Якщо ваш підсилювач працює в класі А, то він споживає від джерела незмінний струм (оскільки струм спокою вихідних транзисторів більше, ніж максимальний струм навантаження). В цьому випадку все просто: визначаєте цей самий струм спокою, додаєте струм, споживаний іншими каскадами, передпідсилювачем (якщо він живиться від загального харчування), іншими пристроями та отримуєте необхідний струм навантаження блоку живлення. Точний розрахунок такого джерела живлення здійснюється за відомими методиками, опублікованими в книгах, їх можна пошукати за назвою “Розрахунок джерел електроживлення …”. Приблизно параметри джерела харчування можна визначити так:

– Напруга на вторинній обмотці трансформатора одно необхідному постійній напрузі.

– Ток вторинних обмоток приблизно в 1,5 рази більше струму, споживаного підсилювачем.

– Потужність трансформатора – подвоєне напруга живлення (у блока живлення два плеча) помножити на струм вторинної обмотки . Тобто приблизно в 1,5 рази більше, ніж потужність, споживана всім підсилювачем.

– Максимальний струм діодів випрямляча в 2 … 3 рази більше, ніж струм підсилювача.

– Максимальна зворотна напруга діодів має як мінімум в 2,5 рази перевищувати напруга живлення одного плеча.

Більш точно розрахунок проводиться для кожного конкретного випадку.

Інша справа, якщо підсилювач працює в класі В або АВ. Такий підсилювач споживає від блоку живлення струм, приблизно пропорційний поточної вихідної потужності (яка змінюється дуже сильно відповідно зі зміною рівня звукового сигналу). Середня величина струму виявляється не такий великий, як для класу А, і тут є над чим подумати.

Зазвичай в цьому випадку потужність трансформатора розраховують так:

При відтворенні синусоїдального сигналу все так і буде. А що буде на реальному музичному сигналі? Оскільки середнє значення музичного сигналу низька, то і середня потужність, споживана від трансформатора, буде теж низькою, тому реально трансформатор буде завантажений на 30 … 40%. Якщо врахувати, що трансформатор – один із самих габаритних і дорогих елементів, то шкода, що він недогружается.

В результаті для переважної більшості підсилювачів застосуємо інший метод: величина напруги живлення вибирається такою, щоб можна було нормально відтворити піки звукового сигналу. Тобто достатньо великий. А ось потужність трансформатора визначається середньою потужністю звукового сигналу, отже, не дуже великий. В цьому випадку обмотки розраховується-

вають на порівняно низький середній струм, споживаний підсилювачем. Невелику короткочасне перевантаження при відтворенні піків сигналу трансформатор прекрасно витримує. Під час цих короткочасних піків підсилювач здебільшого підживлюється конденсаторами фільтра, які за такий короткий час не встигають помітно розрядитися. Крім того, потужність трансформатора вибирається з деяким запасом, оскільки крім харчування підсилювача, він повинен ще забезпечувати заряд конденсаторів фільтра, які споживають струм короткими, але потужними імпульсами.

Виходить, що потужність трансформатора цілком може бути менше, ніж сумарна вихідна потужність підсилювача (але тільки, якщо це відтворення записаної музики, при виконанні музики, наприклад в рок-групі, це правило не діє), він буде

компактніше і помітно дешевше. Такий підхід цілком логічно випливає з особливостей звукового сигналу.

Як приклад на рис. 37 наведені залежності номінальної потужності трансформатора, напруги на його вторинної обмотці і ємності конденсаторів фільтра в залежності від вихідної потужності стереопідсилювач (Потужність вказана на один канал). При цьому мається на увазі, що струм спокою вихідного каскаду дорівнює 150 мА, а мінімальне падіння напруги dllmin = 6 вольт. Ці значення вибрані таким чином, щоб графіки були придатні для більшості підсилювачів – зазвичай струм спокою і мінімальне падіння напруги в реальному підсилювачі мають значення дещо менше, і блок живлення буде мати невеликий запас по напрузі і потужності. Набагато рідше у підсилювача струм спокою і dllmin більше заданих. У цьому випадку потужність трансформатора і його напругу слід трохи збільшити.

В принципі, якщо хочете заощадити, ємність фільтрів можна зменшити рази в півтора. Але пам’ятайте про функції конденсаторів! Зменшіть ємність занадто сильно – погіршите роботу підсилювача.

Максимальна зворотна напруга на діодах (те, яке вони витримують) має на 20 … 50% перевищувати подвійну напругу одного плеча харчування. В принципі, якщо буде ще більше – не страшно, але спеціально за цим гнатися не треба.

Ці результати отримані за допомогою програми: “Розрахунок блоку живлення УМЗЧ”, розміщеної на сайті автора (www.electroclub.info). Програма насправді приблизна, оскільки існує дуже багато різних трансформаторів, підсилювачів, та й музичні сигнали всі різні, але їй цілком можна довіряти.

Все це виглядає досить незвично, особливо для людини, звиклої до роботи трансформатора на навантаження, споживаючу незмінний струм, тому часто виникають питання з цього приводу. Спробую відповісти на найбільш часто задаються.

Чи завжди застосуємо цей підхід?

Тільки для посилення звукових сигналів. Якщо джерело має живити навантаження, споживаючу незмінну потужність, або підсилювач, що підсилює небудь сигнал незвукового характеру (наприклад, синусоїдальний або шумовий), то цей розрахунок непридатний. Даний метод “заточений” під властивості реального звуку – людської мови і музики, які мають значний пік-фактор.

Чи не вийде так, що розрахований за цією методикою блок живлення “не впорається” з харчуванням реального підсилювача?

впорається. І цьому сприяють відразу дві обставини: 1) розрахунок виконується для роботи на максимальній гучності. При звичайному прослуховуванні на меншій гучності, робота блоку живлення ще сильніше полегшується, 2) в розрахунку практично не враховано динамічний діапазон звукового сигналу, тобто розрахунок “думає”, що вся музика складається практично з гучних місць. А в реальності є місця і тихі і середні. Крім того, “полегшений” трансформатор добре витримує невеликі перевантаження, якщо раптом ми все ж подамо “важкий” звуковий сигнал.

Видасть чи підсилювач в навантаження заявлену потужність, якщо на вхід подати синусоїдальний сигнал?

Дуже нетривало (частки-одиниці секунди)

– поки не розрядяться конденсатори фільтрів. Оскільки середня потужність синусоїдального сигналу набагато більше, ніж звукового, то блок живлення не зможе довго підтримувати потрібну напругу живлення (воно “просяде”). Тому максимальна потужність на синусоїдальній сигналі буде менше (на 20 … 40%).

За рахунок чого підсилювач буде видавати в навантаження більшу імпульсну потужність?

В основному за рахунок енергії, що запасається конденсаторами фільтра. Ці конденсатори виконують дві функції – згладжують пульсації напруги живлення, і підживлюють підсилювач на піках сигналу (струм навантаження, протікає через них, в даний момент не розглядається).

Для підсилювача пропонується трансформатор досить маленької потужності. Чи не буде він перегріватися.

Не було випадку, щоб він перегрівався. Цей підхід опрацьовувався протягом досить тривалого часу, і весь цей час блоки живлення нормально працювали. Крім того, були проведені спеціальні експерименти на “виживання” такого ось трансформатора зменшеної потужності в досить жорстких умовах. Експерименти показали, що для роботи з сигналом, що має великий пік-фактор, трансформатори зменшеною потужності цілком придатні. Ніякого перегріву не відбувається. Важливо відзначити, що це зниження потужності робиться не просто так, тому трансформатор, вибраний “від ліхтаря”, може і не забезпечити необхідних параметрів.

А чому ж деякі виробники заявляють для своїх підсилювачів блоки живлення величезної потужності?

Одну мета, хоч і дуже важливу – рекламну – ми опустимо. Інша мета – максимально знизити просадки напруги живлення і отримати максимально можливу вихідну потужність не тільки в музиці, а й взагалі завжди. Третя мета – максимально знизити пульсації напруги живлення, щоб вичавити максимум якісного звучання (“брудний” джерело харчування – одна з причин зростання інтермодуляційних спотворень). Проте створення якісного джерела живлення великої потужності теж непросто. Там з’являється багато суперечностей, які важко вирішити. Ось думка одного з розробників аудіотехніки: “… занадто низький внутрішній опір трансформатора (надлишкова потужність) сильно ускладнює режим випрямних діодів і конденсаторів фільтра і дуже сильно збільшує перешкоди, що генеруються в мережу живлення через різко несинусоидального споживання струму … “.

Я вже згадував, що акустичні системи не є чисто активним навантаженням (такий, як резистор). У них є індуктивність і ємність. У більшості колонок ці індуктивності-ємності (і створювані ними фазові зрушення) не такі великі, і хоч і погіршують життя підсилювача і блоку живлення, але не сильно. Однак у деяких колонок бувають досить великі фазові зрушення. Такі колонки є важкою навантаженням для підсилювача – він починає сильніше грітися і його стабільність може погіршитися. І навантаження на блок живлення теж відчутно зростає. В такому випадку треба збільшити потужність трансформатора (у порівнянні з тим, що показано на рис. 37) на 20 … 40%. І ємність фільтрів в цьому випадку зменшувати не слід.

Якщо від трансформатора живиться не тільки підсилювач потужності, але і передпідсилювач, блок автоматики та інші пристрої, то потужність трансформатора повинна бути збільшена на величину потужності, споживаної цими споживачами.

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