный регуляторLM79151
VD1-VD4
Диод20ETS084
VD1-VD4
Выпрямительный диодDF08MA8
С1-С4
Электролитический конденсатор2200 мкФ4
С5, С8
Конденсатор100 нФ2
С6, С7
Электролитический конденсатор470 мкФ2
С9-С16
Электролитический конденсатор4700 мкФ8
С17, С18
Электролитический конденсатор1000 мкФ2
С19, С20
Конденсатор1 мкФ2
R1, R2, R5, R6
Резистор10 Ом4
R3, R4, R7, R8
Резистор100 Ом4
R9-R12
Резистор0.5 Ом4
5 ВтT1
Трансформатор250 Вт1
T2
Трансформатор20 Вт1
S1
Выключатель1
Вилка сетевая1
XT1, XT2
Разъем2
РазъемGen Power1
Рис. 5 Схема Soft-startD1
Программируемый таймер и осцилляторNE5551
D1
МикросхемаMC14069U1
VR1
Линейный регуляторLM78121
VT1
Биполярный транзисторКТ972А1
VD1-VD4
Диодный мостDF08S1
VD5
Выпрямительный диод1N40071
С1
Электролитический конденсатор2200 мкФ1
С2
Электролитический конденсатор470 мкФ1
С3, С5, С6
Конденсатор100 нФ3
С4, С7
Электролитический конденсатор47 мкФ2
R1
Резистор330 Ом1
подборR2
Переменный резистор200 кОм1
R3
Резистор100 Ом1
R4, R5
Резистор10 кОм2
R6
Резистор220 Ом1
Rel1
Реле1
Рис. 6 Генератор синусоидальных колебанийD1
Операционный усилительTL0721
VT1
MOSFET-транзисторBF245A1
VD1, VD2
Диод2
VD3
Стабилитрон1N7501
С1-С3
Конденсатор0.22 мкФ3
С4
Электролитический конденсатор2.2 мкФ1
С5
Конденсатор1 мкФ1
С6, С7
Электролитический конденсатор220 мкФ 16 В2
С8, С9
Конденсатор0.1 мкФ2
R1, R2, R7
Резистор5.1 кОм3
R3
Резистор4.7 кОм1
R4, R11
Резистор2 кОм2
R5
Резистор62 кОм1
R6
Резистор8.2 кОм1
R8
Резистор36 кОм1
R9
Резистор1 МОм1
R10
Резистор68 кОм1
R12, R13
Резистор100 Ом2
R19
Переменный резистор22 кОм1
РазъемGen signal1
РазъемGen power1
Рис.7 Усилитель мощности для РСПDA1
Операционный усилительTL0711
VR1
Линейный регуляторLM78121
VR2
Линейный регуляторLM79121
VT1
Биполярный транзисторКТ815А1
VT2
Биполярный транзисторКТ816А1
VT3
MOSFET-транзисторIRFP92401
VT4
MOSFET-транзисторIRFP2401
VD3, VD4
Выпрямительный диод1N41482
С1
Конденсатор2.2 мкФ1
С2
Конденсатор100 пФ1
С3, С5, С9
Конденсатор100 нФ3
С4, С6, С10, С11
Электролитический конденсатор470 мкФ4
С7, С8
Конденсатор1 мкФ2
R1
Резистор47 кОм1
R2
Резистор1 кОм1
R3, R4
Резистор2 кОм2
R5
Подстроечный резистор5 кОм1
R6, R7
Резистор22 кОм2
R9, R10
Резистор220 Ом2
0.5 ВтR11, R12
Резистор33 Ом2
0.5 ВтR13, R14
Резистор820 Ом2
R15
Резистор10 Ом1
R16, R17
Резистор39 Ом2
R18, R19
Резистор0.5 Ом2
10 ВтR20
Резистор12 кОм1
F1
Предохранитель4 А1
Tr
Трансформатор1
XT
Вилка сетевая1
XT1, XT2
Разъем2
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- regenerator.rar (73 Кб)