Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Автор предлагает двухполярный стабилизатор напряжения питания, пригодный для усилителей мощностью до 50- 100 Вт на канал. Устройство выполнено на мощных полевых транзисторах, способных работать при многократных кратковременных перегрузках по току. Применение таких стабилизаторов в значительной степени оправдано в усилителях с высокой чувствительностью к изменению и пульсациям питающего напряжения, что особенно присуще несложным усилителям без общей обратной связи.

Как известно, для питания мощного выходного каскада УМЗЧ в ряде конструкций используется отдельный источник питания, а остальная часть усилителя питается от стабилизатора напряжения. Большинство таких источников питания - нестабилизированные и представляют собой два двухполупериодных выпрямителя (на напряжения положительной и отрицательной полярности) со средней точкой со сглаживающими конденсаторами. Это нестабилизированное напряжение не используется остальной частью усилителя, если в нем есть дополнительные узлы и коммутатор источников сигнала (полный, "интегральный" усилитель). Кроме того, общая обратная связь, применяемая в большинстве УМЗЧ, существенно снижает чувствительность к пульсациям напряжения питания. А если глубина общей ООС невелика или ее совсем нет, пульсации питающего напряжения могут прослушиваться через акустические системы.

Кардинальным способом подавления пульсации и нестабильности является питание выходных каскадов усилителя стабилизированным напряжением, однако применение интегральных стабилизаторов тоже наталкивается на ряд проблем. Дело в том, что такие стабилизаторы имеют относительно большое падение напряжения. Кроме того, в них, как правило, встроены ограничители по току и мощности, которые вообще могут свести на нет достоинства стабилизатора. Можно, конечно, применить интегральный стабилизатор большой мощности (например, с выходным током в 10 А), однако его стоимость, на мой взгляд, неприемлема.

Альтернативой при решении этой задачи может быть использование в стабилизаторе напряжения питания мощных полевых транзисторов. Эти транзисторы, кстати, недороги и имеют малое сопротивление открытого канала (сотые доли ома) и максимальный ток до 70... 100 А, что позволяет конструировать стабилизаторы с очень малым падением напряжения (не более 0,25 В) при токе до 20 А.

Параметры описываемого стабилизатора следующие. При выходном напряжении в 27 В его максимальный ток достигает 4,5 А. При таком токе нагрузки минимальное рабочее напряжение между входом и выходом не превышает 0,25 В. Разница между выходным напряжением стабилизатора без нагрузки и напряжением при токе нагрузки в 4,5 А составляет не более 0,15 В, при токе в 6 А эта разница не превышает 0,16 В.

Такие параметры стабилизатора обеспечивают примененные в нем мощные полевые транзисторы - IRF4905 (р-канальный) с максимальным током стока 74 А и сопротивлением открытого канала в 0,02 Ом и IRL2505 (n-канальный), с соответствующими током 104 А и сопротивлением 0,008 Ом.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

Двухполярный стабилизатор состоит из двух независимых источников напряжения положительной и отрицательной полярности (рис. 1). Верхняя часть схемы относится к стабилизатору положительной полярности, а нижняя - отрицательной полярности. Для удобства сравнения нумерация соответствующих элементов различается лишь префиксами 1 и 2.

Вначале о некоторых особенностях стабилизатора. В нем имеются три критических элемента - это конденсаторы С2 и С3 и стабилитрон VD1.

Указанные на схеме значения емкости конденсаторов С2 и С3 являются в некотором смысле компромиссом: при их уменьшении возникает вероятность самовозбуждения стабилизатора. Увеличение их емкости до 1 мкФ приводит к тому, что на выход стабилизатора проникают пульсации, которые всегда имеются в выпрямленном напряжении.

Теперь несколько слов о том, почему был выбран стабилитрон VD1 (BZX55-C7V5) с напряжением стабилизации 7,5 В. Целесообразно выбрать такой стабилитрон, у которого дифференциальное сопротивление минимально (оно влияет на свойства всего стабилизатора). Из всех стабилитронов серии BZX55 наименьшее дифференциальное сопротивление (7 Ом) имеют стабилитроны BZX55-C7V5 и BZX55-C8V2. Если входное напряжение стабилизатора менее 20...25 В, целесообразно использовать стабилитрон на напряжение не более 3,3 В (например, BZX55-C3V3).

Схема стабилизатора отрицательной полярности с небольшими изменениями позаимствована из [1] и уже однажды была применена мной для регулятора скорости вращения дрели (с запасом по току 20...30 А). По сравнению со схемой из [1] в схеме на рис. 1 изменены номиналы некоторых конденсаторов, резисторов, добавлен стабилитрон VD2 для защиты затвора VT2 от пробоя и использован стабилитрон (VD1) на другое напряжение стабилизации (7,5 В).

Схема стабилизатора положительной полярности является зеркальным отражением схемы стабилизатора отрицательной полярности Вместо n-канального в нем использован р-канальный полевой транзистор IRF4905 в корпусе ТО-220 (VT2), вместо биполярного транзистора структуры р-n-р - транзистор структуры n-p-n ВС337-40 или КТ503Б (VT1), а нагрузка параллельного стабилизатора DA1 (TL431CZ в корпусе ТО-92) включена в его анодную цепь Хотя такое включение нагрузки менее известно, оно наиболее распространено в импульсных источниках питания компьютеров.

Несколько замечаний о том, как описываемый стабилизатор можно доработать для использования при напряжении питания +/-35...45 В. В этом случае сопротивление резистора R4 (620 Ом) нужно увеличить до 0,9.. 1 кОм, чтобы ток через стабилизатор DA1 (TL431CZ) не превышал половину его максимального тока 50 мА. Вместо комплементарной пары транзисторов ВС327/ВС337 (Uкэ max = 45 В, Iктах = 0,8 А, РКmax = 0,6 Вт) следует использовать пару с несколько большим напряжением иКэ max.

например, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 В, lKmax = 0,5 А, РКmах = 0,9 Вт). Полевые транзисторы желательно установить на теплоотводы с большой площадью охлаждения Необходимо также добавить, что для установки нужного напряжения стабилизации потребуется изменение номиналов резисторов R5, R6 и R7. Стабилитрон желательно использовать на напряжение стабилизации 7,5 В (BZX55-C7V5). Микросхему TL431CZ рекомендую приобретать производства National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola.

Все резисторы, кроме подстроечного R6 (СПЗ-19А) имеют мощность 0,25 Вт, керамические конденсаторы - на напряжение 50 В.

Рис. 2

Поскольку мне понадобилось две платы двухполярного стабилизатора (по одной на каждый канал УМЗЧ), с помощью программы Sprint Layout 5.0 я развел печатный монтаж платы (рис. 2 распечатал ее чертеж на кальке, предназначенной для печати лазерным принтером, и изготовил методом, описанным мной в [2, 3]. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3

Рис. 3

Для тестирования работы стабилизатора я использовал три цифровых мультиметра, два из которых измеряли входное и выходное напряжения стабилизатора, а третий в режиме амперметра - его выходной ток. Здесь необходимо добавить, что схема на рис. 4 использована для тестирования стабилизатора положительного напряжения Подобным образом проверены свойства и стабилизатора отрицательного напряжения.

Рис. 4

В качестве нагрузки (R1) применен керамический резистор SQP мощностью 20 Вт сопротивлением 1 Ом, а в качестве R2 - резистор ПЭ-75 мощностью 75 Вт сопротивлением 5 Ом. Таким образом общее сопротивление нагрузки (6 Ом) стабилизатора соответствовало общей мощности 95 Вт. а ток - 4,5 А.

В качестве источника питания при тестировании стабилизатора мной использован доработанный стабилизированный блок питания Б5-47, в котором выходное напряжение (до 30 В) обеспечивается при токе нагрузки до 4 5 А (до 3 А без доработки). Для повышения предела ограничения тока до 4,59 А необходимо в разъеме дистанционного управления, расположенном на задней стенке блока установить перемычки между контактами 23, 24, 26 и 50, а на лицевой панели выставить максимальное значение тока 2,99 А

Результаты тестирования работы стабилизаторов полностью подтвердили их параметры. Стабилизаторы имеют значительный запас по току, а мощность в нагрузке каждого из стабилизаторов соответствует 121,5 Вт, что в сумме составляет 243 Вт.

Если мощность одного канала усилителя Р = 35 Вт, а сопротивление нагрузки R = 4 Ом, то амплитуды напряжения сигнала U " 17 В и тока lm = 4,25 А. Это означает что, если стабилизатор двухполярный и состоит из стабилизаторов положительной и отрицательной полярности, каждый из них должен обеспечивать максимальный ток 4,25 А.

Если выходное напряжение стабилизатора составляет 27 В и ток в нагрузке 4,25 А, то эквивалент нагрузки соответствует сопротивлению RэKB = 6,35 Ом. Вот поэтому и выбрано сопротивление нагрузки стабилизатора, равное 6 Ом.

При испытаниях использован также реальный выпрямитель источника питания с большим током и высоким уровнем пульсации (накопительный конденсатор емкостью 10000 мкФ и выпрямительные диоды DSS 60-0045В (Uoбp = 45 В, lmax = 60 А, Uпр = 0,35 В/10 А), включенные по мостовой схеме.

Описываемый стабилизатор устойчив и к кратковременным перегрузкам. Я использовал его для регулировки скорости вращения дрели, у которой пусковой ток двигателя достигает 20 А. Таким образом, стабилизатор имеет значительный запас по току, позволяющий использовать его с большими теплоотводами и в более мощных УМЗЧ Теперь несколько слов об установке и регулировке стабилизатора в усилителе

Прежде всего, необходимо оценить с помощью осциллографа минимальные значения питающего напряжения выходных каскадов УМЗЧ при максимальной нагрузке. Для этого к выходу УМЗЧ следует подключить резистор номиналом, равным сопротивлению АС (4 или 8 Ом) и мощностью, соответствующей максимальной для УМЗЧ На вход усилителя подать от генератора 34 сигнал частотой 20...30 Гц, а регулятором громкости установить уровень сигнала, соответствующего максимальной мощности усилителя.

Далее нужно определить минимальное абсолютное значение (с учетом амплитуды пульсаций) питающих напряжений и установить подстроечным резистором R6 напряжение стабилизации приблизительно на 1 В меньше этого минимального значения в каждом из стабилизаторов.

До установки двух плат таких стабилизаторов в каждый из каналов в усилитель ("Кумир У-001") я заменил диоды КД208А (Unp = 1 В/1.5 А) в мостовых выпрямителях источников питания диодами Шоттки MBR10100 (Unp = 0,45 В/1,5 А) и диоды КД209А в стабилизаторе напряжения 30 В диодами HER503. Кроме того емкость сглаживающих конденсаторов увеличил в два раза (как в выпрямителях выходных каскадов, так и в стабилизаторе 30 В).

После установки стабилизаторов в корпус и включения усилителя необходимо проверить и подстроить баланс выходных каскадов по постоянному току, а затем ток покоя мощных транзисторов

Отрегулировав режимы работы транзисторов выходных каскадов УМЗЧ с установленными стабилизаторами, я обнаружил заметное снижение фона даже на максимальной чувствительности при отсутствии входного сигнала.

Литература

1. Нечаев И. Модуль мощного стабилизатора напряжения на полевом транзисторе. - Радио, 2005, № 2. с 30. 31
2. Кузьминов А. Метод фоторепродуцирования для изготовления фотошаблона печатных плат в домашних условиях. - Технологии в электронной промышленности, 2010 №5-7
3. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. - Технологии в электронной промышленности, 2010. № 8-10

Автор: А.Кузьминов

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Мини-светодиодный телевизор TCL C84 4K 16.04.2023 Компания TCL представила свою последнюю серию телевизоров C84 на европейском рынке, и это не что иное, как впечатляющее. Доступная в четырех разных размерах 55 дюймов, 65 дюймов, 75 дюймов и 85 дюймов флагманская модель может похвастаться мини-светодиодным дисплеем 4K с выходной частотой обновления 144 Гц. Это делает его идеальным выбором как для игроков, так и для любителей кино. Телевизор сертифицирован HDR10+ и поддерживает Dolby Vision и Dolby Vision IQ, обеспечивая непревзойденное визуальное впечатление. С максимальной яркостью 2000 нит серия C84 является одним из самых ярких телевизоров на рынке. Кроме того, процессор AiPQ 3.0 использует расширенные алгоритмы для оптимизации изображения, обеспечивая отличную четкость, контрастность и точность цвета. Телевизоры серии C84 были разработаны, чтобы предложить геймерам непревзойденный игровой опыт. Телевизор оснащен Game Master Pro 2.0, VRR и FreeSync Premium Pro, оптимизирующими частоту кадров, обеспечивая плавную игру без задержек. Телевизор оснащен портом HDMI 2.1, ALLM и игровым ускорителем 240 Гц, который повышает частоту обновления и уменьшает задержку. Телевизоры серии C84 оснащены встроенной 2.1-канальной звуковой системой ONKYO, совместимой с Dolby Atmos, обеспечивающей увлекательное звучание. Кроме того, телевизор использует интерфейс Google TV и поддерживает голосовые команды Google Assistant и Amazon Alexa. Вы можете использовать такие приложения, как Netflix, Amazon Prime и Disney+, чтобы транслировать содержимое на устройстве или транслировать с iPhone или iPad через AirPlay 2. Новый телевизор также поддерживает Apple HomeKit, что облегчает интеграцию с другими устройствами умного дома.

Другие интересные новости:

▪ Ночной образ жизни может спровоцировать диабет

▪ 5-нанометровая SoC Samsung Exynos 1080

▪ 3,3-Тбайт оптический накопитель от Sony

▪ Легкое железо флеш-бейнит

▪ FPGA Speedster22i от Achronix Semiconductor

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Ползти по-пластунски. Крылатое выражение

▪ статья В каком городе изначально спроектирована пневматическая система сбора мусора? Подробный ответ

▪ статья Красавка обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Общие требования к электропроводкам. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Фокус со сложением. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025