Главная СЭП



Электропитание аудиоаппаратуры

Окончание

В свое время в "AM" были опубликованы две части статьи "Электропитание аудиоаппаратуры" (см. "AM" № 1 (18) 98и№5 (22) 98). Случилось так, что, несмотря на активный читательский отклик, продолжение статьи задержалось почти на год. Сегодня мы завершаем публикацию, но отнюдь не закрываем тему. По-прежнему своими редкими репликами специалисту по электропитанию помогает знаток собственно питания черная шерстистая Луша, отметившая четырехлетний юбилей своего присутствия на страницах "AM".

К. К. Вдоволь наговорившись о дросселях, хочется удовлетворить любопытство читателей (см., например, письмо И. Князева из Бийска в номере № 4 (21) 98), интересующихся конденсаторами. Действительно, конденсатор фильтра электропитания, так же как и трансформатор, выпрямительные диоды и выходные транзисторы УНЧ, пропускает через себя всю мощность усилителя, курсирующую от розетки к акустическим системам.

На электрической схеме мы рисуем абстрактное устройство - идеальный конденсатор. Как электрический элемент, он имеет только один параметр - электрическую емкость. Ни утечек, ни паразитных индуктивностей и сопротивлений, ни явлений абсорбции, "формовки", прочей "электрохимии", ни ограничений токов заряда и разряда и пр. Своеобразная бутылка без пробки, горлышка, донышка, этикетки и усушки содержимого...

Такой конденсатор несомненно хорош. "Аудиофилен" ли он - еще вопрос. Пытаться создавать подобие идеального конденсатора можно лишь на небольших величинах емкостей. (И лишь пытаться. - С. Л.) Электролитические конденсаторы большой емкости - явление, далекое от идеала, само по себе представляющее сюжет для небольшого рассказа.

Когда я в глубоком детстве добыл, разобрив что-то электрическое, конденсатор 1000 мкФ X 15 В, размером с

четыре аудиокассеты, то был очень изумлен этим выдающимся достижением отечественной науки. Случилось это лет 35 назад, да и добытый конденсатор был уже не молод. Теперь такая штука меньше наперстка - технология создания "электролитов" шагает очень быстро.

Простейшая эквивалентная схема электролитического конденсатора (рис. 1) содержит целый набор компонентов.


Учитывая, что существует еще 67 "основных" элементов тракта - диодов, резисторов, транзисторов и т. д., писать можно еще долго - а значит, и моя миска не оскудеет. Подход одобряю.- С. Л.

Рис. 1. Эквивалентная схема конденсатора

Б зависимости от конкретной ситуации приходится учитывать те или иные из них. Например, если заряжать конденсатор не очень быстро, то придется ориентироваться на суммарную величину емкости С = Cj, а основными "тормозами" при зарядке будут значительная величина Ц и небольшие Ri и 7?о- При попытках быстрой зарядки придется учесть, что основная емкость С, напрочь отгорожена большой индуктивностью а за конкретное быстрое время успеет зарядиться лишь часть компонентов С„ = Cj, где n<N. Резистор Rf+ означает наличие утечки, Lq - индуктивность подводящих к обкладкам проводов и т. д.

Реальные процессы, происходящие в конденсаторе, с учетом сопутствующих электрофизикохимических процессов описываются гораздо сложнее. Может выясниться, что компоненты X, (емкость, резисторы и т. д.) не взаимны и меняют свою величину при переходе от заряда к разряду. Конденсатор может "шуметь": конкретно это может проявляться в модуляции токов заряда или разряда, не связанной с внешним воздействием.

"Аудиофильные" требования, предъявляемые к конденсаторам, стоящим в сигнальной цепи (разделительным), и конденсаторам, стоящим в цепях питания (блокировочным), различны. Так как в статье идет речь об электропита-

нии, мы будем интересоваться только блокировочными конденсаторами. Главными требованиями к ним оказываются следующие.

Первое. Величина Rg, Lq, а также определенного набора Ц и R должна быть мала - грубо говоря, любое реальное по скорости токопотребление УНЧ должно обеспечиваться конденсатором. Грохнул кто-то по барабану, например. Хоть и говорят, что барабан - "быстрый" бас, конденсатору до этого нет дела. Токопотребление при барабанном ударе мощное, но нарастает не быстро. Следовательно, это накладывает ограничения на величины Rx, Ц (а может, и на JJj и L2), осложняющие жизнь наиболее весомым компонентам С, и Сг- Наоборот, пальнул дирижер из пистолета (И. Штраус-отец, полька "На охоте") - громкость не ахти, но скорость нарастания сигнала изрядна. Тут С, Сг, а возможно, и Сз отгорожены индуктивностями-паразитами так, что сигнал выстрела уже закончится (и лиса убежит), а ток еще не нарастет. Тут и понадобится компонента Cj, для которой Ц мало и которой как раз может не хватить - захлебнется пистолет...

Луша. Хорошо хоть не дирижер...

К. К. Второе. Резисторы Rq, Ri и т. д. должны быть постоянными хотя бы во время разряда, еще лучше, чтобы они не зависели от напряжения на конденсаторе и тока, идущего через него. Иначе ток разряда будет промо-дулирован, что приведет к модуляции и выходного напряжения УНЧ.

Третье. Может быть, уже и не аудио-фильное. Потери на R, и утечка через должны быть не велики. Иначе что-то излишне разогреется или даже испортится.

Список можно продолжить, но и так ясно, что, как правило, одним, даже аудиофильным конденсатором не обойтись. Приходится ставить несколько конденсаторов параллельно. Каждый из них обеспечивает токопотребление в своем частотном диапазоне. ЛЕсть устройства (например, усилитель в режиме класса D с широтно-им-пульсной модуляцией), где профессионалы ставят 5 конденсаторов: 90% емкости - в СЭП; 8% - электролитическая емкость на плате УНЧ, 1,5% - полупроводниковая емкость на плате УНЧ; 0,4% - пленочная емкость,

АуяиоМагазин 5/1999



0,1% - керамическая или слюдяная. Таким образом, оказывается перекрытым диапазон до десятков МГц. Нашему hj-fi-усилителю такой диапазон, конечно, не нужен, но два-три конденсатора оказываются не лишними. Так вот: датеко не у всех фирм доходят до этого руки. Сплошь и рядом неплохому УНЧ не хватает самого малого - высокочастотного конденсатора электропитания.

Вот и ответ на один из вопросов читателей. Добавлять конденсаторы в электропитание УНЧ полезно: хуже не будет. Однако полезнее вставить в усилитель недостающую высокочастотную емкость, причем прямо на плату УНЧ. Лучший тип конденсаторов для таких "развлечени11" К52-16 (танталовые), но стоят они в магазине недешево, и 100 мкФ на 50 В обойдется в стоимость компакт-диска.

Еще совет. Есть усилители ("Корвет", конечно, не в счет - ему уже ничего не поможет), где к конденсатору идут тонкие провода (рис. 2).


фильтр помех импульсной СЭП УНЧ


1 сетевой трансфор-

матор и

УНЧ /

/ выпрями-

\ тель

- тонкие провода

Рис.2

Это неправильно! Все провода должны быть толстыми! Они имеют не только меньшие омические потери, но и меньшую паразитную индуктивность, учитываемую аналогично L.

Нередко случается, что конденсаторы выпускаются промышленностью и устанавливаются просто так - из соображений престижа, чтобы иметь возможность похвастаться. Типичный пример - бестолковое использование фарадных емкостей в автомобильных аудиокомплектах. Рассмотрим простейшую схему, (рис. 3).

Здесь АК - двенадцативольтовая аккумуляторная батарея, Cq - та самая емкость размером с добрую пивную кружку и ценою в двухмесячный оклад профессора, !„, и i„2 - паразитные индуктивности электропроводки. Понятно, что разработчик стремится минимизировать i„2, иначе смысл при.менения Q пропадает. Но посмотрим на проблему творчески и оценим фактические значения некоторых параметров.

Аккумулятор. Легко отдает (впрочем, как и Со) ток в сотню-другую, а то

Рис.3

и в пятьсот aпIep. Внутреннее сопротивление 5-6 миллиом. еще пара-дру-гая набегает на контактах. Паразитная индуктивность пренебрежимо мала и составляет десятки наногенри. Скорость возможного нарастания тока огромна и удовлетворит любым требованиям.

Индуктивность Z,„i не мала. Если аккумулятор стоит под капотом (а не в багажнике - как у некоторых "Мерседесов"), i„, может достигать единиц и десятков микрогенрн, как повезет, причем известная поговорка про дураков здесь не работает.

Такая индуктивность вместе с малым входным сопротивлением УНЧ со стороны зажимов питания (АА) 0,05-0,2 Ом составит LR - низкочастотное звено, частота среза которого запросто может оказаться в звуковом диапазоне. Здесь и может пригодиться конденсатор Cq, расположи мы его в непосредственной близости от АА, при этом -> 0. Но вот беда! Неглупые проектировщики УНЧ встроили на входе фильтр помех, чтобы, как в анекдоте, всякая дрянь не пролезла.

Луша. Оттуда сюда или отсюда туда?

К. К. Даже если этого фильтра нет, индуктивность рассеивания повышающего трансформатора СЭП УНЧ, пропускающая через себя всю мощность потребления, таки составит те самые единицы-десятки (а то и сотни) мнкрогенри. Иными словами, фарада нужна отнюдь не для борьбы с паразитной индуктивностью, если вообще для чего-то нужна.

Анализ СЭП автомобильных УНЧ показывает, что на вьгходе СЭП, то есть непосредственно по питанию УНЧ, больших конденсаторов нет: получается, что гшзкочастотные составляющие тока АС активно гуляют ио цепям к.чю-

2 Еще и еще раз подчеркнем: ест основной "звуковой" диапазон pea.ibHoii музыкп, то есть напряжения на АС, срапннтетьноузок, то диапазон токов нотреб-ления УНЧ. особенно в режиме класса АВ, довольно широк - десятки и сотни килогерц.

чевого прео6разовате.чя СЭП. Само по себе это и плохо и неплохо, избежать пагубного влияния этого процесса на звук можно. Фарада же, составляя со входным сопротивлением СЭП постоянную времени порядка десятков-сотен миллисекунд, не пускает неоднократно усиленные трансформатором СЭП токи АС да.чьше себя.

Ну и что? И в этом процессе здравый радиотехнгп< не обнаружит ничего такого, что стоило бы фарады. (И двух профессорских зарплат.- С. Л)

Единственное, что приходится предположить, так это то, что фарада может быть предназначена для подавления небольшой, но очень энергоемкой пульсацтг напряжения иа аккумуляторе при работающем моторе и. соответственно, генераторе.

Ведь энергосистема автомобиля, например "Жигулей", выглядит так (рис. 4).

генератор

2-полу-периодн. выпрямитель

у аккумулятор

Рис.4

При этом предполагается, что в пиках звучания вся нагрузка ложится как на генератор, так и на аккумулятор - оба отдают ток. Здесь все зависит от того, какими запасами обладают оба источника, то есть от их внутренних сопротивлений и работы реле-регулятора (рис. 5).

Чаще получается так, что при заряженном аккумуляторе (нормальная рабочая ситуация) пики потребления УНЧ будут обеспечиваться в основном аккумулятором, при этом последний будет активно разряжаться, особенно в точках x, у, г... минимума И.., а при небольшой громкости с работой справится генератор, стараясь обеспечить нулевой средний ток аккумуля-



тора за период Т Несложный гнглт показывает, что в обоих случаях пуль-сагщя t/a„ возможна и может достигать единиц вольт. Фарада же даже при токе в 100 А С1П13ИТ эту величину до десятых долей! Вот тут-то и может быть зарыта собака.

Луша. Но-но. Мне еще всего-то семь лет...

К. К. Особенно если кто-то докажет, что пульсация вредна УНЧ.

напряжение АВ, аккумулятор отключен , подключен

напряжение АВ, аккуг / утоже,


Т - период, определяемый частотой вращения генератора

Рис.5

Можно рассмотреть много подобных проблем. Но всех всё равно не перечислить, так что продолжим.

До сих пор мы обсуждали проблемы мощного электропитания, где основной задачей является доставить до места электрическую энергию с минимальными потерями и для энергии, и для окружающих. Но ведь есть еще и маломощные цепи! "Маломощные" они потому, что их мощность непосредственно не слышна в колонках, но ток, потребляемый ими, может быть и не малым. Например, процессор в проигрывателе компакт-дисков. Известно, что музыка играет натурально, если процессор считает правильно. А правильно в проигрывателе компакт-дисков (ПКД) - это всегда много. В таком случае нередко под крышкой аудиоустройства оказывается младший братец старшего Пентиума, которому по шине +5 В подавай не один ампер. К тому же эти амперы модулируются по амплитуде с хорошей глубиной и высокой частотой.

Луша. Хорошо хоть, что не с глубокой высотой. А впрочем, и так и так плохо.

К. К. Вот-вот. Если в непосредственной близости от процессора не установить подходящий конденсатор, модуляция тока неминуемо приведет к модуляции напряжения. На длинных проводах от вспомогательного СЭП, который сам по себе, быть может, и очень хороший (со стабилизатором), окажется "повисгней" значительная по величине помеха. А дальше все просто - она разнесется по устройству,

как грипп в слякотную зиму. Никого не пожалеет. Впрочем, об этом уже писал М. А. ("AM" № 1 (18) 98, с. 130). Это приводит к необходимости предельно укорачивать провода электропитания, идущие от конденсатора к мощному импульсному потребителю.

В силовой импульсной технике для такого случая изобретены бескорпусные керамические конденсаторы. Паразитная индуктивность таких конденсаторов составляет доли напогенри.

Известно утверждение специалистов, что чем больше будет установленный конденсатор по питанию процессора в одном нз типов ПКД "Marantz", тем лучше будет звук. 1000 мкФ - хорошо, 2000 - лучше. А 10000 - еще лучше.

Луша. Я бы туда сразу фараду залудила. Вот соседка наша меня сухариками кормит: и кормит, и коршгг... Нет чтобы дать сразу целую пачку... И отвязаться до обеда...

К. К. И тележку к ПКД в придачу - чтобы фараду возить... А вся проблема состоит в том, что в этой фараде на нужной частоте работает от силы сотая доля процента, да и то не так, как надо.

А всего-то нужно - измерить спектр тока потребления и в той частотной области, где энергия потребления велика, использовать конденсатор, обеспечивающий это потребление. Уверяю - хорошей сотни микрофарад для любого процессора хватит за глаза и за уши. Вот только эта хорошая сотня может стоить полпроцессора.

Замечу, что линейным стабилизатором тут (в отличие от УНЧ) не отделаешься. Спектр тока потребления чрезвычайно широк, и обеспечить столь широкую полосу регулирующего элемента стабилизатора не удастся.

Конечно, процессор проигрывателя компакт-дисков для систем электропитания - это экзотика: и потребление не малое, и разработчики, вконец очумевшие от тяги к музыкальным событиям, так непомерно взвинчивают требования к пульсациям, что хоть стой, хоть падай.

Писать про электропитание можно без устали. Особенно если не ограничивать себя электропитанием аудиоаппаратуры.

С. Л. Главное, вовремя остановиться.

К. К. Предвижу, однако, что другие наши статьи в будущих номерах "AM" будут к электропитанию не безразличны.

С. Л. Читайте... <

к. к.! Давай это слово возьмем в кавычки.- С. Л.



0 1 2 3 [4]


0.0373