AVT2701.pdf

2 7 0 1

M o d u ł z a s i l a c z a

d o w z m a c n i a c z y m o c y

Do czego to służy?

Prezentowany układ to uniwersalny moduł

zasilacza do wzmacniaczy mocy, zwłaszcza

tych zasilanych napięciem symetrycznym.

Opisywana płytka powstała z myślą o wspł-

pracy z dwoma modułami TDA7294 zasila-

nymi z transformatora toroidalnego

2x24VAC 200V, niemniej pozwala na wyko-

nanie estetycznego zasilacza niestabilizowa-

nego o maksymalnym prądzie wyjściowym

do 6A. Moduł dobrze nadaje się do wspłpra-

cy ze wzmacniaczami audio o mocy całkowi-

tej od 10W do ponad 100W.

Układ taki można oczywiście zmontować

áw pająkuÑ, bez użycia płytki drukowanej.

Pod względem układowym w zasilaczu nie

ma nic odkrywczego, a głwna jego zaleta

polega na estetycznym wyglądzie zasilacza.

Początkującym bardzo przydadzą się też za-

warte w artykule informacje o doborze ele-

mentw.

z zaznaczeniem fazy uzwojeń, pokazany

jest na rysunku 2 .

W module można wlutować rozmaite kon-

densatory Î zawsze ich napięcie nominalne po-

winno być wyższe niż amplituda napięcia nie-

obciążonego transformatora (napięcie zmienne

w stanie jałowym pomnożone przez 1,41).

W module przewidziano diody

1N5401...1N5404. W układzie według rysun-

ku 2 zastosowanie diod 1N5400 oraz bardzo

popularnych diod SchottyÓego

typu 1N5822 byłoby co naj-

mniej ryzykowne, ponieważ

na diodzie występuje napięcie

wsteczne o wartości rwnej

podwjnej amplitudzie prze-

biegu zmiennego. Przykłado-

wo dla nieobciążonego trans-

formatora 2x24VAC napięcie

wsteczne na diodzie sięgnie

70V (2*1,41*24V). Tabela 1

pokazuje wartości dopuszczal-

nego napięcia wstecznego po-

szczeglnych diod.

Jak widać, diody 1N5400 i 1N5822 nada-

wałyby się tylko do wersji z dwoma niezależ-

nymi zasilaczami, gdzie napięcie wsteczne

jest rwne amplitudzie przebiegu.

Każda z diod wymienionych w tabeli mo-

że prostować prąd o wartości do 3A, a ponie-

waż w mostku pracują parami po dwie diody,

maksymalny prąd wyjściowy zasilacza wynosi

6A. Warto wiedzieć, że podana wartość 3A

dotyczy prądu wyprostowanego, natomiast

Jak to działa?

Schemat modułu pokazany jest na rysunku 1 .

Moduł może być wykorzystany jako dwa cał-

kowicie niezależne zasilacze z dwoma most-

kami prostowniczymi. Wtedy nie będą mon-

towane zwory Z1...Z4 oraz diody zaznaczone

kolorem zielonym.

Częściej moduł będzie stosowany do

uzyskania napięcia symetrycznego, a wtedy

wystarczą cztery diody (D1 i trzy diody

ázieloneÑ); należy też zewrzeć na płytce

środkowe szyny masy, lutując cztery zwory

Z1...Z4. Zamiast diod D4, D6 trzeba wluto-

wać zwory, przez co punkty oznaczone A,

D zostaną dołączone do masy. Zazwyczaj

moduł będzie wspłpracował z typowym

transformatorem toroidalnym z dwoma od-

dzielnymi uzwojeniami. Układ połączeń,

Tabela 1

Dioda

Napięcie wsteczne

1N5400

50V

Rys. 1 Schemat ideowy

1N5401

100V

1N5402

200V

Rys. 2

1N5404

400V

1N5405

600V

1N5407

800V

1N5408

1000V

1N5820

20V

1N5821

30V

1N5822

40V

Elektronika dla Wszystkich

maksymalny impuls prądu o czasie trwania

10ms (jeden płokres sieci) dla diod

1N540x może mieć aż 200A, dla 1N5822 Î

80A.

Wzmacniacz o ciągłej (sinusoidalnej) mo-

cy wyjściowej 1x200W pracujący z obciąże-

niem 8Ω pobiera przy pełnym wysterowaniu

nieco ponad 5A prądu. Natomiast wzmac-

niacz o rzeczywistej mocy wyjściowej

50W pobiera nieco ponad 2,5A, stąd wzmac-

niacz stereo 2x50W będzie pobierał w szczy-

tach ponad 5A. Przy obciążeniu 4Ω pojedyn-

czy wzmacniacz 100W pobiera ponad 5A.

Natomiast wzmacniacz 2x50W z obciąże-

niem 4Ω będzie w szczytach wysterowania

pobierał ponad 7A prądu, więc można roz-

ważyć zastosowanie mostka prostowniczego

owiększym prądzie.

Na szczęście w układzie wzmacniacza

mocy występuje korzystna sytuacja, ponie-

waż w praktyce wzmacniacz nigdy nie pracu-

je ciągle przy pełnej, niezmiennej mocy. Sy-

gnały audio mają charakter zmienny, impul-

sowy, a pełna moc wykorzystywana jest tyl-

ko w stosunkowo krtkim czasie. Oznacza

to, że w praktyce zasilacz może pracować ze

wzmacniaczami o mocy maksymalnej więk-

szej, niż wskazują podane wyliczenia.

Początkujący obawiają się, czy zastoso-

wana pojemność filtrująca nie będzie za ma-

ła. Dziś, z uwagi na łatwy dostęp do konden-

satorw o dużych pojemnościach, stosuje się

znaczne pojemności rzędu 10000´F i więcej.

Ściślej biorąc, należałoby uwzględnić rezy-

stancje wewnętrzną (ESR) kondensatorw.

Audiofile nie tylko stosują duże pojemności,

ale też wykorzystują kondensatory słynnych

firm, co nie zawsze wynika z obiektywnych

potrzeb i parametrw, tylko z mody i ászpa-

nuÑ. Te wątki wykraczają jednak poza ramy

artykułu.

Warto wiedzieć, że nie ma żadnych ści-

słych wymagań ani konkretnego wzoru na

pojemność minimalną filtru w zasilaczu.

Oczywiście w spoczynku, gdy pobr prądu

jest mały, tętnienia są znikome, a ujawniają

się dopiero przy silnym obciążeniu. Oznacza

to, że niewielki brum sieciowy może pojawić

się, ale tylko podczas silnego wysterowania Î

taki niewielki brum zostanie skutecznie za-

głuszony przez duży sygnał użyteczny.

Oczywiście pomimo to warto stosować

możliwie duże pojemności filtrujące. Jak po-

kazuje w uproszczeniu rysunek 3 , tętnienia

dodatkowo nieco obniżą też użyteczne napię-

cie zasilania, a tym samym zmniejszą w pew-

nym niewielkim stopniu moc wyjściową

wzmacniacza. Warto też znać podstawowe

wzory pozwalające obliczyć pobr prądu

i oszacować tętnienia przy maksymalnym

obciążeniu. Jeśli na przykład wzmacniacz

mono z transformatorem toroidalnym

2x24VAC 200W i trzema połączonymi rw-

nolegle kondensatorami filtrującymi

4700´F (razem 14100´F = 14,1mF) dostar-

cza do głośnika 8-omowego moc wyjściową

50W, to najpierw z przekształconego znane-

go wzoru P = I 2 R wyliczamy prąd:

leży wlutować D1 oraz trzy diody w miejsca

zaznaczone na płytce liniami przerywanymi

(zielone na schemacie i rysunku 2), a zamiast

D4, D6 trzeba wlutować zwory. Z uwagi na

duże prądy, lepszym rozwiązaniem od czte-

rech zwr jest wlutowanie od strony ścieżek

kilkucentymetrowego odcinka drutu między

oba obszary masy, wzdłuż szczeliny między

nimi. Kondensatory filtrujące należy wluto-

wać w przewidziane miejsca: albo C1...C4

o średnicy do 22mm, albo C5...C10 o średni-

cy do 18mm. Układ prawidłowo zmontowa-

ny od razu będzie pracował poprawnie.

Uwaga! Kondensatory elektrolityczne

dołączone do napięcia wyższego niż ich na-

pięcie nominalne oraz włączone odwrotnie

mogą eksplodować, co stanowi poważne

zagrożenie dla zdrowia!

Początkujący często popełniają istotny

błąd przypadkowo dołączając końcwki

uzwojeń. W wersji z rysunku 2 KO-

NIECZNIE należy się upewnić, czy uzwo-

jenia mają właściwą fazę . Już po zmonto-

waniu i podłączeniu transformatora trzeba

zmierzyć napięcie zmienne między punkta-

mi B, C . Jeśli fazowanie jest prawidłowe,

napięcie to będzie dwa razy większe niż na-

pięcie na jednym uzwojeniu. Przy błędnym

podłączeniu napięcie między punktami B,

Cbędzie bliskie zeru i wtedy prostowanie bę-

dzie jednopołwkowe, a tętnienia znacznie

wzrosną.

I = P/R

I = 50W/8 = 6,25 = 2,5A

Te dwa i pł ampera to przeciętna wartość

prądu zasilania przy pełnym obciążeniu

(sprawność wzmacniacza nie ma w tym wy-

padku znaczenia). W szczycie przebiegu si-

nusoidalnego prąd chwilowy będzie

1,41x większy, należałoby też doliczyć prąd

spoczynkowy wzmacniacza, ale możemy to

pominąć.

Znając maksymalny pobr prądu, może-

my obliczyć przybliżoną amplitudę tętnień ze

wzoru na rozładowanie kondensatora prądem

o niezmiennej wartości. Zakładamy, że kon-

densator jest szybko ładowany przez impuls

prądu z prostownika, a potem rozładowywa-

ny przez czas bliski połowie okresu sieci Î

dla prostownika dwupołwkowego czas mię-

dzy cyklami wynosi 10ms. Przekształcenie

podstawowego wzoru CU=It daje:

U = It / C

W naszym przypadku:

U = 2,5A*10ms / 14,1mF = 1,56V

Spodziewana wartość napięcia tętnień

przy maksymalnym obciążeniu będzie wy-

nosić mniej więcej 5% wartości napięcia

zasilającego, co należy uznać za wartość

wystarczającą. Wzr można też prze-

kształcić, żeby obliczyć potrzebną pojem-

ność przy założonej amplitudzie tętnień:

C = It / U

gdzie napięcie U to dopuszczalna amplitu-

da tętnień, nie większa niż 5...7% napięcia

zasilania, a prąd I to maksymalna wartość

prądu zasilania przy pełnym wysterowaniu.

Przedstawiony sposb obliczeń jest

bardzo uproszczony Î pomija szereg czyn-

nikw i właściwości. Nie uwzględnia na

przykład rezystancji wewnętrznej, a tym

samym wydajności prądowej transforma-

tora, co z kolei wiąże się z kwestią spadku

napięcia pod wpływem obciążenia. Nie-

mniej ten prosty sposb obliczania tętnień

jest jak najbardziej użyteczny w praktyce,

bo akurat w kwestii tętnień duża dokład-

ność wcale nie jest potrzebna.

Rys. 4 Schemat montażowy

Rys. 3

Montaż i uruchomienie

Montaż modułu na płytce z rysunku 4 jest

klasyczny. W wersji według rysunku 2 na-

Elektronika dla Wszystkich

Nawet jeśli jeden zasilacz może obsłużyć oba kanały

wzmacniacza stereo, z rżnych powodw warto zastosować

dwa oddzielne transformatory i dwa opisane zasilacze, po jed-

nym dla każdego wzmacniacza. Aby uniknąć kłopotw z ma-

są, należy połączyć masy nie przy zasilaczach, tylko przy wej-

ściach wzmacniaczy mocy, gdzie nie płyną duże prądy.

Warto też wiedzieć, że ta-

kie niestabilizowane zasila-

cze (dwa lub więcej) mogą

być połączone w pewnym

sensie rwnolegle, jak poka-

zuje rysunek 5 , o ile tylko

transformatory są jednako-

we . Nawet jeśli jeden z trans-

formatorw daje odrobinę

wyższe napięcie, przy bar-

dzo małych prądach obciąże-

nia właśnie on będzie dostar-

czał energii. Jednak przy

zwiększeniu prądu obciąże-

nia napięcie na nim nieco się

zmniejszy, co automatycznie

umożliwi pracę drugiego

transformatora. Taki árw-

noległyÑ układ z dwoma za-

silaczami ma pożyteczną

właściwość, bo automatycz-

nie wyrwnuje stopień ob-

ciążenia obu transformato-

rw, o ile oczywiście są one

jednakowego typu i ich para-

metry rżnią się minimalnie.

Nie powinno się natomiast

bezpośrednio łączyć rwno-

legle uzwojeń jednakowych

transformatorw według ry-

sunku 6 , ponieważ wspo-

mniane minimalne rżnice

napięć mogą powodować

przepływ znacznych prądw

wyrwnawczych, co oznacza

niepotrzebne straty.

Rys. 5

Jerzy Częstochowski

Rys. 6

Wykaz elementw

Diody D1-D8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N5404

C1...C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .patrz tekst

Płytka drukowana jest dostępna w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2701

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: