Есть усилители традиционные, есть с плавающим питанием, а есть с плавающим общим проводом. Однако общий провод по определению плавать не может, следовательно плавают источники питания. Как и для чего это делается, попробуем разобраться в этой статье.
Для начала рассмотрим схему, приведенную на рисунке 1:
По сути это включение ОУ от однополярного источника питания, в роли которого выступает V2, средняя точка, т.е. половина напряжения питания формируется резистивным делителем R2 и R3. Именно эта точка является общим проводом для источника звукового сигнала V1, но как общий провод, она больше нигде не выступает. Выход ОУ нагружен на резистор R6, который вторым выводом соединен с емкостным делителем на С1 и С2.
А вот теперь включаем анализ переходных процессов и смотрим, что происходит в ключевых точках схемы. Рука так и тянется посмотреть, что собственно на выходе ОУ. Удовлетворим это желание:
Первое впечатление, что все весьма не плохо — при входном напряжении 1 В (амплитуда) на выходе получаем почти 11 В (амплитуда). Однако нагрузка включена между выходом ОУ и емкостным делителем, следовательно для получения полноценных данных о напряжении на нагрузке следует посмотреть, что происходит в точке соединения С1 и С2. Не выключая уже имеющийся «луч осциллографа», подключаемся к верхнему выводу С2:
Красной линией обозначено напряжение на правом выводе R6, а оно совпадает по фазе с синей линией и имеет меньшую амплитуду. Это означает только одно — реально на нагрузке нет никаких 11 В, а всего на всего чуть больше трех вольт.
Разумеется, что напряжение не могло исчезнуть, осталось выяснить почему такое маленькое напряжение на нагрузке, а для этого достаточно посмотреть на форму напряжения питания самого ОУ:
Напряжение на плюсовом выводе питания ОУ показывает зеленая линия, а фиолетовая — напряжение на минусовом выводе питания ОУ. Теперь понятно, почему на нагрузке такое маленькое напряжение — само питающее напряжение повторяет форму сигнала, следовательно какого то большого усиления не получится — это почти повторитель, причем какой-то своеобразный.
Решить проблему можно попробовав исключить «плавание» питания на выводах ОУ, а для этого воспользуемся RC фильтром, соединенным с общим проводом:
Теперь посмотрим, что происходит на выводе нагрузочного резистора R6:
Синяя линия — напряжение на левом вывода, красная — на правом выводе R6. Как видно из рисунка, амплитуда напряжения на нагрузке теперь составляет порядка 10 В, т.е. ОУ теперь действительно усиливает напряжение, причем нагрузка по постоянному напряжению с общим проводом не связана.
С одной стороны каких либо преимуществ по отношению к традиционному включению от однополярного источника нет, но на данной схеме их не видно, поэтому немного изменим схему и сделаем ее несколько мощней, позволяющей выступать в роли усилителя для наушников:
Здесь ОУ имеет усилительный каскад на транзисторах, эмиттеры которых, через небольшое сопротивление соединены с виртуальным общим проводом, с которым соединен нижний вывод R15, являющийся нагрузкой. Верхний вывод R15 соединен с емкостным делителем, идущим на шины питания. Резисторы R8-R11 создают необходимое смещение на базы транзисторов, формируя ток покоя этого каскада.
При появлении на входе ОУ сигнала с генератора V1, этот сигнал увеличенный по амплитуде ОУ, начнет открывать то или иное плечо выходного каскада, тем самым уменьшая сопротивление перехода коллектор-эмиттер соответствующего плеча. Напряжение питания начнет смещаться в плюсовую или минусовую область относительно общего, а эти изменения уже будет пропускать емкостной делитель и на нагрузке начнет формироваться переменное напряжение, амплитуда которого будет складываться из усиленного сигнала ОУ и усиленного сигнала транзисторного каскада, включенного по схеме с общим эмиттером. ООС в этом усилителе заведена на неинвертирующий вход ОУ, но это все таки ООС, а не ПОС, поскольку транзисторный каскад выступает в роли инвертора, т.е. сигнал меняет свою фазу на 180 градусов и попадая на неинвертирующий вход все-таки является ООС.
Напряжение питания на выводах самого ОУ будет неизменным, поскольку оно сглаживается RC фильтрами R6-C3 и R7-C4, да к тому же еще и стабилизируется стабилитронами D1 и D2.
В результате на выводах нагрузочного резистора R15 появляется следующее напряжение:
Синяя линия это напряжение на верхнем выводе R15, а красная — на нижнем, т.е. общий провод. Однако представленная осцилограмма будет не полной, если не показать напряжения на коллекторах транзисторов Q1 и Q2:
Здесь добавлена зеленая линия, показывающая напряжение на коллекторе Q1 и розовая — напряжение на коллекторе Q2, и именно эти изменения напряжения позволяют появится переменному напряжению на нагрузке.
Из этого не трудно сделать вывод, что изменение постоянной составляющей источника питания в определенный момент времени относительно общего провода, напрямую влияет на переменное напряжение на нагрузке, следовательно с шин питания следует организовать дополнительную ООС на вход усилителя, что собственно и сделано при помощи резисторов R3 и R4. Сопротивление этих резисторов следует выбирать таким образом, чтобы половина их номинала была как минимум в 2 раза больше, чем номинал резистора R5, который осуществляет ООС непосредственно с самой нагрузки, а R3 и R4 являются лишь вспомогательной ООС.
Характеристики у данного усилителя для наушников получились весьма не плохими:
10 m означает, что это 10 милипроцента, т.е. 0,01%
И в этой схеме по отношению к традиционной, тоже особо примечательных преимуществ нет, поскольку усилитель для наушников можно организовать более простой схемотехникой.
Однако «ПЛЮС» все таки в этой схеме есть — печатную плату гораздо легче разводить, поскольку общий провод, который в подавляющем большинстве случае и является причиной всевозможных фонов, в этой схемотехнике получается сильно разделенным — силовая часть идет только на точку соединения конденсаторовС9 и С10, а остальной «общий» слаботочный и его контактов с элементами не много, следовательно вероятность возникновения ошибки при разводки сводится до минимума. Под «ошибкой» следует понимать не ошибочное соединение с другими элементами, а ошибочная трассировка дорожек, собирающая дополнительные наводки способствующая возникновению «фона» в акустических системах.
Максимального эффекта от данной схемотехники можно получить при использовании более мощных вариантов УМЗЧ, а для этого необходимо усилить выходной каскад. Самый простой способ сделать это — ввести дополнительные эмиттерные повторители. Однако, как было сказано выше, основные изменения происходят как раз на шинах питания, следовательно эмиттерные повторители должны влиять именно на шины питания.
После введения эмиттерных повторителей и некоторых доработок данная схемотехника получила следующий вид:
Рисунок 11. Принципиальная схема усилителя мощности.
Данный усилитель мощности способен развить на нагрузке 4 Ома порядка 800 Вт без достижения клиппинга, при этом уровень THD находится в пределах, позволяющих смело ставить этот усилитель в разряд ХАЙ-ФАЙ:
На схемотехнике этого девайса следует остановиться подробней. Прежде всего введение эмиттерных повторителей, которые управляют шиной питания, позволило соединить ВСЕ коллекторы силовых транзисторов вместе и кроме этого, это точка соединения является общим проводом. Другими словами ВСЕ коллекторы силовой части можно прикручивать к ОДНОМУ радиатору БЕЗ диэлектрических прокладок, причем этот радиатор БЕЗ прокладок может соединяться с корпусом самого усилителя.
Это означает, что технологически сборка усилителя довольно сильно упрощается, кроме технологических упрощений значительно уменьшается тепловое сопротивление между силовыми транзисторами и теплоотводом, что значительно увеличивает надежность.
Наверняка найдутся скептики утверждающие, что это лишь модель усилителя и без печатной платы и фотографий это всего лишь теоретическая выкладка. И они будут абсолютно правы — это всего лишь модель, в которой Q1 устанавливается на общий теплоотвод и служит для термокомпенсации тока покоя оконечного каскада, Q2 и Q3 введены для разгрузки ОУ и возможности использования в качестве ОУ не только NE5532, у которой повышенная нагрузочная способность, но и более скоростные и высококачественные ОУ, например AD744, которая снижает уровень THD в 2 раза. Так же у этой модели нет клипиндикатора, нет лимитера, которые есть у реальных усилителей фирмы QSC (за 30 лет своей карьеры фирма превратилась в одного из крупнейших поставщиков эстрадных усилителей во всем мире), которая на базе этой схемотехники выпускает целую линейку усилителей для эстрады мощностью от 200 Вт до 2000 Вт. Для на рисунке 13 показана схема усилителя USA1310:
Рисунок 13. Принципиальная схема усилителя USA 1310.
Отличие данного усилителя от предлагаемой модели не большие и в основном заключаются в отсутствии повторителей после ОУ и организации термостабилизации при помощи терморезистора.
Разумеется, что усилители с выходной мощностью более 600 Вт выполняются по схеме с двухуровневым питанием (класс H), который прекрасно состыковывается с данными усилителями.
Статья же призвана просто объяснить, как собственно работают усилители этого типа, поскольку на первый взгляд схемотехника данных усилителей довольно сильно отличается от традиционной, где напряжение питания не изменяется по отношению к общему проводу.
В архиве модели усилителей, используемый в статье, плюс модели классов H и G для МИКРОКАП 8.
Принципиальные схемы самих же усилителей можно поискать на сайте QSC
Майоров Михаил (det)
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Схема №1. (Рисунок 1)Х2
Операционный усилитель1
С1
Конденсатор10 мкФ1
С2, С3
Конденсатор1000 мкФ2
R1
Резистор33 кОм1
R2, R3, R5
Резистор10 кОм3
R4
Резистор1 кОм1
R6
Резистор2 кОм1
V1
Источник сигнала1
V2
Батарея питания1
Схема №2.Х2
Операционный усилитель1
С1
Конденсатор10 мкФ1
С2-С5
Конденсатор1000 мкФ4
R1
Резистор33 кОм1
R2, R3, R5
Резистор10 кОм3
R4
Резистор1 кОм1
R6
Подстроечный резистор2 кОм1
R7, R8
Резистор240 Ом2
V1
Источник сигнала1
V2
Батарея питания1
Схема №3.Х1
Операционный усилитель1
Q1
Транзистор обратной проводимости1
Q2
Транзистор прямой проводимости1
D1, D2
СтабилитронBZX84C122
С1
Конденсатор2.2 мкФ1
С2
Конденсатор680 пФ1
С3, С4
Конденсатор470 мкФ2
С5
Конденсатор22 пФ1
С6
Конденсатор27 пФ1
С7, С8
Конденсатор10 мкФ2
С9, С10
Конденсатор1000 мкФ2
С11
Конденсатор0.22 мкФ1
R1
Резистор180 Ом1
R2
Резистор22 кОм1
R3, R4
Резистор10 кОм2
R5, R8, R11
Резистор3.3 кОм3
R6, R7
Резистор150 Ом2
R9, R10
Резистор330 Ом2
R12, R13
Резистор2.2 Ом2
R14
Подстроечный резистор3.3 Ом1
R15
Резистор36 Ом1
V1
Источник сигнала1
V2
Батарея питания1
Схема №4. Рисунок 11. Принципиальная схема усилителя мощности.Х1
Операционный усилитель1
Q1, Q2, Q4, Q7, Q9, Q11, Q13, Q15, Q17
Транзистор обратной проводимости9
Q3, Q5, Q6, Q8, Q10, Q12, Q14, Q16
Транзистор прямой проводимости8
D1, D2
СтабилитронBZX84C152
D3, D6-D10
Диод6
D4, D5
СтабилитронBZX84C3V32
С1
Конденсатор4.4 мкФ1
С2
Конденсатор680 пФ1
С3, С4
Конденсатор470 мкФ2
С5
Конденсатор47 пФ1
С6
Конденсатор27 пФ1
С7, С8
Конденсатор47 мкФ2
С9, С10
Конденсатор22000 мкФ2
С11
Конденсатор0.1 мкФ1
С12
Конденсатор800 мкФ1
R1
Резистор100 Ом1
R2, R5
Резистор10 кОм2
R3, R4
Резистор47 кОм2
R6, R9
Резистор1.5 кОм2
R7, R8
Резистор220 Ом2
R10
Резистор3.3 кОм1
R11
Резистор1.3 кОм1
R12, R13
Резистор1 кОм2
R14, R17
Резистор22 Ом2
R15, R16
Резистор3.3 Ом2
R18-R25, R28-R31
Резистор0.33 Ом12
R26, R27
Резистор4.3 кОм2
R32
Резистор750 Ом1
R33
Резистор6.8 Ом1
R34
Резистор5.6 Ом1
R35
Резистор4 Ом1
R36
Резистор18.3 Ом1
L1
Катушка индуктивности2 мкГн1
L2
Катушка индуктивности12.5 мГн1
V1
Источник сигнала1
V2
Батарея питания1
Схема №5. Рисунок 13. Принципиальная схема усилителя USA 1310.IC1
Операционный усилительNE55321
Q1
Транзистор2SC2336B1
Q2
Транзистор2SA1006B1
Q3-Q10
Биполярный транзисторMJ150238
Q11-Q18
Биполярный транзисторMJ150228
Q19, Q20
ТранзисторMPS85992
Q21
ТранзисторMPSU051
Z1
Стабилитрон4.7 В1
Z2, Z3
Стабилитрон15 В2
Z4
Стабилитрон3.9 В1
Z5
Стабилитрон1N47351
Z6
Стабилитрон36 В1
D1, D2, D7-D13
Выпрямительный диод1N40049
D3, D4
ДиодIN54021
D5, D6
ДиодIN49341
В1, В2
Диодный мост1.5 А2
В3а, В3б
Диодный мост25 А2
NN
Диод1
С1, С2
Конденсатор100 пФ2
С3
Конденсатор12 пФ1
С4
Конденсатор27 пФ1
С5, С6
Конденсатор3300 пФ2
С7
Конденсатор1500 пФ1
С8
Конденсатор2200 пФ1
С9
Конденсатор0.033 мкФ1
С10
Конденсатор0.1 мкФ1
С11
Конденсатор0.068 мкФ 250 В1
С13-С20
Конденсатор0.047 мкФ 400 В8
Е1
Конденсатор0.047 мкФ1
Е2, Е3
Электролитический конденсатор220 мкФ 25 В2
Е4
Электролитический конденсатор10 мкФ 35 В1
Е5
Электролитический конденсатор47 мкФ 50 В1
Е6
Конденсатор220 мкФ 10 В1
Е7-Е14
Электролитический конденсатор2200 мкФ 100 В8
R1-R5, R14, R15
Резистор1 кОм7
R6
Резистор4.7 кОм4
R7
Резистор332 Ом1
R8
Резистор75 кОм1
R9
Резистор21 кОм1
R12, R13, R26
Резистор5.6 Ом3
2 Вт R16, R17
Резистор22 Ом2
1 Вт R19, R20
Резистор330 кОм2
R21
Резистор47 кОм1
2 Вт R23
Резистор100 кОм1
R24
Резистор1.5 кОм1
R25
Резистор150 Ом1
R27, R28
Резистор10 Ом2
2 Вт R29
Резистор7.5 кОм1
2 Вт R30
Резистор10 кОм1
2 Вт R31
Резистор450 Ом1
5 Вт R33-R48
Резистор0.47 Ом16
3 Вт R49
Резистор680 Ом1
5 Вт R50
Резистор250 Ом1
15 Вт R51
Резистор16.5 кОм1
2 Вт R52, R53
Резистор3.5 кОм2
5 Вт R54
Терморезистор50 Ом1
50 Ом при 25*С R55
Резистор47 Ом1
TR1, TR2
Подстроечный резистор100 Ом2
Переменный резистор20 кОм3
Термистор90*C PTC THERM MUTE EA CH1
CUT IN
Термореле55*С2
FAN
Куллер1
Реле1
BRN
Выключатель2
Трансформатор1
NTC
ПредохранительSG-1001
F1a, F1b, F2a, F2b
Предохранитель4
BLU
Сетьевая вилка1
LD1, LD3
СветодиодКрасный2
СветодиодЗеленый1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Shems_N.rar (51 Кб)
Теги: