Jump to content
  • Surse de alimentare liniare pentru amplificatoare audio - calcul, teorie, concluzii


    donpetru

    Acest articol trateaza cele mai importante aspecte teoretice si practice necesare în dimensionarea alimentatoarelor liniare din aparatura audio de uz casnic si profesional. Se va face referire în special la alimentarea amplificatoarelor audio hibride si discrete, realizate cu tranzistoare si/sau circuite integrate, urmând ca în viitor sa aducem în atentia voastra câteva aspecte referitoare la alimentarea amplificatoarelor audio cu tuburi, respectiv prin intermediul surselor de alimentare în comutatie.

    Aparatura electronica, inclusiv amplificatoarele audio, necesita pentru alimentarea cu energie electrica, o sursa de tensiune/curent continu. Aceasta sursa se obtine de la baterii sau prin redresarea si filtrarea tensiunii provenite de la reteaua de curent alternativ. Datorita domeniului larg a puterii debitate, amplificatoarele audio necesita un domeniu mare de tensiunii de alimentare, lucru ce conduce la utilizarea unor echipamente care sa adapteze tensiunea retelei de curent alternativ la necesitatile amplificatorului, necesitatii impuse de topologia amplificatorului.

    Momentan, solutiile pentru alimentarea amplificatoarelor audio sunt:

    Surse de alimentare liniare - transformator, punte redresoare si filtru;
    Surse de alimentare în comutatie - redresor 1, transformator de înalta frecventa, redresor 2 si filtru.

    În comparatie cu sursele în comutatie, sursele liniare prezinta o serie de avantaje: fiabilitate sporita; zgomot redus pe tensiunile furnizate; perturbatii de inalta frecventa aproape inexistente; separare galvanica a consumatorului de retea. Sursele în comutatie au avantajul unui randament foarte ridicat în comparatie cu randamentul surselor de alimentare liniare.

    Schema bloc a unei surse de tensiune liniara stabilizata este prezentata în figura 1. În cazul alimentarii de la baterii sau acumulatoare, lipseste transformatorul, redresorul si în anumite situatii: filtrul.

    schema%20bloc%20sursa%20stabilizata.JPG

    Schema din fig.1 reprezinta o schema tipica de alimentare care se utilizeaza la alimentarea consumatorilor de c.c. Pentru alimentarea amplificatoarelor audio, schema de mai sus se transfigureaza si rezulta schemele din fig. 2 sau 3, pe marginea carora o sa discutam pe parcursul acestui articol.

    În figura 2 este reprezentata schema de alimentare nesimetrica a unui amplificator audio iar în figura 3 este prezentata o schema de alimentare simetrica. În ambele figurii am folosit reprezentarea tranzistoarelor T1 si T2 ca tranzistoare MOSFET. Considerentele sau afirmatiile ulterioare se aplica si în cazul în care aceste tranzistoare ar fi bipolare sau IGBT. Totodata, am ales alimentarea printr-un redresor bialternanta deoarece este cel mai folosit si recomandat deopotriva.

    alimentare%20asimetrica%20amplificator.P

    În general, transformatoarele de retea pentru alimentarea instalatiilor si echipamentelor de audiofrecventa sunt de regula monofazate, cu una sau mai multe înfasurari secundare si puterii aparente pâna la 3kVA. Aceste caracteristici tehnice le regasim la toate echipamentele muzicale produse în serie mica sau mare, si mai putin la exemplarele unicat, unde datele problemei pot fi altele si rezultatele de asemenea.

    alimentare%20simetrica%20amplificator.PN

    Transformatorul poate fi executat în constructie încapsulata si poate fi de tip toroidal, cu miez feromagnetic 2U sau E+I. Pentru proiectarea transformatorului sau determinarea caracteristicilor constructive ale acestuia, se porneste de la marimile electrice din secundarul sau, care se presupun cunoscute, si anume: Us, Is, respectiv Ps.

    Dar cum determinam Ps ?

    În toate situatiile se cunoaste tensiunea de alimentare a amplificatorului, lucru ce ne ajuta relativ usor sa stabilim tensiunea secundara Us. Determinarea puterii aparente secundare Ps se face cunoscând termenii din relatia Ps=Us*Is sau apelând la o solutia aproximativa, putem determina aceasta putere, cunoscând puterea amplificatorului, randamentul amplificatorului si a alimentatorului (de fapt a redresorului).

    Totusi, determinarea puterii unui amplificator comercial luând în considerare numai tensiunea de alimentare a amplificatorului si impedanta de sarcina, neglijeaza caracterul real a sursei de alimentare, lucru ce poate conduce la obtinerea unor rezultate mult departate de cele reale. Când spunem ?puterea amplificatorului", ne referim la puterea debitata de acesta pe impedanta minima admisa - putere exprimata in WRMS.

    În realitate, la un amplificator audio stereo puterea masurata pe ambele canale o data, în regim "Full Power", nu este aceesi cu ce masurata numai pe un singur canal în regim "Full Power", asta datorita existentei unei rezerve de energie mult mai mari în cazul functionarii la sarcina nominala a unui singur canal de amplificare. Deci, daca veti masura vreodata la un amplificator audio puterea pe un singur canal, asta nu inseamna ca amplificatorul va livra 2 x puterea masurata pe acel canal.

    Deci, pentru realizarea unei masuratorii corecte a puterii debitate de un amplificator audio, va trebui sa masurati puterea debitata de amplificator pe ambele canale o data.

    Pentru a vedea toate implicatiile ce survin în calcul alimentatorului, în continuare vom analiza un aspect destul de important care are legatura cu forma caracteristici de iesire a ansamblului redresor ? transformator cu filtru capacitiv. Aceasta caracteristica este prezentata în figura 5.

    Urmatoarele considerente sunt mentionate în ipoteza existentei unei surse de alimentare reale. Muzica nu este un semnal sinusoidal iar frecventa de comutatie a amplificatorului la un moment dat (redata în figura 4 prin notatia fc), poate fi egala, mai mica sau mai mare decât frecventa pulsurilor de tensiune netezite de condensatorul de filtraj CF. Altfel spus, condensatorul CF se încarca pe frontul crescator a riplului de tensiune, într-o perioada mai mica de 2T (T=20ms) si se descarca pe frontul descrescator a riplului sau mai multor ripluri, într-o timp dependent de valoarea frecventei fCOM si raportul Ur0/ZSmin.

    Aceste afirmatii sunt facute pornind de la premiza ca în timpul comutatiei, amplitudinea frecventei de c-da aduce pe deplin tranzistorul T în saturatie. Deci, cu cât fCOM e mai mare si considerând CF, Ur0/ZminF constant, atunci condensatorul CF se va descarca ?mai greu". Asta înseamna ca o mare parte din energia necesara lui Zmin va fi furnizata de condensatorul CF. Problema capata un alt rezultat atunci când fCOM se aproprie de 0 (c.c.) sau altfel spus, când atinge 1/2T, respectiv scade sub aceasta valoare.

    figura%204%20si%205.PNG

    Asta înseamna ca în timpul functionarii amplificatorului, punctul de functionare A va tinde sa atinga mai repede punctul E, cu cât amplificatorul va tinde sa functioneze mai aproape de sarcina nominala, frecventa de comutatie a etajului final va tinde sa o atinga sau sa fie mai mica decât frecventa riplului tensiunii redresate sau cu cât amplificatorul va fi fortat sa functioneze pe o impedanta mult mai mica decât cea nominala. Pentru a împiedica un domeniu larg de variatie intre punctele A...D va trebui sa adoptam un capacitor de filtraj de calitate si valoare corespunzatoare.

    OBS. Referitor la dU[%]=[Ur00/Ur02]*100, trebuie metionat ca la stabilirea acestuia trebuie sa se tina cont si de SWR circuitului integrat (factorul de rejectie a sursei de alimentare), în cazul în care amplificatorul este realizat în constructie monolitica asemenea circuitelor integrate amplificatoare audio din seria TDA, LM etc.

    Acestea fiind spuse, asta înseamna ca un amplificator proiectat sa reproduca numai frecventele audio înalte va avea nevoie de o sursa de alimentare de putere mai mica decât un amplificator audio proiectat sa reproduca numai frecventele foarte joase, asemenea amplificatoarelor audio de subwoofere.

    Orice alimentator a unui amplificator audio are propria sa caracteristica reprezentata aproximativ printr-o dreapta de genul celor din fig.5, a se vedea dreapta I sau II. În realitate exista o infinitate de drepte care au originea în punctul C. Cu cât dreapta este mai abrupta (a se vedea dreapta trasata cu verde), cu atât mai mult transformatorul alimentatorului respectiv va avea o cadere de tensiune dU[% mai mare si o temperatura de functionare mai ridicata la Inom (afirmatie facuta în ipoteza pastrarii constante a sectiunii miezului feromagnetic a transformatorului pentru toate familiile de drepte caracteristice a alimentatorului).

    În proiectarea ansamblului transformator-redresor, se urmareste ca în sarcina nominala, punctul de functionare a alimentatorului sa se încadreze pe segmentul E (vezi figura 5).

    Atentie, afirmatia anterioara nu trebuie respectata la functionarea în gol a amplificatorului. Acest lucru ofera proiectatului o alegere libera asupra determinarii puterii aparente si detaliilor constructive a transformatorului, asa cum vom vedea mai jos.

    figura%206.PNG

    Sa privim figura 6. Apoi sa presupunem ca avem un transformator electric de putere ?X", putere care rezulta datorita unei sectiuni a miezului feromagnetic, notata cu S1, si bineinteles datorita unei inductii magnetice în miez inferioara limitei maxime admise (Bmax). Pentru simplificare vom neglija pierderile în fier si cupru.

    În figura 6a este prezentata forma ideala a tensiunii în secundarul transformatorului în sarcina nominala, deci la inductia magnetica nominala. Cu albastru curentul electric ideal în înfasurarea secundara, înregistrat pe sarcina RL, asemenea celui care este prezent la iesirea amplificatorului. În figura 6b se prezinta forma de unda a tensiunii si curentului atunci când se impinge punctul de functionare a transformatorului la Bmax (lucru întâlnit la functionarea în suprasarcina a transformatorului).

    În cazul amplificatoarelor audio ?ieftine", se întâlneste foarte des cazul din figura 5b. Acest caz ia nastere atunci când se proiecteaza alimentatorul amplificatorului, implicit transformatorul, sa lucreze în zona lui Bmax. Dar cum facem asta sau de ce se întâmpla lucru asta ?

    Din start aceasta solutie ne permite utilizarea unui transformator de putere mai mica pentru alimentarea unui amplificator de putere ?mare", cu repercursiuni asupra reproducerii tonalitatii sunetului în domeniul 0,5*Pnom ... Pnom, si cu afectarea THD-ului amplificatorului audio în aceasta zona. Mai exact, se înrautateste caracteristica THD=f(P) a amplificatorului în domeniul mentionat. Sunetul la Pnom nu mai este asa cum ar trebui sa fie, lucru care nu poate fi sesizat de orice persoana. Pentru unii chiar nu conteaza diferenta!

    Sa exemplific: Sa presupunem ca avem un transformator de 500VA, toroidal, dimensionat la o inductie de 0,9T. Înfasurarile transformatorului au fost dimensionate la o densitate de curent de 3A/mm[sup2[/sup iar tensiunile secundare la mersul în gol a transformatorului sunt de 2 x 40V. Caderea de tensiune în sarcina nu depaseste dU=5%, ceea ce înseamna un 2 x 38V. Acum, sa presupunem ca avem nevoie de un curent dublu în secundar pe aceesi sectiune a miezului feromagnetic a transformatorului. Aceste conditie se poate îndeplini doar daca miezul feromagnetic a transformatorului nu a fost adus la Bmax în prima situatie. Marirea curentului conduce la marirea densitatii de curent la J=6A/mm[sup2[/sup, conditie care pot fi suportata de transformator prin luarea unor masuri privind coordonarea izolatiei si o temperatura de functionare care este putin sub limita maxim admisa. În aceasta situatie forma tensiunii si curentului este cea din figura 6b. Pentru a obtine 2x38V la functionarea în sarcina va trebui sa marim caderea de tensiune procentuala sau altfel spus, tensiunea la mersul în gol. Spre exemplu, sunt situatii când se adopta dU=30...50%.

    Atunci tensiunea redresata la mersul în gol poate deveni mare dar cum majoritatea etajelor finale din amplificatoarele audio au în componenta tranzistoare cu tensiunii Uce foarte mari acest lucru nu este o problema. Un dezavantaj ar fi alegerea unor condensatoare CF cu tensiunea nominala mai mare decât în mod uzual. Acestea fiind spuse, nu ar trebui sa mai mire pe nimeni de ce unii producatorii de amplificatoare audio PRO utilizeaza pe un etaj final numai 3 perechi de finali, când la un calcul simplu se demonstreaza ca la acea tensiune de alimentare nu ar fi suficienti ? asta raportându-ne si la puterea posibil debitata de amplificator, calculata în functie de tensiunea de mers în gol a acestuia si impedanta sarcinii (lucru de altfel gresit).

    Aceasta modalitate de dimensionare a sursei amplificatorului se regaseste la amplificatoarele audio PRO ?Low Cost", rezultând un alimentator ieftin, cu fiabilitate scazuta si un amplificator a carui tonalitate în zona 0,5*Pnom ... Pnom lasa de dorit.

    Calculul alimentatorului porneste de la amplificator spre transformator, având cunoscute urmatoarele date initiale:

    1. tensiunea de alimentare a amplificatorului (UC sau +/-V, unde UC = +V-(-V));

    2. randamentul amplificatorului (Rand_amp)

    Randamentul amplificatorului are urmatoarele valori în functie de clasa de operare a acestuia:

    Rand_amp=(20...30)% - pentru amplificatoare audio în clasa A;
    Rand_amp=(40...60)% - pentru amplificatoare audio în clasa AB;
    Rand_amp=(70...80)% - pentru amplificatoare audio în clasa B;
    Rand_amp=(80...85)% - pentru amplificatoare audio în clasa H sau G;
    Rand_amp=(85...95)% - pentru amplificatoare audio în clasa D sau T.
    3. valoarea minim admisa a impedantei pe iesirea amplificatorului (ZSmin): 2, 4, 6 sau 8 Ohmi;

    4. pulsatia tensiunii redresate, exprimata prin amplitudinea componentei fundamentale a pulsatiilor:

    01.PNG

    În domeniul circuitelor electronice alimentate pâna la 24VCC, curentii de sarcina mici (sub 1A), se adopta urm=0,2...0,8V. Daca tensiunea de alimentare este mai mare de 24VCC si curentii de sarcina sunt mari atunci se alege urm=0,4...2V.

    5. cresterea posibila procentuala a tensiunii retelei (de obicei max. 10%).

    Etapele de proiectare sunt urmatoarele:

    a). Determinarea puterii amplificatorului:
    Pentru amplificatoare audio care nu sunt conectate în punte se aplica relatia:
    1.PNG
    În realitate, datorita prezentei tensiunii de saturatie a tranzistoarelor finale, neliniaritatii caracteristicii de transfer, puterea efectiva debitata de amplificatorul audio în regim sinusoidal (înainte de limitare) sadisface mai bine relatia:
    2.PNG

    Puterea debitata de un amplificator audio la conectarea în punte este redata de formula:
    3.PNG

    În realitate, datorita inegalitati caracteristicilor de amplificare a celor doua etaje de amplificare, puterea debitata de doua amplificatoare audio conectate în punte (înainte de limitare) sadisface mai bine relatia urmatoare:

    4.PNG

    În formulele (2) si (4) s-a neglijat caderea de tensiune pe rezistentele din emitoarel4.PNGe tranzistoarelor finale deoarece in comparatie cu tensiunea de alimentare influenta acestei caderii de tensiune asupra rezultatului este minora, deci se poate neglija. În formulele (2) si (4) termenul 2VCEsat = 3...6V pentru amplificatoare audio cu tranzistoare bipolare în etajul final si 2VCEsat=1...3V pentru amplificatoare audio cu tranzistoare MOS-FET în etajul final .

    Deoarece formulele (2) si (4) ofera rezultate mult mai apropriate de cele reale si în cele ce urmeaza recomand utilizarea rezultatelor obtinute pe baza acestor formule.

    b). Determinarea puterii consumate de la redresor de catre amplificatorul audio:

    5.PNG

    Din relatia (5) se determina Pr0 si IR, considerând Ur02 = UC.

    c). Determinarea caracteristicilor redresorului si transformatorului:
    În functie de marimea raportului dintre rezistenta de sarcina ZSmin si rezistenta serie rS dar si de valoarea produsului: ?CFZSmin, în diferite carti si articole de specialitate s-au realizat tabele care ne ajuta mult mai usor la stabilirea celorlalte caracteristici ale ansamblului transformator-redresor.

    În functie de valoarea produsului wCFZSmin avem urmatorul tabel realizat pe baza curbelor prezentate în nota bibliografica [3 pentru un transformator cu Rtr=R, unde R=UC/IR:

    tabel1%20parametrii%20alimentatorului.PN

    Daca:
    wCFZSmin > 40 - tensiune de ondulatie urm (riplu) mica;
    wCFZSmin = 12 - redresor recomandat pentru alimentatoare stabilizate.

    unde w=314 pentru redresorul monoalternanta si w=628 pentru redresarea bilaternanta.

    Pentru obtinerea unui randament de transfer a energiei ridicat se recomanda: rS/ZSmin < 0,02, unde rS este rezistenta echivalenta serie a redresorului. Rezistenta serie este formata din rezistenta înfasurarilor transformatorului raportate la secundar Rtr si rezistenta dinamica a diodelor din bratul în conductie a redresorului Rd:
    6.PNG

    Deoarece rezistenta dinamica a diodei cu siliciu Rd este este de ordinul miliohmilor la curenti de ordinul amperilor, atunci relatia (6) se poate scrie aproximativ:7.PNG

    Prin urmare rezistenta serie a redresorului este data în principal de rezistenta înfasurarii primare raportata la secundar. În functie de valoarea termenilor rS si Rtr, implicit a valorii raportului celor doua valori, se modifica si panta caracteristicii de functionare a alimentatorului (a se vedea figura 5). În general, un Rtr mare va implica obtinerea unui alimentator cu caracteristica mai abrupta.

    Pentru dimensionarea celorlalte marimi se procedeaza astfel:

    d). Calculul tensiunii inverse maxime a diodelor redresoare:

    8.PNG

    e). Determinarea curentului mediu redresat maxim de diodele redresoare:

    9.PNG

    unde m este numarul de alternante redresate.

    f). Curentul de vârf maxim repetitiv printr-o dioda:

    10.PNG

    Dupa stabilirea diodei având datele de catalog cel putin egale cu valorile rezultate aplicând relatiile (8), (9) si (10), mai trebuie extras din catalog marimea IFSM (curentul de suprasarcina maxim). Apoi din caracteristica curent-tensiune a diodei, liniarizata începând din zona curentului de vârf repetitiv iDm=8·IR/m (vezi figura 7), se determina marimile UD0 si rezistenta dinamica Rd:

    11.PNG

    caracteristica%20diodei%20redresoare.PNG

    Dupa determinarea termenilor Rd si rS (rS din conditia rS/ZSmin < 0,02), se poate calcula valoarea impusa a rezistentei înfasurarii primare raportata la secundar Rtr cu ajutorul relatiei (6).

    OBS. Curentul efectiv printr-o dioda reprezinta pentru redresorul monoalternanta si bialternanta cu punct de nul, curentul efectiv prin secundarul transformatorului.

    g). Determinarea amplitudinii maxime a tensiunii US din secundarul transformatorului în gol:

    12.PNG

    unde:
    - Ud reprezinta tensiunea de deschidere a diodei - la siliciu Ud=0,4V - iar p este numarul de diode în serie (la punte p=2);
    - caderea relativa de tensiune pe rezistenta interna a redresorului, definita prin:
    13.PNG
    unde Ur0=dU[%]*UC.

    h). Valoarea condensatorului CF se determina din conditia wCFZSmin din tabelul 1 sau aplicând formula urmatoare:

    14.PNG

    OBS. În realitate, valoarea curentului continuu (IR) furnizat de redresor nu este egala cu valoarea efectiva a curentului care circula prin difuzor. Curentul efectiv prin difuzor este cu câteva procente mai mic decât IS (curentul din secundarul transformatorului) si aproape de doua ori mai mare decât IR (afirmatie facuta in ipoteza neglijarii curentului de mers în gol a amplificatorului). Aceasta observatie este foarte importanta la dimensionarea sigurantelor fuzibile conectate pe partea de alimentare a amplificatorului, sigurante care trebuie sa respecte conditiile impuse de integrala de curent a tranzistoarelor finale si valoarea curentului nominal IR.

    Energia stocata de CF se calculeaza cu relatia:

    15.PNG

    Deci energia stocata în condensatorul de filtraj CF poate furniza energia necesara difuzorului o perioada scurta de timp, energie care raportata la o secunda poate permite amplificatorului sa debite un anume numar de watti în acest interval de timp. Spre exemplu, un condensator de 10000µF, conectat la 35Vcc, poate asigura timp de o secunda aproximativ 6,125W. Puterea PMPO a fost nascocita pornind de la aceasta regula cu conditia sa calculam puterea furnizata de capacitorul de filtraj a amplificatorului la 10ms sau 1ms, rezultând un pompos 612,5W PMPO, respectiv 6125W PMPO (bineînteles firmele producatoare vor rotunji sau chiar marii valorile calculate). Totusi, raportarea la o perioada mai mica decât frecventa pulsurilor de tensiune redresate (10ms ? redresarea bialternanta, 20ms ? redresarea monoalternanta) conduce la obtinerea unei puteri debitate de amplificatorul audio fara un fundament practic 100% real.

    Totodata, valoarea puteri "debitate" de capacitorul de filtraj este proportionala cu frecventa amplificata si cu puterea sursei de alimentare. Pentru amplificatoare audio în special de puteri reduse si de banda 100Hz...20kHz, prezenta unui condensator de filtraj de valoare mare va permite functionarea amplificatorului chiar si câteva secunde dupa lipsa tensiunii de alimentare.

    i). Calculul valorii efective a tensiunii secundarului transformatorului în gol:
    16.PNG
    j). Valoarea efectiva a curentului din înfasurarea secundara IS a transformatorului:
    - pentru redresorul dubla alternanta în punte:
    17.PNG
    - pentru redresorul dubla alternanta cu priza mediana:

    18.PNG

    Formulele (17) si (18) s-au scris în ipoteza îndeplinirii conditiei wCFZSmin=12 si rS/ZSmin < 0,02.

    k). Determinarea puterii infasurarii secundare a transformatorului:

    19.PNG

    l). Calculul puterii primare a transformatorului:

    20.PNG

    Randamentul transformatorului ?T se adopta din catalogul producatorului, în functie de tipul constructiv: E+I, toroidal etc.

    m). Cerinte impuse pentru dimensionarea înfasurarilor transformatorului

    Alimentarea amplificatoarelor audio cu ajutorul unei surse liniare curent/tensiune pe lânga existenta unei punti redresoare corect dimensionata necesita un transformator electric de putere corespunzatoare. Realizarea practica a transformatorului trebuie sa respecte:

    o cadere de tensiune sarcina/ mers în gol optima care sa se adopte în functie de sarcina minim admisa de amplificator, domeniul de frecventa reprodus si caracteristica de protectie a amplificatorului (daca amplificatorul audio este dotat cu un circuit de protectie la scurtcircuit accidental pe iesire);
    prima cerinta enuntata ne impune un domeniu de variatie a rezistentei ohmice primare, implicit ne forteaza la utilizarea în calculele ulterioare a unei densitati de curent optime proiectului. Aceasta densitate de curent ne poate ajuta la determinarea temperaturii de functionare a transformatorului dupa care se stabileste necesitatea unei ventilatii fortate sau caracteristicile mediului unde transformatorul va avea nevoie de asta.
    Aceste deziderate trebuie corelate cu obtinerea unui randament maxim a transformatorului, randament maxim care se obtine atunci când pierderile în fier sunt egale cu pierderile în înfasurarile transformatorului (PFe=PCu). Practica a aratat ca randamentul unui transformator electric nu este constant la variatia curentului de sarcina. Randamentul ajunge la valoare nominala sau maxima atunci când curentul masurat atinge 70% din valoare nominala a curentului secundar.

    Asadar, panta caracteristicii redresorului va trebui adoptata si în functie de caracteristica protectiei la suprasarcina si/sau scurtcircuit accidental pe iesire a amplificatorului. Precum am mai spus, materialul sonor nu este sinusoidal si ca drept urmare încarcarea în curent a înfasurarilor secundare ale transformatorului nu este atât de pregnanta ca în cazul alimentarii printr-un redresor a unui motor de c.c. Ajungem la concluzia ca putem adopta caracteristici ?putin mai abrupte" (dU% mai mari) cu obligatia utilizarii unei baterii de filtraj de capacitate sporita si fara a forta la sarcini nominale aducerea pe deplin în saturatie a transformatorului. Aceasta solutie ne conduce la realizarea unui alimentator cu un raport pret/performanta/calitate bun.

    În figurile 2 si 3, datorita faptului ca amplificatorul audio însasi prin functionare, mai ales la frecvente înalte, necesita comutarii rapide ale curentului de sarcina, în paralel cu condensatorul CF se mai conecteaza un snubber RC sau un capacitor de valoare redusa (tipic 100nF).

    Dupa calculul rezistentei înfasurarii primare raportata la secundar Rtr cu ajutorul relatiei (6) aplicam formula:

    21.PNG

    unde:

    • N1, N2 reprezinta numarul de spire a înfasurarii primare, respectiv secundare, determinate în cadrul etapei de proiectare a transformatorului;
    • J1, J2 densitatile de curent ale înfasurarii primare si secundare. Aceste densitatii de curent se determina din formula (21) si se impun în cadrul etapei de dimensionare a diametrului conductoarelor înfasurarilor transformatorului. Dupa caz, daca este necesar, valorile densitatilor de curent se mai ajusteaza în functie de proiect. Aceste densitati nu trebuie sa fie obligatoriu egale pentru primar si secundar, asa cum de regula se recomanda în diferite referate de calcul a transformatoarelor;
    • Rez_Cu - reprezinta rezistivitatea cuprului;
    • Rs2 - rezistenta înfasurarii secundare.

    Pentru cei mai comozi electronisti, utilizând formulele prezentate, am realizat un tabel cu cele mai uzuale tensiunii de alimentare (pentru schemele din figurile 2 si 3), din care se pot extrage elementele constitutive: putere transformator, caracteristici punte redresoare, condensator de filtraj.

    În cazul unei alimentarii simetrice (fig.3) rezultatele din tabelul 2 se modifica astfel:

    • condensatorul CF se înlocuieste cu doua condensatoare CF1=CF2=2*CF, unde valoarea lui CF se citeste din tabelul 2 (CF1 între ramura pozitiva de alimentare si masa iar CF2 se conecteaza între ramura negativa de alimentare si masa);
    • curentul mediu printr-o dioda IFAV va fi egal cu IR, respectiv: IFRM=8*IR
    • tensiunea UC redata în tabelul 2 va deveni ±UC/2.

    Deci, pentru determinarea caracteristicilor este suficient sa cunoastem: tensiunile de alimentare ale amplificatorului audio, clasa de operare (A, AB, D...) si impedanta minim admisa de amplificator pe iesire (de regula 2, 4 sau 8 Ohmi ? pentru alte impedante si/sau tensiunii de alimentare se poate aplica usor operatia de interpolare).

    tabel2.PNG

    OBS:

    • tabelul 2 tine cont de valoarea curentului de mers în gol pe diferite clase de operare a amplificatorului. Aceasta valoare reprezinta aproximativ un anume procent din curentul continuu IR;
    • tabelul 2 tine cont de functionarea la Bnom a transformatorului. Daca se doreste utilizarea la Bmax atunci se poate utiliza un transformator de aceeasi putere pentru alimentarea a doua module de amplificare cu conditia sa se dubleze si valoarea condensatorului de filtraj CF. Acest lucru este posibil tinând cont si de cele spuse la pct. h. Functionarea la Bmax a transformatorului pentru doua montaje stereo de amplificatoare audio este posibila mult mai lejer si datorita faptului ca comutarea curentului de alimentare de catre cele doua module de amplificare nu se realizeaza simultan, asta deoarece semnalul stereo este compus din doua semnale ?usor defazate".
    • tabelul 2 corespunde cu o anumita aproximatie conditiei: ?CFZSmin˜5. Pentru conditii ?CFZSmin >15 se vor relua calculele cu ajutorul formulelor prezentate.

    În cazul amplificatoarelor audio de puteri mari, pentru a realiza o separare mai buna a canalelor, chiar si în cazul unui defect, dar si pentru a nu fi fortati sa utilizam o singura punte redresoare de curent mare pentru ambele canale, se prefera alimentarea separata a celor doua module de amplificare prin doua punti redresoare, ambele racordate la acelasi secundar.
    Exemplu practic de cablare pentru alimentarea simetrica a unui amplificator audio.

    exemplu%20cablare%20amplificator.PNG

    Bibliografie

    1 - Paul R. Gray , Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer - Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, (4th Edition)
    2 - Duncan B. - High Performance Audio Power Amplifiers (1996).
    3 - Dascalu D. s.a. - Circuite electronice - Ed. Didactica si Pedagogica, 1981
    4 - Adrian B., Alexandru M., Ilie M., Imre S. s.a. - Practica Electronistului Amator, Editura Albatros, 1984
    5 - Marty Brown - Power Supply Cookbook (2th Edition), 2001.

    Edited by donpetru

    • Like 1


    User Feedback

    Recommended Comments

    Felicitari pentru articol.

     

    As dori sa mai completez si eu ceva. In ceea ce priveste dU [%], daca acesta inregistreaza o valoare cam mare (peste 3% din constatarile personale) atunci este obligatoriu ca in etajul de intrare, de obicei, diferential al amplificatorului, sa avem generator de curent constant. Acest lucru este important in primul rand pentru a elimina aparitia unor distorsiuni mari in acel etaj la variatii intr-o plaja destul de mare a curentului de polarizare a etajului de intrare, variatie datorata lui dU[%]. De aici tregem destul de repede concluzia ca daca avem alimentare stabilizata nu ne trebuie scheme de amplificare cu generator de curent constant pe intrarea amplifului. Dar, pentru cei mai pretentiosi, se mai poate utiliza.

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Felicit si eu deschiderea acestui articol. In sfarsit m-am lamurit si eu cum se calculeaza puterea PMPO!!! :1st:

    Asa informativ ca pana acum am auzit tot felul de chestii, ca sa nu zic presupunerii!

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites


    Create an account or sign in to comment

    You need to be a member in order to leave a comment

    Create an account

    Sign up for a new account in our community. It's easy!

    Register a new account

    Sign in

    Already have an account? Sign in here.

    Sign In Now

×
×
  • Create New...

Important Information

We use cookies and related technologies to improve your experience on this website to give you personalized content and ads, and to analyze the traffic and audience of your website. Before continuing to browse www.tehnium-azi.ro, please agree to: Terms of Use.