ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ АУДИОАППАРАТУРЫ: МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ
Константин Никитин
„Науки, чуждые музыке, были постылы мне..." — эти слова пушкинского Сальери могли бы стать эпиграфом к целому ряду статей на аудиотемы, кстати имеющих широкий круг поклонников. Эксперты от скрипичного ключа (кисти, пера etc.) верят лишь своим ощущениям и ревниво косятся на всякую попытку скрестить Фуртвенглера со вторым началом термодинамики. Мы же, техники, люди паяльника и логарифмической линейки, столько раз убеждавшиеся в бессилии современной науки1, тем не менее беззаветно верим в ее могущество.
Попытаемся уравновесить научно-техническую чашу весов, в последнее время стремительно взлетевшую вверх, с противоположной чашей, ломящейся от музыкальных событий. Главное тут — не перегрузить ее, иначе беда: технического запала большинства читателей хватает на десяток-другой формул, дальше им кажется, что формулы повторяются.
Сегодняшнее повествование — это, во-первых, иллюстрация того, что даже элементарных знаний может хватить на борьбу с „призраками оперы". Во-вторых, это попытка (надеюсь, не последняя)пополнить запас знаний читателя в той области, которая очерчена в заглавии статьи и с которой так или иначе граничат все разделы аудиотехники. И, наконец, в-третьих: внимательный читатель, быть может, найдет у нас то, что поможет ему выжать из своей аппаратуры еше капельку... Чего? Это пусть каждый решает сам.
Начнем с простого и понятного положения: системы электропитания (СЭП) присутствуют везде, где есть электричество. Что звучание аппаратуры зависит от электропитания — это известно давно. Но раньше считалось. что лишь грубые ошибки в построении СЭП могут резко ухудшить качество звучания, сейчас же складывается впечатление, что „аудиофильные" технологии проникли и в область электропитания. Иначе откуда бы взяться фильтрующим емкостям величиною чуть ли не с фараду, рафинированной меди, захватившей силовую разводку вслед за сигнальной и нацелившейся на обмотки трансформатора СЭП1 2 3, прямонакальным кенотронам, ринувшимся в аппаратуру со страниц учебников и музейных полок?
1 Учиться надо было лучше! — Здесь и далее прим. С. Луши.
2 И на электрощиток в подъезде.
По большому счету, хотелось бы разобраться, что в системе электропитания и по какой причине действительно может влиять на звук, а что имеет лишь второстепенное значение.
На какой форме изложения остановиться мне с моим неизменным соавтором собачкой Лушей? С одной стороны, даже элементарные на первый взгляд процессы в СЭП при строгом рассмотрении достойны диссертации. С другой стороны, писать об этом академично — значит, усыпить читателя на подходе к третьей странице. Поэтому — да простят меня обремененные учеными степенями коллеги — мы выбираем жанр вольный и стиль непринужденный. Последовательное изложение будет прерываться разного рода отступлениями и экскурсами вглубь и вбок. Правда. одну мысль мы попытаемся пронести через все сегодняшнее повествование: важно не само по себе электропитание, а то, к каким последствиям для звука оно приводит.
Что такое СЭП?
К. К. По большому счету, 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 про стейшую схему и подумать над принципом ее работы3.
нагрузка конденсатор сглаживающего фильтра
А В С п/2	2nfjt
Рис. 2. Токи и напряжения на элементах СЭП
Спешу предупредить читателя, что мы еде лаем максимальное число допущений. Для начала будем считать трансформатор, диоды, конденсатор — словом, все. что есть. — идеальным. Понятно, что в отсутствие конденсатора емкостного фильтра Сф переменное синусоидальное напряжение на выходе трансформатора с частотой сети f превратится в „арки", изображенные на рис. 2: диоды моста, открываясь попарно, „выпрямят", как принято говорить, переменное напряжение. Наличие С. все заметно осложняет. После того, ф
как конденсатор Сф зарядится до амплитуды UQ (в идеальном случае этому ничто не мешает). напряжение на нем запрет диоды!4 Далее конденсатор будет медленно разряжаться током нагрузки (участок АС), к моменту (точка С) напряжение на нем упадет на величину ли«иг.
Ди=ГГ/2Сф,
где Т=1 //=0,02 с — период сетевого напряжения при /=50 Гц.
Это понятно: мы приравняли электрические заряды, ушедшие с Сф, к зарядам, обеспечившим / (снова все упростив: мы сочли ток нагрузки постоянным, а угол открытия диодов <р— малым). В точке С откроются два диода, и напряжение на Сф вновь возрастет:
3 Большинство УНЧ питаются от двуполярного напряжения, но для понимания сути процессов нам хватит и однополярного источника.
4 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:
1сЦ)=Сф4и^/dt a uc=L'osin2n/t
Поэтому амплитуда I=2nfCо stn<p достигается скачком, а затем ток спадает по косинусоидальному закону, что видно на рис. 2. Заметив, что cos^=sin 4/= 1 -AU / Uo, после несложных вычислений находим:
Интересно проанализировать эту зависимость. Возьмем конкретный пример. Пусть Сф=10000мкФ, С7о=100 В, /н=1 А. Тогда I =44 А (!); &U=\ В; <p=sin<p=O,15 (радиан), то есть около 1 /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 С. побольше, и ток нагрузки в пике звучания достигает десятков ампер!
Последнюю зависимость можно записать еще так:
1 /1 ~2п где t=R С..
с' и 4 1 ф’ ф н ф
Иначе говоря, чем лучше фильтрующие свойства ФНЧ (чем больше г), тем больших
Ф импульсов тока следует ожидать.
Периодически повторяющиеся мощные остроконечные импульсы имеют весьма ши
рокий линейчатый спектр (см. рис. З)5, расстояние между линиями 100 Гц.
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 Сф и т. п.) может быть доста-
г' Надеюсь, все. что касается спектров, удастся рассмотреть в недалеком будущем.
точно малым (доли Ома) но все равно оказывает свое влияние Рассмотрим простой пример. Пусть гп, 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 г выделилась бы мощность около 5 Вт. Это может, например, заметно нагреть розетку. А мощный усили тель в пике громкости при той же мощности, что и утюг, употребит импульсы, составляющие в первичной сети около 100 А! (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 подарить6 *.
Паразитная индуктивность L (вызванная, в первую очередь, неидеальностью трансформатора) изменяет форму тока (см. рис. 4).
°=4. < 4.	<	4,	<	4>	4
Рис. 4. Изменение формы потребляемых импульсов тока с ростом бг (условно)
6 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 гл 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 L, заметно уменьшается7 (см. рис. 5)
Рис. 5. Падение выходного напряжения СЭП
с ростом
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 £п, а специальными коммутационными устройствами, кстати совсем не дешевыми.
Как это отразится на звуке?
Суть физических процессов ясна Присту пим 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 па разитном сопротивлении Сф 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 радиаторы8. И так далее. Причем совершенно бесполезно делать хороший трансформатор: Z,n и гп падают, поэтому /. растет. В общем, потери не уменьшаются.
О помехах мы уже говорили. Наличие £г и гп в несколько раз сужает эффективную ши рину 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, £р побольше), но теперь это немодно, и на входе трансформатора ставят дополнительный дроссель I.,,. Пока этот дроссель мал9, 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
8 Низкий КПД трансформаторов и диодов в таком режиме — довод в пользу „бестрансформаторных" преобразовательных СЭП С ними мы познакомимся позже.
9 „Мал — этот как?" — спросит читатель. А вот как:
суммарная энергия запасаемая в /., и Д, 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, пи тающее усилитель, теперь сильно зависит от потребления тока: усилитель молчит — на выходе СЭП амплитудное напряжение (7о. 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 просадка10.
Последствия таковы. Если £ф 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 „от разиться 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
111 Пишите, родимые читатели, возражайте. Или попытайтесь объяснить.
их идентификации потребуется анализ стереопанорамы, ощущения „воздуха зала" и пр.
Лирическое отступление. Полупроводниковый диод или кенотрон?
Цифра хуже, чем аналог. Лампа лучше, чем транзистор.
Луша. Лошади кушают овес и сено. А Кенотрон — он и есть кенотрон! Чем полупроводниковый диод-то хуже?
К. К. Действительно. Если некоторым коллегам удалось-таки доказать, что вакуумный усилительный прибор имеет преимущество перед полупроводниковым, то сделать это применительно к выпрямительным приборам в СЭП, думаю, будет чуть труднее. Конечно, можно накидать с десяток формул, не забыв волшебное „нетрудно показать", и, в общем, в очередной раз убедить доверчивого читателя в превосходстве кенотрона над полупроводниковым диодом. Однако на этот раз начнем издалека...
Первые неплохие УНЧ, которые старшее поколение помнит по довоенным немецким приемникам", конечно, были ламповыми, а СЭП — кенотронными. Иначе и быть не могло — не селеновым же столбом выпрямлять сотню-другую вольт! Кстати, ламповый усилитель работал в классе А. Двухтактная (пуш-пульная) схема была изобретена позже11 12. То есть усилитель потреблял ток почти постоянный, лишь на большой громкости становившийся пульсирующим. Величина £ф, устанавливаемая после выпрямителя, могла быть очень большой (см. рис. 7): ниже средневы-
Рис. 7. СЭП на основе кенотрона
прямленного выходное напряжение упасть не может. Но теперь напряжение было постоянным, не зависящим ни от потребления в очень широких пределах, ни от пульсации. Ток дросселя £ф тоже был практически постоянным и замыкался то через один диод, то через второй13 14. Кенотрон практически безынерционен,
11 Онн появились у иас после войны.
12 Это было так давно, что иногда мне кажется, что сам „пуш-пул" (push pool, сказочный зверь тянитол-каи) был изобретен позже
13 Расчет, который оказывается не таким уж простым, показывает что величина дросселя должна быть достаточно большой, чтобы его ток не прерывался в течение отрезка времени, где напряжение на нагрузке будет больше, чем на выходе моста (участок АС. рис 1): L>aR/f, где Ct=O,l-O,12. Для мощного лампового усилителя это дроссель порядка сотен миллигенри иа единицы ампер. Заметим, что масса дросселя пропорциональна запасаемой энергии £/-'/2 н составляет немвлую величину: около одного килограмма на джоуль. Любители посчитать заметят, что конденсатором запасать энергию легче. Появление непрерывного тока дросселя заставляет £С-компоненту работать как нормальный ФНЧ, что легко решает проблему пульсации при сравнительно малых величинах С, (-200-300 мкФ).
и между моментами включения — выключения диодов нет ни зазора, ни перехлеста. Теперь заменим кенотрон на два полупроводни ковых диода. Высоковольтный полупроводниковый диод, да еще давнего образца — вещь не шустрая, и мгновенно он закрыться не может. так как в его базе накоплен заряд неравновесных носителей (это касается и всевозможных селеновых и меднозакисных вентилей, навсегда ушедших на радиосвалку). Этот заряд может рекомбинировать (на что нужно время) либо рассосаться, но при этом диод проводит и в обратном направлении, чего у кенотрона отродясь не бывало: электроны летят от катода к аноду. Вторичная обмотка трансформатора на короткое время окажется закороченной и в обмотках будет протекать значительный по величине сквозной ток. К счастью, напряжение при этом невелико — в сети ведь синус, а не прямоугольник.
Многие пытаются объяснить преимущества кенотронного выпрямителя именно отсутствием сквозного тока". Мы же проработаем другую версию. Тенденция к повышению выходной мощности УНЧ возникла давно и отнюдь не связана с high end Просто понадобилось озвучить большие площади. Кто может, вспомните „Усилитель для сельского радиоузла". Важно, что ламповый усилитель стал двухтактным, работающим чаще всего в режиме АВ. Казалось бы, какие преимущества несет новое решение: возрос КПД. выходной трансформатор упростился, погасли вечно светящиеся в классе А аноды! Но ток потребления перестал быть почти постоянным: мы вынуждены уменьшить дроссель £, и вернуться к тому, с чего начинали, — к импульсам дозарядного тока Сф. Только вот форма этого тока в случае полупроводникового диода н кенотрона будет принципиально различной. Диод способен пропустить, по существу, любой ток: ток дозаряда емкости практически ничем, кроме выведенной нами формулы для /с и паразитных г и £г, не ограничен15. Вредоносные импульсы встают во весь рост, выходное напряжение СЭП сильно зависит от токо-потребления и паразитных параметров Кенотрон — типичный ограничитель тока. Это лишь поначалу его вольт-амперная характеристика идет вверх — величина тока не превысит ток эмиссии катода! Импульсы тока сглаживаются, расширяются, выходное напряжение СЭП заметно снижается и в какой-то ме
14 В пользу этой версии говорит следующий факт. Инерционность полупроводникового диода своеобразна. Пока рассасываются носители, он действительно проводит в обратном направлении, и через обмотку течет сквозной ток. Но как только носители исчезают (20—25 мкс для плохих диодов и 100-200 для очень плохих), диод запирается почти мгновенно, буквально „с хлопком". Току накопленному в индуктивности рассеивания трансформатора, некуда при этом деться. Это приводит к возникновению дополнительной помехи, нмеиио она способна попортить звук.
15 Действительно, из институтского курса электрон-
ных приборов известно, что напряжение на дноде пропорционально логарифму протекающего тока, то есть мало меняется с ростом последнего.
ре стабилизируется, меняясь вместе с током потребления по иному закону (см. рис. 8 и 9).
Рис. 8. „Неострые" импульсы тока кенотронной СЭП
(£.„ не велико)
Рис. 9. Снижение выходного напряжения СЭП с ростом тока нагрузки
Расширяется диапазон токов потребления, при которых напряжение питания усилителя изменяется в узких пределах.
В большинстве двухтактных ламповых усилителей легко удается обеспечить режим при котором „молчащий" усилитель уже потребляет некоторый ток /ит]пи (рис. 9). величина которого обеспечивает требуемые условия работы кенотронного выпрямителя. С диодами этого достичь почти невозможно.
Итак, кенотрон действительно обладает преимуществами: стабильное питание и отсутствие импульсной помехи — весомый довод в пользу качества звука16. Вот, похоже, и все.
Как работает трансформатор?
Луша. Вот как ты. К. К., думаешь: почитает читатель наши россказни о кенотронах, трансформаторах, выпрямителях — и прямиком побежит в магазин покупать аппаратуру? Или по-новому взглянет на имеющийся комплект, отыскав в нем скрытые доселе способности к выявлению музыкальных событий? Или вооружится паяльником и влезет под крышку аппарата?
К. К. Такая уж жизнь у нас пошла нынче, что слушать музыку, не задумываясь о техни ке, можно только в филармонии. А имеющий дома хоть какой-то hi-fi вынужден откуда-то черпать эти самые знания. Так пусть уж лучше из первых рук, а не от продавца в магазине.
По большому счету все трансформаторы одинаковые — каждый содержит провод и магнитопровод. Одна обмотка провода включена в электросеть, протекающий по ней ток создает переменное магнитное поле в магнитопроводе. А это поле возбуждает ЭДС во второй обмотке, так что при замыкании обмотки нагрузочной цепью в ней потечет ток Это всем известно еще со школы, однако для анализа звуковых свойств трансформатора потребуется более тесное знакомство с основами его работы.
16 Наша с К. К. задача — указать на возможные последствия изменения режима электропитания. В чем конкретно это проявляется в УНЧ, думаю, напишет М. А. (Сергеев).
Начнем с режима холостого хода: пусть вторичная обмотка ни к чему не подключена.
Сеть
220 В
Рис. 10. Режим холостого хода трансформатора
Ясно, что, вставив вилку в розетку, мы должны быть уверены в отсутствии последствий. Иначе говоря, ток холостого хода должен быть чем-то ограничен. Я бы сказал даже больше: он должен быть мал, в идеальном случае — пренебрежимо мал ведь к полезному току в нагрузке он не имеет никакого отношения. Это приводит к необходимости намотать на магнитопровод достаточно большое число витков первичной обмотки: чем больше витков, тем больше индуктивность £хх и сопротивление 2izfLlal холостого хода и тем меньше ток. Представим это в виде формулы:
l„=U/2*fLa,
Lx=yw2,
где /=50 Гц, w — число витков первичной обмотки, у— коэффициент зависящий от устройства магнитопровода, о котором самое время поговорить.
Оказывается, что все великое множество разновидностей магнитопроводов можно свести к двум типам:
1) магнитопровод в виде тора (бублика), обмотка намотана на магнитопровод (см. рис Па); назовем его магнитопроводом первого (I) типа;
2) обмотка в виде тора, магнитопровод „охватывает" обмотку (см. рис. 116); назовем его магнитопроводом второго (II) типа.
Между ними нет принципиальной разницы. В обоих случаях важно одно трансформатор определенных размеров может передать ограниченную мощность.
Рис. 11. а) Магнитопровод I типа, 6) магнитопровод II типа
₽^/2ку/Нх_.
Всевозможные тороидальные сердечники, отнесенные нами к I типу. Поражает разнообразие ферроматериалов: пермаллой металлический и порошковый, феррит, альсифер
Попробуем разобраться в этом подробнее. Намотав на магнитопровод щ витков, мы получим ток / =U/2’xfyw2 (выбор конкретного магнитопровода равнозначен заданию постоянной у), а также магнитное поле в магнитопроводе Нхх=р/ххщ=Р(//2nyfw, соответствующее режиму холостого хода (р — тоже некоторая константа). Смысл последней формулы очевиден: так как магнитное поле Нхх должно быть малым (иначе сердечник „намагнитится", а точнее, „насытится"), то число витков щ должно быть большим:
Радиолюбители со стажем знают, что еще в тридцатые годы справочники рекомендовали брать по 45 витков первичной обмотки на каждый вольт (а их 220!) при площади сечения магнитопровода 5=1 см2!
Такое количество витков займет на магнитопроводе довольно много места, иначе говоря, частично заполнит окно магнитопровода (в случае тороидального магнитопровода, например, окно представляет собой дырку от бублика (рис.Па)). „Частично", потому что место нужно еще и для вторичной обмотки. Понятно, что при заданных размерах „окна” придется взять провод определенного сечения: не толще — иначе не влезет, и не тоньше — останется часть дырки, а это обидно.
Итак, число витков есть, сечение известно, значит, и сопротивление обмотки г, найти не проблема. Перейдем от режима холостого хода к рабочему режиму. Теперь во вторичной обмотке течет рабочий ток i^. Естественно, что в токе первичной обмотки появится составляющая L(=i^n. где n=iz\/— коэффициент трансформации. Заметим, что tp| и создают близкие по величине (в идеальном случае — равные) и разнонаправленные магнитные поля: поле в сердечнике работающего трансформатора не отличается, таким образом, от поля на холостом ходу. Но самое важное — это то, что появятся потери энергии В первичной обмотке выделится мощность:
Р, =i\r,.
In pt t
Аналогично во вторичной обмотке:
Типичный представитель сердечников II типа. Ш-образный сердечник относится к тому же типу — правда чтобы это понять, требуется немного фантазии
Не отстанет и перемагничиваемый с частотой 50 Гц сердечник — в нем даже на холостом ходу выделится мощность Р . Суммарная выделяемая мощность Рг с одной стороны. при заданной конструкции будет однозначно связана с перегревом трансформатора (ДТ, разница между температурой трансформатора и температурой окружающего воздуха). С другой стороны, эта мощность однозначно связывается с передаваемой трансформатором мощностью Р2=/ UВот и все: Р2 и ДТоказываются связанными известным соотношением. Большей передаваемой мощности будет соответствовать больший перегрев.
Главный вывод: выбор конструкции трансформатора (включая материал сердечника, обмоток, изоляции) и его размеров при заданных режиме охлаждения и величине перегрева однозначно определяет передаваемую мощ
Так и хочется намотать на такую штуку пару обмоток
Замечательный представитель семейства тороидальных трансформаторов,, При массе 7 кг он отдает 500 Вт мощности
ность. Чем лучше трансформатор, тем большую (при прочих равных) мощность он передает. Хочешь передать большую мощность — либо увеличивай размеры трансформатора, либо улучшай конструкцию (а это дорого), либо усиливай охлаждение Чудес не бывает. Кстати, трансформатор оказался наиболее „консервативным" звеном СЭП: если за последние 40 лет удельный габарит, скажем, электролитических конденсаторов снизился в десятки и даже сотни раз, то трансформаторы похудели от силы вдвое-втрое, да и то лишь самые лучшие.
Последствия
Луша, А теперь о звуке*
К, К. Пожалуйста Только надо иметь в виду что непосредственное влияние на звук, причем самостоятельное, трансформатор оказывает, когда...
Луша. Гудит! Это я поняла. А во всех остальных случаях, наверное, его надо рассматривать в комплексе с прочими узлами СЭП и усилителя.
К, К. Посмотрим. Не так давно мы потребовали, чтобы магнитное поле в сердечнике было малым. Большое магнитное поле насытит магнитный материал, после чего трансформатор перестанет соответствовать своему назначению. Током в 50 Гц большого поля не создать — на эту частоту трансформатор рассчитан. А вот если частоту взять пониже...
Луша. Где ж у нас в розетке другую частоту сыскать? Разве что 49.
К. К. Искать надо не в розетке, а в непостоянстве токопотребления УНЧ, особенно работающих в классе В, столь любимом всеми транзисторными усилителями. Итак, при постоянном потреблении ток вторичной обмотки постоянен по амплитуде17. Но когда появляется усиливаемый сигнал, этот ток оказывается промодулирован по амплитуде. В качестве модулирующего воздействия выступает отфильтрованный (фильтр Сф/?н) модуль тока АС, — понять это несложно.
Луша. Студент первого курса нарисовал бы вот такую картинку (см. рис. 12):
 - Амплитуды спектральных составляющих
50Гц	Частота
Рис. 12. Спектр тока потребления во вторичной обмотке
Спектр сигнала с амплитудной модуляцией состоит из несущей (50 Гц) и боковых частот, которые, как известно, как справа, так и слева. Что касается „справа" — это не беда. А вот к „слева" трансформатор отнесется крайне настороженно.
К. К. Кстати, уважаемый читатель, заме-
17 Конечно, он не синусоидальный, а импульсный, как мы только что договорились. Но сейчас, как это принято в физике, мы рассмотрим процесс „по первой гармонике". Суть при этом не меняется, а математика упрощается.
чал ли ты, что иногда в усилителе вылетают предохранители? Иной раз погромче включишь — и ничего, а иногда даже при малом уровне раз — и вылетел. Вставишь предохранитель — все нормально, а дойдет дело опять до того самого коварного фрагмента — и все повторится опять.
Луша. Кто не замечал может проделать весьма показательный опыт Возьмите чужой усилитель и на частоте 25 Гц дайте громкости побольше!
К. К. Если величина фильтра С, 7? недостаточна, что-нибудь сгорит обязательно. Даже если ее достаточно, „подмагничиваемый" трансформатор уже не орел! (См рис. 13.)
Своеобразный ферритовый „бинокль" — основа совершенных высокочастотных трансформаторов. Куда наматывать обмотку, разберется читатель
4 ‘Амплитуды спектральных составляющих
50Гц
>
100Гц Частота
Рис. 13. Спектр тока вторичной обмотки при усилении сигнала 25 Гц. Получен в результате амплитудной модуляции несущей с частотой 50 Гц сигналом, частота основной гармоники которого вдвое выше, чем у тока нагрузки. Имеется постоянная составляющая во вторичной обмотке трансформатора
Самое обидное, что лучшие трансформаторы, тороидальные например, наименее стойки к подмагничиванию.
Луша. Оно и понятно: идеальный трансформатор вообше нестоек — в силу своей идеальности.
К. К. А слушатель отмечает что-то вроде: „пропала глубина и артикуляция баса“; „звучание натуральных инструментов на фоне глубокого баса теряет естественность" и т. п. Между прочим, поэтому (хотя и не только поэтому) измерительные диски делают так, чтобы 25 Гц и около там вообще не встречалось.
Постоянное подмагничивание —далеко не единственный враг трансформатора. Мы уже отмечали, что мощные импульсы подзаряда конденсатора резко осложняют его жизнь. Про потери и подсадку напряжения мы уже говорили, теперь разберемся с одним из следствий неидеальности трансформатора.
Как-то мы заметили, что рабочие магнитные поля первичной и вторичной обмоток почти равны и противоположны. Почти, но не равны. Это следствие неполной магнитной связи обмоток. Другое следствие — реально существующая паразитная £п, третье — наличие внешнего магнитного поля трансформатора. Так вот, оказывается, что до поры до времени, пока импульсы / имеют терпимую величину18, трансформатор выступает как „линейное" устройство: вдвое громче звук — вдвое больше внешнее магнитное поле. А затем все резко меняется, и далеко не в лучшую сторону. Трансформатор превращается в передат-
Типичный трансформатор на Ш-образном сердечнике II типа. Сделано добротно и не для „массовой" аппаратуры.
Масса 13 кг, отдаваемая мощность 600 Вт
Типовой серийно выпускаемый трансформатор с магнитопроводом 1типа типа (разрезное ленточное „железо")
18 Для какого-то трансформатора терпимы 500 А, а какому-то и 25 достаточно — умереть не умрет, но смеяться перестанет! Замечу кстати, что чем лучше трансформатор (чем меньше £п), тем больше импульсы и тем ему больнее.
Типовой серийно выпускаемый трансформатор с магнито проводом II типа (разрезное ленточное „железо")
„Те самые" разрезные ленточные сердечники.
С их появлением трансформаторы стали легче и мощнее
„Корвет УМ 088". Что ж, очень солидно.
Сейчас уже столько добра на это не пустят!
чик, работающий на гармониках частоты 50 Гц! Разлетаясь по помещению прослушивания, последние создают тот же эффект, что осколки Ф1 или РГД-42.
Луша. Кто не спрятался — он не виноват!
К. К. А спрятаться от низкочастотной составляющей помехи можно лишь в стальном бункере.
Луша. Только УНЧ выставить наружу. А интересно, изучал ли кто-нибудь влияние мощной магнитной помехи на какой-нибудь модный „Burr-Brown"?
К. К. М. А., собаку съевший на электромагнитной совместимости, любит приводить один пример..
Луша (про себя). Про собаку можно было бы и не упоминать!
К. К. ...Делают, скажем, УНЧ. И вместо того, чтобы сразу как-то снизить помеху, ее лишь потом чем-нибудь компенсируют — здесь проводок переместят, там экранчик примерят и т. п. Короче говоря, под какую-то норму подгонят.
Луша. А пользователь, который, естественно, всех умнее, что нибудьсвоедобавит — дросселей в розетку, фильтр „Пилот" или экранчик дополнительный. Всю хозяйскую компенсацию разрушит, да к тому же напишет в очередной раз в редакцию о том, какой плохой фильтр „Пилот". А ты. К. К., еще пытаешься критиковать наших экспертов за их опыты (поменять кабель, засыпать колонку
песком (лучше — кварцевым), заткнуть поролоном фазоинвертор, заточить шипы или придавить все это чем-то тяжелым...). Ужо доберутся и они до силовой проводки!
К. К. Пришло время поговорить о рафинированной меди и о том, до чего ее тянуть от АС — до выхода усилителя, до конденсатора Сф, до входа или выхода трансформатора...
Луша. До четырнадцати и старше, до и после полуночи...
К. К. Или все-таки до Днепрогэса? Итак, участок „усилитель — АС". Правда, для начала полезно вообще подумать, чем провод является помимо провода Понятно, что на высоких частотах любая двухпроводная линия выступает в качестве четырехполюсника, битком набитого всякими паразитными индуктивностями и конденсаторами, к тому же нелинейными (см. рис. 14). Такой че
тырехполюсник, будучи несимметричным (а комбинация „вилка — розетка" уже несимметрична), может быть невзаимен: на кабе-
Мы с Лушей открыли верхние крышки четырех УНЧ. Пожалуй, только „Sony TA-F270" нас не смог поразить ничем: обычная „бюджетная" разработка. Данные его СЭП, как и других, мы поместили в таблицу.
„Корвет УМ 088" сделан в типичном советском стиле. Замысел — как в балете или ракетостроении. Что нам бюджет, и что нам „Ямаха"’! Мы сами с усами. Ничего для нас не пожалели: два великолепных силовых трансформатора на разрезных ленточных сердечниках"; по два лучших на начало 90-х годов конденсатора К50-37 (15000 мкФ х 63 В) на каждый канал; отдельные канальные выпрямители на неплохих диодах КД213! Казалось бы, качество обеспечено. Однако эксперимент показывает, что огромной величины Сф недосга очно для поддержания на стабильном уровне напряжения питания под нагрузкой. Теперь мы и сами понимаем, что этого недостаточно. Значительная величина тф=/?нСф не спасает ленточные трансформаторы от подмагничивания — об этом уже говорилось ранее.
Увы, на СЭП красоты „Корвета" заканчивают-
Поразительное сходство „Корвета" и двублочной „Ямахи" отмечают все — но лишь пока не снята крышка!
Разрезной ленточный сердечник хорош, но дорог. Наборный сердечник из Ш-образных пластин дешевле, но связь между обмотками он обеспечивает хуже. Иногда набор „проваривают" с целью улучшения связи, но магнитопровод при этом начинает греться. Замечу, что в большинстве импортных изделий ленточные сердечники не применяются, их мы не видим и в этих усилителях.
Технические параметры СЭП нескольких усилителей
Корвет УМ 088 Sony TA-F270 Yamaha AX-1050 Marantz 53
Выходная мощность канала при
сопротивлении нагрузки 8 0м, Вт	130	56	230	45,5
Количество трансформаторов	2	1	1	1
Сопротивление первичной обмотки, 0м	11,2	14,7	2,9	17,8
Масса, кг	4	10	2	1,5
Количество конденсаторов фильтра	4	2	2	2
Емкость конденсатора, мкФ	15000	10000	22000	6800
Рабочее напряжение конденсатора, В	63	63	75	50
Относительное падение выходного напряжения				
СЭП (частота усиливаемого сигнала 10 кГц)				
при выходной мощности 50 Вт	7,2%	11%	2,9%	14%
при выходной мощности 100 Вт	18,1%	—	5,6%	—
ся. Длиннющие сильноточные провода („силовые" по выполняемой функции, а никак не по виду: 0,35, в лучшем случае 0,5 ммг) к выходным разъемам, отсутствие фильтрации непосредственно у потребителя (то есть на плате усилителя), дурацкая разводка — и звука как не бывало. 40 (!) мощных выходных транзисторов пропадают даром.
Полная противоположность — „Yamaha АХ-1050". Единственный трансформатор внушает доверие и уважение. Сопротивление его первичной обмотки (косвенный показатель „энерговооруженности") заметно меньше, чем у корветов-ских. Мощная сборка — диодный мост — имеет, в отличие от корветовского, неплохой радиатор. Общая емкость конденсатора Сф меньше (см. таблицу), но стабильность напряжения питания выше.
Система электропитания „Marantz 53" — пример того, как надо экономить деньги и массога-барит. Маленький трансформатор, с трудом отыскиваемые конденсаторы Сф, установленные прямо на плате УНЧ. По „идеологии" „Корвета", такое вообще не должно работать! Но вновь и вновь вспоминаешь старую истину — важно не что сделано, а как сделано. А сделано в „Маран-це" все с умом! Мощные и импульсные токи текут по коротким толстым проводам, „силовая" проводка раза в четыре короче корветовской. В результате там, где железа и меди вложено на целый симфонический оркестр, мощности и фундаментальности звучания, особенно на басах, не хватает. А легковес „Маранц" при первом же прослушивании доказывает преимущества уравновешенных, технически обоснованных решений.
ле оказывается указатель „к АС"19. На низких частотах могут проявиться следующие физические факторы:
1) нелинейность проводника, то есть зависимость /?(1);
2) анизотропия — различие сопротивлений в разных направлениях (неравные R+ и R-). О ней уже писали (см. AM № 5 (16) 97, с. 12).
Проанализировать влияние этих факторов на звучание трудно потому, что физическое различие процессов в положительной и отрицательной полуволне может быть очень небольшим20, однако неясно, как на искажения подобного рода реагирует слух. По крайней мере, на данный момент в необходимости высококачественных проводников УНЧ — АС мало кто сомневается.
Участок токового тракта Сф — УНЧ почти ничем не отличается от предыдущего: ток АС протекает там практически в неизмененном виде.
Далее идет участок, включающий вторичную обмотку силового трансформатора. Заявления некоторых специалистов о том, что и по этому участку протекает ток АС, можно принять лишь отчасти.
Как мы убедились, импульсный ток в этой цепи не только мало походит на ток АС, но и влияет на него лишь опосредованно — через изменение режимов работы УНЧ. Так что „нерафинированная" (нелинейная, анизотропная, „локально согревающаяся" и пр.) медь в СЭП влияет на звук в той мере, в какой ей удается воздействовать на саму СЭП (изменение режима подзаряда Сф, изменение режима „подмагничивания" трансформатора и пр.) и УНЧ (изменение напряжения питания). Чтобы убедиться в том, что анизотропия может воздействовать на работу СЭП, вставьте простейший имитатор анизотропии в цепь между диодами выпрямителя (см. рис. 15, г,*г2) и
19 Вспомним, что ток АС может быть гораздо широ-кополоснее. чем сигнал в полосе 20-20000 Гц.
20 Формирование полуволн усилителем в классе В — тоже процесс нелинейный.
вторичной обмоткой21. Размыкание ключа Кл отразится и на режиме трансформатора, и на величине и форме напряжения электропитания, и на звуке. Решающую роль сыграет подмагничивание (наличие постоянной составляющей) тока вторичной обмотки.
Луша. Так что же, действительно до Днепрогэса рафинированную медь тянуть?
К. К. Нет, просто каждый узел должен успешно выполнить возложенную на него задачу. Например, если со своими функциями не
Рис. 15. „Имитатор анизотропии"
Система электропитания УНЧ „Sony TA-F270": обычный трансформатор на Ш-образном сердечнике; никаких излишеств
справляется конденсатор Сф (к слову сказать, по его обкладкам и подводящим проводам течет как ток СЭП (импульсы), так и ток нагрузки (УНЧ!)). то и „рафинад" не поможет. Думаю, качество СЭП определяется не количеством и стоимостью потраченной на него рафинированной меди, а сбалансированностью всех принятых решений при отсутствии явных ошибок.
Система электропитания „Yamaha АХ-1050" внушает доверие и уважение. Эталон габаритов (спичечный коробок) просто затерялся на фоне ее элементов
Прочитав эту статью, наверное, мало кто будет сомневаться в том, что система электропитания влияет на главный параметр аудиокомплекса — качество звучания. В следующем номере читайте продолжение статьи (электролитические конденсаторы: „пассивный элемент" или соратник АС?; линейный стабилизатор: решение проблем стоит больших денег; импульсный вторичный источник питания: близок локоть! как обстоят дела с маломощниками? и многое другое).
Спасибо М. А. за ценные советы.
С. Л. Присылайте письма с конкретными образцами питания!
----------------------О
21 Грубовато, конечно, но как пример подойдет Кстати, может и предохранитель выбить.
„Marantz 53". Звучит гораздо солиднее, чем выглядит (сравните с„Корветом")
Электропитание 2:
по следам
ми
ов и реальностей
Я долгое время преподаю в Военной академии, последние несколько лет, правда, уже без погон, но, как и прежде, люблю ясность в изложении. Может, мы учим и не так, как в университетах, но зато уверенно и надолго. Так и написана статья „Электропитание аудиоаппаратуры" про электропитание — как гвозди вбиты: учись — не хочу!
Если автора еще немного подготовить в нашей системе — из него бы получился неплохой преподаватель военного училища.
Сам я считаю себя бывалым спецом в электропитании, но, сознаюсь, многое, о чем написано в статье, д ля меня оказалось в новинку. А подумаешь, разберешься — вроде бы никак иначе и быть не может. Даже опыт с дросселем поставил — получается! Вот только насчет кенотронов перебор вышел, где ж их сейчас найдешь?!
Я бы не стал писать в журнал, но сам являюсь страстным радиолюбителем. Последнее мое детище — усилитель 400 Вт на канал на японских комплементарных „полевиках" с питанием ±57 В. Статья ваша заронила во мне зерно сомнения, и я ткнулся-таки осциллографом в цепь питания: о ужас! Барабанный удар (те самые японцы с неоднократно цитируемого вами и не вами диска) дал просадку моего электропитания на 24 В (с 79 до 55)! Где оно упало — ума не приложу. В питании у меня два ТПП — крепче не придумаешь, диоды КД2997А — восемь штук на радиаторах и четыре „банки" из-под почившей три года назад в нашей славной академии ЭВМ (ЕС1040).
Уважаемый автор, подскажите, пожалуйста, в чем дело, и посоветуйте, пожалуйста, как быть. У меня есть какие-то „спец“-сердечники — тороиды 120 х 70 х 30 в любом количестве — может, они помогут?
Еще вопрос. Вы пишете о токе 100 А в первичной сети УНЧ. Вычисления я все проделал, как Вы и рекомендовали: все сходится, и все равно не верится. Может, где ошибка? Проверил у себя осциллографом на резисторе-датчике — так ничего подобного нет.
В. Шадрин, г. Санкт-Петербург
Наконец-то мы, поклонники журнала „Радио", нашли что-то для себя на ваших страницах! Уверенно говорю — теперь в полку (или в корпусе) ваших читателей явно прибыло.
„Иннерспейс" и „Электропитание" открыли целый новый раздел, к которому вы, С. Л., К. К. и М. А., раньше только приближались. Конкуренты ваши („Stereo & Video") опять оказались позади, а то они уже вовсю наступали вам на хвост от тяги и музыкальных событий. В отличие от ваших печатаемых корреспондентов, я буду краток и перейду к вопросам и замечаниям сразу.
Конечно, интересно посмотреть на сердечники и трансформаторы, но внутренности импортных изделий меня всегда интересовали больше. Давайте побольше хороших фотографий фирменной техники изнутри. От одного вида ямаховского трансформатора тянет в магазин!
С одним из выводов автора я не согласен. В таблице указано омическое сопротивление первичной обмотки трансформатора питания, а нас интересует обычно выходное сопротивление всего источника. Непонятно, связаны ли они, и если да, то как и почему? Не лучше ли было померить то, что нужно?
Еще вопрос. Если я делаю усилитель и на трансформатор, дроссель и конденсатор у меня есть какое-то место. Как мне им распорядиться? Что должно быть больше по размеру? Чему отдавать предпочтение? Есть ли какие[-нибудь] оптимизационные рекомендации?
Собачка! Вы получили степень, но теряете шарм.
А. Кравцов, г. Санкт-Петербург
Вопросы и пожелания к К. К и С. Л.
Почему вы совершенно упустили из виду импульсные источники питания? Ведь в автомобильной технике они применяются сплошь и рядом?
Я так и не понял окончательно: ну шут с ним с „Пилотом", но хорошие фильтры можно применять или нет?
Воодушевленный вашими картинками, я тоже ткнулся осциллографом в
розетку. Когда дым рассеялся (а я исправил осциллограф и теперь включил его только через трансформатор), я увидел [нечто] такое, что напрочь отбило у меня желание использовать родную сеть. Что делать? Можно ли жить с такой сетью? Синусом там и не пахнет, а обглодыш, который, Вы, К. К., нарисовали,— красавец, по сравнению с тем, что я увидел.
Посоветуйте, надо ли увеличить количество конденсаторов ФНЧ в моем усилителе „Marantz РМ-67", если надо, то каких и сколько?
С нетерпением жду расширения технического раздела.
Присылать ли питание С. Л.?
Т. Борисов, г. Приозерск
Я прочитал „Электропитание аудиоаппаратуры" и так и не понял — „миф это или реальность". Изложено, конечно, изрядно, слов нет — но нам-то, рядовым слушателям, что делать? Хотелось бы получить простые рекомендации — делай так, и звучать будет лучше, не буду же я музейные кенотроны в свой „Rotel" ставить?!
Так как я разбирался со статьей целых три дня (вы бы еще помельче напечатали), то, думаю, имею право задать автору ряд вопросов, надеясь прочитать ответ на первых страницах одного из следующих номеров.
Вопрос № 1. Что такое „аудиофиль-ные" конденсаторы? Я мшу еще понять их „аудиофильность", когда они в сигнальной цепи, но в питании — увольте. Как и К. К., я могу похвастаться „Ямахой" („АХ 890"), так вот, открыв крышку, я сразу прочитал на „банке": „for audio". Это трюк или правда?
Вопрос № 2. Могут ли быть тогда трансформаторы, силовые диоды и дроссели тоже „for audio" или это привилегия только конденсаторов?
Вопрос № 3. Под крышкой моей „Ямахи" много места. Скажите, если я добавлю конденсаторов, будет лучше или хуже? И вообще — как помочь не чему-либо абстрактному, а моей родной „Ямахе", купленной за наши российские американские рублики.
Вопрос № 4. Скажите, как бороться с
АудиоМагазин 5/1998
холодильником? Когда он включается, у меня свет гаснет почти на секунду — понятно, что ни о каком „Пилоте" не может быть и речи. Все мои магнитозаписи полны холодильниковых изъянов (магнитофон „ТЕАС V-6030", проигрыватель CD „ТЕАС VRDS-10").
Вопрос № 5. Имеет ли какие-нибудь особенности электропитание усилителя для сабвуфера? Мой самодельный сабвуфер на двух кинаповских лопухах (не путать с [выпускниками Института киноинженеров]) использует мостовой УМЗЧ с источником на перемотанном торе от лабораторного источника с вашей фотографии, К50-18, 2 шт., 15000 мкФ х 50 В. На басах он хрипит, даже если удваиваешь емкость, в питании при этом — сверхнизкочастотная пульсация с какими-то выбросами.
М. Штейнгарт, г. Красное Село
Мы планируем продолжить публикацию статьи „Электропитание аудиоаппаратуры". Новые материалы дадут ответы на большинство вопросов, заданных читателями. А на некоторые вопросы я отвечу прямо сейчас.
М. Штейнгарту. Для борьбы с холодильником нужны две меры. Первая — хороший сетевой фильтр для снятия высокочастотной помехи и безудержное увеличение конденсаторов во всех цепях электропитания. Если вы защищаете магнитофон, то добиться посто-янной времени (т -	) в од-
ну-две секунды нетрудно. Это поможет. В „Ямаху" тоже полезно добавить конденсаторов, но высокочастотных (К52-1) и прямо на плату УНЧ. Ваш сабвуфер на лопухах хрипит, так как тороидальный трансформатор подмагаичивается по вторичной обмотке. 30000 мкФ — явно мало. Утройте. Объяснения — в первой статье „Электропитание".
Т. Борисову. Питание присылайте, а то я, как и М. Штейнгарт, борюсь с холодильником. Жить с сетью не надо. Ваша С. Луша. (На остальные вопросы ответы в статьеК. Никитин^
А. Кравирву. Выходное сопротивление источника измерить не сложно, но и не так просто. Даже в отсутствие омических потерь оно имеет место. А то. что предлагаем измерять мы, определяется тестером на постоянном токе и правильно сделанный, сбалансированный источник характеризует вполне.
-(з... 5)/^.(tu/220 в)2.
Например, если питание усилителя— 100 В, а Дперв. = 2 Ом, то	* 1... 2 Ом.
Если трансформатор и конденсаторы современные, го объем, занимаемый последними, обычно в два раза меньше
трансформаторного. Например, 1 дм3 и 8 кг тороидального трансформатора (400 Вт) и 10 штук японских конденсаторов „Rubycon" 10000 мкФ х 63 В. Старые конденсаторы (К50-18) существенно крупнее.
За потерю шарма (С. Л.):
...Увы, мой друг, когда б моложе
и лучше качеством была...
...Я съездила бы вам по роже
за столь обидные слова...
В. Шадрину. Уважаемый товарищ военнослужащий! Конечно, все дело в ТПП. Они действительно крепкие, даже зеленые, но намотаны картоном и в УНЧ не годятся. Возьмите ваши спец-сердечники и намотайте на пару (получится 120 х 70 х 60) 440 витков первичной обмотки проводом диаметром 0,9 мм (один слой снаружи тора, два внутри). Войдет около 100 м провода, то есть сопротивление будет примерно 4 Ом. Дальше справитесь — при наличии хороших конденсаторов (чешские электролиты от ЕС1040 за 15 лет подсохли) у Вас не будет проблем.
100 А в первичной сети УНЧ бывает только в импульсе и редко. Нужна хорошая сеть и очень мощный трансформатор с малым рассеянием. Резистор-датчик нужен в сотые доли ом.
Р. S. Место и погоны в академии для меня попридержите. Подучусь немного — и соберусь к Вам.
К. К. Перерыв с момента предыдущей публикации (см. статью „Электропитание аудиоаппаратуры: мифы и реальность", „АМ“ № 1 (18) 98) показал, что среди читателей журнала немало таких, кто интересуется проблемами разработки аппаратуры. Жанр „АМ“ своеобразен — мы не создаем научно-технический журнал, так как разрабатывать устройства должны специалисты, которым нужны совсем другие статьи. Но не хочется быть и путеводителем по магазинам — разумная доля технической науки небесполезна простому слушателю. Поэтому вдвойне приятно, когда статья с техническим уклоном получает читательские отклики.
Итак, предыдущее повествование скорее поставило ряд вопросов, чем дало ряд ответов, Главный вопрос — как же все-таки спроектировать оптимальную систему электропитания (СЭП) для усилителя низкой частоты — остался открытым.
Луша. Конечно! Представьте, что в первой же серии детектива всех поймали и осудили!
К. К. Тем не менее, мы выяснили, что сделать СЭП по уму вовсе не просто. В качестве одной из важных проблем мы назвали импульсное токопотребление
СЭП от сети: комбинация трансформатор — диоды — конденсатор потребляет от сети мощные короткие импульсы, создавая массу проблем. Разборка четырех усилителей, проведенная при подготовке предыдущей статьи, показала. что проблема импульсного токо-потребления интересует только нас: ни в одном из усилителей не используются даже небольшие дроссели в цепях электропитания.
В „Marantz РМ-53", например, используется маломощный силовой трансформатор с сопротивлением первичной обмотки Rn = 17,8 Ом и небольшая емкость фильтра (Сф = 6800 мкФ) — можно не заботиться о наличии мощных импульсов. В „Корвете УМ-088", несмотря на пару могучих трансформаторов и целую батарею конденсаторов, везде, где только можно, в силовых цепях используются тонюсенькие проводочки — злобных импульсов как не бывало, как. впрочем, и хорошего звучания.
А вот в „Yamaha АХ-1050“ импульсы встают во весь рост, достигая во вторичных цепях трансформатора на пиках звучания ста ампер.
Луша. И что же? Плохо шраег наша „Ямаха"?
К. К. Плохо не плохо, но могла бы играть лучше. Вот с ней мы и поэкспериментируем. Соберем в соседней комнате нашей подружке новый СЭП (рис. 1).
Луша. Замечу, что он вдвое тяжелее самой подружки и вчетверо тяжелее меня!
К. К. Теперь правее сечения АА' никаких импульсов нет. а саму „ АХ-1050", вернее, маломощный „остаток", мы подключили через тот самый фильтр „Пилот", который обругали в прошлый раз. И что же? „АХ-1050“ зазвучала существенно приятнее! Заметно ярче, натуральнее стало звучание в моменты большой громкости, исчезла характерная „кашеобразность" органного звучания, барабаны, и так изрядно сотрясавшие жилище, стали больше походить на оркестровые, а не шумовые принадлежности.
Луша. А теперь уберем тяжести: закоротим Лф И оторвем Сф2.
К. К. В питании усилителя теперь присутствует пульсация напряжения, но пульсапий тока вблизи „АХ-1050" как не было, так и нет: Сф1 остались в другой комнате!
Луша. „Ямаха" заиграла похуже, но все равно приятнее, чем в исходном варианте.
К. К. Диагноз ясен! Даже при столь великолепной компоновке, какая имеется у., АХ-1050", соседство прецизионных узлов усилителя низкой частоты и
Рис. 1. Эксперимент с „Yamaha АХ-1050“.
Исключение импульсного токопотребления в непосредственной близости отУНЧ заметно изменяет звучание Сф1 = 22000 мкФ х 100 В; 1_ф = 20 мГн х 20 А
цепей с гектаамперами крайне нежелательно.
Как уже, наверное, догадался читатель, единственным надежным способом борьбы с импульсами тока является дроссель. Даже маленький (500 мкГн) дросселек, с ролью которого хорошо справляется индуктивность рассеивания трансформатора1, заметно „разма-зывает“ импульсы, снижая степень их вредоносности.
При достаточно большой величине дросселя
(О,
где RH — входное сопротивление УНЧ со стороны клемм электропитания,/= 50 Гц, у = 0,1... 0,12 — вычисляемый коэффициент, ток дросселя оказывается непрерывным и фильтр работает как обычный ФНЧ, выделяя сред-невыпрямленное напряжение. При
Рис. 2. Зависимость выходного напряжения LC-фильтра СЭП от тока потребления и величины 1_ф
£ф1 < £ф2 ток обрывается и напряжение возрастает, в пределе стремясь к амплитудному значению Um.
Понятно, что последний вариант оказывается во многих случаях предпочтительнее: никаких импульсов, да и напряжение, снизившись до определенного уровня, остается стабильным. (Даль
1 Паразитный параметр, описывающий неидеаль-ность магнитной связи обмоток.
нейшее падение (7СЭГ1 связано и с омическими потерями, рис. 2.) Однако, даже выбрав ток нагрузки, при котором ток дросселя еще остается непрерывным, достаточно большим (/mn » 0,5 А), мы получим согласно (1) £ф2 = 250 мГн. Такой дроссель (0,25 Гн х 0,5 А) уместится на детской ладошке. Но ведь и пиковый ток потечет через него! А дроссель „толстеет" пропорционально квадрату тока. Изделие 0,25 Гн х 25 А надо возить на грузовике!
Разумный компромисс заключается в использовании так называемых „насыщающихся" дросселей. На малых токах они имеют большую индуктивность, а на больших индуктивность падает. Такой дроссель невелик (в нашем случае — размером с половину силового трансформатора). В реальной ситуации выяснить приемлемый характер токопотребления и, соответственно, определить параметры фильтра можно лишь путем непростых машинных расчетов, подкрепленных экспериментом.
Широкий диапазон токов потребления, при которых 1/сэп остается почти постоянным, обеспечиваемый при использовании насыщающихся дросселей, позволяет эффективно применять линейные стабилизаторы напряжения (ЛСН, рис. 3). Их использование (например, в усилителях „Kreil") позволяет добиться следующих преимуществ:
— выходное сопротивление СЭП резко падает. Например, в точке В оно существенно ниже, чем в точке В. Эта ситуация наблюдается даже при достаточно больших токах, главное, чтобы сохранялась определенная разность потенциалов точек В и В' At7BB';
— выходное напряжение СЭП становится постоянным. Теперь не надо заботиться о том, что в режиме молчания напряжение питания УНЧ подскочит на 20-25%.
Но и недостатков в системах, использующих ЛСН, немало. Вот основные:
— повышенные энергопотери. Нестабильность бытовой сети (±10-15%) приводит к необходимости выбора немалой величины ДПВВ', что в мощном усилителе приводит к дополнительным потерям 100-150 Вт;
— несмотря на большую величину Сф1, без большой Сф2 не обойтись, иначе придется делать регулирующий элемент (РЭ) ЛСН широкополосным: даже среднечастотные компоненты тока потребления замкнутся через РЭ, а не через Сф2;
— следует признать, что помимо недешевых £ф и Сф2 мы „нажили себе" еще и немалое по размеру устройство — ЛСН со своим радиатором. Ясно, что пойти на такие приобретения могут только создатели иедешевых усилителей. Сам по
В' к унч
Рис. 3. Линейный стабилизатор напряжения (ЛСН) в составе СЭП наиболее эффективен при наличии LC-фильтра с насыщающимся дросселем
себе стабилизатор — вещь несложная, тем более что подойдет простейший (рис. 4) Только надо учесть, что РЭ придется рассчитывать на пиковые токи усилителя (читай — акустических систем): Сф2 здесь не помощник. При современной элементной базе эта задача решается, были бы деньги у покупателя;
— и последнее. Далеко не все производители убедились в том, что стабилизированное питание — обязательное условие движения к high end. Каждый ведь идет своим путем.
Луша. И, говорят, добивается успехов, извлекая из любой ситуации ее положительные свойства.
К. К. Конечно. Есть в использовании ЛСН и технологические плюсы. Силовой трансформатор, диоды, дроссель, конденсатор теперь могут быть едиными на два канала. Это проще и дешевле. Конденсатор Сф2 целесообразно „рассредоточить" по потребителям, например, если используется параллельное включение транзисторов: ток его заряда теперь постоянен, и не надо бояться его проникновения на плату усилителя низкой частоты. Упрощается построение каскадов усиления и стабилизация режимов. Функция токовой защиты усилителя может быть передана ЛСН.
нестабильное
Рис. 4. Простейший линейный стабилизатор напряжения. В качестве генератора тока может использоваться резистор, в качестве источника опорного напряжения - стабилитрон. Коэффициент усиления регулирующего элемента по току должен быть большим
По-моему, одна из причин отсутствия массового применения ЛСН в усилителях кроется в том, что серийный производитель морально не готов к существенной смене идеологии „усили-телестроения“, и решающим фактором является то, что неясно, готов ли покупатель платить за ЛСН дополнительные деньги.
Луша. Ну и что? Складно, конечно, излагаешь, слов нет... После наших бесед — хоть экзамен сдавай профессору. А что же делать читателю, который к тому же еще и слушатель?
К. К. По порядку. Во-первых, мощному усилителю делать отдельный подвод тока толстым проводом. Очень мощному — прямо от распределительного щитка.
Во-вторых, никаких фильтров. Даже самых лучших. Фильтры нужны маломощной аппаратуре, а не усилителю низкой частоты.
В-третьих, если руки чешутся что-то „улучшить"— можно реализовать схему, показанную на рис. 1, либо попробовать установить ЛСН — места под крышкой усилителя всегда хватит. Но и то и другое непросто. Имей наш журнал раздел „Умелые руки", я бы подсказал, как это сделать.
Луша. Умелые руки не чешутся...
К. К. Не так давно замечательный специалист В. М. Зуев отвечал на письмо одного из наших читателей по поводу использования импульсных вторичных источников электропитания в мощных У НЧ. Автор письма, на чьем счету, по-видимому, имеются удачные попытки создания импульсных источников, выступает в качестве их активного пропагандиста. Попробую поддержать В. М. Зуева в его ответе, тем более что на первый взгляд может показаться, что прав читатель: действительно, почему импульсные (ключевые) СЭП, уверенно завое
вавшие ЭВМ, телевизоры, массу другой аппаратуры, практически не используются в ,двуковых“ усилителях?
Для того чтобы ответить на поставленный вопрос, рассмотрим простейшую структурно-функциональную схему ключевого источника, рис. 5. Он использует выпрямитель и фильтр сете вого напряжения ( 7); управляемый инвертор („переворачиватель") (2), преобразующий постоянное напряжение +300 В в высокочастотное (десятки килогерц) импульсное переменное двуполярное с возможностью регулировки ширины импульса; высокочастотный трансформатор (3); вторичный выпрямитель (4), формирующий мощную однополярную импульсную последовательность с широтно-импульсной модуляцией. Постоянная (медленно меняющаяся) составляющая импульсной по
следовательности, выделяемая фильтром нижних частот ФНЧ (5), будет зависеть от относительной ширины импульса.
Таким образом, рассмотренное устройство выполняет функции гальванической развязки, трансформации, выпрямления и регулирования, в том числе стабилизации выходного напряжения. Возможности таких источников практически безграничны, что обеспечивает им широчайшее применение. Однако кратко расскажу, почему мы не видим их в усилителях низкой частоты.
Первое. УНЧ потребляет ток, спектр которого очень широк. Наличие на пути этого тока ФНЧ (5) и присутствие цепи ООС ставит весьма сложные технические проблемы, решить которые с гарантией можно лишь при наличии большой (сравнимой с Сф в обычных УНЧ) емкости фильтра (5). Это дорого, так как одна большая и недешевая емкость Свх уже используется.
Второе. Стоимость мощных ключевых источников, обладающих высокой надежностью,— около 1 доллара за ватт пиковой мощности в крупносерийном производстве. В нашем случае, когда есть ряд дополнительных требований,
она может быть и больше. Выходит, что стоимость УНЧ может удвоиться, если установить туда импульсный источник.
Третье. Если мы называем проблемой наличие помехи от переключения ключей микросхемы-вычислителя проигрывателя компакт-дисков, то колоссальная импульсная помеха, создаваемая импульсным источником, порождает суперпроблему. Думать, что повышение частоты коммутации разрешит ее, „разнеся" спектр сигнала и спектр помехи на оси частот (как считает автор письма), значит предаваться иллюзиям. Наличие элементарных знаний в области нелинейных преобразований помехи подскажет, что просто эта задача не решается. Я уверен в том, что она разрешима, и знаю, как это сделать. Но в 1 доллар за ватт при этом я не уложусь.
Наличие помехи от импульсного источника, даже от неплохо экранированного, воздействует на звуковые образы весьма и весьма разрушающе.
В стабилизированных импульсных источниках плотно стоящий „лес" составляющих спектра помехи с шагом 100 Гц путем многократных детектирований, модуляций и других нелинейных преобразований на элементах тракта становится неотъемлемым участником событий, в том числе и музыкальных. „Ушастые" аудиофилы при этом жалуются на „транзисторный" призвук в ламповых УНЧ, „цифровой" призвук в аналоговых устройствах утрату „воздуха", „уплощение" стереопанорамы, потерю прелести натурального звучания...
Луша. ...слабость в членах и томление духа. В общем, все ясно. Питаете импульсным источником передатчики „Радио Модерн"— и питайте, а усилители низких частот — ни-ни. Разве что автомобильные, где сам сидишь внутри колонки...
К. К. Но это уже тема для другого разговора.
Окончание следует
Электропитание аудиоаппаратуры
Окончание
В свое время в "AM" были опубликованы две части статьи “Электропитание аудиоаппаратуры” (см. “AM" № 1 (18) 98 и № 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, отм шившая че-тырехлетнии 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, разобрав что-то электрическое, конденсатор 1000 мкФ х 15 В, размером с
1 Учитывая, что существует еще 6-7 “основных” элементов тракта — диодов, резисторов, транзисторов и т. д., писать можно еще долго — а значит, и моя миска не оскудеет. Подход одобряю.- С. Л.
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.
Рис. 1. Эквивалентная схема конденсатора
В 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 =	С., а основ-
ными “тормозами” при зарядке будут значительная величина Lt и небольшие Д] и Ro. При попытках быстрой зарядки придется учесть, что основная емкость Ct напрочь отгорожена большой индуктивностью 1], а за конкретное быстрое время успеет зарядиться лишь часть компонентов С„ = Е” G, где n<N. Резистор AN+1 означает наличие утечки, Lo — 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 7?0, £0, а также определенного набора Г, и 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 J?!, Lt (а может, и на R2 и Г.2)> осложняющие жизнь наиболее весомым компонентам Ct и С2. Наоборот, пальнул дирижер из пистолета (И. Штраус-отец, полька “На охоте”) — громкость не ахти, но скорость нарастания сигнала изрядна. Тут С], С2, а возможно, и С3 отгорожены индуктивностями-паразитами так, что сигнал выстрела уже закончится (и лиса убежит), а ток еще не нарастет. Тут и понадобится компонента С,, для которой LJ мало и которой как раз может не хватить — захлебнется пистолет-
Луша. Хорошо хоть не дирижер...
К. К. Второе. Резисторы 7?0, Rt 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 7?, и утечка через T?N+1 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. Л^Есть устройства (например, усилитель в режиме класса D с широтно-импульсной 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,
АудиоМагазин 5/1999
0,1% — керамическая или слюдяная Таким образом, оказывается перекрытым диапазон до десятков МГц. Нашему hi-fi-усилителю такой диапазон, конечно, не нужен, но два-три конденсатора оказываются не лишними. Так вот: далеко 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 “развлечений” 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).
Рис. 2
Это неправильно! Все провода должны быть толстыми! Они имеют не только меньшие омические потери, но и меньшую паразитную индуктивность, учитываемую аналогично £0.
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, Со — та самая емкость размером с добрую пивную кружку и ценою в двухмесячный оклад профессора, £П1 и £„2 — паразитные индуктивности электропроводки. Понятно, что разработчик стремится минимизировать £п2, иначе смысл применения Со 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 ампер. Внутреннее сопротивление 5-6 миллиом, еще пара-другая набегает на контактах. Паразитная индуктивность пренебрежимо мала и составляет десятки наногенри. Скорость возможного нарастания тока £ак огромна и удовлетворит любым требованиям.
Индуктивность £П1 не мала. Если аккумулятор стоит под капотом (а не в багажнике — как у некоторых “Мерседесов”), £п1 может достигать единиц и десятков микрогенри, 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 диапазоне2. Здесь и может пригодиться конденсатор Со, расположи мы его в непосредственной близости от АА', при этом £п2 —» 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) микрогенри. Иными словами, фарада нужна отнюдь не для борьбы с паразитной индуктивностью, если вообще для чего-то нужна
Анализ СЭП автомобильных УНЧ показывает, что на выходе СЭП, то есть непосредственно по питанию УНЧ, больших конденсаторов нет: получается, что низкочастотные составляющие тока АС активно гуляют по цепям клю
2 Еще и еще раз подчеркнем: если основной '‘звуковой" диапазон реальной музыки, то есть напряжения на АС, сравнительно узок, то диапазон токов потребления УНЧ. особенно в режиме класса АВ, довольно широк - десятки и сотни килогерц.
чевого преобразователя СЭП. Само по себе это и плохо и неплохо, избежать пагубного влияния этого процесса на звук можно. Фарада же, составляя со входным сопротивлением СЭП посто янную времени порядка десятков-сотен миллисекунд, не пускает неоднократно усиленные трансформатором СЭП токи АС дальше себя.
Ну и что? И в этом процессе здравый радиотехник 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 пульсации напряжения па аккумуля торе при работающем моторе и. соответственно, генераторе.
Ведь энергосистема автомобиля, например “Жигулей”, выглядит так (рис. 4).
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-регуля тора (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 х, у, z... минимума UaB, а при небольшой громкости с работой справится генератор, стараясь обеспечить нулевой средний ток аккумуля-
тора за период Т Несложный анализ показывает, что в обоих случаях пульсация {7а„ возможна и может достигать единиц вольт. Фарада же даже при токе в 100 А снизит 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.
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 “повисшей” 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. A. (“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 бескорпус-ные керамические конденсаторы. Паразитная индуктивность таких конденсаторов составляет доли наиогенри.
Известно утверждение специалистов3, что чем больше будет установленный конденсатор по питанию процессора в одном из 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 кормит... 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... 4
3 К. К.! Давай это слово возьмем в кавычки. С. Л.