Зараз багато любителів високоякісного звуковідтворення самостійно виготовляють підсилювачі ЗЧ з досить високими характеристиками і вихідною потужністю до десятків ват. Постійного вдосконалення піддають всі ланки підсилювального тракту, а часто і допоміжні пристрої, органи комутації, індикації і т. п.
Прагнення домогтися максимальних якісних показників УКУ все частіше змушує конструкторів переглядати свої позиції щодо джерел живлення. Це і зрозуміло - адже при великому споживаному струмі найпростіші згладжуючі фільтри вже не в змозі забезпечити задовільну стабільність живлячої напруги, а це відчутно позначається на якості звучання. При відтворенні піків сигналу коливання напруги на виході фільтра досягають 5 і більше, і це змушує передбачати запас напруги живлення підсилювача потужності. Але запас призводить до обваження режиму роботи вихідних транзисторів підсилювача і, як наслідок, до зниження його ККД і надійності.
Тому все більше число радіоаматорів віддає перевагу стабілізованою джерелами живлення. До того ж стабілізатор нескладно ввести пристрій захисту від перевантаження, що вельми бажано, враховуючи вартість потужних транзисторів і трудомісткість їх заміни.
Якими ж характеристиками повинен володіти джерело живлення високоякісного підсилювача потужності? До найбільш важливих вимог, що пред'являються до блоку живлення УКУ, слід віднести забезпечення необхідної потужності, що віддається при заданих коефіцієнти стабілізації і придушення пульсацій, високу надійність і ефективність системи захисту, максимально можливу простоту схеми і конструкції, температурну стабільність системи захисту і стабілізатора в цілому.
Помічено, що від стабілізатора, призначеного для роботи з підсилювачем потужності, не потрібно занадто великого значення коефіцієнта стабілізації Кст зазвичай приводить до значного ускладнення схеми. Як показала практика, високоякісний підсилювач потужності відмінно працює зі стабілізатором, мають Кст=30. Коливання напруги живлення при відтворенні піків сигналу (при вихідний потужності Рвих=60 Вт) не перевищували 0,2 В і додаткові спотворення, які в цих умовах звичайні при харчуванні підсилювача ЗЧ від нестабілізованого джерела, не виникали.
Розглянемо питання вибору напруги живлення і порога спрацьовування пристрою захисту. Вихідна напруга u піт (рис. 1) одного плеча блоку живлення повинно бути одно:
де Imax - значення струму, А при максимальному розмах вихідної напруги; Uкэ нас - напруга насичення вихідного транзистора, В; Rн - опір навантаження, Ом, Rос - опір резистора зворотного зв'язку в ланцюзі емітера вихідного транзистора Ом.
Приймемо Rн = 4 Ом, так як для потужного підсилювача це найбільш типовий випадок. Якщо в зазначений нерівність підставити числові значення, неважко переконатися, що напруга одного плеча блоку живлення для підсилювача потужністю 60...80 Вт лежить в межах 27...33 Ст.
Зупинимося на питанні визначення порогу спрацьовування системи захисту по струму. Абсолютно ясно, що цей поріг повинен бути таким, щоб було забезпечено неспотворене відтворення сигналу при максимальній вихідній потужності. З іншого боку, поріг не повинен перевищувати значення Imax вихідних транзисторів.
Як відомо, корисна потужність в навантаженні
звідки
Виходячи з цього співвідношення складена таблиця значень порога спрацьовування Із, системи захисту по струму для різних значень вихідної потужності.
Таблиця відповідає випадку, коли кожен канал підсилювача живиться від окремого стабілізатора (якщо ж обидва підсилювача потужності живляться від загального джерела, поріг спрацьовування повинен бути подвоєний). Орієнтовно можна прийняти Із = (1,03...1,07)Imax.
На підставі сказаного - і це підтверджує практика - можна зробити висновок про недоцільність харчування обох підсилювачів потужності від одного стабілізованого джерела.
Важливим є і питання вибору типу системи захисту. Захисні пристрої зі стабілізацією струму в аварійному режимі тут використовувати не можна. Справа в тому, що, як правило, при замиканні ланцюга навантаження через регулюючий транзистор стабілізатора буде протікати дуже великий струм. Якщо негайно не вжити заходів по його обмеженню, можливий тепловий пробій регулюючого транзистора стабілізатора, а слідом за цим часто і вихідних транзисторів підсилювача потужності.
Пристрої захисту з закриванням регулюючого транзистора мають порівняно низьким, але цілком достатнім швидкодією. Розрізняють два різновиди таких пристроїв - з самоповерненням і з "тригерним ефектом". Перші автоматично повертають стабілізатор в робочий режим після усунення причини перевантаження. Другі залишають закритим регулюючий транзистор стабілізатора, і повернути його в режим стабілізації після усунення аварії можна тільки зовнішнім впливом.
На наш погляд, пристрої з самоповерненням небажано використовувати для захисту підсилювача потужності. Якщо перевантаження носить циклічний характер (наприклад, при відтворення фонограми з максимальним рівнем), харчування на підсилювач буде надходити уривчасто через періодичних спрацьовувань системи захисту. Це призведе до багаторазового повторення перехідного процесу в підсилювачі, що може викликати вихід його з ладу.
Кращі пристрої з "тригерним ефектом". Вони вельми ефективні в процесі налагодження, випробування і ремонту підсилювачів, коли ймовірність виникнення аварійної ситуації досить висока.
З урахуванням всіх наведених вище міркувань був розроблений стабілізатор, схема якого показана на рис. 2.
Стабілізатор виконаний за компенсаційною схемою з використанням в регулюючому елементі складеного транзистора. Обидва плеча стабілізатора схемно однакові.
Застосування в керуючому елементі стабілітрона Д818Б, що має негативний ТКН стабілізації, дозволило різко знизити температурний дрейф вихідної напруги. Використання транзисторів різної структури у пристрої порівняння (VT4) і регулюючому елементі (VT1) призводить, з одного боку, до необхідності введення ланцюгів запуску стабілізатора. З іншого боку, така побудова дає і деякі переваги. Зокрема, для спрацьовування системи захисту потрібен лише короткий перемикаючий імпульс для надійного закривання регулюючого елемента стабілізатора. Цей стан дуже стійко і немає необхідності в тому, щоб транзистор системи захисту VT3 після її спрацювання був постійно відкритий.
Ланцюг запуску являє собою резистор R3, шунтувальний регулюючий елемент і підключається контактами К1.1 реле часу (рис. 3). В вихідному стані (блок живлення знеструмлено) контакти К1.1 та К1.2 реле К1 замкнуті. Після подачі живлення протягом приблизно 1 с відбувається запуск стабілізатора. Потім реле спрацьовує, контакти розмикаються і ланцюг запуску відключається.
У разі перевантаження або замикання ланцюга навантаження падіння напруги на резисторі R7 відкриває транзистор VT3. З-за цього починає закриватися транзистор VT4 і слідом за ним транзистори VT1 і VT2. Зменшення напруги на емітер транзистора VT3 призводить до ще більшого його відкриттю, і регулюючий елемент лавиноподібно закривається (реле К1 при цьому залишається включеним). Після спрацювання системи захисту вихідна напруга і струм через ланцюг навантаження дуже малі. Навіть при розігрітому до 80°С корпусі транзистора VT2 вони не перевищують відповідно 2 мВ і 100 мкА.
Для перекладу стабілізатора в робочий режим після усунення причини перевантаження потрібно на короткий час відключити живлення підсилювача. На рис. 4 і 5 показано експериментально зняті графічні залежності вихідної напруги і струму навантаження від опору навантаження при різних значеннях порогу спрацьовування системи захисту.
З метою повної розв'язки по харчуванню для кожного каналу підсилювача передбачений окремий стабілізатор. Випрямлячі виконані за двуполупериодной мостовою схемою з згладжувальними ємнісними фільтрами.
Загальний коефіцієнт передачі струму складеного транзистора VT1 і VT2 повинен бути не менше 70000, а транзистора VT4 -понад 100 В метою підвищення чіткості спрацьовування захисту статичний коефіцієнт передачі струму транзистора VT3 повинен бути не менше 150.
Транзистори VT2 і VT6 встановлені кожен на тепловідвід з корисною площею 1000 см2 через ізолюючі прокладки. На прокладки з обох боків нанесене теплопроводящая мастило. КПТ-8 (ГОСТ 19 783-74), що дозволило значно знизити теплове опір корпус транзистора - тепловідвід. Транзистори VT1 і VT5 встановлені на тепловідводах, виготовлених з дюралюмінієвого уголкового профілю 15x15 мм і мають площу поверхні близько 10 см2.
У стабілізаторі застосовані підстроювальні резистори СП4-1. Конденсатори С1, С2- КМ-5, інші - К50-6. РезисторыR7, R20 - дротяні.
Замість транзистора КТ814В можна використовувати КТ816В, КТ816Г, КТ626В, КТ626Д; замість КТ827В - КТ827Б; замість КТ315Г - КТ503Г, замість КТ503Е - КТ602Б, КТ603Б, КТ503Б, КТ503Г, КТ3102А - КТ3102В, КТ3102Д, КТ3102Е; замість КТ815В - КТ817В, КТ817Г, КТ961А, КТ807А, КТ807Б, КТ801А, КТ801Б; замість КТ825В - КТ825А, КТ825Б, КТ825Г; замість КТ361Г - КТ501Е, КТ501К, КТ502Б, КТ502Г, КТ3107Б, КТ3107И; замість КТ502Е - КТ502Г, КТ502Д, КТ501М.
Для налагодження стабілізатора необхідні вольтметр, амперметр, навантажувальний резистор потужністю 250...300 Вт (наприклад, реостат. РСП-2); бажано мати також осцилограф з закритим входом та граничною частотою не нижче 1 МГц. Налагоджують по черзі всі плечі стабілізаторів. Спочатку запускають стабілізатор без навантаження короткочасним підключенням резистора R3, встановлюють підлаштування резистором R12 потрібне вихідна напруга. Реостат переводять на максимум опору і через амперметр підключають до виходу стабілізатора. Якщо покази вольтметра не змінилися, самозбудження немає. В іншому випадку доведеться підібрати конденсатор С1.
Систему захисту налагоджують, попередньо встановивши движок підлаштування резистора R8 нижнє за схемою становище. Зменшуючи опір навантаження, домагаються показання амперметра, рівного пороговому, потім переміщають движок резистора R8 до спрацьовування захисту. Реостат повертають до положення максимального опору, відключають і знову включають харчування стабілізатора і знову зменшують опір навантаження до спрацьовування захисту. Якщо необхідно, положення движка резистора R8 коригують. Налагоджувати систему захисту потрібно швидко, щоб не перегріти потужний транзистор регулюючого елемента.
Багаторазово проведені випробування показали високу надійність і ефективність роботи стабілізатора системи захисту, що підтверджує правильність підходу до проектування джерела харчування для підсилювача потужності.
Автори: Е. Міцкевич, В. Карпинович