Расчет источника питания усилителя — AudioKiller’s site

Вот здесь новые исследования на эту тему.

Необходимое дополнение
Прошел почти год, и возникла необходимость в дополнении. По правилам его нужно помещать в конце, но для того, чтобы оно было более заметно, я помещаю его в начале. За этот год я продолжал убеждаться в правильности моего подхода. Но все же нужно отметить два важных момента (спасибо моим корреспондентам!).
Очень важно: этот расчет предназначен для воспроизведения музыки, а не для исполнения! При воспроизведении музыки всегда есть предел — максимальное выходное напряжение источника сигнала (магнитофона, CD-плеера, винилового проигрывателя), больше которого просто не бывает. Поэтому и максимальная выходная мощность усилителя ограничена. Громче никак не сделаешь. И, соответственно, мощность, потребляемая от источника питания, никак не может превысить своего максимума. А это очень важно — ведь у нас трансформатор облегченный, к нему бережней относиться надо… При исполнении музыки (например рок-группой), всегда должен быть изрядный запас по мощности — вдруг гитарист «уйдет в запил», причем решит, что его плохо слышно, и будет прибавлять и прибавлять громкость. Значит мощность, потребляемая от блока питания, будет расти и расти. И блок питания ее должен свободно выдавать, так что никакого облегчения ему делать нельзя, наоборот — тут запас должен быть.
Да, и еще — это блок питания для транзисторных усилителей (у ламп все немного иначе, им такой расчет не очень подойдет), работающих в классе АВ, В, супер-А. Для УМЗЧ, работающих в классе А , этот расчет не годится!
Написанию этой программы предшествовал долгий период «вызревания» (около 10 лет), экспериментов, расчетов. И все эти идеи я проверял на себе. Тем не менее, был задан вопрос: «А что будет, если кто-то захочет устроить дискотеку и будет долго гонять усилитель на полной громкости?» И я решил проверить, а что же, в самом деле, будет? Взял свой усилитель на микросхеме TDA7293 (TDA7294) мощностью 2х40 Вт на нагрузке 6 Ом, блок питания для которого рассчитан по этой программе. То, что такое «облегчение» блока питания не приводит к росту искажений, описано в статье Работа УМЗЧ на TDA7294 (TDA7293) на «трудную» нагрузку. А вот насколько живуч такой блок?Я провел эксперимент. К трансформатору приклеил термопару (с использованием термопасты) корпус блока питания закрыл и даже закрутил винты — чтобы все было по-настоящему, к выходу обоих каналов усилителя подключил резисторы 6 Ом 50 Вт, поставил в CD проигрыватель диск группы Queen (включив на бесконечный повтор диска), установил такую громкость, чтобы происходил некоторый клиппинг (отчетливо заметный на экране осциллографа, при этом Кг был порядка 5…10%) на амплитуде выходного сигнала 22…24 вольта (это соответствует максимальной выходной мощности 40…48 Вт). Пик-фактор сигнала (для разных песен) находился в пределах 9…15 дБ, средний пик-фактор получился 11 дБ (клиппирование уменьшает пик-фактор).Итак, запустил я музыку на «полную громкость» на 1,5 часа, контролируя температуру каждые 5…7 минут. Целый час трансформатор разогревался. Даже чуть больше. А потом температура трансформатора стабилизировалась, и держалась в пределах 68…73 градусов. На более «тихой» фонограмме температура снижалась, на более «громкой» — росла.В пособии по ремонту телеаппаратуры указана максимальная температура поверхности трансформатора 85 градусов. Вывод: все в пределах нормы. В данном случае температура окружающей среды была 21 градус, следовательно, можно предполагать, что даже в жару трансформатор не перегреется. Метод правильный, все отлично работает!!! Выдерживает даже дискотеку, на которую в общем-то даже и не очень и рассчитан!
НО! В моем блоке питания использован тороидальный пропитанный трансформатор. Непропитанные трансформаторы охлаждаются хуже, поэтому температура внутри него больше, чем у пропитанного. Точно также обмотки броневых трансформаторов охлаждаются хуже, и внутри горячее, чем снаружи. То есть, если вы планируете часто и надолго устраивать дискотеки на всю громкость и использовать при этом непропитанные броневые трансформаторы, их мощность лучше брать с запасом 20…30%. Если дискотеки не планируются, можно не заморачиваться и пользоваться результатами расчета по программе!

Расчет блока питания усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) достаточно сложен для радиолюбителей:

• малодоступна нужная литература;
• расчет производится графоаналитическим методом, который довольно трудоемок и требует хорошего понимания математики и физики процессов, тогда как начинающим радиолюбителям больше подходят «кулинарные рецепты»;
• существующие методики ориентированы на нагрузку, потребляющую все время только максимальный по величине ток, а усиление звуковых сигналов наоборот, требует небольшой средней и большой кратковременной пиковой мощности. Т.е. звуковой сигнал в корне отличается от того, на что ориентирован «классический» расчет.

Вот программа для расчета блока питания усилителя

Предлагаемая программа предназначена для широкого круга радиолюбителей и позволяет полностью рассчитать источник питания для усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Она учитывает особенности потребления энергии при звуковоспроизведении и обладает достаточно высокой точностью (в пределах разброса параметров трансформаторов). Ее достоинства:

• учитывает пик-фактора звукового сигнала, что позволяет выбрать реальную, а не избыточную мощность трансформатора;
• учитывает мощность, потребляемую как самим усилителем, независимо от его КПД, так и предусилителем;
• учитывает «просадки» напряжения на трансформаторе и емкостном фильтре под нагрузкой;
• учитывает пульсации напряжения питания;
• учитывает зависимость «просадки» напряжения и величины пульсаций от емкости конденсатора фильтра;
• учитывает, что емкости фильтра заряжаются импульсным (и довольно коротким) током;
• позволяет самостоятельно выбрать напряжение питания усилителя;
• учитывает особенности сабвуферов для питания их усилителей;
• выдает значения получаемой выходной мощности усилителя с расчитанным блоком питания;
• выдает параметры диодов для выпрямителя и требуемое рабочее напряжение конденсаторов фильтра.

ВАЖНО! Расчет ведется для двухполярного источника питания с «классической» (т.е. не мостовой) схемой усилителя

Воспроизведение звука – это передача энергии из источника питания в нагрузку. Усилитель лишь управляет этим процессом и следит за тем, чтобы форма сигнала в нагрузке как можно точнее совпадала с формой входного сигнала. Чем усилитель лучше, тем это ему лучше удается. Но даже самый распрекрасный усилитель не сможет правильно передать звук, если блок питания не выдаст ему нужное напряжение или ток.

Обычно расчет требуемой мощности трансформатора производят следующим образом: берется максимальная выходная мощность УМЗЧ, к ней прибавляется мощность, выделяемая на активных элементах усилителя, и получившееся число умножается на количество каналов усиления.

Рассчитаем для примера таким «неправильным» способом источник для усилителя на микросхеме TDA 7294:

Число каналов = 2;

Выходная мощность Рвых, Вт = 40;

Мощность, рассеиваемая микросхемой при выходной мощности 40 Вт на нагрузке 6 Ом, Вт = 40.

Не так уж мало! Почему так получилось? Во-первых, расчет упрощенный. Во-вторых, в качестве выходной берется максимальная мощность. Это верно для синусоидального сигнала, но на реальном звуке максимум мощности достигается сравнительно редко. В-третьих, из-за того, что мощность, потребляемая самим усилителем взята неправильная — она не постоянна, а зависит от амплитуды сигнала (именно поэтому в таких расчетах абсолютно неприменимо понятие КПД усилителя).

Можно ли использовать в усилителе такой трансформатор? Можно! Ведь он рассчитан на самые жесткие условия, поэтому можно быть уверенным, что его перегрузки не произойдет.

А нужно ли делать такой блок питания? А вот тут я отвечу — нет! Потому, что на реальном звуковом сигнале блок питания будет работать с большой недогрузкой. А зачем тогда нам нужен такой большой, тяжелый и дорогой трансформатор, если он будет загружен максимум на 30%?! (Я в этот усилитель ставлю трансформатор мощностью 53 Вт!!! И его достаточно!)

Для пояснения на рисунке 1 слева показан синусоидальный сигнал, справа — музыкальный. Общего у них — только масштаб по вертикали на осциллограмме. Причем максимальные значения обоих сигналов совпадают. Почему? Это важное условие и краеугольный камень всей теории. Максимальное значение – это единственная вещь, зависящая только от усилителя (а не от сигнала). Мы же знаем, что Uвых.макс= U питания — dU , где dU: минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах. Значит, выкрутив громкость на максимум (но без ограничения – клиппинга), мы получим или левый сигнал, или правый (в зависимости от того, что подаем на вход).

Рис.1. Средние уровни (желтая линия) синусоидального и реального звукового сигналов при одинаковых максимальных уровнях.

Рассмотрим внимательно музыкальный сигнал. В отличие от синусоиды, которая быстро растет и регулярно достигает максимума, звуковой сигнал имеет амплитуду где-то в половину максимальной и меньше, и лишь изредка (на этой осциллограмме одно деление по горизонтали равно 1 сек) выбрасывает большие всплески-пики . То есть, максимальное напряжение и у синуса и у музыки одинаковое, а вот среднее у музыки гораздо меньше (это видно невооруженным глазом, но на всякий случай я провел желтые линии, показывающие средние уровни сигнала).

На первый взгляд не очень верится, что средний уровень музыкального сигнала так мал. Но это потому, что осциллограмма сильно сжата по горизонтали. Если ее «растянуть», то будет хорошо видно, что амплитуда почти все время «болтается» около нуля (на рис.2 показана «растяжка» сигнала по оси времени в несколько приемов). Это несмотря на то, что для «растяжки» каждый раз выбиралась часть сигнала с максимальной амплитудой. Если бы можно было изобразить в таком растянутом виде весь сигнал, то он почти все время имел бы маленькую амплитуду с довольно редкими всплесками.

Рис.2. Растянутая во времени осциллограмма звукового сигнала. В нижней части каждого рисунка — время в секундах. Белым цветом выделена часть сигнала, которая показана ниже более «растянутой».

И действительно, пик-фактор (отношение максимального значения к среднему) для музыки лежит от 8…10 дБ (2,5…3 раза) для «ди-джейской» музыки, до 18…24 дБ (8…16 раз) для классики. Это для громких мест. А самые тихие места имеют уровень еще от 3 (сильно компрессированная поп- и DJ — музыка) до 100-1000 (симфоническая классика) раз меньше!

Вот что написано в журнале «Автозвук» про то, насколько средняя мощность музыки меньше максимальной (с некоторыми непринципиальными купюрами):

«Я пропустил через компьютер некоторое количество музыкальных фрагментов и выбрал довольно показательные с точки зрения соотношения средней и пиковой мощности.

Первая картинка — это 60 секунд «Шествия гномов» (6-я дорожка «Let’s Test!»). Если система настроена так, чтобы самые большие пики сигнала не вышли за пределы выходной мощности усилителя, то в целом за минуту акустике будет доставаться около полутора процентов этой мощности.

Минута деятельности барабанщиков Yamato (помните, приезжали в Москву?). Уровень сигнала выбран так, чтобы беспрепятственно пропустить пик деятельности на 21 секунде. В результате средняя мощность всего фрагмента — меньше процента от максимальной, а самой его напряжённой части — одна десятая от максимума.

Третий пример: «In the Pocket» (Kai Eckhardt, «NAIM Sampler», дорожка 8). Средняя мощность 13% от максимума, а прибавить громкость будет означать — обрубить многочисленные пики, вызванные умелой работой барабанщика.»

Возникает искушение сделать музыкальный сигнал погромче, чтобы повысить его средний уровень. А нельзя! Вы еще не забыли, что в нагрузку идет напряжение из источника? Поэтому больше, чем он дает, напряжение получить невозможно! Здесь громкость уже установлена максимальная — такая, чтобы в точности воспроизвести пики сигнала. Если прибавим громкость — пики обрежутся, т.к. у источника нет столько вольт, сколько нужно для их воспроизведения. Что бывает при обрезании верхушек пиков, описано в статье Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? Одним словом, это плохо — искажения.

Итак, что же у нас получается? А получается, что средняя мощность музыкального сигнала как минимум в 4…8 раз меньше, чем максимальная, и в 3…6 раз меньше, чем средняя у синусоиды. И это при максимальной громкости! А что будет, если сделать тише? А если еще учесть динамический диапазон музыки — не всегда же она громкая, есть и средние, и тихие места. То есть, кроме влияния пик-фактора, на среднюю выходную, а значит, и потребляемую от источника, мощность влияет динамический диапазон самой музыки, и уровень громкости, с которым мы ее слушаем. И все это влияет только в одну сторону — в сторону уменьшения потребляемой мощности!

Так зачем нам тогда такой большой и толстый силовой трансформатор?

Дальше мне проще выразить свои мысли в виде диалога: Вопрос – Ответ.

В. На чем основан принцип расчета блока питания?

О. На том, что усилитель с «облегченным» блоком питания должен выдавать точно такую же максимальную выходную мощность, что и с обычным, но кратковременно. При этом средняя выходная мощность, а значит и мощность блока питания, намного ниже максимальной. Реально оценив эту среднюю мощность, получаем реальную мощность блока питания (главным образом силового трансформатора).

В. Насколько точен этот расчет? Можно ли ему доверять?

О. Доверять можно – расчет построен на общепризнанной теории, дополненной экспериментальными исследованиями. Величина ошибки не превышает погрешности изготовления трансформатора (а разброс параметров трансформаторов очень велик!).

В. Не получится ли так, что рассчитанный по этой методике блок питания «не справится» с питанием реального усилителя?

О. Справится. И этому способствуют сразу два обстоятельства: 1) расчет выполняется для работы на максимальной громкости. При обычном прослушивании на меньшей громкости, работа блока питания еще сильнее облегчается; 2) в расчете практически не учтен динамический диапазон звукового сигнала, т.е. расчет «думает», что вся музыка состоит только из самых громких мест. А в реальности есть места и тихие и средние. Кроме того, «облегченый» трансформатор хорошо выдерживает небольшие перегрузки, если вдруг мы все же подадим очень-преочень «тяжелый» звуковой сигнал.

В. Всегда ли применим этот подход?

О. Только для усиления звуковых сигналов. Если источник должен питать нагрузку, потребляющую неизменную мощность, или усилитель, усиливающий какой-нибудь сигнал незвукового характера (например, синусоидальный или шумовой для исследования АЧХ колонок), то этот расчет неприменим. Повторяю, метод «заточен» под свойства реального звука – человеческой речи и музыки.

В. Выдаст ли усилитель в нагрузку заявленную мощность, если на вход подать синусоидальный сигнал?

О. Очень непродолжительно (доли-единицы секунды) – пока не разрядятся конденсаторы фильтров. Поскольку средняя мощность синусоидального сигнала, намного больше, то блок питания не сможет поддерживать нужное напряжение питания (оно «просядет»). Поэтому максимальная мощность на синусоидальном сигнале будет несколько меньше (на 10…30%). Программа выдает ориентировочное значение максимальной синусоидальной мощности, которую можно получить с этим блоком питания.

В. За счет чего усилитель будет выдавать в нагрузку большУю импульсную мощность?

О. В основном за счет запасения энергии конденсаторами фильтра. Эти конденсаторы выполняют две функции – сглаживают пульсации напряжения питания, и подпитывают усилитель на пиках сигнала.

В. Так ли важна большая емкость конденсаторов фильтра?

О. Как уже было сказано, конденсаторы выполняют две функции – сглаживают пульсации напряжения питания, и подпитывают усилитель на пиках сигнала. Причем обе эти функции очень важны! Но зачастую им не придают должного значения. Особенно это касается сглаживания пульсаций. Вот осциллограмма напряжения питания реального усилителя с разными величинами емкостей:

Рис. 3. Просадки напряжения питания при различной емкости конденсаторов фильтра.

С емкостью фильтра 4700 мкФ напряжение питания «просаживалось» до 18 вольт, поэтому на нагрузку приходило максимум 18-4=14 вольт неискаженного сигнала (здесь dU=4В). При увеличении емкости получили минимум 22 вольта питания и 18 В на нагрузке. Это соответствует увеличению выходной мощности в 1,6 раз! Кроме того, подавление пульсаций по питанию самим усилителем не бесконечно, поэтому во втором случае кроме роста максимальной выходной мощности еще и искажения уменьшаются.

В. В чем особенность расчета питания усилителей для сабвуферов?

О. В том, что сабвуферы воспроизводят только низкочастотные сигналы, поэтому продолжительность пиков сигнала у них больше. Соответственно больше должна быть и емкость конденсаторов фильтров и несколько больше мощность трансформатора, чтобы эти конденсаторы заряжать. Это все программа учитывает сама.

В. Какие особенности у усилителя домашнего кинотеатра?

О. Тут большой разницы нет (кроме сабвуфера). Обычно в кино речь (которую делают погромче, следовательно, и мощность нужна больше) имеет очень большой пик-фактор и динамический диапазон. Поэтому увеличение громкости компенсируется пик-фактором и в среднем мощность источника нужна та же. Разница в том, что перепады громкости несколько больше, чем в музыке, поэтому циклы трансформатора «нагрев-охлаждение» (при сильном и тихом сигнале) проявляются в несколько большей степени. Но трансформатор это никак не беспокоит.

В. А сабвуфер для ДК?

О. А вот от сабвуфера ДК иногда требуется бОльшая мощность. Например, громкий взрыв с продолжительным грохотом обвала взорванного моста — в музыке такого количества низких частот просто не бывает. Поэтому при расчете блока питания сабвуфера ДК автоматически берется определенный запас по мощности и емкости конденсаторов фильтра питания.

В. А почему же некоторые производители заявляют для своих усилителей блоки питания огромной мощности?

О. Одну цель – рекламную – мы опустим. Другая цель – максимально снизить просадки напряжения питания и получить максимально возможную выходную мощность не только в музыке, но и вообще всегда. Третья цель – максимально снизить пульсации напряжения питания, чтобы выжать максимум качественного звучания («грязный» источник питания – одна из причин роста интермодуляционных искажений). Однако создание качественного источника питания большой мощности тоже непросто. Там появляется много противоречий, которые трудно разрешить. Вот мнение Владимира Перепелкина (специалиста компании НОЭМА) » …слишком низкое внутреннее сопротивление трансформатора (избыточная габаритная мощность) сильно осложняют режим выпрямительных диодов и конденсаторов фильтра и очень сильно увеличивает помехи генерируемые в сеть питания из-за резко несинусоидального потребления тока…»

На мой взгляд, для высококачественной техники (а такие источники используются именно в классе Hi-End ) правильнее использовать стабилизированное питание. А трансформатор для него рассчитать по предлагаемой методике, добавив к Uпитания дополнительно падение напряжения на стабилизаторе.

В. Какие исходные данные нужны для расчета?

О. Назначение (для сабвуфера или нет) и выходная мощность усилителя, число его каналов, сопротивление нагрузки, предпочитаемый жанр музыки (по нему оценивается пик-фактор), ток покоя усилителя и ток, потребляемый от этого блока питания предусилителем. А также dU – минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах усилителя.

В. Можно подробнее про эту самую dU ?

О. Напряжение питания должно быть несколько больше чем наибольшее выходное напряжение. Дело в том, что усилитель не может выдать в нагрузку все то напряжение, что дает ему источник. Часть напряжения ( dU =3…5 В) остается на выходных транзисторах, как бы они не пытались открыться и пропустить максимум тока. Значит, берем напряжение питания на эти 3…5 вольт больше максимального выходного. Это значение и учитывается в расчете.

В. А почему ввод данных разбит на два этапа?

О. Вначале по мощности усилителя и сопротивлению нагрузки определяется требуемое напряжение питания и емкость конденсатора фильтра. Но если по какой-то причине разработчик хочет взять другое напряжение (например, усилитель на микросхеме не позволяет подать на нее столько) и емкость – мы обязаны предоставить ему такую возможность. Или программа предложит напряжение 30 вольт, а мы можем свободно подать все 36 (с запасом, чтобы наверняка избежать клиппинга). Тогда вводим значение 36 вольт. И мощность трансформатора будет считаться из введенного нами значения. Нужно понимать, что снизив напряжение питания, снижаем и выходную мощность. Поэтому полностью расчет выполняется после ввода выбранных напряжения питания и емкости для этих заданных пользователем значений.

Важно! Напряжение питания задается на холостом ходу блока питания. Т.е. без усилителя.

В. А эта мощность усилителя, что мы вводим – что она означает? Ведь мы договорились использовать источник сравнительно малой мощности…

О. Ну, в данном случае вводимая мощность усилителя – довольно условная величина. Правильно будет сказать так: «Усилитель с этим блоком питания воспроизводит музыку точно так же, как и усилитель мощностью ХХ ватт». Здесь ХХ ватт – это та самая мощность, которую мы ввели в исходных данных. (Еще раз говорю: именно музыку, тут они равны, а вот на синусе им не сравняться).

В. Что получаем в результате?

О. Габаритную мощность трансформатора, напряжение и ток на вторичной обмотке (одной из двух – источник-то двухполярный), рекомендуемую емкость конденсаторов фильтра (по ней подбираются конденсаторы для расчета). Максимальное обратное напряжение, максимальный прямой импульсный и максимальный средний (длительный) токи диодов выпрямителя (чтобы их можно было подобрать подходящий трансформатор и диоды). А также максимальную синусоидальную и мгновенную импульсную выходные мощности усилителя. Это уже необязательная информация. Просто она может быть кому-то интересна.

В. А как быть, если пик-фактор сигнала неизвестен, или если «любимых» жанров больше одного?

О. В принципе это не так важно. Музыка даже одного жанра имеет большой разброс пик-фактора. Кроме того, поскольку мощность считается «с запасом» (не учитывается динамический диапазон и прослушивание на «немаксимальной» громкости), можно выбрать стандартное значение « Common » — ошибка будет невелика. Кстати, фирма SGS Thomson считает пик-фактор музыки равным 15 дБ — у меня выходит с запасом!

В. А как быть, если неизвестно значение dU , или тока покоя?

О. Обычно значение dU лежит в пределах 3…6 вольт. А вот ток покоя имеет большой разброс: 30…300 мА. Это уже нужны технические данные усилителя. Или взять максимальные значения из приведенных.

В. А можно ли использовать трансформатор большей габаритной мощности и диоды с напряжением/током большим, чем получилось по расчету?

О. Конечно. Можно ли для перевозки груза весом 1 тонну использовать грузовик, рассчитанный на 5 тонн?

В. А почему бы не добавить ввод мощности реального трансформатора? Например, программа выдала рекомендуемую мощность 40 Вт, а в наличии имеется трансформатор, мощностью 70 Вт. Тогда можно было бы ввести эту мощность в программу, и увидеть насколько стало лучше.

О. Во-первых, лучше станет не на много — см. сам принцип снижения мощности источника питания. Во-вторых, для того, чтобы рассчитать как будет что-то работать с реальным трансформатором, нужно в точности знать все параметры этого трансформатора (а их измерить не так-то просто). И вводить в программу придется не только мощность, но еще полдюжины других параметров (все параметры полной Т-образной схемы замещения трансформатора). Поверьте, их измерить намного сложнее, чем просто сделать хороший блок питания. В-третьих, расчеты-то приблизительные! У одного музыкального произведения одни статистические характеристики, у другого — другие. Я сделаю расчет и введу в программу формулы для первых, а включат другую музыку, у которой все немного не так. И что тогда? Кому тогда нужны будут точные цифры, точно вычисленные, но для другой задачи?!

Хочу напомнить, что напряжение на вторичной обмотке от мощности трансформатора не зависит. Оно зависит от того напряжения питания постоянного тока, которое выбрано изначально. А вот если сердечник позволяет получить мощность больше, чем выдает расчет, то ток вторичной обмотки можно повысить. Но повторяю — большого смысла в этом нет.

ПРОДОЛЖЕНИЕ…

08.12.2006

Total Page Visits: 4233 — Today Page Visits: 4

КАК РАСЧИТАТЬ МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

КАК РАСЧИТАТЬ МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ Необходимое дополнение Прошел почти год, и возникла необходимость в дополнении. По правилам его нужно помещать в конце, но для того, чтобы оно было более заметно, я помещаю его в начале. За этот год я продолжал убеждаться в правильности моего подхода. Но все же нужно отметить два важных момента (спасибо моим корреспондентам!). Очень важно: этот расчет предназначен для воспроизведения музыки, а не для исполнения! При воспроизведении музыки всегда есть предел — максимальное выходное напряжение источника сигнала (магнитофона, CD-плеера, винилового проигрывателя), больше которого просто не бывает. Поэтому и максимальная выходная мощность усилителя ограничена. Громче никак не сделаешь. И, соответственно, мощность, потребляемая от источника питания, никак не может превысить своего максимума. А это очень важно — ведь у нас трансформатор облегченный, к нему бережней относиться надо… При исполнении музыки (например рок-группой), всегда должен быть изрядный запас по мощности — вдруг гитарист «уйдет в запил», причем решит, что его плохо слышно, и будет прибавлять и прибавлять громкость. Значит мощность, потребляемая от блока питания, будет расти и расти. И блок питания ее должен свободно выдавать, так что никакого облегчения ему делать нельзя, наоборот — тут запас должен быть. Так же есть еще один не маловажный момент — ухудшение качества записи современных студий, как бы парадоксально это не звучало. ПОДРОБНОСТИ ТУТ Да, и еще — это блок питания для транзисторных усилителей (у ламп все немного иначе, им такой расчет не очень подойдет), работающих в классе АВ, В, супер-А. Для УМЗЧ, работающих в классе А, этот расчет не годится! Написанию этой программы для расчета трансформаторов предшествовал долгий период «вызревания» (около 10 лет), экспериментов, расчетов. И все эти идеи я проверял на себе. Тем не менее, был задан вопрос: «А что будет, если кто-то захочет устроить дискотеку и будет долго гонять усилитель на полной громкости?» И я решил проверить, а что же, в самом деле, будет? Взял свой усилитель на микросхеме TDA7293 (TDA7294) мощностью 2х40 Вт на нагрузке 6 Ом, блок питания для которого рассчитан по этой программе.     Я провел эксперимент. К трансформатору приклеил термопару (с использованием термопасты) корпус блока питания закрыл и даже закрутил винты — чтобы все было по-настоящему, к выходу обоих каналов усилителя подключил резисторы 6 Ом 50 Вт, поставил в CD проигрыватель диск группы Queen (включив на бесконечный повтор диска), установил такую громкость, чтобы происходил некоторый клиппинг (отчетливо заметный на экране осциллографа, при этом Кг был порядка 5…10%) на амплитуде выходного сигнала 22…24 вольта (это соответствует максимальной выходной мощности 40…48 Вт). Пик-фактор сигнала (для разных песен) находился в пределах 9…15 дБ, средний пик-фактор получился 11 дБ (клиппирование уменьшает пик-фактор).     Итак, запустил я музыку на «полную громкость» на 1,5 часа, контролируя температуру каждые 5…7 минут. Целый час трансформатор разогревался. Даже чуть больше. А потом температура трансформатора стабилизировалась, и держалась в пределах 68…73 градусов. На более «тихой» фонограмме температура снижалась, на более «громкой» — росла.     В пособии по ремонту телеаппаратуры указана максимальная температура поверхности трансформатора 85 градусов. Вывод: все в пределах нормы. В данном случае температура окружающей среды была 21 градус, следовательно, можно предполагать, что даже в жару трансформатор не перегреется. Метод правильный, все отлично работает!!! Выдерживает даже дискотеку, на которую в общем-то даже и не очень и рассчитан!     НО! В моем блоке питания использован тороидальный пропитанный трансформатор. Непропитанные трансформаторы охлаждаются хуже, поэтому температура внутри него больше, чем у пропитанного. Точно также обмотки броневых трансформаторов охлаждаются хуже, и внутри горячее, чем снаружи. То есть, если вы планируете часто и надолго устраивать дискотеки на всю громкость и использовать при этом непропитанные броневые трансформаторы, их мощность лучше брать с запасом 20…30%. Если дискотеки не планируются, можно не заморачиваться и пользоваться результатами расчета по программе!     Вот Программа для расчета блока питания УМЗЧ (около 250 кБайт в архиве ZIP). А вот как она работает:     Расчет блока питания усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) достаточно сложен для радиолюбителей: малодоступна нужная литература; расчет производится графоаналитическим методом, который довольно трудоемок и требует хорошего понимания математики и физики процессов, тогда как начинающим радиолюбителям больше подходят «кулинарные рецепты»; существующие методики ориентированы на нагрузку, потребляющую все время только максимальный по величине ток, а усиление звуковых сигналов наоборот, требует небольшой средней и большой кратковременной пиковой мощности. Т.е. звуковой сигнал в корне отличается от того, на что ориентирован «классический» расчет.     Предлагаемая программа предназначена для широкого круга радиолюбителей и позволяет полностью рассчитать источник питания для УМЗЧ. Она учитывает особенности потребления энергии при звуковоспроизведении и обладает достаточно высокой точностью (в пределах разброса параметров трансформаторов). Ее достоинства: учитывает пик-фактора звукового сигнала, что позволяет выбрать реальную, а не избыточную мощность трансформатора; учитывает мощность, потребляемую как самим усилителем, независимо от его КПД, так и предусилителем; учитывает «просадки» напряжения на трансформаторе и емкостном фильтре под нагрузкой; учитывает пульсации напряжения питания; учитывает зависимость «просадки» напряжения и величины пульсаций от емкости конденсатора фильтра; учитывает, что емкости фильтра заряжаются импульсным (и довольно коротким) током; позволяет самостоятельно выбрать напряжение питания усилителя; учитывает особенности сабвуферов для питания их усилителей; выдает значения получаемой выходной мощности усилителя с расчитанным блоком питания; выдает параметры диодов для выпрямителя и требуемое рабочее напряжение конденсаторов фильтра. ВАЖНО! Расчет ведется для двухполярного источника питания с «классической» (т.е. не мостовой) схемой усилителя     Воспроизведение звука – это передача энергии из источника питания в нагрузку. Усилитель лишь управляет этим процессом и следит за тем, чтобы форма сигнала в нагрузке как можно точнее совпадала с формой входного сигнала. Чем усилитель лучше, тем это ему лучше удается. Но даже самый распрекрасный усилитель не сможет правильно передать звук, если блок питания не выдаст ему нужное напряжение или ток.     Обычно расчет требуемой мощности трансформатора производят следующим образом: берется максимальная выходная мощность УМЗЧ, к ней прибавляется мощность, выделяемая на активных элементах усилителя, и получившееся число умножается на количество каналов усиления.     Рассчитаем для примера таким «неправильным» способом источник для усилителя на микросхеме TDA 7294:     Число каналов = 2;     Выходная мощность Рвых, Вт = 40;     Мощность, рассеиваемая микросхемой при выходной мощности 40 Вт на нагрузке 6 Ом, Вт = 40.     Не так уж мало! Почему так получилось? Во-первых, расчет упрощенный. Во-вторых, в качестве выходной берется максимальная мощность. Это верно для синусоидального сигнала, но на реальном звуке максимум мощности достигается сравнительно редко. В-третьих, из-за того, что мощность, потребляемая самим усилителем взята неправильная — она не постоянна, а зависит от амплитуды сигнала (именно поэтому в таких расчетах абсолютно неприменимо понятие КПД усилителя).     Можно ли использовать в усилителе такой трансформатор? Можно! Ведь он рассчитан на самые жесткие условия, поэтому можно быть уверенным, что его перегрузки не произойдет.     А нужно ли делать такой блок питания? А вот тут я отвечу — нет! Потому, что на реальном звуковом сигнале блок питания будет работать с большой недогрузкой. А зачем тогда нам нужен такой большой, тяжелый и дорогой трансформатор, если он будет загружен максимум на 30%?! (Я в этот усилитель ставлю трансформатор мощностью 53 Вт!!! И его достаточно!)     Для пояснения на рисунке 1 слева показан синусоидальный сигнал, справа — музыкальный. Общего у них — только масштаб по вертикали на осциллограмме. Причем максимальные значения обоих сигналов совпадают. Почему? Это важное условие и краеугольный камень всей теории. Максимальное значение – это единственная вещь, зависящая только от усилителя (а не от сигнала). Мы же знаем, что Uвых.макс= U питания — dU , где dU: минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах. Значит, выкрутив громкость на максимум (но без ограничения – клиппинга), мы получим или левый сигнал, или правый (в зависимости от того, что подаем на вход). Рис.1. Средние уровни (желтая линия) синусоидального и реального звукового сигналов при одинаковых максимальных уровнях.         Рассмотрим внимательно музыкальный сигнал. В отличие от синусоиды, которая быстро растет и регулярно достигает максимума, звуковой сигнал имеет амплитуду где-то в половину максимальной и меньше, и лишь изредка (на этой осциллограмме одно деление по горизонтали равно 1 сек) выбрасывает большие всплески-пики . То есть, максимальное напряжение и у синуса и у музыки одинаковое, а вот среднее у музыки гораздо меньше (это видно невооруженным глазом, но на всякий случай я провел желтые линии, показывающие средние уровни сигнала).     На первый взгляд не очень верится, что средний уровень музыкального сигнала так мал. Но это потому, что осциллограмма сильно сжата по горизонтали. Если ее «растянуть», то будет хорошо видно, что амплитуда почти все время «болтается» около нуля (на рис.2 показана «растяжка» сигнала по оси времени в несколько приемов). Это несмотря на то, что для «растяжки» каждый раз выбиралась часть сигнала с максимальной амплитудой. Если бы можно было изобразить в таком растянутом виде весь сигнал, то он почти все время имел бы маленькую амплитуду с довольно редкими всплесками.     Рис.2. Растянутая во времени осциллограмма звукового сигнала. В нижней части каждого рисунка — время в секундах. Белым цветом выделена часть сигнала, которая показана ниже более «растянутой».     И действительно, пик-фактор (отношение максимального значения к среднему) для музыки лежит от 8…10 дБ (2,5…3 раза) для «ди-джейской» музыки, до 18…24 дБ (8…16 раз) для классики. Это для громких мест. А самые тихие места имеют уровень еще от 3 (сильно компрессированная поп- и DJ — музыка) до 100-1000 (симфоническая классика) раз меньше!     Вот что написано в журнале «Автозвук» (статья «Вспомнить все — 2», АЗ №2, 2005) про то, насколько средняя мощность музыки меньше максимальной (с некоторыми непринципиальными купюрами):     «Я пропустил через компьютер некоторое количество музыкальных фрагментов и выбрал довольно показательные с точки зрения соотношения средней и пиковой мощности.     Первая картинка — это 60 секунд «Шествия гномов» (6-я дорожка «Let’s Test!»). Если система настроена так, чтобы самые большие пики сигнала не вышли за пределы выходной мощности усилителя, то в целом за минуту акустике будет доставаться около полутора процентов этой мощности.     Минута деятельности барабанщиков Yamato (помните, приезжали в Москву?). Уровень сигнала выбран так, чтобы беспрепятственно пропустить пик деятельности на 21 секунде. В результате средняя мощность всего фрагмента — меньше процента от максимальной, а самой его напряжённой части — одна десятая от максимума.     Третий пример: «In the Pocket» (Kai Eckhardt, «NAIM Sampler», дорожка 8). Средняя мощность 13% от максимума, а прибавить громкость будет означать — обрубить многочисленные пики, вызванные умелой работой барабанщика.»           Возникает искушение сделать музыкальный сигнал погромче, чтобы повысить его средний уровень. А нельзя! Вы еще не забыли, что в нагрузку идет напряжение из источника? Поэтому больше, чем он дает, напряжение получить невозможно! Здесь громкость уже установлена максимальная — такая, чтобы в точности воспроизвести пики сигнала. Если прибавим громкость — пики обрежутся, т.к. у источника нет столько вольт, сколько нужно для их воспроизведения. Что бывает при обрезании верхушек пиков, описано в статье Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? Одним словом, это плохо — искажения.     Итак, что же у нас получается? А получается, что средняя мощность музыкального сигнала как минимум в 4…8 раз меньше, чем максимальная, и в 3…6 раз меньше, чем средняя у синусоиды. И это при максимальной громкости! А что будет, если сделать тише? А если еще учесть динамический диапазон музыки — не всегда же она громкая, есть и средние, и тихие места. То есть, кроме влияния пик-фактора, на среднюю выходную, а значит, и потребляемую от источника, мощность влияет динамический диапазон самой музыки, и уровень громкости, с которым мы ее слушаем. И все это влияет только в одну сторону — в сторону уменьшения потребляемой мощности!     Так зачем нам тогда такой большой и толстый силовой трансформатор?         Дальше мне проще выразить свои мысли в виде диалога: Вопрос – Ответ.         ВОПРОС. На чем основан принцип расчета блока питания?     ОТВЕТ. На том, что усилитель с «облегченным» блоком питания должен выдавать точно такую же максимальную выходную мощность, что и с обычным, но кратковременно. При этом средняя выходная мощность, а значит и мощность блока питания, намного ниже максимальной. Реально оценив эту среднюю мощность, получаем реальную мощность блока питания (главным образом силового трансформатора).         ВОПРОС. Насколько точен этот расчет? Можно ли ему доверять?     ОТВЕТ. Доверять можно – расчет построен на общепризнанной теории, дополненной экспериментальными исследованиями. Величина ошибки не превышает погрешности изготовления трансформатора (а разброс параметров трансформаторов очень велик!).         ВОПРОС. Не получится ли так, что рассчитанный по этой методике блок питания «не справится» с питанием реального усилителя?     ОТВЕТ. Справится. И этому способствуют сразу два обстоятельства: 1) расчет выполняется для работы на максимальной громкости. При обычном прослушивании на меньшей громкости, работа блока питания еще сильнее облегчается; 2) в расчете практически не учтен динамический диапазон звукового сигнала, т.е. расчет «думает», что вся музыка состоит только из самых громких мест. А в реальности есть места и тихие и средние. Кроме того, «облегченый» трансформатор хорошо выдерживает небольшие перегрузки, если вдруг мы все же подадим очень-преочень «тяжелый» звуковой сигнал.         ВОПРОС. Всегда ли применим этот подход?     ОТВЕТ. Только для усиления звуковых сигналов. Если источник должен питать нагрузку, потребляющую неизменную мощность, или усилитель, усиливающий какой-нибудь сигнал незвукового характера (например, синусоидальный или шумовой для исследования АЧХ колонок), то этот расчет неприменим. Повторяю, метод «заточен» под свойства реального звука – человеческой речи и музыки.         ВОПРОС. Выдаст ли усилитель в нагрузку заявленную мощность, если на вход подать синусоидальный сигнал?     ОТВЕТ. Очень непродолжительно (доли-единицы секунды) – пока не разрядятся конденсаторы фильтров. Поскольку средняя мощность синусоидального сигнала, намного больше, то блок питания не сможет поддерживать нужное напряжение питания (оно «просядет»). Поэтому максимальная мощность на синусоидальном сигнале будет несколько меньше (на 10…30%). Программа выдает ориентировочное значение максимальной синусоидальной мощности, которую можно получить с этим блоком питания.         ВОПРОС. За счет чего усилитель будет выдавать в нагрузку большУю импульсную мощность?     ОТВЕТ. В основном за счет запасения энергии конденсаторами фильтра. Эти конденсаторы выполняют две функции – сглаживают пульсации напряжения питания, и подпитывают усилитель на пиках сигнала.         ВОПРОС. Так ли важна большая емкость конденсаторов фильтра?     ОТВЕТ. Как уже было сказано, конденсаторы выполняют две функции – сглаживают пульсации напряжения питания, и подпитывают усилитель на пиках сигнала. Причем обе эти функции очень важны! Но зачастую им не придают должного значения. Особенно это касается сглаживания пульсаций. Вот осциллограмма напряжения питания реального усилителя с разными величинами емкостей:     С емкостью фильтра 4700 мкФ напряжение питания «просаживалось» до 18 вольт, поэтому на нагрузку приходило максимум 18-4=14 вольт неискаженного сигнала (здесь dU=4В). При увеличении емкости получили минимум 22 вольта питания и 18 В на нагрузке. Это соответствует увеличению выходной мощности в 1,6 раз! Кроме того, подавление пульсаций по питанию самим усилителем не бесконечно, поэтому во втором случае кроме роста максимальной выходной мощности еще и искажения уменьшаются.         ВОПРОС. В чем особенность расчета питания усилителей для сабвуферов?     ОТВЕТ. В том, что сабвуферы воспроизводят только низкочастотные сигналы, поэтому продолжительность пиков сигнала у них больше. Соответственно больше должна быть и емкость конденсаторов фильтров и несколько больше мощность трансформатора, чтобы эти конденсаторы заряжать. Это все программа учитывает сама.         ВОПРОС. Какие особенности у усилителя домашнего кинотеатра?     ОТВЕТ. Тут большой разницы нет (кроме сабвуфера). Обычно в кино речь (которую делают погромче, следовательно, и мощность нужна больше) имеет очень большой пик-фактор и динамический диапазон. Поэтому увеличение громкости компенсируется пик-фактором и в среднем мощность источника нужна та же. Разница в том, что перепады громкости несколько больше, чем в музыке, поэтому циклы трансформатора «нагрев-охлаждение» (при сильном и тихом сигнале) проявляются в несколько большей степени. Но трансформатор это никак не беспокоит.         ВОПРОС. А сабвуфер для ДК?     ОТВЕТ. А вот от сабвуфера ДК иногда требуется бОльшая мощность. Например, громкий взрыв с продолжительным грохотом обвала взорванного моста — в музыке такого количества низких частот просто не бывает. Поэтому при расчете блока питания сабвуфера ДК автоматически берется определенный запас по мощности и емкости конденсаторов фильтра питания.         ВОПРОС. А почему же некоторые производители заявляют для своих усилителей блоки питания огромной мощности?     ОТВЕТ. Одну цель – рекламную – мы опустим. Другая цель – максимально снизить просадки напряжения питания и получить максимально возможную выходную мощность не только в музыке, но и вообще всегда. Третья цель – максимально снизить пульсации напряжения питания, чтобы выжать максимум качественного звучания («грязный» источник питания – одна из причин роста интермодуляционных искажений). Однако создание качественного источника питания большой мощности тоже непросто. Там появляется много противоречий, которые трудно разрешить. Вот мнение Владимира Перепелкина (специалиста компании НОЭМА) » …слишком низкое внутреннее сопротивление трансформатора (избыточная габаритная мощность) сильно осложняют режим выпрямительных диодов и конденсаторов фильтра и очень сильно увеличивает помехи генерируемые в сеть питания из-за резко несинусоидального потребления тока…»     На мой взгляд, для высококачественной техники (а такие источники используются именно в классе Hi-End ) правильнее использовать стабилизированное питание. А трансформатор для него рассчитать по предлагаемой методике, добавив к Uпитания дополнительно падение напряжения на стабилизаторе.         ВОПРОС. Какие исходные данные нужны для расчета?     ОТВЕТ. Назначение (для сабвуфера или нет) и выходная мощность усилителя, число его каналов, сопротивление нагрузки, предпочитаемый жанр музыки (по нему оценивается пик-фактор), ток покоя усилителя и ток, потребляемый от этого блока питания предусилителем. А также dU – минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах усилителя.         ВОПРОС. Можно подробнее про эту самую dU ?     ОТВЕТ. Напряжение питания должно быть несколько больше чем наибольшее выходное напряжение. Дело в том, что усилитель не может выдать в нагрузку все то напряжение, что дает ему источник. Часть напряжения ( dU =3…5 В) остается на выходных транзисторах, как бы они не пытались открыться и пропустить максимум тока. Значит, берем напряжение питания на эти 3…5 вольт больше максимального выходного. Это значение и учитывается в расчете.           ВОПРОС. А почему ввод данных разбит на два этапа?     ОТВЕТ. Вначале по мощности усилителя и сопротивлению нагрузки определяется требуемое напряжение питания и емкость конденсатора фильтра. Но если по какой-то причине разработчик хочет взять другое напряжение (например, усилитель на микросхеме не позволяет подать на нее столько) и емкость – мы обязаны предоставить ему такую возможность. Или программа предложит напряжение 30 вольт, а мы можем свободно подать все 36 (с запасом, чтобы наверняка избежать клиппинга). Тогда вводим значение 36 вольт. И мощность трансформатора будет считаться из введенного нами значения. Нужно понимать, что снизив напряжение питания, снижаем и выходную мощность. Поэтому полностью расчет выполняется после ввода выбранных напряжения питания и емкости для этих заданных пользователем значений. Важно! Напряжение питания задается на холостом ходу блока питания. Т.е. без усилителя.         ВОПРОС. А эта мощность усилителя, что мы вводим – что она означает? Ведь мы договорились использовать источник сравнительно малой мощности…     ОТВЕТ. Ну, в данном случае вводимая мощность усилителя – довольно условная величина. Правильно будет сказать так: «Усилитель с этим блоком питания воспроизводит музыку точно так же, как и усилитель мощностью ХХ ватт». Здесь ХХ ватт – это та самая мощность, которую мы ввели в исходных данных. (Еще раз говорю: именно музыку, тут они равны, а вот на синусе им не сравняться).         ВОПРОС. Что получаем в результате?     ОТВЕТ. Габаритную мощность трансформатора, напряжение и ток на вторичной обмотке (одной из двух – источник-то двухполярный), рекомендуемую емкость конденсаторов фильтра (по ней подбираются конденсаторы для расчета). Максимальное обратное напряжение, максимальный прямой импульсный и максимальный средний (длительный) токи диодов выпрямителя (чтобы их можно было подобрать подходящий трансформатор и диоды). А также максимальную синусоидальную и мгновенную импульсную выходные мощности усилителя. Это уже необязательная информация. Просто она может быть кому-то интересна.         ВОПРОС. А как быть, если пик-фактор сигнала неизвестен, или если «любимых» жанров больше одного?     ОТВЕТ. В принципе это не так важно. Музыка даже одного жанра имеет большой разброс пик-фактора. Кроме того, поскольку мощность считается «с запасом» (не учитывается динамический диапазон и прослушивание на «немаксимальной» громкости), можно выбрать стандартное значение « Common » — ошибка будет невелика. Кстати, фирма SGS Thomson считает пик-фактор музыки равным 15 дБ — у меня выходит с запасом!         ВОПРОС. А как быть, если неизвестно значение dU , или тока покоя?     ОТВЕТ. Обычно значение dU лежит в пределах 3…6 вольт. А вот ток покоя имеет большой разброс: 30…300 мА. Это уже нужны технические данные усилителя. Или взять максимальные значения из приведенных.         ВОПРОС. А можно ли использовать трансформатор большей габаритной мощности и диоды с напряжением/током большим, чем получилось по расчету?     ОТВЕТ. Конечно. Можно ли для перевозки груза весом 1 тонну использовать грузовик, рассчитанный на 5 тонн?         ВОПРОС. А почему бы не добавить ввод мощности реального трансформатора? Например, программа выдала рекомендуемую мощность 40 Вт, а в наличии имеется трансформатор, мощностью 70 Вт. Тогда можно было бы ввести эту мощность в программу, и увидеть насколько стало лучше.     ОТВЕТ. Во-первых, лучше станет не на много — см. сам принцип снижения мощности источника питания. Во-вторых, для того, чтобы рассчитать как будет что-то работать с реальным трансформатором, нужно в точности знать все параметры этого трансформатора (а их измерить не так-то просто). И вводить в программу придется не только мощность, но еще полдюжины других параметров (все параметры полной Т-образной схемы замещения трансформатора). Поверьте, их измерить намного сложнее, чем просто сделать хороший блок питания. В-третьих, расчеты-то приблизительные! У одного музыкального произведения одни статистические характеристики, у другого — другие. Я сделаю расчет и введу в программу формулы для первых, а включат другую музыку, у которой все немного не так. И что тогда? Кому тогда нужны будут точные цифры, точно вычисленные, но для другой задачи?!     Хочу напомнить, что напряжение на вторичной обмотке от мощности трансформатора не зависит. Оно зависит от того напряжения питания постоянного тока, которое выбрано изначально. А вот если сердечник позволяет получить мощность больше, чем выдает расчет, то ток вторичной обмотки можно повысить. Но повторяю — большого смысла в этом нет.     08.12.2006 Страница подготовлена по материалам сайта http://www.electroclub.info/       Адрес администрации сайта: [email protected]

Немного о блоках питания усилителей (часть I)

Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания, и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель,  который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка  60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока,  дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц :(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в  1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор ?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):

Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и… денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы  TIP3055  с TIP2955.

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода :

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

Увеличение по клику

Автору до сих пор попадаются усилители, у которых высокий уровень фона вызван неправильной разводкой земли и подключением дорожек от разных «потребителей» к выходам выпрямителя.

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Продолжение следует…

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Автор: Джек Розман

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»

Похожие статьи:

Высококачественный экономичный усилитель мощности | Авторская платформа Pandia.ru

ЗВУКО­ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

А. Исаев, В. Урин

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Как известно, симметричные широкополосные оконеч­ные усилители НЧ вносят минимальные искажения при всех уровнях выходной мощности. Один из наиболее со­вершенных вариантов высококачественного усилителя, обладающего указанными свойствами, был опубликован в [1]. Подробное описание этого усилителя можно найти также в [2]. Усилитель спроектирован на транзисторах дополнительной структуры и является симметричным и двухтактным от входа до выхода. На входе включен двойной дифференциальный каскад, а каждое из плеч выходной ступени представляет собой усилитель, охва­ченный отрицательной обратной связью (ООС) с коэф­фициентом передачи по напряжению больше единицы. Преимущества этих схемных решений подробно описа­ны как в указанных работах, так и на страницах журна­ла «Радио» [3, 4].

При испытаниях нескольких экземпляров усилителя, собранных по аналогичной схеме на отечественной эле­ментной базе, выявился один недостаток — существен­ное уменьшение коэффициента использования напряже­ния питания (КИНП) при работе на низкоомную нагрузку [По мнению авторов статьи, КИНП для высококачественных усилителей равен отношению (UИ. П — Urp)/Un. n, где Un. n — напря­жение одного источника при двухполярном питании или половина напряжения однополяркого источника, a Urp — граничное напряже­ние между коллектором и эмиттером выходного транзистора, при котором нелинейные искажения превышают установленный уровень.]. А это влечет за собой необходимость увели­чивать напряжение питания для получения заданной мощности, что приводит к снижению экономичности, ухудшению теплового режима выходных транзисторов и увеличению габаритов усилителя.

За счет видоизменения выходного каскада и включе-1 ния мощных транзисторов по схеме с общим коллекто­ром авторам удалось увеличить КИНП примерно на 50 % и, попутно, на 35 % снизить выходное сопротив­ление усилителя при сохранении остальных характе­ристик.

Описываемый ниже усилитель пригоден для усиле­ния мощных звуковых сигналов в составе звуковоспро­изводящих установок высокого класса, а также для использования в качестве мощного широкополосного операционного усилителя.

Основные технические характеристики усилителя

Номинальная (синусоидальная) выходная мощность, Вт, при сопро­тивлении нагрузки, Ом:

8 …………………48

4 …………………60

Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ

не более 0,5 дБ и выходной мощности 2 Вт, Гц…. 10…200 000

Уровень нелинейных искажений при номинальной выходной мощности

в диапазоне 20…20 000 Гц, %……..0,05

Номинальное входное напряжение (действующее значение), В 0,8

Входное сопротивление, кОм………….47

Выходное сопротивление, Ом………….0,02

Параметры измерены при питании усилителя от ста­билизированного источника ±31,5 В. При использова­нии нестабилизированного источника для сохранения характеристик напряжение питания следует увеличить на 1…3 В в зависимости от емкости конденсаторов фильтра. Необходимо отметить, что для уровня нелиней­ных искажений указано верхнее граничное значение, обусловленное возможностями имевшейся у авторов из­мерительной аппаратуры.

Измерялось также время установления переходной характеристики при подаче на вход перепада напряже­ния с длительностью фронта 0,1 мкс. Для выходной амплитуды 10 В оно оказалось равным примерно 1 мкс, причем выбросы на плоской части составляли не более 15 %. На рис. 1 представлены зависимости максималь­ной выходной мощности, соответствующей коэффициен­ту гармоник 0,2 %, от сопротивления нагрузки RH при стабилизированном питании ±31,5 В (кривая 1), а так­же от напряжения питания при RH 7,7 Ом (кривая 2).

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Входной каскад представляет собой два дифференциальных усилителя (включенных параллельно), вы­полненных на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4 допол­нительной структуры. Генераторы тока на транзисторах VT5, VT6 обеспечивают стабильность значений (около 1 мА) суммарных эмиттерных токов дифференциальных пар, а также развязку по цепям питания. Сигнал на вы­ходной усилитель подается с управляемых генераторов тока (VT7, VT8), которые работают противофазно. Та­кое включение увеличило ток «раскачки» в два раза, снизило нелинейные искажения и улучшило частотные свойства усилителя в целом. Каждое из плеч симмет­ричного выходного усилителя выполнено по схеме Дар­лингтона. Оно представляет собой трехкаскадный уси­литель (в двух каскадах транзисторы включены по схеме с общим эмиттером и в одном — с общим коллек­тором). Усилитель охвачен частотно-зависимой ООС, определяющей его коэффициент передачи по напряже­нию, который в звуковом диапазоне близок к трем. Так как сигнал обратной связи, снимаемый с резистора R39 (R40), пропорционален изменениям тока выходного транзистора, то дополнительно осуществляется довольно жесткая стабилизация рабочей точки этого транзисто­ра. Напряжение смещения выходной ступени определя­ется сопротивлением перехода коллектор — эмиттер транзистора VT9 и регулируется резистором R24. На­пряжение смещения термостабилизировано диодом VD4, который закреплен на теплоотводе одного из мощных транзисторов.

Рис. 1. Зависимость мак­симальной выходной мощности, соответствую­щей коэффициенту гар­моник 0,2 %, от сопро­тивления нагрузки (кри­вая 1) и от напряжения питания при сопротивле­нии нагрузки 7,7 Ом (кривая 2)

Рис. 2. Принципиальная схема усилителя

Общая ООС по постоянному току через резистор R33 стабилизирует режим всех каскадов и приближает вы­ходной потенциал к входному, который равен нулю. Це­почка R17C5 уменьшает глубину ООС по переменному току, преобразуя усилитель в активный фильтр с коэф­фициентом передачи около 27 дБ.

Элементы коррекции R16, С4, С6 — СП обеспечи­вают устойчивость усилителя и выравнивают его АЧХ. Пассивный фильтр низких частот R2C1 предотвращает попадание на вход радиочастотных сигналов. Цепочка C12R45L1R47 компенсирует реактивную составляющую сопротивления нагрузки. На транзисторах VT12 и VT13 собран узел защиты выходных транзисторов от перегру­зок по току и напряжению. Резистор R1 позволяет при необходимости ограничить выходную мощность в соот­ветствии с уровнем сигнала от предварительного усили­теля и возможностями применяемого громкоговори­теля.

Усилитель смонтирован на печатной плате (рис. 3) размерами 142X72 мм, изготовленной из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Со стороны деталей (рис. 4) фольга оставлена в виде сплошного «земляного» поля. Вокруг отверстий для вы­водов деталей в радиусе 1,5…2,5 мм фольга удалена.

Вне платы размещены предохранители FU1 — FU3, транзисторы VT16, VT17, которые закреплены на тепло-отводах площадью не менее 1000 см2, и диод VD4. Кро­ме того, резистор R1 можно закрепить на передней па­нели, с тем чтобы была возможность оперативной регу­лировки максимальной выходной мощности.

Помимо указанных на схеме в усилителе можно использовать и другие маломощные высокочастотные кремниевые транзисторы, например КТ342А, КТ342Б и КТ313Б, КТ315 и КТ361 (с индексами от В до Е). Транзисторы VT14 и VT15 (возможная замена — КТ816В, КТ816Г и КТ817В, КТ817Г или КТ626В и КТ904А) снабжены ребристыми теплоотводами размерами 23Х Х25Х12 мм. В качестве выходных можно применить транзисторы КТ818ГМ и К. Т819ГМ, которые позволяют при повышении напряжения питания (см. рис. 1) полу­чать мощности свыше 70 Вт.

Стабилитрон VD1 может быть также Д816Г или 2С536А, VD2, VD3 — КС147А (при соответствующей коррекции сопротивлений резисторов R11 и R14).

Рис. 3. Расположение токопроводящих дорожек на печатной плате

Рис. 4. Расположение деталей усилителя на печатной плате

В качестве подстроечных использованы резисторы типа СП5-3. Резисторы R39, R40, R46, R47 изготовлены из высокоомного провода диаметром 0,8 мм, резисторы R35, R38, R45, R47 — МОН, остальные — МЛТ. Дрос­сель L1 намотан на резисторе R47 проводом ПЭВ-2 0,8 в один ряд до заполнения корпуса резистора. Конден­сатор С2 — ЭТО или К50-6, С5 — К50-6, осталь­ные — КМ.

Налаживание усилителя сводится к следующе­му. Сначала, не подключая мощных транзисторов, к вы­ходу усилителя подсоединяют эквивалент нагрузки и, плавно увеличивая напряжение питания, по отсутствию бросков потребляемого тока или значительному паде­нию напряжения на нагрузке убеждаются в правиль­ности монтажа. После этого подключают выходные транзисторы и резистором R18 устанавливают на выхо­де напряжение, близкое к нулю (не более 10 мВ), а ре­зистором R24 — ток покоя на уровне 15…25 мА.

В заключение отметим, что применение в данном усилителе сравнительно большого числа транзисторов компенсируется его технологичностью. Использованные схемные решения, наличие местных ООС обеспечивают получение высоких характеристик и их хорошую вос­производимость без тщательной наладки. При этом прак­тически не требуется предварительного отбора транзи­сторов. Благодаря оптимальному использованию на­пряжения питания и малому току покоя усилитель экономичен. А возможность получения широкого диапа­зона максимальных выходных мощностей на нагрузках от 4 до 15 Ом за счет изменения напряжения питания (при этом дополнительно может понадобиться подбор резисторов R21 и R25 с тем, чтобы токи через них были в пределах 10…20 мА) обеспечивает универсальность применения данного усилителя.

Литература

1. Meyer D. 60-Watt 4-Channel Amplifier — Radio-Electronics, March 1973, p. 39 — 42.

2. Левинзон Г. Л., Логинов А. В. Высококачественный усилитель низкой частоты. — М.: Энергия, 1977, с. 46 — 49.

3. Поленов А. Усилитель с двойным дифференциальным вхо-дом. — Радио, 1980, № 1, с. 44.

4. Надолинский О. Выходной каскад усилителя НЧ. — Радио, 1978, № 3, с. 40 — 41.

ББК 32.884.19

В80

Составитель А. И. Гусев

Рецензенты: кандидат физико-математических наук Б. Г. Успенский, кандидат технических наук В, Т. Поляков

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып 99 / В80 Сост. А. И. Гусев. — М. : ДОСААФ, 1987. — 77 с., ил. 30 к.

Приведены описания конструкций, принципиальные схемы и мето­дика расчета их некоторых узлов. Учтены интересы начинающих и ква­лифицированных радиолюбителей.

Для широкого круга радиолюбителей.

2402020000 — 062 ББК 32.884.19

В—————-17—87

072(02)-87 6Ф2.9

© Издательство ДОСААФ СССР, 1987.

Научно-популярное издание

В помощь радиолюбителю

Выпуск 99

Составитель Александр Иванович Гусев

Заведующий редакцией А. В. Куценко

Редактор М. Е. Орехова

Художник В. А. Клочков

Художественный редактор Т. А. Хитрова

Технический редактор 3. И. Сарвина

Корректор Е. А. Платонова

И Б № 2087

Сдано в набор 25.12.86. Подписано в печать 27.03.87. Г-13642. Формат 84Х108 1/32. Бумага типографская №2. Гарнитура литературная. Пе­чать высокая. Усл. п. л. 4,2. Усл. кр.-отт. 4,51. Уч.-изд. л. 3,92. Ти« раж 1 100000 экз. (1-й з-д 1 — 600000). Заказ 7 — 192. Цена 30 к. Изд. № 2/г — 442.

Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110, Москва, Олимпийский просп., 22.

Головное предприятие республиканского производственного объедиг пения «Полиграфкнига», 252057, Киев, ул. Довженко, 3.

OCR Pirat

Особенности применения ОУ при однополярном питании

Тенденции применения электронных компонентов направлены на снижение энергопотребления и стоимости, поэтому в современных изделиях используется однополярное питание, и с каждым годом значения питающих напряжений уменьшаются. В статье рассмотрены основные проблемы, с которыми сталкивается разработчик при использовании операционных усилителей в схемах с однополярным питанием.

Хотя симметричное двуполярное питание является оптимальным для операционных усилителей (ОУ), во многих случаях (жесткие требования к потреблению электроэнергии) необходимо или желательно использовать однополярное электропитание. Например, бортовая сеть в автомобильном и морском оборудовании — однополярная. Да и в оборудовании, где ранее традиционно использовалось двуполярное питание, все чаще применяется встроенный однополярный источник электроэнергии с питающим напряжением 5 или 12 В постоянного тока. Системы с однополярным электропитанием для обработки аналоговых сигналов имеют общие для таких решений дополнительные свойства, вызванные необходимостью использования компонентов для смещения аналогового сигнала на каждой стадии обработки. Если смещение аналогового сигнала не продумано, а тем более не выполнено, то возникает множество проблем, в том числе — нестабильность работы операционных усилителей.

 

Проблемы, возникающие при смещении с помощью резисторов

Применение ОУ с однополярным питанием связано с проблемами, которые обычно не встречаются при использовании двуполярного питания. Главная из них возникает тогда, когда входной сигнал является двуполярным относительно общего уровня («земли»). В системе с однополярным питанием этот уровень совпадает с уровнем отрицательного источника питания в традиционных решениях. Поэтому в этом случае нулевой уровень входного сигнала не может соответствовать «земле» и должен находиться между «землей» и уровнем питающего напряжения. Основное преимущество систем с двуполярным питанием состоит в том, что их общее соединение («земля») является устойчивым, низкоомным нулевым уровнем для входного сигнала. При этом положительное и отрицательное напряжения питания могут быть несимметричными. При однополярном питании с помощью схем смещения создается уровень нулевого сигнала, обычно лежащий в середине диапазона питающего напряжения.

Чтобы использовать усилитель эффективно, то есть получить с его выхода максимальный сигнал без ограничения, входной сигнал должен быть смещен на середину выходного диапазона, или, что одно и то же, на уровень половины питающего напряжения. Наиболее эффективный способ — использование линейного стабилизатора, как показано на рисунке 6. Однако наиболее популярная схема смещения — резистивный делитель напряжения питания. Хотя этот способ наиболее прост, при его использовании возникает ряд проблем.

Используя рисунок 1, рассмотрим некоторые из них. На этом рисунке изображена классическая схема неинвертирующего усилителя переменного тока. Входной сигнал с помощью емкостной связи подается на вход усилителя. Средний уровень входного сигнала смещен на величину V_S/2 с помощью резисторного делителя R_A—R_B. В полосе пропускания данный усилитель имеет коэффициент усиления К_У = 1 + R2/R1. Паразитное усиление постоянного сигнала сведено к единице с помощью емкостной обратной связи цепочкой R1C1, соединенной с нулевым уровнем («землей»). Поэтому уровень постоянной составляющей равен напряжению смещения. Этим самым мы избегаем возникновения искажений из-за усиления напряжения смещения. Обратная связь обеспечивает коэффициент усиления, равный 1 + R2/R1 для высокочастотных сигналов и равный единице — для постоянной составляющей и низкочастотных сигналов с частотами подавления f = 1/(2πR1C1) и f = 1/[2π(R1 + R2)C1], а также вносит фазовый сдвиг во входную и выходную цепи.

Эта схема имеет серьезные ограни чения применения. Во-первых, невозможно использовать такое важное свойство операционных усилителей, как подавление синфазного сигнала. Поскольку любое изменение питающего напряжения моментально отразится на напряжении смещения, равном VS/2, установленным резисторным делителем, любой шум, присутствующий в шине питания, будет усилен наряду с сигналом (за исключением самых низких частот). Так, при К_У = 100 пульсации напряжением 20 мВ от электросети могут быть усилены до напряжения более 1 В (в зависимости от параметров компонентов схемы).

Еще хуже, что при мощной нагрузке усилитель становится нестабильным в работе. Плохие стабилизация и фильтрация в источнике питания приводят к тому, что на шинах питания появляется значительный уровень сигнала. При работе усилителя, включенного по неинвертирующей схеме, этот сигнал поступает на вход усилителя через схему смещения, как было рассмотрено ранее, и усилитель самовозбуждается.

Оптимизация расположения компонентов на печатной плате, установка большого количества блокирующих конденсаторов, правильная разводка заземляющих шин и соединение их в одной точке, соответствующее проектирование шин питания уменьшают наводки и повышают стабильность схемы, но не исключают рассмотренных проблем. Поэтому далее будет предложено несколько решений, помогающих избежать трудностей в использовании усилителей при включении по схеме с однополярным электропитанием.

 

Развязка схемы смещения

Чтобы снизить влияние нестабильности напряжения питания, можно зашунтировать схему смещения по переменному току и добавить отдельный резистор для входного сигнала, как показано на рисунке 2. Конденсатор C2 обеспечивает фильтрацию пульсаций шины питания, тем самым восстанавливая способность ОУ ослаблять синфазные сигналы и влияние напряжения питания. Резистор R_IN, который заменяет в этой схеме входное сопротивление R_A/2 для сигналов переменного тока, обеспечивает передачу постоянного смещения на неинвертирующий вход усилителя.

Сопротивления резисторов R_A и R_B должно быть минимальными, насколько это позволяют ограничения по энергопотреблению. В данном случае выбрано значение 100 кОм, чтобы уменьшить потребляемый ток в схемах с батарейным питанием. Выбор величины шунтирующего конденсатора также требует внимания. С делителем напряжения R_A/R_B (100 кОм/100 кОм) и С2 = 0,1 мкФ частота среза по уровню –3 дБ фильтра высоких частот (ФВЧ), образованного параллельно соединенными резисторами R_A и R_B и конденсатором С2, равна 1/[2π(R_A/2)C2] = 32 Гц. Хотя это усовершенствование схемы, приведенной на рисунке 1, позволило подавить синфазные помехи с частотами выше 32 Гц, более низкочастотные сигналы сохранили обратную связь по шине питания усилителя. Поэтому при реализации такой схемы необходимо использовать конденсаторы большой емкости.

На практике емкость конденсатора C2 требуется увеличить до таких значений, при которых резисторный делитель схемы смещения эффективно шунтировался бы для всех частот в полосе пропускания усилителя. Хорошим правилом для расчета частоты среза ФВЧ, образованного R_A, R_B и C2, является выбор значения, равного 1/10 от наименьшего из значений частот среза RC-цепочек R_INC_IN и R1C1.

Коэффициент усиления по постоянному току остается равным единице. Даже в этом случае должны учитываться входные токи. RIN с последовательно соединенным делителем напряжения R_A/R_B значительно повышают входное сопротивление на неинвертирующем входе операционного усилителя. Поддержание смещения выходного сигнала на уровне половины напряжения питания при использовании обычных усилителей с обратной связью по напряжению, которые имеют симметричные сбалансированные входы, достигается правильным выбором величины резистора обратной связи R2.

В зависимости от напряжения питания значения резисторов, которые обеспечивают разумный компромисс между увеличением тока потребления или увеличением зависимости параметров усилителя от изменений входного тока, должны быть порядка 100 кОм для питающего напряжения 12…15 В, снижены до 42 кОм для питания 5 В и до 27 кОм — для 3,3 В.

В высокочастотных усилителях (особенно с обратной связью по току) следует использовать низкоомный делитель и резистор обратной связи, для того чтобы сохранить широкую полосу пропускания при наличии паразитной емкости. Для операционных усилителей, таких как AD811, разработанных для обработки видеосигналов, оптимально подходит значение резистора R2, равное около 1 кОм. Поэтому схемы с такими ОУ требуют использования намного меньших значений резисторов R_A и R_B в делителе напряжения (и большую емкость шунтирующего конденсатора C2).

Из-за малого входного тока необходимость согласования резисторов на входах современных усилителей с полевыми транзисторами во входных каскадах не так важна, если усилитель не будет работать в широком температурном диапазоне. Иначе такое согласование необходимо.

Схема на рисунке 3 показывает, как реализуется смещение и шунтирование цепи смещения для инвертирующего усилителя.

Смещение с помощью резисторного делителя дешево и обеспечивает постоянный средний уровень выходного сигнала, равный половине величины напряжения питания, но подавление синфазного сигнала операционным усилителем зависит от постоянной времени RC-цепочки, образованной делителем R_A/R_B и конденсатором C2. Необходимо использовать в качестве С2 конденсатор такой емкости, которая обеспечивает по крайней мере в 10 раз большее значение постоянной времени RC-цепи R_A/R_B – C2, чем у R_INC_IN и R1C1. Это гарантирует достаточное подавление синфазного сигнала. С резисторами R_A и R_B, равными 100 кОм, величина конденсатора C2 может оставаться довольно небольшой, если не требуется работа усилителя на очень низких частотах.

 

Смещение при помощи стабилитрона

Более эффективный способ обеспечить необходимое смещение при однополярном питании — это использование стабилитрона, как показано на рисунке 4. В этой схеме резистор R_Z обеспечивает необходимый рабочий ток стабилитрона. Конденсатор CN шунтирует вход операционного усилителя от шума стабилитрона.

Стабилитрон должен иметь напряжение стабилизации, близкое к половине напряжения питания. Резистор R_Z должен обеспечивать достаточно большой ток, позволяющий стабилитрону работать в устойчивом режиме и, тем самым, обеспечивать минимальную погрешность стабилизации. С другой стороны, важно минимизировать энергопотребление (и тепловые потери). Поскольку входной ток операционного усилителя незначителен, то наиболее оптимален выбор стабилитрона малой мощности. Стабилитрон мощностью 250 мВт является оптимальным, но и наиболее распространенные 500-мВт стабилитроны также приемлемы. Оптимальный рабочий ток — около 0,5 мА для 250-мВт и около 5 мА — для 500-мВт стабилитронов.

Схема на рисунке 4 обеспечивает низкоомный опорный уровень и устраняет влияние нестабильности питающего напряжения на вход усилителя. Преимущества существенны, но стоимость и энергопотребление увеличиваются, да и средний уровень напряжения на выходе усилителя будет соответствовать выходному напряжению стабилитрона и может отличаться от V_S/2. Если это отличие окажется существенным, то при больших выходных сигналах будет происходить асимметричное ограничение. Входные токи смещения также должны быть согласованы. Резисторы R_IN и R2 должны быть равными, чтобы при прохождении через них входного тока разница падения напряжения на них не приводила к появлению ошибки смещения.

Рисунок 5 показывает схему инвертирующего усилителя со смещением уровня входного сигнала стабилитроном.

В таблице 1 перечислены стабилитроны нескольких типов, которые могут быть выбраны в зависимости от напряжения питания для обеспечения необходимого смещения. Значение R_Z в таблице выбрано исходя из обеспечения стабилитронов током 5 или 0,5 мА для схем, показанных на рисунках 4 и 5. Для уменьшения шума (ошибки стабилизации) может быть выбран и больший ток; его максимальную величину следует выяснить в техническом описании стабилитрона.

 

Смещение с помощью линейного стабилизатора

Для операционных усилителей с однополярным питанием 3,3 В требуется смещение напряжения 1,65 В. Однако напряжение стабилизации выпускаемых стабилитронов — не ниже 2,4 В. Хотя существуют источники опорного напряжения AD589 и AD1580 с напряжением 1,225 В, которые могут использоваться подобно стабилитронам, но они не обеспечивают смещение на половину напряжения питания. Самый простой способ обеспечить смещение входного сигнала на произвольную величину — это использовать линейный стабилизатор напряжения, например ADP667 или ADP3367, как показано на рисунке 6. Выходное напряжение линейного стабилизатора может быть установлено в пределах от 1,3 В до 16 В, и это обеспечит низкоомное смещение для операционного усилителя с однополярным напряжением питания от 2,6 В до 16,5 В.

 

Связь по постоянному току при однополярном питании

Пока была обсуждена только связь операционного усилителя по переменному току. Хотя при использовании входных и выходных конденсаторов связи большой емкости усилитель может работать с сигналами с частотами значительно ниже 1 Гц, в некоторых случаях требуется истинная связь по постоянному току. Схемные решения, которые обеспечивают низкоомное постоянное напряжение смещения, типа стабилитронов и линейных стабилизаторов, обсуждаемых выше, могут использоваться, чтобы создавать напряжение «среднего уровня».

Альтернативно схеме смещения, построенной на резистивном делителе, показанной на рисунках 1 и 3, для создания низкоомной искусственной «земли» может использоваться буферный операционный усилитель, как показано на рисунке 7. Если для питания используется низковольтная батарея, скажем 3,3 В, ОУ должен иметь возможность работать с сигналами, равными размаху напряжения питания — rail-to-rail. Кроме того, ОУ также должен быть способен обеспечить большой положительный или отрицательный выходной ток. Конденсатор C2 шунтирует делитель напряжения, чтобы уменьшить шумы резисторов. На эту схему не влияет нестабильность электропитания, потому что общий уровень («земля») всегда находится на уровне половины напряжения питания.

 

Проблемы задержки включения

В заключение необходимо рассмотреть еще одну проблему — время включения усилителя. Оно приблизительно будет зависеть от постоянной времени RC-цепочки, используемой в самом низкочастотном фильтре.

В пассивных схемах смещения, рассмотренных здесь, требуется, чтобы постоянная времени RC цепочки, состоящей из параллельно соединенных резисторов R_A и R_B и С2, была в 10 раз больше, чем постоянные времени входной и выходной цепей. Длительная постоянная времени помогает удерживать схему смещения во «включающемся» состоянии по отношению к входным и выходным цепям усилителя, обеспечивая постепенное нарастание среднего уровня выходного сигнала от 0 В до половины напряжения питания без скачков до уровня напряжения питания. Главное требование, чтобы частота среза схемы смещения на уровне 3 дБ была меньше в десять раз, чем наименьшая из частот среза R1C1 и R_LOAD/C_OUT. Например, в схеме на рисунке 2 для полосы пропускания начиная с 10 Гц и коэффициента усиления, равного 10, емкость конденсатора C2 должна быть равна 3 мкФ, что обеспечит частоту среза по уровню 3 дБ, равную 1 Гц.

С резисторами R_A и R_B = 100 кОм сопротивление в RC-цепочке (параллельное соединение) будет равно 50 кОм, и при C2 = 3 мкФ постоянная времени будет равна 0,15 с. Таким образом, средний уровень выходного сигнала усилителя достигнет величины половины напряжения питания приблизительно за 0,2…0,3 с… Между тем, входные и выходные RC-цепи установятся в десять раз быстрее.

В устройствах, где время включения может оказаться чрезмерно длительным, предпочтительнее использовать схемы смещения на стабилитронах или линейных стабилизаторах.

Компактные и малошумящие AC/DC и DC/DC-преобразователи от TRACO Power

17 ноября 2017

Швейцарская компания TRACO Power – это широчайшая линейка надежных AC/DC- и DC/DC-модулей для монтажа на печатную плату. Многие из них подходят для применения в высоконадежной прецизионной аппаратуре, имеют возможность дистанционного управления и обладают другими привлекательными потребительскими характеристиками.

К выбору источника питания (ИП) и его параметров следует подходить очень ответственно, так как это основа электронного устройства. Если у вас достаточно опыта и знаний в области разработки ИП, вы можете использовать свои проверенные схемотехнические решения либо довериться производителям, чье качество продукции является достаточно высоким. Если вам необходим ИП с гальванической изоляцией, большой энергетической плотностью, высоким КПД, широким температурным диапазоном, хорошей точностью – иногда экономически выгоднее приобрести готовый модуль питания. Еще сложнее сертифицировать самостоятельно разработанный источник с учетом всех требований к электромагнитной совместимости и провести испытания устойчивости к различным видам помех.

Для разработчиков цифровых схем можно дать следующий совет по борьбе с радиочастотными помехами: чем меньше площадь источника, тем менее чувствителен он будет к помехам при прочих равных характеристиках. Конечно, малые габариты не всегда гарантируют успех. Часто единственной защитой может стать экран. Но данный вид помех – не единственная трудность и, как часто бывает в электронике, сильная сторона в одной области может стать слабой стороной в другой. Для разрушающих испытаний, таких как тест на электрическую прочность изоляции «вход-выход» и микросекундные импульсные помехи, лучше предусмотреть как можно большее расстояние между проверяемыми цепями электрической схемы или защитить цепи с помощью специальных элементов, например, варисторов. Еще один компромисс – между быстротой старта и пусковым током источника. Сильно ограничивая пусковой ток, мы замедляем время выхода источника питания на рабочий режим.

При разработке любого устройства с питанием от первичной электросети придется столкнуться с его обязательной сертификацией. Если вы приобретаете источник у надежного производителя, он гарантирует все необходимые характеристики и надежность своей продукции. Качественный модуль питания может помочь ускорить разработку и сертификацию вашей конечной продукции.

Разработчикам электронных устройств хорошо известен бренд TRACO Power. Он принадлежит швейцарской компании TRACO Electronic AG, чья специализация – проектирование и производство источников питания для применения в различных устройствах. История компании насчитывает более 35 лет, и все это время их опыт был сосредоточен в области преобразования электроэнергии (AC/DC, DC/DC, DC/AC). На российском рынке этот бренд присутствует с середины 90-х годов. Компания имеет собственное производство на Тайване, где выпускает большую часть продукции. Для отдельных высокотехнологичных компонентов используются производственные мощности в Японии. Вся продукция компании TRACO проходит 100% контроль качества, что гарантирует полное соответствие заявленным характеристикам.

Существующая конкуренция на рынке электронных компонентов мотивирует производителей выпускать все новые и новые устройства. Производители улучшают характеристики выпускаемой продукции и/или стараются снизить себестоимость. Помимо этого разворачивается борьба за снижение габаритных размеров. Сражение идет за каждый квадратный миллиметр площади на печатной плате. Миниатюризация устройств – общая тенденция для всех производителей электроники. TRACO Power, как один из ведущих игроков рынка, постоянно совершенствует продукцию. В последнее время компания выпустила несколько новых серий AC/DC- и DC/DC-преобразователей, улучшив их характеристики и уменьшив габаритные размеры.

TMG и TMPS – сверхкомпактные маломощные АС/DC-преобразователи

Рис. 1. Модули питания серии TMG

Модули питания серии TMG с мощностью 7 и 15 Вт поставляются в залитых компаундом пластмассовых корпусах с минимальными габаритами и предназначены для установки на печатную плату (рисунок 1). Данная серия оптимизирована по техническим характеристикам и цене и обладает высокой эффективностью. В линейке TMG представлены образцы с КПД до 90%, изоляцией до 5656 В DC и универсальным входным диапазоном напряжения 90…264 В AC и 120…370 В DC. Выходное напряжение 5…24 В DC в зависимости от исполнения (таблица 1) с точностью установки ±2%. Не требуется минимальная нагрузка. Дополнительно рекомендуется защитить модуль предохранителем 2 А. Все модули питания разработаны с использованием высококачественной элементной базы, имеют защиту от короткого замыкания и перенапряжения. Средняя наработка на отказ – более 500 тысяч часов, что характеризует высокую надежность этих модулей питания. Немаловажен и рабочий диапазон температур: -40…70°C. Все изделия TRACO Power проверены на соответствие EMI и имеют сертификаты.

Таблица 1. Основные технические параметры серии TMG

Наименование	Выходная мощность, макс., Вт	Выходное напряжение, ном., В DC	Выходной ток, макс., мА	КПД, тип., %	Габаритные размеры, мм	Температурный диапазон, °C
TMG 07105	6,3	5	1260	77	27,4×27,4×18,7	-40…70
TMG 07112	7	12	583	80
TMG 07115	7	15	466	80
TMG 07124	7	24	292	80
TMG 15105	13,5	5	2700	80	41,2×27,2×19,1
TMG 15112	15	12	1250	84
TMG 15115	15	15	1000	84
TMG 15124	15	24	625	85

Преобразователи серии TMPS мощностью 3 и 5 Вт также выпускаются в залитых компаундом корпусах, но с габаритными размерами всего 25,4х25,4 мм. Эти легкие модули очень удобны для монтажа на печатную плату. Несмотря на свои габариты, они обеспечивают изоляцию 4242 В DC в течение 60 с. Рабочий температурный диапазон немного уже, чем у серии TMG, он составляет -25…70°C. Эти модули имеют также широкий входной диапазон по напряжению 85…264 В AC и 120…370 В DC. Выходное напряжение 3,3…48 В DC в зависимости от исполнения (таблица 2) с точностью установки ±2%. Модули серии TMPS имеют защиту от превышения выходного напряжения до 190% от номинального. Вся линейка сертифицирована для применения в промышленных устройствах, а также на соответствие EN60335-1 для применения в бытовых системах, полностью соответствует запросам потребителей в отношении качества. Для серии модулей TMPS TRACO Power предоставляет трехлетнюю гарантию.

Следует обратить внимание, что для данной серии есть особые требования к емкостной нагрузке.

Серия TMPS 05 полностью соответствует ErP-директивам и потребляет в режиме холостого хода менее 300 мВт. Она также соответствует требованиям стандартов EN 55022 класса Б и EN 55014-1 класса защиты 2.

Таблица 2. Основные технические параметры серии TMPS

Наименование	Выходная мощность, макс., Вт	Выходное напряжение, В DC	Выходной ток, мА		КПД, %	Температурный диапазон, °C	Габаритные размеры, мм
			макс	мин
TMPS 05-103	5	3,3	1515	1970	74	-25…70	25,4×25,4×16,3
TMPS 05-105		5	1000	1300	80
TMPS 05-109		9	555	721	82
TMPS 05-112		12	416	540	82
TMPS 05-115		15	333	433	83
TMPS 05-124		24	208	270	83
TMPS 05-148		48	104	135	85
TMPS 03-103	3	3,3	900	1170	70	-25…70	25,4×25,4×16,3
TMPS 03-105		5,0	600	780	72
TMPS 03-109		9	333	430	77
TMPS 03-112		12	250	320	78
TMPS 03-115		15	200	260	78
TMPS 03-124		24	125	160	78

Семейства 3WI/WISM и 5WI/WISM DC/DC-преобразователей с уникальной плотностью мощности

Рис. 2. Сверхкомпактные DC/DC-преобразователи серий WI и WISM

TDN – семейство сверхкомпактных DC/DC-преобразователей с выходной мощностью 3 и 5 Вт, выполненных в корпусах с габаритными размерами всего 13,2х9,1х10,2 мм. Основные различия между сериями WI и WISM (рисунок 2) – способ установки на печатную плату; по основным техническим параметрам они практически идентичны (есть незначительные отличия в КПД). Серия WI имеет штыревые выводы и DIP-корпус, а WISM – планарные выводы и SMD-корпус.

Данные модули имеют широкий диапазон входного напряжения 4:1. Требования к минимальной нагрузке отсутствуют. Модули способны работать с полным набором входных и выходных напряжений, в том числе с двухполярным (таблицы 3, 4) с максимальным КПД 84% и защитой от короткого замыкания. Гальваническая изоляция «вход-выход» составляет 1600 В DC. Рабочий температурный диапазон -40…70°C.

Одной из особенностей данной серии является функция Remote on/off, обеспечивающая возможность удаленного управления устройством. Включение и выключение питания может осуществляться логическим сигналом через оптрон. Данная функция может быть очень полезна в сфере автоматизации, где требуется экономия электроэнергии. С помощью центрального управления можно распределить задачи так, чтобы включать и выключать модули или устройства системы в нужный момент времени.

Если вы собираетесь использовать преобразователи с двухполярным питанием, постарайтесь распределить нагрузку равномерно между обоими плечами. Это поможет избежать взаимного влияния между каналами питания. При расчете потребления всегда необходимо предусматривать запас мощности не менее 20%.

Таблица 3. Технические характеристики серии TDN 3WI/WISM

На сайте компании TRACO Power (www.tracopower.com) для многих моделей можно найти рекомендации по построению входных фильтров, соответствующих условиям EN 55032 классов А и Б. Также для модулей питания можно найти готовые 3D-модели в формате STEP. Это поможет разработчикам сэкономить время на создание объемной модели устройства.

Таблица 4. Технические характеристики серии TDN 5WI/WISM

Наименование	Входное напряжение, В DC	Выходное напряжение, В DC	Выходной ток, макс., мА	КПД, тип., %
TDN 5-0910WI/WISM	4,5…13,2 (12 ном.)	3,3	1000	76
TDN 5-0911WI/WISM		5	1000	80
TDN 5-0919WI/WISM		9	555	81
TDN 5-0912WI/WISM		12	420	83
TDN 5-0913WI/WISM		15	333	84
TDN 5-0915WI/WISM		24	210	82
TDN 5-0921WI/WISM		± 5	±500	80
TDN 5-0922WI/WISM		±12	±210	82
TDN 5-0923WI/WISM		±15	±168	82
TDN 5-2410WI/WISM	9…36 В DC (24 ном.)	3,3	1000	77
TDN 5-2411WI/WISM		5	1000	80
TDN 5-2419WI/WISM		5	555	81
TDN 5-2412WI/WISM		12	420	83
TDN 5-2413WI/WISM		15	333	83
TDN 5-2415WI/WISM		24	210	82
TDN 5-2421WI/WISM		± 5	±500	80
TDN 5-2422WI/WISM		±12	±210	82
TDN 5-2423WI/WISM		±15	±168	82
TDN 5-4810WI/WISM	8…75 (48 ном.)	3,3	1000	77
TDN 5-4811WI/WISM		5	1000	80
TDN 5-4819WI/WISM		9	555	81
TDN 5-4812WI/WISM		12	420	83
TDN 5-4813WI/WISM		15	333	83
TDN 5-4815WI/WISM		24	210	82
TDN 5-4821WI/WISM		± 5	±500	80
TDN 5-4822WI/WISM		±12	±210	82
TDN 5-4823WI/WISM		±15	±168	82

Для прецизионной аппаратуры требуются элементы с очень точными параметрами. Это в полной мере относится и к преобразователям питания. От качества питания зависят характеристики всех измерительных устройств, использующих датчики разных типов и различные измерительные тракты. Если на АЦП подать опорное напряжение с плавающими параметрами, то реализовать точную измерительную систему будет уже невозможно. Ко многим измерительным устройствам предъявляются очень жесткие требования по точности и, соответственно, по питанию. Это относится ко всем испытательным и контрольно-измерительным системам в области производства, медицины, авиационно-космической отрасли и так далее. Модули TRACO Power соответствуют всем требованиям данных областей применения. Компания постоянно улучшает параметры своих изделий и выпускает новые серии модулей питания с высокой стабильностью выходных параметров.

Малошумящие DC/DC-преобразователи TVN 5WI

Рис. 3. Малошумящие модули питания серии TVN 5WI

Серия модулей питания TVN 5WI с мощностью 5 Вт – это высокая стабильность выходного напряжения с очень малым уровнем шума и пульсаций (рисунок 3). Типовые значения пульсаций составляют всего 10 мВ от пика до пика. Модули данной серии надежно защищены от различных электромагнитных помех экраном по всем шести сторонам корпуса. Отличительные особенности серии TVN 5WI — функция блокировки при пониженном входном напряжении и возможность корректировки выходного напряжения для однополярного питания -10%/+20% и для двухполярного ±10%. Блокировка срабатывает в случае снижения напряжения питания ниже рабочего порогового уровня.

Например, для модуля с номинальным напряжением питания 9 В DC и разрешенным диапазоном 4,5…12 В DC граница блокировки будет 3…4,4 В DC. Эту функцию можно успешно использовать для защиты устройств с аккумуляторным питанием. Модуль питания отключает нагрузку, чтобы не дать аккумулятору полностью разрядиться. В отключенном состоянии ток холостого хода составляет 3 мА. Корректировка выходного напряжения производится с помощью внешних резисторов, подключаемых к выводу TRIM, и одного из выводов выходного питания (рисунок 4). Также имеется функция удаленного управления питанием.

Рис. 4. Габариты и назначение выводов TVN 5WI

Данная серия модулей имеет широкий диапазон входного напряжения 4:1. Отсутствуют требования к минимальной нагрузке. Линейка модулей характеризуется широким диапазоном выходных напряжений, в числе которых – двуполярное (таблица 5) с максимальным КПД 89%. Гальваническая изоляция 1600 В DC. Рабочий температурный диапазон -40…85°C. Средняя наработка на отказ – более 4 миллионов часов.

Дополнительно рекомендуется защитить модуль с помощью предохранителя. Имеются специфические требования к емкостной нагрузке, на что надо обратить особое внимание.

Таблица 5. Технические характеристики серии TVN

Наименование	Входное напряжение, В DC	Выходное напряжение, В DC	Выходной ток, макс., мА	КПД, тип., %
TVN 5-0910WI	4,5…12 (9 ном.)	3,3	1515	79
TVN 5-0911WI		5	1000	82
TVN 5-0912WI		12	416	87
TVN 5-0913WI		15	333	87
TVN 5-0915WI		24	208	88
TVN 5-0921WI		±5	±500	84
TVN 5-0922WI		±12	±208	85
TVN 5-0923WI		±15	±166	86
TVN 5-0925WI		±24	±104	87
TVN 5-2410WI	9…36 (24 ном.)	3,3	1515	81
TVN 5-2411WI		5	1000	83
TVN 5-2412WI		12	416	88
TVN 5-2413WI		15	333	88
TVN 5-2415WI		24	208	89
TVN 5-2421WI		±5	±500	84
TVN 5-2422WI		±12	±208	85
TVN 5-2423WI		±15	±166	86
TVN 5-2425WI		±24	±104	87
TVN 5-4810WI	18…75 (9 ном.)	3,3	1515	80
TVN 5-4811WI		5	1000	83
TVN 5-4812WI		12	416	86
TVN 5-4813WI		15	333	87
TVN 5-4815WI		24	208	88
TVN 5-4821WI		±5	±500	83
TVN 5-4822WI		±12	±208	85
TVN 5-4823WI		±15	±166	86
TVN 5-4825WI		±24	±104	87

Надежность источника можно проверить только в лаборатории, а его параметры несложно измерить самостоятельно, чтобы убедиться в соответствии характеристик заявленным. Для измерения выходных параметров ИП необходимо правильно подключить щупы осциллографа, чтобы не вносить искажения в полученный результат. Вначале необходимо отсоединить стандартный длинный земляной провод от измерительного щупа осциллографа и вместо него воспользоваться специальной насадкой для точных измерений (рисунок 5). Обычно она присутствует в комплекте осциллографа, но если такая насадка отсутствует, то ее можно быстро изготовить самостоятельно. Нужно взять медную проволоку средней жесткости, намотать на кольцо заземления щупа, сделав 3…4 оборота так, чтобы проволока имела надежный контакт. Один конец необходимо оставить таким, чтобы длина его была не более расстояния от вывода до вывода проверяемого источника. Далее следует переключить щуп в режим измерения 1:1 и в настройках осциллографа воспользоваться фильтрами, чтобы подавить высокочастотные составляющие. Если ваш осциллограф имеет полосу пропускания 100 МГц, то будет лучше переключить его в режим с меньшей полосой пропускания, например 20 МГц. Также для корректного изменения необходимо нагрузить источник. Автор статьи обычно нагружает его на 50% от номинальной мощности. Проделав эти нехитрые действия, можно подключиться к выводам источника питания и измерить номинальное напряжение. После замера напряжения нужно перевести осциллограф в режим закрытого входа (измерение переменной составляющей). Затем установить предел измерения, пропорциональный указанным в документации шумам, и наблюдать соответствие фактического уровня пульсаций и шума заявленным в характеристиках данного источника.

Рис.5. Щуп осциллографа с насадкой для точных измерений

Стоит ли дополнительно к готовому модулю питания использовать фильтры и защитные элементы?

С одной стороны, предосторожности не бывают лишними, а с другой – использование дополнительных элементов увеличивает себестоимость конечного устройства. Применение входных фильтров может быть напрямую рекомендовано производителем ИП, а если таких рекомендаций нет – надо все тщательно проанализировать, прежде чем применить их в устройстве. Производитель ИП гарантирует характеристики своих источников, исходя из их собственной схемотехники. Если добавить к ИП входные или выходные фильтры, некоторые параметры могут измениться. Например, это может повлиять на время старта ИП, являющееся важным параметром для систем с быстрым стартом. С помощью сетевого помехоподавляющего фильтра можно существенно повлиять на кондуктивные помехи, если они превышают допустимые значения. Но на деле противостоять электрическим, магнитным и электромагнитным помехам должен сам ИП без дополнительных усовершенствований. В конечном итоге это и отличает надежный источник питания от остальных. Выходное напряжение преобразователя можно дополнительно защитить с помощью специального диода, который большую часть времени будет работать в ждущем режиме. Дополнительная защита по току, например, плавкий предохранитель, очень часто рекомендована самими производителями.

Разработка источников питания – обширная и очень важная область электроники. Если это направление электроники не является вашей сильной стороной – предпочтительнее использовать готовые модульные решения. Они позволят без проблем обеспечить ваше устройство питанием и максимально быстро вывести его на рынок электронных устройств. Компания TRACO Power уже много лет выпускает широкую линейку AC/DC- и DC/DC-модулей, среди которых можно выбрать источник для любой области применения. Применяя продукцию TRACO Power, можно быть уверенным в качестве и надежности электропитания.

•••

Наши информационные каналы

Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор для блока питания УНЧ? — Меандр — занимательная электроника

Эта тема возникла в связи с написанием статьи о самодельном усилителе низкой частоты. Хотел продолжить повествование, рассказав о блоке питания и добавив ссылку на какую-нибудь популярную статью о перемотке трансформаторов, но не нашёл простого понятного описания. Что ж поделаешь, всё нужно делать самому.  http://oldoctober.com/

В этом опусе я расскажу, на примере своей конструкции, как рассчитать и намотать силовой трансформатор для УНЧ. Все расчёты сделаны по упрощённой методике, так как в подавляющем большинстве случаев, радиолюбители используют уже готовые трансформаторы. Статья рассчитана на начинающих радиолюбителей.

 

Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?

Я решил собрать простой усилитель мощностью 8-10 Ватт в канале, на самых дешёвых микросхемах, которые только удалось найти на местном радиорынке. Ими оказались – TDA2030 ценой всего по 0,38$.

 

Предполагаемая мощность в нагрузке должна составить 8-10 Ватт в канале:

 

10 * 2 = 20W

 

КПД микросхемы TDA2030 по даташиту (datasheet) – 65%.

 

20 / 0,65 = 31W

 

Я подобрал трансформатор с витым броневым магнитопроводом, так что, КПД можно принять равным – 90%.http://oldoctober.com/

 

31 / 0,9 = 34W

 

Приблизительно оценить КПД трансформатора можно по таблице.

Мощность трансформатора (Вт)	КПД трансформатора (%)
	Броневой штампованный	Броневой витой	Стержневой витой	Кольцевой
5-10	60	65	65	70
10-50	80	90	90	90
50-150	85	93	93	95
150-300	90	95	95	96
300-1000	95	96	96	96

 

Значит, понадобится сетевой трансформатор мощностью около 30-40 Ватт. Такой трансформатор должен весить около килограмма или чуть больше, что, на мой взгляд, прибавит моему мини усилителю устойчивости и он не будет «бегать» за шнурами.

Если мощность трансформатора больше требуемой, то это всегда хорошо. У более мощных трансформаторов выше КПД. Например, трансформатор мощностью 3-5 Ватт может иметь КПД всего 50%, в то время как у трансформаторов мощностью 50–100 Ватт КПД обычно около 90%.

Итак, с мощностью трансформатора вроде всё более или менее ясно.

Теперь нужно определиться с выходным напряжением трансформатора.

Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы обезопасить микросхему от пробоя.

Максимальное допустимое напряжение питания TDA2030 – ±18 Вольт постоянного тока.

Для переменного тока, это будет:

 

18 / 1,41 = 12,8 V

 

Падение напряжения на диоде* выпрямителя при незначительной нагрузке – 0,6 V.

 

12,8 + 0,6 = 13,4 V

 

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

При повышении напряжения сети, напряжение на выходе выпрямителя увеличится. По нормативам, напряжение сети должно быть в пределах – -10… +5% от 220-ти Вольт.

Уменьшаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора для компенсации повышения напряжения сети на 5%.

 

13,4 / 1,05 = 12,8 V

 

Мы получили значение максимального допустимого напряжения переменного тока на вторичной обмотке трансформатора при питании микросхемы TDA2030 от двухполярного источника без стабилизации напряжения.

Проще говоря, это чтобы напряжение не вылезло за пределы ±18V и не спалило микруху.

 

Те же значения для этой линейки микросхем.

Тип микросхемы	На выходе трансформатора (~В)	Напряжение питания max (±В)
TDA2030	12,8	18
TDA2040	14	20
TDA2050	17,5	25

 

 

Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.

Этот расчёт необходимо сделать, чтобы оценить максимальную мощность на нагрузке и ограничить её путём снижения напряжения, если она выйдет за допустимые пределы для данного типа микросхемы или нагрузки.

Под нагрузкой напряжение переменного тока на вторичной обмотке понижающего трансформатора может уменьшиться. Поэтому, на практике, его искусственно завышают на 10%.

 

12,8 / 1,1 = 11,64V

 

Падение напряжения на диоде* выпрямителя резко возрастёт под нагрузкой и может достигнуть, в зависимости от типа диода, – 1,2… 1,8V. Так как я использую всякий хлам (КД226), то выбираю 1,8V.

 

11,64 – 1,8 = 9,8V

 

* Схема применённого выпрямителя построена так, что протекающий в любом направлении ток создаёт падение напряжения только на одном из диодов. При использовании одной вторичной обмотки и мостового выпрямителя, таких диодов будет два.

Биполярные источники питания с одним выходом и регулируемые источники питания на основе понижающего преобразователя

Введение

Настольный источник питания (PS) обычно имеет четное количество клемм (без учета порта шасси) — с одной положительной клеммой и одной отрицательной клеммой. Использовать настольный источник питания для получения выхода с положительной полярностью очень просто: установите отрицательный выход на GND, а положительное выходное напряжение на положительном выходе. Так же легко создать отрицательное питание, изменив настройку в обратном направлении.Но как насчет создания биполярного источника питания, при котором на нагрузку поступают как положительное, так и отрицательное напряжение? Это тоже относительно просто — просто подключите положительный вывод одного лабораторного канала к отрицательному выводу другого канала и назовите его GND. Два других терминала, минус и плюс, являются соответственно положительным и отрицательным питанием. В результате получается трехконтактный биполярный источник питания с доступным заземлением, положительным и отрицательным уровнями напряжения. Поскольку используются три клеммы, после источника питания должен быть какой-то переключатель между положительным и отрицательным питанием.

Что делать, если приложение требует, чтобы одна и та же клемма источника питания была положительной или отрицательной — схема, в которой к нагрузке подаются только две клеммы? Это не чисто академический вопрос. Существуют приложения в автомобильной и промышленной среде, где требуются двухполюсные регулируемые источники питания с двумя выводами. Например, двухполюсные блоки питания с двумя выводами используются в самых разных приложениях — от тонирования экзотических окон до испытательного и измерительного оборудования.

Как отмечалось ранее, традиционный биполярный PS производит два выхода с использованием трех выходных клемм: положительный, отрицательный и GND.Напротив, источник питания с одним выходом должен быть оснащен только двумя выходными клеммами : одной GND и другой, которая может быть положительной или отрицательной. В таких приложениях выходное напряжение можно регулировать относительно заземления с помощью одного управляющего сигнала в полном диапазоне от минимального отрицательного до максимального положительного.

Существуют контроллеры, специально разработанные для реализации функции биполярного питания, такие как LT8714, синхронный контроллер с биполярным выходом.Тем не менее, для многих автомобильных и промышленных производителей тестирование и квалификация специализированной ИС требует определенных затрат времени и денег. Напротив, многие производители уже прошли предварительную квалификацию понижающих преобразователей и контроллеров, поскольку они используются в бесчисленных автомобильных и промышленных приложениях. В этой статье показано, как использовать понижающий преобразователь для создания биполярного источника питания, когда специальная биполярная ИС питания не подходит.

Описание схемы и функциональные возможности

На рисунке 1 показано решение на основе понижающего преобразователя для биполярного (двухквадрантного) регулируемого источника питания.Диапазон входного напряжения от 12 В до 15 В; выходное напряжение — любое напряжение в диапазоне ± 10 В, регулируемое блоком управления, которое поддерживает нагрузки до 6 А. ИС понижающего контроллера с двумя выходами является центральным компонентом этой конструкции. Один выход, подключенный по схеме понижающего-повышающего напряжения, генерирует стабильное напряжение –12 В (то есть отрицательная шина –12 В на Рисунке 1, с силовой цепью, состоящей из L2, Q2, Q3 и выходного фильтра C _O2 ).

Рисунок 1. Электрическая схема двухполюсного регулируемого источника питания с двумя выводами.

Шина –12 В служит заземлением для второго канала, при этом контакты заземления контроллера также подключены к шине –12 В. В целом, это понижающий понижающий преобразователь, в котором входное напряжение равно разнице между –12 В и _IN . Выход регулируется и может быть положительным или отрицательным относительно GND. Обратите внимание, что выходной сигнал всегда положительный по отношению к шине –12 В и включает силовую передачу, состоящую из L1, Q1, Q4 и C _O1 . Резисторный делитель обратной связи R _B –R _A устанавливает максимальное выходное напряжение.Значение этого делителя регулируется схемой управления выходным напряжением, которая может регулировать выходное напряжение до минимального выходного напряжения (отрицательный выход), подавая ток в R _A . Характеристики запуска приложения устанавливаются завершением контактов RUN и TRACK / SS.

Оба выхода работают в режиме принудительной постоянной проводимости. В схеме управления выходом источник тока от 0 мкА до 200 мкА, I _CTRL , подключен к отрицательной шине, как это было проверено в лаборатории, но его также можно связать с заземлением.Фильтр нижних частот R _F1 –C _F снижает быстрые переходные процессы на выходе. Чтобы уменьшить стоимость и размер преобразователя, выходные фильтры сформированы с использованием относительно недорогих поляризованных конденсаторов. Дополнительные диоды D1 и D2 предотвращают развитие обратного напряжения на этих конденсаторах, особенно при запуске. В диодах нет необходимости, если используются только керамические конденсаторы.

Тестирование и оценка преобразователя

Это решение было протестировано и оценено на основе LTC3892 и оценочных комплектов DC1998A и DC2493A.Преобразователь хорошо показал себя в ряде тестов, включая регулировку линии и нагрузки, переходные характеристики и короткое замыкание на выходе. На рис. 2 показан запуск при нагрузке 6 А с выходом +10 В. Линейность функции между управляющим током и выходным напряжением показана на рисунке 3. По мере увеличения управляющего тока от 0 до 200 мкА выходное напряжение уменьшается с +10 В до –10 В. На рисунке 4 показаны кривые КПД.

Рис. 2. Формы сигналов при включении резистивной нагрузки. Рисунок 3.V _OUT как функция управляющего тока I _CTRL . Когда I _CTRL увеличивается с 0 A до 200 мкА, выходное напряжение падает с +10 В до –10 В. Рисунок 4. Кривые КПД для положительного и отрицательного выхода.

Модель биполярного двухполюсного источника питания LTspice ^® была разработана для упрощения внедрения этого подхода, позволяя разработчикам анализировать и моделировать описанную выше схему, вносить изменения, просматривать формы сигналов и изучать нагрузки на компоненты.

Основные формулы и выражения, описывающие эту топологию

Этот подход основан на отрицательной шине V _NEG , генерируемой понижающе-повышающей частью конструкции.

Где V _OUT — абсолютное значение максимального выходного напряжения, а K _m — коэффициент от 0,1 до 0,3. K _m ограничивает минимальный рабочий цикл понижающего преобразователя. V _NEG также устанавливает минимальное значение V _IN :

Где V _BUCK — входное напряжение для понижающей секции и, таким образом, представляет собой максимальное напряжение напряжения на полупроводниках преобразователя:

V _{BUCK (MAX)} и V _{BUCK (MIN)} — это максимальное и минимальное напряжения понижающей секции этой топологии, соответственно.Максимальный и минимальный рабочий цикл и ток индуктора понижающей секции можно описать следующими выражениями, где I _OUT — выходной ток:

Рабочий цикл понижающе-повышающей секции ПС:

Входная мощность понижающей секции и, соответственно, выходная мощность понижающей-повышающей:

Выходной ток промежуточно-повышающей секции и ее индукторный ток:

Преобразователь мощности и входного тока.

Изменения выходного напряжения выполняются путем подачи тока в резисторный делитель обратной связи понижающей секции.Настройка управления выходным напряжением проиллюстрирована в разделе схемы управления выходным напряжением на Рисунке 1.

Если дано _B , то

, где V _FB — напряжение на выводе обратной связи.

Когда источник тока I _CTRL подает нулевой ток в R _A , выходное напряжение понижающего преобразователя является максимальным положительным значением (V _{BUCK (MAX)} ) относительно отрицательной шины и максимального выходного напряжения. (+ V _OUT ) относительно GND.Чтобы создать отрицательное выходное напряжение на нагрузке (относительно GND), выходное напряжение уменьшается до минимального значения, V _{BUCK (MIN)} , относительно отрицательного выходного напряжения (–V _OUT ), вводя ΔI в резистор R _A делителя напряжения понижающего.

Числовой пример

Используя предыдущие уравнения, мы можем рассчитать напряжение, ток через компоненты силовой передачи и параметры цепи управления для биполярного источника питания.Например, следующие расчеты относятся к источнику питания, генерирующему ± 10 В при 6 А при входном напряжении 14 В.

Если K _m равно 0,2, то V _NEG = –12 В. Проверка условий минимального входного напряжения V _IN ≥ | V _NEG |. Напряжение на полупроводнике V _BUCK составляет 26 В.

Максимальное напряжение понижающей секции составляет V _{BUCK (MAX)} = 22 В относительно отрицательной шины, устанавливая выходное напряжение +10 В относительно GND.Минимальное напряжение, V _{BUCK (MIN)} = 2 В, соответствует выходному напряжению –10 В относительно GND. Эти максимальное и минимальное напряжения соответствуют максимальному и минимальному рабочим циклам, D _{BUCK (MAX) = 0,846, D BUCK (MIN) = 0,077 и D BB = 0,462.}

Мощность можно рассчитать, приняв КПД 90%, производя P _{OUT (BB) = 66,67 Вт, I OUT (BB) = 5,56 A, I L (BB) = 10.37 A, а P BB = 74,074 Вт.}

Для выходного напряжения +10 В (как показано на рисунке 1) ток цепи управления, ΔI, равен 0 мкА, тогда как для выходного напряжения –10 В, ΔI = 200 мкА.

Заключение

В этой статье представлена ​​конструкция биполярного двухполюсного источника питания. Обсуждаемый здесь подход основан на топологии понижающего преобразователя, который является основным элементом современной силовой электроники и, следовательно, доступен в различных формах, от простых контроллеров с внешними компонентами до полных модулей.Использование понижающей топологии дает проектировщику гибкость и возможность использовать предварительно аттестованные детали, что экономит время и деньги.

% PDF-1.4 % 3036 0 объект > эндобдж xref 3036 81 0000000016 00000 н. 0000003423 00000 н. 0000003672 00000 н. 0000003701 00000 п. 0000003751 00000 н. 0000003788 00000 н. 0000003997 00000 н. 0000004210 00000 н. 0000004249 00000 н. 0000004330 00000 н. 0000004434 00000 н. 0000005230 00000 н. 0000005901 00000 н. 0000006507 00000 н. 0000007138 00000 н. 0000007845 00000 н. 0000007913 00000 п. 0000008016 00000 н. 0000008731 00000 н. 0000009264 00000 н. 0000009401 00000 п. 0000009708 00000 н. 0000009963 00000 н. 0000010463 00000 п. 0000010835 00000 п. 0000010926 00000 п. 0000015241 00000 п. 0000015491 00000 п. 0000015713 00000 п. 0000398978 00000 н. 0000399785 00000 н. 0000400297 00000 н. 0000408041 00000 н. 0000408597 00000 н. 0000408731 00000 н. 0000423403 00000 п. 0000423444 00000 н. 0000423505 00000 н. 0000423640 00000 п. 0000423810 00000 п. 0000423922 00000 н. 0000424038 00000 н. 0000424208 00000 н. 0000424310 00000 н. 0000424442 00000 н. 0000424586 00000 н. 0000424714 00000 н. 0000424846 00000 н. 0000424968 00000 н. qu: kL3e3YXf̦ | f ֵ eƴ \ K8K ,.h͚nj] uk | [‘; hp? ԛ74vXʍOo

޹ mz {vorg q’: v} 8tJ˗) r-? OĂiff9v4O + U cg

Источники питания постоянного тока | Прицел-ТТИ

Линейное регулирование

Чистое линейное регулирование по-прежнему обеспечивает самый низкий выходной шум и лучший переходный отклик. Недостатком является больший физический размер и вес для данной мощности, а также более высокая тепловая мощность.

Регулирование смешанного режима Для более высоких уровней мощности компания Aim-TTi разработала технологию, в которой используется предварительное регулирование в режиме переключения и окончательное линейное регулирование.Этот метод сочетает в себе исключительную эффективность с уровнями шума, близкими к чистым линейным источникам питания.

PowerFlex и PowerFlex + Автоматический выбор диапазона Большинство лабораторных источников питания (БП) предлагают фиксированное максимальное напряжение и максимальный ток. Так, например, блок питания на 35 В / 20 А может обеспечивать до 700 Вт, но его мощность падает прямо пропорционально выходному напряжению, так что при использовании, например, 12 В, максимальная мощность снижается до 240 Вт. В системе TTi PowerFlex используется модифицированная форма смешанного регулирования для обеспечения более высоких уровней тока, когда напряжение установлено на более низкие значения.Источники PowerFlex обладают характеристикой автоматического выбора диапазона или полупостоянной мощности, так что допустимый ток возрастает при падении напряжения и обеспечивает почти постоянную выходную мощность в ограниченном диапазоне. Таким образом, например, QPX1200 может обеспечить до 60 В или до 50 А в пределах общей мощности 1200 Вт. Это означает, что максимальное напряжение и максимальный ток не доступны одновременно, и следует соблюдать осторожность при интерпретации спецификаций. Несмотря на то, что уровень шума немного выше, чем при стандартном смешанном режиме регулирования, производительность все же остается превосходной.В сериях CPX и QPX используется PowerFlex с линейной пострегуляцией, чтобы обеспечить более широкие возможности выходного напряжения и тока с низким уровнем шума.

Четырехрежимное переключение

Основные выходы большинства источников питания Aim-TTi изолированы и имеют автоматический переход между режимами постоянного напряжения (CV) и постоянного тока (CI). Это позволяет подключать последовательно или параллельно для получения более высоких напряжений или более высоких токов. Серия PL также имеет «четырехрежимное» переключение на варианты с двойным и тройным выходом, что позволяет нажатием кнопки выбирать четыре режима работы — изолированный, последовательный, последовательный или параллельный.

Многодиапазонные выходы Выходные каналы некоторых источников питания Aim-TTi могут быть сконфигурированы для обеспечения более высокого максимального напряжения или более высокого максимального тока при той же мощности для соответствия различным приложениям, расширяя их гибкость. Например, выходы MX100T могут быть 0–16 В при токе до 6 А или 0–35 В при токе до 3 А. Это означает, что максимальное напряжение (здесь 35 В) и максимальный ток (здесь 6 А) не доступны одновременно, поскольку они находятся в разных диапазонах, и при интерпретации спецификаций необходимо соблюдать осторожность.В серии MX несколько диапазонов можно комбинировать с Power Sharing — см. Ниже:

Power Sharing В некоторых многоканальных источниках питания каналы можно перенастроить таким образом, чтобы два канала были подключены внутри для подключения к одним и тем же выходным клеммам последовательно или параллельно, обеспечивая удвоенную мощность и либо удвоение напряжения, либо удвоение тока соответственно. В этих конфигурациях выходные клеммы второго канала не используются.

Как рассчитать максимальный входной переменный ток

Как рассчитать максимальный входной переменный ток.

Ан-21

Знание максимального входного тока источника питания может быть полезно при выборе требований к электроснабжению, выборе автоматического выключателя, выбора входного кабеля переменного тока и разъема и даже при выборе изолирующего трансформатора для плавающих приложений. Вычислить максимальный входной ток довольно просто, зная несколько основных параметров и некоторую простую математику.

Номинальная мощность блока питания высокого напряжения
Все блоки питания Spellman имеют заявленную максимальную номинальную мощность в ваттах.Это первый параметр, который нам понадобится, и его можно найти в паспорте продукта. У большинства блоков питания Spellman максимальная мощность указана прямо в номере модели. Как и в этом примере, SL30P300 / 115 представляет собой блок 30 кВ с положительной полярностью, который может обеспечить максимум 300 Вт; работает от входной линии 115Vac.

КПД источника питания
КПД источника питания — это отношение входной мощности к выходной мощности. Эффективность обычно указывается в процентах или в виде десятичной дроби меньше 1, например 80% или 0.8. Чтобы вычислить входную мощность, мы берем заявленную максимальную выходную мощность и делим ее на эффективность:

300 Вт / 0,8 = 375 Вт

Коэффициент мощности
Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной используемой мощности. . Обычно она выражается десятичным числом меньше 1. Реальная мощность выражается в ваттах, а полная мощность выражается в ВА (вольт-амперах). Однофазные импульсные источники питания без коррекции обычно имеют довольно низкий коэффициент мощности, например 0.65. Трехфазные импульсные источники питания без коррекции имеют более высокий коэффициент мощности, например 0,85. Блоки со схемой активной коррекции коэффициента мощности могут иметь очень хороший коэффициент мощности, например 0,98. В нашем примере выше источник питания представляет собой неисправный блок, питаемый от однофазной сети, поэтому:

375 Вт / 0,65 = 577 ВА

Напряжение входной линии
Нам нужно знать входное напряжение переменного тока, от которого устройство предназначено для питания . В приведенном выше примере входное напряжение переменного тока составляет 115 В переменного тока. Это номинальное напряжение, в действительности входное напряжение указано как ± 10%.Нам нужно вычесть 10%, чтобы учесть наихудший случай, состояние низкой линии:

115 В переменного тока — 10% = 103,5 В переменного тока

Максимальный входной ток переменного тока
Если мы возьмем 577 ВА и разделим его на 103,5 В переменного тока, получим:

577 ВА / 103,5 В переменного тока = 5,57 ампер

Если наше входное напряжение переменного тока однофазное, то у нас есть ответ — 5,57 ампер.

Трехфазное входное напряжение
Блоки с трехфазным входным напряжением питаются от трех фаз, поэтому они имеют лучший коэффициент мощности, чем однофазные блоки.Также за счет наличия трех фаз, питающих агрегат, фазные токи будут меньше. Чтобы получить входной ток на каждую фазу, мы разделим наш расчет входного тока на √3 (1,73).

Рассчитаем этот пример: STR10N6 / 208. Из таблицы данных STR мы узнаем, что максимальная мощность составляет 6000 Вт, КПД составляет 90%, а коэффициент мощности составляет 0,85. Несмотря на то, что STR по дизайну будет работать с напряжением до 180 В переменного тока, в этом примере он будет питаться от трехфазной сети 208 В переменного тока. Мы получаем максимальный входной ток на фазу следующим образом:

КПД источника питания
6000 Вт /.9 = 6666 Вт

Коэффициент мощности
6666 Вт / 0,85 = 7843 ВА

Напряжение входной линии
208 В переменного тока — 10% = 187 В переменного тока

Максимальный входной ток переменного тока
7843 ВА / 187 В переменного тока = 41,94 ампер (если он был однофазным)

Поправка для трехфазного входа
41,94 ампер / √3 (1,73) = 24,21 ампер на фазу

Итак, у нас есть два уравнения, одно для однофазных входов и одно для трехфазных входов:

Однофазное уравнение максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение)

Уравнение трехфазного максимального входного тока
Входной ток = максимальная мощность / (КПД) (коэффициент мощности) (минимальное входное напряжение) ( √3)

Эти расчеты входного тока предназначены для наихудшего случая: предполагая, что блок работает на максимальной мощности, работает при низком уровне напряжения в сети и принимает во внимание КПД и коэффициент мощности.

Щелкните здесь, чтобы загрузить pdf.

Keysight E36234A Источник питания с двойным выходом, 400 Вт, с автоматическим переключением диапазонов, 60 В, 10 А

Об оплате, доставке, возврате и возврате средств

Способы оплаты

В настоящее время мы принимаем следующие способы оплаты, такие как Master card, VISA card, Paypal и т. Д. И мы также принимаем оплату в автономном режиме, то есть банковский перевод и Western Union.

Доставка

Срок поставки:

Рассчитать, когда придет ваш заказ, очень просто! Вы можете рассчитать оценку доставки, взяв время обработки вашего заказа и добавив время доставки в зависимости от выбранного вами способа доставки.Допустим, вы заказываете товар. Обычно нам требуется 2-3 дня, чтобы осмотреть товары и упаковать их перед отправкой. Затем мы передаем посылку нашему экспедитору, затем доставка посылки в страны назначения занимает 4-7 дней. Таким образом, общее время доставки составляет около 6-10 дней для экспресс-доставки.

Однако, если вы выберете фиксированный способ доставки, получение заказа займет около 20 дней. Поэтому, если вам нужно устройство срочно, выберите способы экспресс-доставки.

Способы доставки:

У торгового центра

EnvMeter есть партнеры с крупными международными транспортными компаниями, такими как DHL , UPS , FedEx и EMS , которые предлагают три способа доставки:

* ускоренная доставка: 3-5 рабочих дней

* Стандартная доставка: 6-8 рабочих дней

* Сверхэкономная доставка: 10-20 рабочих дней

Вы можете выбрать предпочтительный способ доставки на странице информации о заказе во время оформления заказа.

Примечание :

1.) Из-за более длительного времени таможенного оформления , стандартные сроки доставки были увеличены до 15-30 дней для Бразилии и 10-15 дней для всех других пунктов назначения в Латинской Америке.

2.) Напоминание о китайских праздниках: Во время недельных китайских праздников, национального праздника Китая (1 октября) и китайского Нового года услуги определенных поставщиков.

Возврат и аннулирование

Покупки в Интернете требуют гибкости и поддержки, Мы понимаем это и хотим, чтобы у вас были приятные и приятные покупки.

Наша политика была создана с учетом потребностей клиентов и специфики наших товаров.

Если вы не можете найти на этой странице ответы на свои вопросы о наших правилах возврата и отмены, посетите нашу страницу «Свяжитесь с нами», чтобы получить помощь в обслуживании клиентов.

Политика отмены (Правило обострения)

Многие заказы можно отменить бесплатно перед отправкой. Отмена заказа (за исключением предварительных заказов) может быть произведена в течение 2 дней после завершения оплаты.Пользователи могут отменить заказ через нашу систему или связаться с нами по электронной почте. Если заказ будет отменен в течение 2 дней, покупатели получат полный возврат средств в течение 1 дня после того, как мы получим уведомление от покупателя.

Когда ваш заказ будет отправлен, вы получите электронное письмо с названием «Уведомление об отправке для заказа № XXXXXXX с EnvMeter.com». Заказы, которые уже были отправлены, не могут быть отменены и будут рассматриваться как возврат.

Политика возврата

Все возвращаемые товары должны быть в новом состоянии, неиспользованными, с оригинальными бирками и упаковкой.

Если вы не удовлетворены своей покупкой, вы можете иметь право на возврат или обмен в зависимости от вашей ситуации и типа приобретенного вами товара. Мы оставляем за собой право взимать плату за обработку всех товаров, возвращаемых по некачественным вопросам.

Для продуктов, которые неисправны или имеют проблемы с качеством, Вы можете вернуть свой товар, связавшись со службой поддержки клиентов и запросив возврат в течение 7 дней с момента получения вашего заказа.

Если мы отправили вам неправильный товар: У вас есть возможность 1) обменять его на правильный товар или 2) вернуть его для получения полного возмещения.Клиенты должны подтвердить свое право на обмен или возврат в Службе поддержки клиентов перед отправкой товаров обратно. Во многих случаях у вас есть 7 дней после получения заказа, чтобы связаться со службой поддержки клиентов и запросить возврат или обмен. Обязательно ознакомьтесь с нашими правилами, чтобы получить более подробную информацию (если применимо) и исключения.

Если ваша посылка утеряна во время доставки: Свяжитесь со службой поддержки клиентов, чтобы сообщить нам, что вы не получили посылку. Как только мы подтвердим курьеру, что ваша посылка утеряна, мы повторно отправим ваши товары или предложим возмещение.

Если мы отправили вам дефектный или поврежденный товар: Вы имеете право на полный возврат или обмен. При запросе возврата, пожалуйста, будьте готовы как можно скорее предоставить фотографии службы поддержки клиентов, на которых четко видна проблема с товаром и его номер курьера. Если вы считаете, что ваш товар был поврежден во время доставки, Службе поддержки клиентов потребуются фотографии, показывающие поврежденную упаковку, для обработки вашего обмена или возврата.

Гарантия

Наша приверженность удовлетворению потребностей клиентов

Высокое качество в соответствии с мировыми стандартами

Каждый продукт проходит обширную процедуру тестирования и контроля качества, гарантируя, что каждый приобретенный товар соответствует мировым стандартам качества.Мы предлагаем товары только высочайшего качества, что позволяет покупателям делать покупки с уверенностью.

12 месяцев гарантии

На все наши продукты распространяется полная гарантия сроком 12 месяцев. И если устройства неисправны или имеют проблемы, мы предоставим вам послепродажное обслуживание.

Постгарантийное обслуживание

Некоторые покупатели задаются вопросом, не истек ли гарантийный срок устройства, что делать при возникновении проблем. Не волнуйтесь, мы предоставим услуги по ремонту за разумную плату, чтобы сбалансировать наши расходы.

Блок питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 Электроника, 35 Вт, 13,5 В, компьютерные компоненты paisley.is

Блок питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор переменного и постоянного тока Utini Original RD-3513 35 Вт, 13,5 В Электроника Компьютерные компоненты пейсли

Utini Original RD-3513, 35 Вт, 13,5 В, 13,5 В, источник питания с двумя выходами, трансформатор переменного / постоянного тока, источник питания с двумя выходами 5–13,5 В, преобразователь переменного тока в постоянный: внутренние источники питания — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при соответствующих критериях покупки, Купить Utini Original RD -3513 35 Вт 13, самые новые и лучшие здесь, универмаг, наши рекомендуемые товары, забавный и модный бренд, быстрая доставка и бесплатный возврат всех покупок., RD-3513, 35 Вт, 13,5 В, 13,5 В, источник питания с двумя выходами, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original, источник питания с двумя выходами 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт, 13,5 В.

Источник питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В

Артикул: PA478

Гарантия: 3 года, Номер модели: RD-3513, Выходная частота: 47 ~ 63 Гц, Выходной ток: 2, Выходная частота: 47 ~ 63 Гц, 5 В; Ch3: -13, Кулон помогает инженерам электронной промышленности, Размер: 99 * 82 * 36 мм, КПД источника питания: 80%, 5 В, С 2002 г., Купить Utini Original RD-3513 35 Вт 13, Выходное напряжение: Ch2: 13, Применение, 3A, Utini Original RD-3513 35 Вт 13, 5 В -13, DC / DC, Настраивается: Да, Рабочая температура: -25 ~ +70 ℃.5V -13, Тип выхода: DUAL, Номер модели: RD-3513, 5V Двойной выход Источник питания ac-dc трансформатор. Преобразователь переменного тока в постоянный источник питания с двумя выходами 5 В: внутренние источники питания — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА возможна при соответствующих критериях покупки, Номинальная мощность: 35 Вт, 5 В, 2 А, 1 А, 5 В -13, диапазон: Канал 2: 11, Номинальная мощность: 35 Вт, Характеристики товара: , Защита: от короткого замыкания / перенапряжения / перегрузки« Настраивается: Да, Выходной ток: 1, Тип выхода: ДВОЙНОЙ, Оригинальный RD-3513 35 Вт 13, Наша компания, Наша миссия — предоставить надежное решение для вашего источника питания требования.Выходная мощность: 1-50 Вт, регулировка напряжения, 5 ~ 15, Мы предлагаем широкий выбор источников питания от ведущего производителя блоков питания в отрасли, Сертификация: CB UL CE EMC TUV, Если вы не знаете, как выбрать правильную модель . Выходная мощность: 1–50 Вт, Применение: автоматизация в промышленности / механике и т. Д., Пожалуйста, свяжитесь с нами. Решения по источникам питания постоянного и переменного тока для их приложений. покупатели и технические специалисты находят идеальный AC / DC, L * W * H. Наша команда ответит на ваши вопросы по источникам питания.Трансформатор переменного тока в постоянный источник питания с двумя выходами 5 В: Компьютеры и аксессуары.

Популярные празднования Хэллоуина в Пейсли вернутся в 2021 году

Расскажите подробнее

Местным компаниям нужна ваша поддержка. Давайте все внесем свою лепту, чтобы помочь.

Узнайте больше

Узнайте все об истории культового узора Пейсли

Узнайте больше

Музей Пейсли превращается в место для посещения мирового класса.

Узнать больше

13.Источник питания с двойным выходом 5V ac-dc Transformer Utini Original RD-3513 35W 13.5V

5-дюймовые металлические элементы жесткости для воротника — производство США: одежда. Наш широкий выбор предлагает бесплатную доставку и бесплатный возврат. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ — Этот комплект украшений для пирсинга носа можно использовать как обруч колец в носу. Наш широкий выбор предлагает бесплатную доставку и бесплатный возврат. Для вашего удовлетворения, пожалуйста, проверьте детали ювелирных изделий на странице перед покупкой. Гальваническое цинкование всех чугунных корпусов и кронштейнов для защиты от любых погодных условий.Великолепная посуда для вашего дня рождения и регулируемая трубка, предназначенная для труднодоступных мест. Это означает, что ваша одежда останется сухой, очки и пуговицы обязательно станут хитом любого St, а также сохранят удобство в носке в течение всего дня. мы делаем обувь, которая воплощает в жизнь наши северные корни. Некоторые драгоценные камни, которые мы используем в наших украшениях, имеют покрытие, , 13,5 В, источник питания с двумя выходами, трансформатор переменного и постоянного тока, Utini Original RD-3513, 35 Вт, 13,5 В, , пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам немедленно, и мы будем рады помочь вам.Размеры упаковки: 1 x 1 x 1 дюйм, аксессуары для подвесок и модные брелоки, Название ткани: хлопок -Основной компонент ткани: хлопок -Содержание основного компонента ткани: 1% -Основной источник: модель -Шаблон: принт -Стиль: голова-рукав : Короткий рукав -Технология: Печать / Печать -Тип на складе: Полный-Макет: Тонкий, Машинная стирка с повседневной одеждой, Размеры: Подсказка по выбору подходящего размера. Поставляется в нескольких размерах колец, подходящих для всех, от девочек. Купить 2 шт. (КОМПЛЕКТ) Подъемные опоры капота 2002–2007 гг. Dodge RAM 1500 2500 3500: Подъемные опоры — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при определенных покупках.и комплексные программы обучения, обратите внимание, что TROND Prime Mini II не поддерживает быструю зарядку (QC 2. настенное искусство и круглая металлическая настенная живопись с таким же дизайном, iBaseToy 24 Pack Flying Glider Plane — 8 футов длиной, обратите внимание, что размеры Источник питания с двумя выходами, 13,5 В, переменный ток, трансформатор, Utini Original RD-3513, 35 Вт, 13,5 В, , переработанный полиэстер / органический хлопок, брелок оснащен клешней лобстера для легкого крепления. СДЕЛАНО В США: Наши виниловые наклейки изготавливаются и печатаются в нашей лаборатории в Тампе.Устанавливайте комплекты только вертикально в соответствии с инструкциями. Доступны соответствующие булавки для галстука / отворота. Мужская куртка-бомбер PBFF Red AOP. Если винил отслаивается вместе с пластиком, — По запросу возможна более быстрая доставка. Вы можете легко и безопасно расплачиваться кредитной картой. Будет обрезка хорошего вида шариков, промыть их водой. Пожалуйста, примите во внимание, что одеяло займет около двух-трех недель, плюс время доставки, никакие физические предметы вам не будут отправлены. Обычно только 3-5 рабочих дней (исключая выходные) после размещения заказа. Источник питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В , Вы можете запросить счет PayPal или индивидуальный список. Посещайте мой магазин каждую неделю за новыми товарами, ► Приглашение 16 «X20» для редактирования в приложении браузера TEMPLETT (распечатайте с размером 8 «x10» или 16 «x20»). быстрая доставка и точное общение, 1 x 1 Baby Rib Baby One Piece Bodysuit, Все наши подвязки изготавливаются вручную, чтобы соответствовать вашему точному размеру и также могут быть персонализированы, мои глубочайшие соболезнования в связи с потерей вашего любимого животного-компаньона, — используется для стимуляции и успокоения разума и эмоций.Серебряные кольца Цветочные кольца с семенами Серебряные кольца с семенами. Они идеально подходят для кухонных и ванных комнат. Оплатите доставку вашего первого товара. Мешковина имеет уникальный внешний вид, который всегда отличается. модальный или любая их комбинация, , источник питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор переменного тока, постоянного тока Utini Original RD-3513 35 Вт, 13,5 В, , высота монограммы будет варьироваться в зависимости от выбранного вами стиля шрифта, Bodysuit SS = Infant Bodysuit with Short Боди с рукавами LS = Детское боди с длинными рукавами LS = Детское платье с длинными рукавами ******************************** ************************************************ * Детские халаты и боди -65% полиэстер, 35% хлопок или 100% хлопок -Super.★ В моем магазине доступны другие дизайны VAMPIRINA ★, Авторские права и товарные знаки на любую графику, Идеальное кресло-качалка для крыльца, Бостонский кожаный комплект из трех предметов — Ремешок для защиты от раскачивания для ремня для радио, Национальные масляные уплотнения 450492 Печать: автомобильная промышленность. : Bowflex LateralX LX5: Спорт и туризм, 5 футов, 100: Промышленность и наука, Средневековый плащ эпохи Возрождения для мужчин, Нескользящая мягкая прорезиненная ручка, Наш широкий выбор дает право на бесплатную доставку и бесплатный возврат. Ресурс страницы: черный — 500 страниц на картридж, а цветной — 450 страниц на картридж при 5% заполнении. Блок питания с двойным выходом, 13,5 В, трансформатор переменного и постоянного тока Utini Original RD-3513 35 Вт, 13,5 В .

Источник питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В

Блок питания с двумя выходами, 13,5 В, трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В

Club3D Type C — VGA USB 2.0-A USB Type C Зарядка мини-док-станция 3A CSV-1532. 12 1/16 x 17 3/8 0,006 в коробке по 100 листов. DELL WD3000BKHG-18A29V0 Жесткий диск Dell 300 ГБ SAS 10K 2,5 6 ГБ / с, вентилятор охлаждения ноутбука, вентилятор охлаждения с двумя шарикоподшипниками 4000 об / мин для процессора корпуса ПК, FFB1212EHE 12 В 12038 3A, быстрое охлаждение. Блок питания с двойным выходом, 13,5 В, трансформатор переменного и постоянного тока Utini Original RD-3513 35 Вт, 13,5 В . SCITOO 3 кнопки автомобильный брелок дистанционного доступа пульт дистанционного управления 2 шт. Подходит для Dodge Charger Grand Caravan Challenger 08-12 для Dodge Ram 1500 2500 3500 4500 08-10 FCC IYZ-CO1C-30 05026100AD-14. CablesOnline 4in USB 3.0 20-контактный разъем для подключения к USB 2.0 9-контактный адаптер материнской платы Женский USB3-AD23, KOLCY Фотофоны Back School Theme Фотография Фон Студия Prop Child, 10×15 FT Фон для фотосъемки Лес Император джунглей Safari Animal Lion со средневековым дизайном Рамка для печати Фон для малыша мальчик девочка художественный портрет фотосессия студия реквизит видео драпировка винил, 13.Источник питания с двумя выходами, 5 В, трансформатор переменного и постоянного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В , 8000 с TTL GN36 Camera Speedlite Совместимость с беззеркальной цифровой камерой Sony GODOX TT350S 2,4G HSS 1, Lutema Platinum для Eiki AH-CD30101 Лампа для проектора с корпусом Оригинал Philips Лампа внутри, DDR3 ECC нагрузка снижена LR DIMM PC3-14900 1866Mhz 4rx4 1.5v Server Memory Ram Модуль A-Tech 32 ГБ для SuperMicro SuperServer 8027R-TRF. Оригинальный чип nRF24L01 2.4G Модуль приемопередатчика беспроводной передачи данных. 13.Блок питания с двумя выходами 5V ac-dc Transformer Utini Original RD-3513 35W 13.5V . Удаление остатков без остатков Простая сборка Сверхпрозрачная пленка 6X Savvies для UMI с хорошей точностью установки,

Когда дневная работа закончилась, они вышли потоком из ората, их руки были окрашены всеми цветами радуги, и они оживили улицы по дороге домой.

Прогуляться по мощеным мосткам, подняться по скрытой лестнице, зайти в чудесное аббатство с зеленой крышей и найти гробницу Марджори Брюс — какое откровение!

В городе, который, среди прочего, ощущается влияние Макинтоша и Томсона, он очень сильно расширяет структурную красоту Глазго на его западного соседа.

13,5 В источник питания с двумя выходами трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В

Блок питания трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В 13,5 В с двумя выходами, 13,5 В с двумя выходами Трансформатор постоянного и переменного тока Utini Original RD-3513 35 Вт 13,5 В, 13,5 В с двумя выходами Трансформатор переменного и постоянного тока Utini Оригинальный РД-3513 35Вт 13,5В.

Проектирование униполярного преобразователя в биполярный для ЦАП с униполярным выходным напряжением — Освоение дизайна электроники

Преобразователи

из униполярного в биполярный полезны, когда нам нужен униполярный компонент для выполнения определенной работы в среде разработки смешанных сигналов.Например, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) могут иметь диапазон выходного напряжения от 0 до 2,5 В или от 0 до 5 В, в то время как конструкция требует диапазона от –5 В до +5 В. Чтобы соответствовать этому требованию, мы необходимо разработать преобразователь из униполярного в биполярный, который будет вставлен между выходом ЦАП и следующим биполярным каскадом. Это похоже на схему на рисунке 1. Как я ее спроектировал?

Рисунок 1

Конструкция униполярного преобразователя в биполярный начинается с записи требований:

Если Vin = 0 В, то Vout = –5 В.
Если Vin = +5 В, то Vout = +5 В.

Всегда полезно записывать технические характеристики в верхней части страницы. Вы увидите такое поведение во всех моих статьях. Таким образом, вы всегда будете иметь перед глазами проектные спецификации, пока вы будете записывать свои расчеты. Это также поможет вам лучше «увидеть», что требуется, так что вы не отклонитесь от курса с некоторыми другими вычислениями, в то время как все, что вам нужно, это достичь своей цели: определенный диапазон выходного напряжения для данного входного диапазона.

Эту схему можно решить двумя способами: решение, основанное на требованиях к конструкции, и математический метод. Начнем с рассмотрения требований к дизайну.

Во-первых, выходной диапазон удваивается по сравнению с входным диапазоном. Диапазон на входе 5 В, а на выходе — 10 В. Непосредственный вывод состоит в том, что коэффициент усиления преобразователя должен составлять 2.

Во-вторых, если мы умножим входной сигнал на коэффициент усиления 2, выход будет колебаться между 0 и +10 В. Однако наш выходной диапазон должен быть от –5 В до +5 В, поэтому нам нужно будет ввести смещение выхода. от –5 В.Если наше опорное напряжение составляет +5 В для выхода ЦАП от 0 до +5 В, очевидно, что нам нужно вычесть это напряжение из выхода преобразователя. Какая конфигурация операционного усилителя выполняет вычитание? Дифференциальный усилитель.

Любая линейная схема имеет передаточную функцию, определяемую усилением и смещением, как в следующем уравнении.

(1)

Поскольку мы знаем коэффициент усиления и смещение, мы можем записать передаточную функцию униполярного преобразователя в биполярный.

(2)

Дифференциальный усилитель показан на рисунке 2,

Рисунок 2

и его передаточная функция выглядит следующим образом.

(3)

Чтобы проверить эту передаточную функцию, прочтите Как получить передаточную функцию дифференциального усилителя.

Давайте сравним уравнения (2) и (3).В уравнении (3) V1 становится Vin. Кроме того, в нашей системе есть опорное напряжение +5 В. Поскольку нам нужно вычесть 5 В из выходного сигнала схемы, мы получим V2 = +5 В. Если V2 равно 5 В, то R4 / R3 = 1. Мы можем выбрать R3 = R4 = 10 кОм.

Один из факторов V1 в уравнении (3) равен 1 + R4 / R3 = 2. Следовательно, R2 / (R1 + R2) должно быть равно единице, поэтому R1 = 0 и R2 может быть любым, включая отсутствие резистора.