Главная » Усилители
Призовой фонд
на август 2018 г.
1. 1000 руб.
Neru5
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. 350 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


УМЗЧ без общего провода

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:

amp175-1.png

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:

amp175-2.png

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:

amp175-3.png

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:

amp175-4.png

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:

amp175-5.png

Теперь посмотрим, что происходит на выводе нагрузочного резистора R6:

amp175-6.png

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:

amp175-7.png

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:

amp175-8.png

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:

amp175-9.png

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:

amp175-10.png

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:

amp175-11s.png
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:

amp175-12.png

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:

Принципиальная схема усилителя USA 1310
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 радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Схема №1. (Рисунок 1)
Х2 Операционный усилитель1 Поиск в Utsource В блокнот
С1 Конденсатор10 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С2, С3 Конденсатор1000 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
33 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2, R3, R5 Резистор
10 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор
1 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор
2 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
V1 Источник сигнала1 Поиск в Utsource В блокнот
V2 Батарея питания1 Поиск в Utsource В блокнот
Схема №2.
Х2 Операционный усилитель1 Поиск в Utsource В блокнот
С1 Конденсатор10 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С2-С5 Конденсатор1000 мкФ4 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
33 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2, R3, R5 Резистор
10 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор
1 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Подстроечный резистор2 кОм1 Поиск в Utsource В блокнот
R7, R8 Резистор
240 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
V1 Источник сигнала1 Поиск в Utsource В блокнот
V2 Батарея питания1 Поиск в Utsource В блокнот
Схема №3.
Х1 Операционный усилитель1 Поиск в Utsource В блокнот
Q1 Транзистор обратной проводимости1 Поиск в Utsource В блокнот
Q2 Транзистор прямой проводимости1 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2 Стабилитрон
BZX84C12
2 Поиск в Utsource В блокнот
С1 Конденсатор2.2 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С2 Конденсатор680 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С3, С4 Конденсатор470 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С5 Конденсатор22 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С6 Конденсатор27 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С7, С8 Конденсатор10 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С9, С10 Конденсатор1000 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С11 Конденсатор0.22 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
180 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор
22 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R3, R4 Резистор
10 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R5, R8, R11 Резистор
3.3 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R6, R7 Резистор
150 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R9, R10 Резистор
330 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R12, R13 Резистор
2.2 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R14 Подстроечный резистор3.3 Ом1 Поиск в Utsource В блокнот
R15 Резистор
36 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
V1 Источник сигнала1 Поиск в Utsource В блокнот
V2 Батарея питания1 Поиск в Utsource В блокнот
Схема №4. Рисунок 11. Принципиальная схема усилителя мощности.
Х1 Операционный усилитель1 Поиск в Utsource В блокнот
Q1, Q2, Q4, Q7, Q9, Q11, Q13, Q15, Q17 Транзистор обратной проводимости9 Поиск в Utsource В блокнот
Q3, Q5, Q6, Q8, Q10, Q12, Q14, Q16 Транзистор прямой проводимости8 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2 Стабилитрон
BZX84C15
2 Поиск в Utsource В блокнот
D3, D6-D10 Диод6 Поиск в Utsource В блокнот
D4, D5 Стабилитрон
BZX84C3V3
2 Поиск в Utsource В блокнот
С1 Конденсатор4.4 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С2 Конденсатор680 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С3, С4 Конденсатор470 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С5 Конденсатор47 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С6 Конденсатор27 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С7, С8 Конденсатор47 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С9, С10 Конденсатор22000 мкФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С11 Конденсатор0.1 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С12 Конденсатор800 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
100 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2, R5 Резистор
10 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R3, R4 Резистор
47 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R6, R9 Резистор
1.5 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R7, R8 Резистор
220 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R10 Резистор
3.3 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R11 Резистор
1.3 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R12, R13 Резистор
1 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R14, R17 Резистор
22 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R15, R16 Резистор
3.3 Ом
2 Поиск в Utsource В блокнот
R18-R25, R28-R31 Резистор
0.33 Ом
12 Поиск в Utsource В блокнот
R26, R27 Резистор
4.3 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R32 Резистор
750 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R33 Резистор
6.8 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R34 Резистор
5.6 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R35 Резистор
4 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R36 Резистор
18.3 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
L1 Катушка индуктивности2 мкГн1 Поиск в Utsource В блокнот
L2 Катушка индуктивности12.5 мГн1 Поиск в Utsource В блокнот
V1 Источник сигнала1 Поиск в Utsource В блокнот
V2 Батарея питания1 Поиск в Utsource В блокнот
Схема №5. Рисунок 13. Принципиальная схема усилителя USA 1310.
IC1 Операционный усилитель
NE5532
1 Поиск в Utsource В блокнот
Q1 Транзистор2SC2336B1 Поиск в Utsource В блокнот
Q2 Транзистор2SA1006B1 Поиск в Utsource В блокнот
Q3-Q10 Биполярный транзистор
MJ15023
8 Поиск в Utsource В блокнот
Q11-Q18 Биполярный транзистор
MJ15022
8 Поиск в Utsource В блокнот
Q19, Q20 ТранзисторMPS85992 Поиск в Utsource В блокнот
Q21 ТранзисторMPSU051 Поиск в Utsource В блокнот
Z1 Стабилитрон4.7 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Z2, Z3 Стабилитрон15 В2 Поиск в Utsource В блокнот
Z4 Стабилитрон3.9 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Z5 Стабилитрон
1N4735
1 Поиск в Utsource В блокнот
Z6 Стабилитрон36 В1 Поиск в Utsource В блокнот
D1, D2, D7-D13 Выпрямительный диод
1N4004
9 Поиск в Utsource В блокнот
D3, D4 ДиодIN54021 Поиск в Utsource В блокнот
D5, D6 ДиодIN49341 Поиск в Utsource В блокнот
В1, В2 Диодный мост1.5 А2 Поиск в Utsource В блокнот
В3а, В3б Диодный мост25 А2 Поиск в Utsource В блокнот
NN Диод1 Поиск в Utsource В блокнот
С1, С2 Конденсатор100 пФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С3 Конденсатор12 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С4 Конденсатор27 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С5, С6 Конденсатор3300 пФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С7 Конденсатор1500 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С8 Конденсатор2200 пФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С9 Конденсатор0.033 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С10 Конденсатор0.1 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
С11 Конденсатор0.068 мкФ 250 В1 Поиск в Utsource В блокнот
С13-С20 Конденсатор0.047 мкФ 400 В8 Поиск в Utsource В блокнот
Е1 Конденсатор0.047 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
Е2, Е3 Электролитический конденсатор220 мкФ 25 В2 Поиск в Utsource В блокнот
Е4 Электролитический конденсатор10 мкФ 35 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Е5 Электролитический конденсатор47 мкФ 50 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Е6 Конденсатор220 мкФ 10 В1 Поиск в Utsource В блокнот
Е7-Е14 Электролитический конденсатор2200 мкФ 100 В8 Поиск в Utsource В блокнот
R1-R5, R14, R15 Резистор
1 кОм
7 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор
4.7 кОм
4 Поиск в Utsource В блокнот
R7 Резистор
332 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R8 Резистор
75 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R9 Резистор
21 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R12, R13, R26 Резистор
5.6 Ом
3 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R16, R17 Резистор
22 Ом
2 1 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R19, R20 Резистор
330 кОм
2 Поиск в Utsource В блокнот
R21 Резистор
47 кОм
1 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R23 Резистор
100 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R24 Резистор
1.5 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R25 Резистор
150 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R27, R28 Резистор
10 Ом
2 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R29 Резистор
7.5 кОм
1 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R30 Резистор
10 кОм
1 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R31 Резистор
450 Ом
1 5 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R33-R48 Резистор
0.47 Ом
16 3 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R49 Резистор
680 Ом
1 5 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R50 Резистор
250 Ом
1 15 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R51 Резистор
16.5 кОм
1 2 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R52, R53 Резистор
3.5 кОм
2 5 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R54 Терморезистор50 Ом1 50 Ом при 25*СПоиск в Utsource В блокнот
R55 Резистор
47 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
TR1, TR2 Подстроечный резистор100 Ом2 Поиск в Utsource В блокнот
Переменный резистор20 кОм3 Поиск в Utsource В блокнот
Термистор90*C PTC THERM MUTE EA CH1 Поиск в Utsource В блокнот
CUT IN Термореле55*С2 Поиск в Utsource В блокнот
FAN Куллер1 Поиск в Utsource В блокнот
Реле1 Поиск в Utsource В блокнот
BRN Выключатель2 Поиск в Utsource В блокнот
Трансформатор1 Поиск в Utsource В блокнот
NTC ПредохранительSG-1001 Поиск в Utsource В блокнот
F1a, F1b, F2a, F2b Предохранитель4 Поиск в Utsource В блокнот
BLU Сетьевая вилка1 Поиск в Utsource В блокнот
LD1, LD3 СветодиодКрасный2 Поиск в Utsource В блокнот
СветодиодЗеленый1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Майоров М. Опубликована: 2012 г. 0 0
Я собрал 0 2
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.7 Проголосовало: 2 чел.

Комментарии (6) | Я собрал (0) | Подписаться

0
smh #
Насколько все-таки работоспособен усилитель рис.11?
ПП, я так понял, не разрабатывалась. Нужна мощность около 300 Вт. Конструктив перевешивает преимущества Холтона или Ланзара...
Ответить
0
det #
На макете была работоспособна. Печать так руки и не доходят доделать. Правда я транзисторы пользовал сосвсем другие:

В оконечном каскаде 2SA1943-2SC5200

В предпоследнем каскаде 2SA1930-2SC5171

Повторителями работали 2SA1837-2SC4793 (первые под руку попались)

Транзистор термостабилизации BD139

С6 увеличил до 100 пкФ - на пиках какие то горбылики проскакивали...

Ответить
0
smh #
Т.е. прототип все-таки существует. И какая примерно скорость нарастания? Номиналы R14-R17 не маловаты?
Ответить
0
det #
Прототип - усилитель имеющий печатную плату, на которой выявляется наличие ошибок или их отсутствие, следовательно протопита нет.

Был макет - клубок деталей и проводов необходимый для проверки работоспособности схемы как таковой, но ни как не для снятия характеристик. Я даже допускаю мысль о том, что подвозбуд был как раз по причине подобного монтажа.
Ответить
0
strelok12700 #
Усилитель с рис 11 работоспособен! Был собран на макетной плате, но теперь разрабатываю печатную плату.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Печатная плата для усилителя "LM3886 + AD825"
Печатная плата для усилителя "LM3886 + AD825"
Discovery V8 FM-модуль RDA5807M
вверх