Главная СЭП



электропитание аудиоаппаратуры

СЭП бывают двух типов - мощные, то есть те, энергия которых в конце концов доберется до динамика, и вспомогательные. В основном мы будем беседовать о мощных СЭП, иногда вспоминая и об остальных. Любая СЭП, мощная или не очень, решает несколько задач:

1. Обеспечивает гальваническую развязку первичной сети (розетка) и вторичной (той. что в усилителе, проигрывателе компакт-дисков и т. д.). При наличии гальванической развязки, каких бы двух проводников (один в розетке, второй, скажем, в усилителе) мы ни коснулись щупами омметра на постоянном токе, прибор покажет очень большую величину: десятки, а то и сотни мегаом (сопротивление изоляции). Теперь можно смело копаться пинцетом и паяльником в схеме, сидя на батарее центрального отопления или держась за водопроводный кран.

С. Луша. Проверять не надо. Вдруг мы или конструкторы СЭП что-нибудь напутали? Да и ток в розетке переменный...

К. К. 2. СЭП играет для вторичной сети роль генератора напряжения с определенными параметрами (форма, величина и пр.), обладая при этом набором собственных свойств (выходное сопротивление и др.).

3. Обеспечивает подавление помехи - как проникающей из первичной сети во вторичную, так, возможно, и наоборот.

Для того чтобы понять, как СЭП может воз-

действовать на звук, придется начертить простейшую схему и подумать над принципом ее работы.

выпрямительные диоды


трансформатор

нагрузка кокоенсатор

сглаживающего фильтра

Рис. 1. Проаейшая схема СЭП


а в с п/г znijL

Рис. 2. Токи и напряжения на элементах СЭП

Спешу предупредить читателя, что мы сделаем максимальное число допущений. Для начала будем считать трансформатор, диоды, конденсатор - словом, все, что есть. - идеальным. Понятно, что в отсутствие конденсатора емкостного фильтра переменное синусоидальное напряжение на выходе трансформатора с частотой сети / превратится в „арки", изображенные на рис. 2: диоды моста, открываясь попарно, „выпрямят", как принято говорить, переменное напряжение. Наличие Сф все заметно осложняет. После того, как конденсатор зарядится до амплитуды (в идеальном случае этому ничто не мешает), напряжение на нем запрет диоды!*" Далее конденсатор будет медленно разряжаться током нагрузки (участок АС), к моменту у (точка С) напряжение на нем упадет на величину

AU=IJ/2C,

где Т=1 =0,02 с - период сетевого напряжения при /=50 Гц.

Это понятно: мы приравняли электрические заряды, ушедшие с С, к зарядам, обеспечившим 1 (снова все упростив: мы сочли ток нагрузки постоянным, а угол открытия диодов (р- малым). В точке С откроются два диода, и напряжение на вновь возрастет:

Большинство УНЧ питаются от двуполярного напряжения, но для понимания сути процессов нам хватит и однополярного источника. На самом деле - чуть позже, если учесть ток нагрузки. Но будем считать, что он мал. По сравнению с чем - опять-такн, увидим чуть позже.

АУДИО МАГАЗИН 1/1998



протечет ток дозаряда емкости амплитудой /.

Ток конденсатора и напряжение на нем связаны просто:

ili.t)=CduJdt, а u=Vsm2nt\..

Поэтому амплитуда I=2nfCU„ зшф достигается скачком, а затем ток спадает по коси-нусоидальному закону, что видно на рис. 2. Заметив, чтоcossinц/=\-Аи/U, после несложных вычислений находим:

Интересно проанализировать эту зависимость. Возьмем конкретный пример. Пусть Сф=10000мкФ, [/„=100 В, /=1 А. Тогда 1=44 А (!); 4С7= 1 В; (р=51пф=0,15 (рааиан), то есть около I /20 от полупериода. Вообще говоря, пришло время удивляться. Вместо того чтобы потреблять постоянный ток, /?,С-ком-бинация на выходе диодного моста поедает короткие и очень мощные импульсы, почти на два порядка превышающие средний ток нагрузки. Страшно представить, какие импульсы резвятся в СЭП мощных УНЧ, где и побольше, и ток нагрузки в пике звучания достигает десятков ампер!

Последнюю зависимость можно записать еще так:

IJl~2nff7,.neт=RC.

Иначе говоря, чем лучше фильтрующие

свойства ФНЧ (чем больше г.), тем больших

импульсов тока следует ожидать.

Периодически повторяющиеся мощные остроконечные импульсы имеют весьма ши-

рокий линейчатый спектр (см. рис. ЗУ, расстояние между линиями 100 Гц.

Спектр одиночного импульса i.(t): - GM является огибаюидей линейчатых составляющих.


Рис. 3. Одна из возможных форм спектра тока потребления

Скорость убывания G{w) мала, так как импульс тока очень короткий и с крутым фронтом. Высокочастотные составляющие, в особенности при наличии длинных проводов, способны к созданию эфирной помехи, вредно сказывающейся на работе прецизионных узлов комплекса. Проникновение импульсов тока в питающую первичную сеть способствует усугублению вредоносного влияния помехи.

Ближе к реальности

Идеальная схема хороша только тем, что в этом случае легко считать. Первыми „неиде-альностями", которые вкрадываются в схему (см. рис. 1), оказываются паразитные сопротивления и индуктивности, встающие на пути протекания импульсного тока. Паразитное сопротивление г„ (сеть, розетка, контакты, пайки, провода, обмотки трансформатора, диоды, обкладки С. и т. п.) может быть доста-

Надеюсь, все. что касается спектров, удастся рассмотреть в недалеком будущем.

точно малым (доли Ома), но все равно оказывает свое влияние. Рассмотрим простой пример. Пусть г. приведенное к первичной сети, составит 0,2 Ом. Если бы не было диодного моста с Сф, а от сети электропитался, скажем, киловаттный утюг, то на выделилась бы мощность около 5 Вт. Это может, например, заметно нагреть розетку. А мощный усилитель в пике громкости при той же мощности, что и утюг, употребит импульсы, составляющие в первичной сети около ЮОА! (Желающие могут Прикинуть - все формулы имеются.) При этом на 0,2 Ом выделится 2 кВт, правда в импульсе, да и пики громкости встречаются нечасто, так что розетка выдержит, если не заискрит. А вот 20 В (0.2 Ом х 100 А) ей придется подарить.

Паразитная индуктивность (вызванная, в первую очередь, не идеальностью трансформатора) изменяет форму тока (см. рис. 4).

Рис. i. Изменение формы потребляемых импульсов тока с роаом L„ (условно)

Опять упростили. Наличие г изменит все ранее полученные нами формулы, и по ним можно будет считать лишь в ..нулевом" приближении. Да и очень хороший мощный трансформатор имеет г„ около 0,5 Ом. Но что-то похожее все равно случится.



Площадь фигур, ограниченных кривой тока, сначала медленно, а затем все быстрее уменьшается. Нетрудно понять, что и среднее напряжение на нагрузке с ростом заметно уменьшаетсяЧсм. рис. 5). U, 1 , . . Iпросадка.


Рис. 5. Падение выходного напряжения СЭП с роаом t„

Вот что действительно непросто показать: добавление даже небольшой способно существенно понизить выходное напряжение СЭП. Однако надо учесть, что мы с вами, коллеги, проводили наши изыскания исходя из синусоидальной формы напряжения сети, более того - мы ориентировались на синусоидальную „верхушку" полуволны 50 Гц. А верхушка эта, как правило, оказывается „обглоданной". Ведь таких потребителей, как СЭП нашего усилителя, немало, и каждый норовит, „помолчав" почти весь период, отхлебнуть напоследок от души, то есть ухватить импульс покрупнее. Тут-то сеть и „проседает"!


Рис. 6. Искаженное разного рода потребителями напряжение первичной сети (полуволна)

Заграница, давно смекнувшая, что пресловутый косинус „фи" далеко не самый опасный враг, что по сравнению с описанным явлением он просто овечка, запретила эксплуатацию мощных устройств с импульсным потребле-

„Нетрудно понять", ..нетрудно показать" - стандартные уловки хитрых технарей; обычно это ..нетрудно" выливается в 5-6 страниц убористого текста, к тому же частенько ..показывающего" обратное.

нием (как, впрочем, и с другим, сильно несинусоидальным). „Размазывают" импульсы там не дросселями по типу L, а специальными коммутационными устройствами, кстати совсем не дешевыми.

Как это отразится на звуке?

Суть физических процессов ясна. Приступим к рассмотрению их последствий - и начнем с ближайших. Нетрудно показать, что, во сколько раз амплитуда импульса тока больше среднего токопотреблеиия, во столько же раз возрастает тепловыделение везде, где имеются омические потери: в подводящих проводах, трансформаторе, отчасти в диодах, на паразитном сопротивлении и т. п. Это приводит к совершенно нелепым последствиям. На трансформаторе написано „200 Вт", например, а уже при 150 Вт потребления он раскаляется, как утюг. Диодам тоже несладко, им в таких условиях могут потребоваться радиаторы". И так далее. Причем совершенно бесполезно делать хороший трансформатор: и г„ падают, поэтому /. растет. В общем, потери не уменьшаются.

О помехах мы уже говорили. Наличие L„ и

в несколько раз сужает эффективную ширину спектра помехи, но все равно ее с избытком хватает на то, чтобы осложнить жизнь узлам, чувствительным к наводке.

Можно поставить трансформаторы „похуже" (у которых, скажем, побольше), но теперь это немодно, и на входе трансформатора ставят дополнительный дроссель L. Пока этот дроссель мал, ток его прерывист, и где он стоит, до трансформатора или после (естественно, с пересчетом). - все равно, по крайней мере с точки зрения формы тока. По-

Низкий КПД трансформаторов и диодов в таком режиме - довод в пользу „бестрансформаторных" преобразовательных СЭП- С ними мы познакомимся позже.

..Мал - этот как?" - спросит читатель. А вот как: суммарная энергия, запасаемая в /. и при этом заметно меньше, чем энергия, поступающая в С, при его подзарядке.

тери снижаются, помехи ослабевают, трансформаторы и радиаторы остывают. Казалось бы. все великолепно. Но и напряжение, питающее усилитель, теперь сильно зависит от потребления тока: усилитель молчит - на выходе СЭП амплитудное напряжение U. Кто-то ахнул по барабану - напряжение упало процентов на двадцать. Или меньше. Или больше. Считать бесполезно - всего не учтешь. Еще парадокс: чем лучше сеть, тем больше просадка".

Последствия таковы. Если вставили на заводе - есть надежда, что усилитель благосклонно отнесется к просадке. А если это наше с вами самодеятельное творчество (тот же самый фильтр „Пилот"), напряжение питания УНЧ может уменьшиться недопустимо. Действительно, далеко не все усилители любят даже медленные изменения напряжения питания: меняются смещения, режимы по постоянному току, межэлектродные барьерные и диффузионные емкости, а с ними и условия устойчивости и т. д. Особо умелые ручки запитывают от „Пилота" все - и УНЧ. и ПКД... Теперь сеть, быть может сама по себе и неплохая, на выходе „Пилота" начисто „обгладывается" системой электропитания усилителя. Напряжение на входе линейных стабилизаторов, которые идеологи high end так любят ставить в „особо ответственных" узлах (например, в проигрывателе компакт-дисков), опускается ниже всяких норм. Стабилизаторы не только отказываются работать, но могут и возбудиться (то есть стать генераторами, как это нередко делает в подобных условиях всеми любимая микросхема 142ЕН5). Сказать, что это способно „отразиться на звуке", значит не сказать ничего. В общем, намек ясен.

В одних случаях субъективное ощущение искажений подобного рода очевидно: эксперт отмечает призвуки, фон, в других - искажения проявляются более замаскированно и для

Пишите, родимые читатели, возражайте. Или попытайтесь объяснить.



[0] 1 2 3 4


0.0324