Вважається, що трансформатор з двома окремими вторинними обмотками краще, ніж з висновком від середньої точки. Тому що в цьому випадку можна поступити так: з кожної вторинної обмотки зробити свій окремий випрямляч. І вже ці випрямлячі з’єднати між собою, щоб отримати двухполярной харчування (рис. 28).

Деякі “чують явне поліпшення звучання” при переході до даної схемою – це чистої води самонавіювання. Звучання підсилювача визначається роботою джерела живлення (хоча в першу чергу, звичайно, самим підсилювачем), а ця схема працює нітрохи не краще за інших.

Кажуть, що в такій схемі відсутній подмагні-чування сердечника трансформатора постійним струмом, тоді як в схемах на рис. 19 і 20 воно є. Давайте розберемося з цим докладніше. Існує мені-

ня, що якщо підсилювач відтворює синусоїдальний сигнал частотою 25 Гц (це половина частоти мережі живлення), то сердечник трансформатора подмаг-б радикально обмежувала постійним струмом. Спілкування на радіоаматорських форумах показало, що все зводиться (я трохи спрощую) до двох позицій:

1. Постійна складова присутня виключно в схемі випрямляча з середньою точкою (малюнки 19 і 20) і її немає в схемі на рис . 28.

2. Застосовувати тороїдальні трансформатори небезпечно, так як через відсутність зазору в сердечнику під-магнічіваніе позначається на них дуже сильно. Тому потужність трансформатора треба вибирати рази в два більше, ніж потрібно.

Обидва цих положення невірні.

Постійна складова дійсно може з’явитися в струмі вторинних обмоток трансформатора. Причому в будь-яких схемах (з цієї точки зору схеми рис. 19 і рис. 28 не еквівалентні, але вона є скрізь). Що поганого в постійної складової струму трансформатора? Погано те, що трансформатор працює на змінному струмі і не працює на постійному. Тому, якщо на змінному струмі струм вторинної обмотки компенсується струмом первинної, то на постійному такої компенсації не відбувається. І постійний струм додатково подмагничивающего сердечник трансформатора, який і без того вже близький до насичення. Струм первинної обмотки при цьому значно підвищується і обмотка сильно нагрівається. Зазвичай від такого струму згоряє запобіжник в первинній обмотці.

Якщо пояснювати дуже і дуже спрощено (і не завжди в злагоді з фізикою процесів, що відбуваються), то ця постійна складова струму виникає так: коли струм мережі протікає через обмотку трансформатора в одному напрямку, підсилювач від випрямляча споживає великий струм. Тому й струм трансформатора виявляється більшим. Коли ж струм в трансформаторі змінює напрямок, підсилювач перестає споживати струм, і струм в трансформаторі виявляється маленьким. Виходить, що в одному напрямку через трансформатор протікає більше струму, ніж у протилежному. Струм, поточний тільки в одному напрямку і є постійний струм. Оскільки цей струм визначається струмом навантаження блоку живлення, то ні схема випрямляча, ні опір обмоток на нього не впливають – він виходить як певний відсоток від струму навантаження. Таке може відбутися тільки тоді, коли підсилюваний сигнал дуже точно синхронізується з мережевим напругою.

В силу того, що в реальному звуковому сигналі складові “критичних” частот мають малу амплітуду і тривалість, зазначена небезпека настільки мала, що про це можна і забути. А ось на спецсигналів може бути спровокована ситуація, коли все буде погано. Це стосується головним чином до тестових сигналів, якими тестуються сабвуфери. Тривалий сигнал частотою 25 Гц може привести до підмагнічування сердечника. Тому на правильних тестових дисках сигнали з такою частотою зазвичай відсутні. До речі, синусоїдальний сигнал змінної частоти (свіп-синус), який іноді використовується для зняття АЧХ акустики, образ не лякайтесь – “критичні” частоти в ньому проскакують досить швидко. Також образ не лякайтесь і шумовий сигнал – в ньому мала амплітуда цієї “шкідливою” частоти.

Тепер з приводу тороїдальних трансформаторів. Потужність трансформатора визначається діаметром проводів обмоток і ніяк не пов’язана з його опірністю підмагнічування, тому збільшення потужності практично нічого не дасть. Практично – тому що якщо взяти трансформатор з потужністю більше, ніж потрібно, то у відсутності підмагнічування він працюватиме з недовантаженням і грітися трохи менше норми. Тому в нього буде трохи більше запас по допустимому нагріву при підмагнічування. Однак зростання струму первинної обмотки відбувається настільки сильно, що цей запас по потужності буде помітний, тільки якщо потужність трансформатора раз в 10 перевершує номінальну. Відсутність зазору в сердечнику ситуацію погіршує, але не так сильно, як зазвичай вважають – в броньових і стрижньових трансформаторах зазор достатньо малий, і в реальності різниця між таким маленьким зазором і його повною відсутністю малопомітна.

Насправді ця проблема практично не заслуговує уваги, і на практиці при відтворенні звуку з нею ніхто і ніколи не стикається. Я зупинився на ній так докладно лише тому, що навколо неї склалося багато міфів, що заважають нормальній роботі. А з міфами боротися можна тільки одним способом – знанням.

Зате у схеми на рис. 28 є недолік (у порівнянні зі схемами на рис. 19 і 20): струм кожного плеча проходить послідовно через два діоди і просадки напруги, викликані падінням напруги на діодах збільшуються удвічі!

На рис. 29 показано протікання струму через “одинарний” і “подвійний” випрямлячі при харчуванні одного плеча навантаження (щоб не було плутанини: для підсилювача навантаженням є колонка, а для блоку живлення навантаженням є сам підсилювач). Добре видно, що в “одинарному” випрямлячі струм кожен раз проходить тільки через один діод, а в “подвійному” – через два. Цікаво, що в “одинарному” випрямлячі залишилися не задіяні два діоди. Це тому, що вони працюють на друге плече навантаження, яке на схемі не показано. А в “подвійному” випрямлячі на друге плече навантаження працює цілий випрямний місток, знову-таки, що створює послідовне включення двох діодів і подвоєне падіння напруги на них.

Насправді у “одинарною” схеми є ще перевага – на кожне плече навантаження по черзі працюють обидві вторинні обмотки. Тоді якщо вони трохи різні за напругою (а так буває), то в навантаження йде (і усереднюється на конденсаторі фільтру) обидва їх напруги. Тобто в кожне плече навантаження по черзі йде напруга з обох обмоток, тому посто

янное напруга на обох плечах блоку живлення виходить більш однаковим! Але це хоч і приємна, але дрібниця. А головне, що вихідна потужність з таким блоком буде трохи більше, ніж з “подвійним”.

речі, розмови про те, що в такому включенні через діоди протікає менший струм – неправда. Подивіться самі: один і той же струм протікає в обох випадках.

Так що витрачатися на додатковий місток сенсу немає. Вже якщо ви дуже хочете задіяти два містки, то можна зробити два випрямляча як на рис. 19, кожен зі своїм фільтром, і щоб кожен з них мав свій канал стереопідсилювач. Так виходить трохи краще, але не настільки краще, щоб заради цього треба було б спеціально міста другої випрямляч з фільтром.

5. Бюджет просадок напруги

Він потрібен для того, щоб оцінити, а іноді й оптимізувати просадки напруги харчування. У нас є три основних фактори, що викликають просадки, в якій пропорції вони входять? На перший погляд найпростішим здається рішення – все порівну. Це не так. Але і з такого неправильного підходу можна витягти дуже корисну мораль: не треба гнатися за значним поліпшенням якогось одного елемента. І ось чому. Припустимо, що всі три фактори (трансформатор, діоди, конденсатор фільтра) впливають однаково, і внесок кожного в просідання напруги становить 2 вольта. Тепер, ми замінимо трансформатор на інший, з потужністю в 10 разів більше, ніж був. Замість 80 ВА поставили 800 ВА (насправді це сильно просідання не зменшить, але давайте уявімо). І що отримали?

Просадка, викликана трансформатором, зменшилася в 10 разів і стала дорівнює 0,2 вольта. Загальна просадка тепер 2 + 2 + 0,2 = 4,2 вольта. Тобто збільшення ціни, маси і габаритів трансформатора в 10 раз призвело до зниження просадки всього лише на 1/3! Висновок: все повинно бути розумно і в міру.

Насправді вклад елементів блоку живлення різний. Це тому, що вже дуже різна фізика лежить в основі роботи цих елементів.

Почнемо аналіз з діодів випрямляча – тут все дуже просто. Справа в тому, що напруга на діоді хоч і залежить від струму, але мало. Тому можна вважати, що в будь-яких розумних умовах падіння напруги на напівпровідниковому діоді буде порядку 0,9 … 1,1 вольта (вимірювання дало 0,94 вольта при струмі 5 ампер). А ось на діоді Шотткі напруга вдвічі менше:

0, 5 … 0,65 вольт (вимірювання дало 0,55 вольт при струмі 5 ампер). Перевага в наявності! Кажуть, що діоди Шоттки краще працюють у випрямлячі тому, що вони більш швидкодіючі. Однак всі доводи, які призводять на користь того, що швидкий діод краще працює в аналоговому (низькочастотному) випрямлячі особисто мене не переконують. А ось низьке падіння напруги на діоді Шотткі – це видно неозброєним оком і легко піддається вимірюванню. Виграш при цьому хоч і невеликий, але реальний.

Для прикладу, я взяв два перших-ліпших блоку живлення, підключив до них потужний резистор і виміряв вплив елементів на просідання напруги. Ось що вийшло (рис. 30). До речі, тут використовуються звичайні діоди.

Судячи з цього малюнку, значний внесок у просідання напруги вносить трансформатор. Схоже, трансформатор – слабка ланка в сенсі просадок напруги, і його потужність добре б збільшити. Це не так. По-перше, збільшивши потужність трансформатора, сильно просіла не знизимо. По-друге, те, що показано на рис. 30 насправді зазвичай не характерно для звукового підсилювача. Така картинка вийшла тому, що я реальний підсилювальний блок живлення навантажив на “неправильну” навантаження – резистор. Трохи нижче я розповім, що відбувається при відтворенні звуку, і які там є особливості. Тим не менш, хороший трансформатор для правильної роботи підсилювача просто необхідний, але його потужність в основному визначається його нагріванням, тобто відповідає потужності підсилювача.

Наступний елемент – конденсатор фільтра (їх насправді як мінімум два, але я буду говорити в однині – для одного плеча, адже друге плече точно таке ж). З одного боку, просадки конденсатора викликаються його розрядом, тому хочеться цей самий розряд зменшити. Немає нічого простіше! Зниження напруги AU на конденсаторі емкос1’ю С при розряді струмом I за період випрямленої напруги буде приблизно:

Тобто при струмі 1 ампер і ємності 10 тис. мкФ просадка (пульсація) буде 1 вольт. А при ємності 100 тис. мкФ всього 100 мілівольт. Круто!

Тільки є один нюанс. Зарядка конденсатора ємністю 100 … 200 тис. мкФ зажадає величезного зарядного струму. Ви ще не забули, що при збільшенні ємності зменшується час заряду? Тому сила струму зростає швидше, ніж зростає ємність – струм повинен бути набагато більше, щоб встигати цю величезну ємність заповнювати за зменшився проміжок часу. А цей струм обмежений опорами трансформатора і випрямляча. В результаті є ймовірність, що струм, потрібної для зарядки величини, забезпечити не вийде. Це, в свою чергу, призведе до затягування перехідних процесів в блоці живлення. А короткі потужні імпульси зарядного струму напевно створять навколо великі високочастотні перешкоди.

Таку ситуацію, коли ємність фільтрів занадто висока, показує ліва картинка на рис. 30. Хоча і трансформатор занадто малої потужності може дати те ж саме (у тому реальному випадку дійсно був недостатньо потужний трансформатор).

Важливий момент. Існують підсилювачі, в яких застосовуються конденсатори фільтрів великої ємності. І їх часто наводять як приклад, коли радять ємність збільшити. Це приблизно як сказати про операцію на серце: інші роблять, значить і я зможу. В обох випадках такі речі роблять професіонали. І вони знають, що і як вони роблять. Вони передбачають можливі наслідки і керують ними. Тому все робиться так, щоб підкреслити плюси і мінімізувати мінуси цього рішення. Коли ви досягнете такого ж рівня, то зможете таке ж повторити. А початківцям краще не братися.

З іншого боку, часто в промислових підсилювачах ємність конденсатора роблять менше норми. Напруга живлення на холостому ходу беруть з хорошим запасом, так що просадка хоч і велика, але виходить начебто і не страшна. Так роблять для того, щоб здешевити апаратуру. Але при цьому забувають про решту функціях конденсаторів (ви ще не забули, що вони – три в одному?). У результаті крім зростання спотворень, викликаних тим, що реальне придушення пульсацій живлення підсилювачем завжди гірше заявленого, ще й погіршується відтворення басів. Від цього вони часто втрачають “глибину і наповненість”.

І ще один важливий момент. Реальні електролітичні конденсатори, що використовуються у фільтрах, мають дуже багато особливостей (тому як дуже далекі від ідеальних). І ці особливості теж треба враховувати. Зараз скажу лише про одну: конденсатори мають межу по зарядного-розрядному току і по допустимому рівню пульсацій. Якщо ми сильно завищив ємність, то конденсатори будуть заряджатися, короткими імпульсами струму великої амплітуди і струм заряду конденсаторів може перевищити максимально допустимий для них (особливо якщо при цьому підвищимо потужність трансформатора, зменшивши його опір). Вони будуть грітися, і потихеньку вмирати. Те ж саме – деградація – може відбутися при несприятливому збігу обставин, якщо використовувати конденсатори занадто малої ємності. Таке, в принципі можливо при застосуванні аудіоконденсаторов, які помітно дорожче звичайних, і часто мають великі габарити, і розробник керується принципом: “поставлю один конденсатор хоч і недостатньою ємності, але зате for-audio”. Недостатня ємність призведе до підвищених пульсаціям напруги на конденсаторі, а значить і до більшого струму через конденсатор. А оскільки аудіоконденсатори мають менший допустимий струм, ніж “звичайні”, то цей допустимий струм легше може бути перевищений.

Причому привести якусь формулу, для обчислення “нормальної” ємності я затрудняюсь. Швидше за все, точної формули для підсилювача взагалі не існує. В більшості своїй в нормальних блоках харчування з цим все в порядку, але тільки якщо не намагатися переробити їх на щось гігантське.

І ще на рис. 30 в загальну просідання входить “інше”. Це додаткові втрати на різних елементах: роз’ємах, запобіжниках, проводах. І якщо запобіжник зі схеми виключати не можна, то забезпечити більш товсті і короткі проводи й виключити роз’єми цілком можна. Порівняйте обидва графіка на малюнку. Хоча тут теж треба знати міру – коли інші осідання складають всього 2% від загальних (як на правому графіку), то сенсу щось покращувати вже і немає. Навіть супердорогими проводами.

Джерело: Рогов І.Є. Конструювання джерел живлення звукових підсилювачів. – Москва: Инфра-Інженерія, 2011. – 160 с.