Стабилизированный блок питания для УМЗЧ

Стабилизированный двухполярный блок питания ±36 В для УМЗЧ класса AB.
Отчёт с опозданием 20 лет. Рассчитано на подготовленного читателя.

1. Исходная схема была опубликована в журнале “Радио” (1987, № 8, с. 31)
“Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ”:


В 2000 году при сборке очередного усилителя эта схема была рекомендована мне сотрудником
со словами «должно работать». Бонусом мне были презентованы транзисторы КТ825 и КТ827 (по несколько штук тех и тех).

Изюминки схемы:
— мощные транзисторы «сидят» на радиаторах без изолирующих прокладок
— балластные резисторы R4 и R5 подключены перекрёстно к выходам стабилизаторов, т.о. получается бОлее высокий коэффициент стабилизации
— при включении стабилизатор «не подхватывает», если в каком-то плече есть к.з. или сопротивление нагрузки менее определённого значения

2. Известные реализации этой схемы.
Их немного (в интернете; реально конечно же больше).
Вот одна из них:

Со слов автора, схема «неустойчиво запускается при большом токе нагрузки, а ток при замыкании выхода не нормирован и зависит от коэффициентов передачи применённых транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.
За прошедшее время появились новые электронные компоненты, стали доступны мощные полевые транзисторы, что и подвигло автора поэкспериментировать с компьютерной моделью предложенного В. Орешкиным устройства, которая была создана в симуляторе LTspice IV, и усовершенствовать его. Родившаяся в результате таких экспериментов схема блока питания изображена на рис. 2.» ©

Была ли эта схема проверена в живую или только в симуляторе — достоверно неизвестно.

3. ТЗ для БП.
Нагрузкой УМЗЧ тогда были доработанные S-90 (4 Ом).
О доработке S-90.
Анализ чужих схем привёл к неутешительным выводам: всё ф... народ научился держать паяльник, но совсем не понимает, что делает.

Всего было доработано три пары АС S-90.
Схема — своя, просчитана в симуляторе EWB512; никогда и нигде не выкладывалась в открытый доступ.
Последняя пара АС тестировалась в прослушке на соответствующем оборудовании, что подтвердило правильность расчётов.


Хотелось иметь 2*100Вт на 4 Ом по каждому каналу.
Напряжение на нагрузке (RMS) U = sqrt(100*4) = 20 (В)
Ток нагрузки (RMS) I = 20 /4 = 5 (А)
Ток нагрузки (пиковый) = 5*1,41 = 7,1 (А)

Поскольку упор был на мощность и надёжность, были задуманы следующие характеристики (ака ТЗ):
— напряжение питания ±36 В
— ток нагрузки 2,5А (долговременный по каждой полярности)
— ток нагрузки 25А (кратковременный по каждой полярности)

4. Блок питания собирался (или строился, фз как правильно сказать) из подручных материалов и б/у радиодеталей.
Трансформаторы — польские UNITRA B-4247-147-4



По отрывочным сведениям из интернета, мощность трансформатора 80Вт.
Основная вторичная обмотка — 2*17В с отводом от середины плюс пара дополнительных обмоток «на хвостах» по 1В.
Т.е. можно использовать или 2*17В 2,5А или 2*18В 2,5А.

Слаботочная вторичка не проверялась.

Диодные мосты — по четыре диода Д232 на радиаторах.

Конденсаторы: KEA -II 66000мкФ*63В после каждого моста (2*33000мкФ).

Оригинальная схема не захотела нормально запускаться на транзисторах КТ825-КТ827: при первом же включении пробивался КТ827 (который npn).
Из-за чего именно 827-й не суть важно, но запас дарёных КТ827 быстро иссяк, и на столе стояла нерабочая схема, с которой надо было что-то делать.

Выбор мощных транзисторов был скудный: 2N3055 в неограниченном количестве и КТ837В, которые применялись в выпускаемых приборах (на работе).
Пришлось отказаться от составных КТ825-827 и собрать схему «из того, что было» ©.

Чтобы обеспечить пиковый ток 30А, пришлось запараллелить транзисторы:
— 4*КТ837В (т.е. 4*7,5=30А)
— 3*2N3055 (т.е. 3*10=30А)
Естественно, с соответствующими эмиттерными резисторами.

Окончательная схема (симулятор использован только как рисовалка):

Кстати, в симуляторе схема НЕ работает. )))

Перечень элементов:
— трансформатор UNITRA B-4247-147-4 — 2 шт.
— диоды выпрямительные Д232 — 8 шт.
— конденсаторы KEA-II 33000 мкФ * 63В — 4 шт.
— конденсаторы C5, C6 — 2000 мкФ * 63В — 2 шт.
— стабилитроны
VD1, VD3 — Д815Г — 2 шт.
VD2, VD4 — Д816Б — 2 шт.
— транзисторы
VT1 — 3 шт. в параллель 2N3055 с эмиттерными резисторами 0,1 Ом (можно увеличить до 0,2 Ом)
VT2 — 4 шт в параллель КТ837В с эмиттерными резисторами 0,13 Ом (можно увеличить до 0,27 Ом)
VT3 — 2SA1837 (изначально был установлен КТ816; замена VT3, VT4 — в 2005 году, остальное — без изменений)
VT4 — 2SC4793 (изначально был установлен КТ817)
R1, R2 — ПЭВ-7,5 270 Ом — 2 шт.
R5, R6 — МЛТ-2 2,2 кОм — 2 шт.

Защита схемы (не показано на схеме):
— пара предохранителей по 5 А (по одному на каждую полярность)
— 3 А (перед первичной обмоткой)

БП в сборе:

Размеры: 440*362*80 мм.
Масса 8,5 кг.

Верхняя крышка удерживается на 18 винтиках М3.
Открутил, снял крышку. БП внутри:

Друг-электронщик, посмотрев на всё это, выдал: «Или трансформаторы маленькие, или конденсаторы большие.» ))

2N3055 на правом радиаторе:

КТ837В на левом радиаторе:


5. Замеры.
Работа на резистивную нагрузку 14 Ом (по 2,5А от каждой полярности) интереса не представляет: всё работает.
Меня интересовала реакция БП на значительное увеличение тока потребления.

Условия эксперимента:
— нагрузка БП — УМЗЧ 2*100Вт с подключенными резисторами 4 Ом к выходу каждого канала
— испытательный сигнал — тональная посылка 200 мс 40 Гц от программного генератора (SpectraLab) на вход каждого канала УМЗЧ

Осциллограмма по выходу одного из каналов (делитель 1:10 )

±24 В амплитудное, более накрутить не получилось, т.к. все движки микшера уже на максимуме.

Далее задействовал двухканальный режим замера.
«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания +36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):

«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания минус 36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):


Просадка по линиям питания около 0,5 В (помехи, которые наловил осциллограф не в счёт; есть у него такой недостаток).

Считаем: delta I = (24В/4Ом) * 2 = 12 (А)

Выходное сопротивление БП:
Rвых. = delta Uвых. / delta I = 0,5В / 12А = 0,042 (Ом)

Имхо, очень неплохо.

6. Выводы:
— ТЗ выполнено
— надёжность проверена временем (20 лет, полёт нормальный)
— затраты на сборку — только личное время и минимум деталей
Взамен котика



Всем удачных запусков усилителей!

PS
Пожалуйста, не надо постить баян в виде картинки «Ничего не понял, но очень интересно».
Дополнительная информация
Видеоблогер Сергей Демехов, который на фото, уже не с нами.
Добавить в избранное +49 +77
+
avatar
  • ksiman
  • 17 декабря 2020, 11:20
+7
Кстати, в симуляторе схема НЕ работает. )))
Потому, что отличается от оригинала.
Попробуйте убрать на схеме R1 и запускать без нагрузки :)
+
avatar
+8
Само использование стабилизации БП оконечного УМ весьма спорно, с точки зрения качества звуковоспроизведения.
Более мощные трансформаторы и отдельные мосты в каждое плечо и поканально (двойное моно) были бы интереснее.
+
avatar
0
Само использование стабилизации БП оконечного УМ весьма спорно
Да, согласен.
+
avatar
  • ksiman
  • 17 декабря 2020, 11:25
+4
Наличие стабилизаторов в какой-то степени прощает ошибки подключения общих проводников (меньше фонит без сигнала)
+
avatar
  • u3712
  • 17 декабря 2020, 14:03
0
«Спорность» LDO в УМЗЧ проистекает из «ошибок проектирования» этого самого LDO.
Если в «усилитель» принято ставить проверенные и отлаженные специальные схемные решения, то про LDO действует принцип — а так все делают. Отсюда и следствие — слухи и сплетни. ))
LDO — это тот-же усилитель и его тоже надо правильно проектировать. Вот, подход автора уже правильный — указывается два тока: средний и пиковый. И во всем диапазоно нагрузки LDO должен давать адекватный уровень шума, помех и гармоник. К слову, в серьезной технике к LDO в пару ставят параллельный стабилизатор, но ктож об таком даже подумать может, в «радиолюбительской» конструкции.

Увы, неправильный подход порождает неправильные выводы.
Впрочем, нормальный стабилизатор сделать действительно сложно, подчас сложнее самого усилителя.
+
avatar
+6
LDO ??? лол.
комментарий скрыт

комментарий скрыт

+
avatar
  • VAlm
  • 17 декабря 2020, 14:40
0
А что не так? Low-dropout regulator
+
avatar
+11
Вот именно, что лоу дропаут. В контексте применения в усилителях оно вообще не имеет смысла. Так что он применил термин чисто из графоманских соображений, чтобы показаться умнее, при этом вообще не понимая о чем речи ведет. И таки обсуждаемый стабилизатор и близко не LDO
+
avatar
+7
А зачем мощному УМ нужен стабилизатор? Я всегда считал для выжимания минимального КНИ (просадка питания вносит дополнительные колебания и искажения). Поправьте если не прав. При хорошем трансе там колебания такие мизерные, что это просто смешно.
+
avatar
  • ailcat
  • 18 декабря 2020, 09:06
+1
Чтоб колебания стали мизерными — мощность транса должна в несколько раз превышать пиковую мощность усилителя, а емкость сглаживающих конденсаторов исчисляться чуть ли не в фарадах (это не я придумал, это компиляция с аудиофильских форумов. Но в целом вполне кореллируется с ТОЭ).
Ну и в тех же источниках приводилось в пример, что для нормальной работы мощника с выходом 20 Вт RMS — нужны два 600-ваттных транса (каждый канал от отдельного, иначе не по-аудиофильски будет) и по 0,22 фарад (!) емкостей после выпрямителя в каждую полярность.
+
avatar
+1
Да, да, и не надо забывать, что выделенный кабель питания от трансформаторной подстанции до усилителя должен быть не меньше 16 квадратов (по меди), иначе звучать не будет.
+
avatar
  • ailcat
  • 18 декабря 2020, 10:56
+3
Фи, такую фигню настоящие аудиофилы не учитывают!
Гнилая проводка, сварочник соседа, дико искрящий коллекторный вентилятор в соседней комнате, полурасплавившаяся розетка с хорошенько «поджаренными» контактам — это же мелочи, они никак не могут повлиять на звук!
А вот замена штепселя на позолоченный за $200, провод с шагом свивки фазного и земляного провода точно 0,7691254 дюйма и (обязательно!!!) желтого цвета — и звук сразу обретает прозрачность и объем!
+
avatar
  • SEM
  • 17 декабря 2020, 11:28
0
Можно ли сделать биполярный БП из двух «обычных», просто соединив "+" одного с "-" другого?
«Обычных» (однополярных) импульсных навалом, первичная цепь и вторичная развязаны.
+
avatar
  • ksiman
  • 17 декабря 2020, 11:32
+1
биполярный БП из двух «обычных»
Обычно это возможно :)
+
avatar
+2
Важно, чтобы ноль каждого БП не имел соединения с металлическим корпусом. ;)
+
avatar
  • mfiless
  • 17 декабря 2020, 11:53
0
См. выше. Схема от «Радиочип» так и сделана.
+
avatar
  • SEM
  • 17 декабря 2020, 12:10
-3
Там трансформатор с двумя вторичными обмотками, проще купить на Али два импульсных на нужное напряжение и мощность.
+
avatar
0
не проще. У импульсного источника питания есть помехи, которые в УНЧ вполне могут быть в слышимом диапазоне. А еще дешевый импульсник не любит скачков потребления, что в УНЧ вполне обычное дело. Импульсник для аудиофила будет стоить заоблачных денег, а для простого слушателя хороший источник питания так же ударит по карману
+
avatar
  • SEM
  • 18 декабря 2020, 08:15
0
А в трансформаторе провода из бескислородной меди направленной кристаллизации должны быть?
Помехи могут быть, а могут не быть.
Добавить конденсаторов на выход кто-то запрещает?
+
avatar
  • mfiless
  • 17 декабря 2020, 11:49
-1
20 лет спустя проще сделать на интегральном стабилизаторе.
+
avatar
+6
Если учесть, что нагрузка УМ не резистивная 4Ом, то может потребоваться ток
(30В / 3 Ом) *2 = 20 А

Так что LT1083 не потянет (у неё 7 А ).
+
avatar
  • u3712
  • 17 декабря 2020, 14:05
-1
Если не будете расчитывать устойчивость системы на нагрузку R/2, получите «Hi-Fi». Динамик совсем не резистор. Были исследования, публиковалось в Радио. Номер, естественно, не помню.
+
avatar
  • prohuk
  • 17 декабря 2020, 23:00
+3
К источнику питания подключается не динамик а цепи питания усилителя.
Этот усилитель ведет себя совсем не как динамик.
+
avatar
  • prohuk
  • 17 декабря 2020, 23:01
+1
Это вообще не проблема, добавить усилитель на транзисторе.
+
avatar
  • magic12
  • 17 декабря 2020, 12:01
0
Всего было доработано три пары АС S-90.
А в чем заключалась доработка?
+
avatar
0
1. Полная замена фильтров.
2. Замена СЧ динамиков.
3. Замер НЧ динамиков на стенде (софтина JBL) и индивидуальный перерасчёт ФИ.
4. Демпфирование задней стенки с тыльной стороны корпуса.
+
avatar
  • usb350
  • 17 декабря 2020, 12:57
+2
Слушал немало переделанных S-90. Сложилось такое мнение: если СЧ динамик с тканевым подвесом (в целях унификации с 25ГДН, старое название не скажу, 15ГД-11А они же 20ГДС стали производить с резиновым подвесом, руки за такое отрывать надо) — его менять не надо. Надо снижать частоту раздела СЧ-ВЧ, желательно до 2-2.5 кГц. А вот ВЧ надо ставить дорогой и хороший с резонансом ниже 1 кГц. Тогда они заиграют совсем по-другому.

Кстати сказать, исключительно личное мнение — у заводских 35АС/S-90 и прочих «75ГДН+20ГДС+10ГДВ» из рук вон плохо сделан стык СЧ-ВЧ. А вот НЧ-СЧ наоборот (ощущение точечного излучателя).

Лично мне больше по душе 25АС-027/033. 10ГИ офигенная тема для любителя тяжелого рока/метала :) Направленность вот только лазерная…
+
avatar
  • goblen
  • 17 декабря 2020, 22:21
+1
Хотелось бы увидеть схему фильтров, которую Вы применили при переделке.
+
avatar
  • linkar
  • 17 декабря 2020, 16:02
+5
S-90? Продать, доложить денег, купить акустику.
+
avatar
  • kirich
  • 17 декабря 2020, 12:16
+9
Как же меня достал в свое время стабилизатор усилителя Одиссей 010, при выходе из строя любого из каналов следом шел и он, также он любил отключать питание и приходилось ждать пока отключится защита.

А вообще я как-то писал в одном из обзоров, что скептически отношусь к стабилизированным блокам питания для усилителей мощности, лично на мой взгляд из-за того что у него есть своя ОС, он в итоге может сделать хуже, чем лучше. Правда там это касалось ИИП, а не обычного.
+
avatar
+8
Услители АВ как правило сами по себе очень хорошо давят пульсации по питанию, так что стабилизатор им нужен как собаке пятая нога. Дрочильню с S90 тоже осуждаю, т.к. считаю что разумнее найти 25-30 тысяч рублей на нормальные АС. Да, я понял, что тут рассказ про древний проект, но все же.
+
avatar
0
Если не ошибаюсь, ставили низкоомный ПЭВ и микрик, что бы разрядить конденсаторы, которые держат защиту. В 90-х что-то подобное колхозил, по просьбе хозяина, подробностей уже не помню, но лепил резистор и микрик, что бы сбрасывать защиту. Мне тогда принесли усилок и схему, что и как переделать, я сделал и забыл
+
avatar
  • Stress
  • 17 декабря 2020, 12:24
+4
Импульсные БП я так понял не рассматривались :)
+
avatar
  • Serious
  • 17 декабря 2020, 12:36
+5
Как вы могли покуситься на святое :)
+
avatar
  • Stress
  • 17 декабря 2020, 14:21
+13
И действительно.
Пойду поцелую сто раз КТ315Г и вытру пыль с П4Б.
+
avatar
+1
а КТ361 почему игнорируете?
+
avatar
+2
Он бесовский какой-то.
+
avatar
  • foto1965
  • 18 декабря 2020, 08:07
0
А вот КТ361 не трожь!
Их на нашем заводе делали, а мы разрабатывали линию для сортировки по параметрам.
У нас этих транзисторов было — ведрами
+
avatar
  • virrao
  • 18 декабря 2020, 19:27
0
В свое время друг принес горстку.Лежат.
+
avatar
  • LeggO
  • 19 декабря 2020, 01:52
+1
Пойду поцелую сто раз КТ315Г и вытру пыль с П4Б.

П4ГЭ ))
+
avatar
  • mike888
  • 17 декабря 2020, 12:37
+4
Сейчас не актуально, мощность усилителей на современных элементах в сотню ватт не проблема, для дома это за глаза, реально используется не более 10%, пики компенсируются ёмкостью кондеров по питанию на этой мощности, в результате просадок нет
+
avatar
0
после каждого моста (2*33000мкФ)
Не жалко трансформаторы?
+
avatar
  • kirich
  • 17 декабря 2020, 12:42
+11
А что им сделается? Это у современных китайских предохранитель горит от любого чиха, а такие как в обзоре еще попробуй убить.
+
avatar
  • mike888
  • 17 декабря 2020, 19:36
+2
Тор киловаттный спокойно заряжает конденсаторы, только просаживает квартирную сеть на несколько секунд
+
avatar
  • stump
  • 18 декабря 2020, 13:34
0
ток первички никто не смотрит, не те времена…
уменьшил минус…
+
avatar
  • weterew
  • 17 декабря 2020, 14:37
+9
Даааааааааааааа как молоды мы были!
глянул в заначке пара конденсаторов лежит
Powerlytic Type 36D 69000 MF 50V
хотел найти еще пару.
стабилизированные блоки питания ставил только в усилители до 50 ватт.
схемотехника сложная и раньше хорошими комплектующими не разживешься.

трансы на сотку торы мотал, муторно но можно
все 4 конденсатора на хорошую пластину в одну точку.
грамотная разводка сильноточной, слаботочной и сигнальной земли
убирает наводки и помехи.
+
avatar
  • Stils
  • 17 декабря 2020, 19:14
0
Я одно не могу понять — у транзитора же 3 ноги, а у 2N3055 две, коллектор это корпус?
+
avatar
+1
Да.
+
avatar
+1
Друг-электронщик, посмотрев на всё это, выдал: «Или трансформаторы маленькие, или конденсаторы большие.»
Ну, как-то да, непропорционально смотрится. Что-то мне кажется, нет смысла в таких больших конденсаторах. Тем более, что, если я правильно понимаю, в этом корпусе только блок питания, а усилитель стоит отдельно и соединён проводами сантиметров 30, не меньше? Если так, то лучше ёмкость раз в пять меньше, но прямо на плате усилителя.
А так, конечно, понравилось. Сам когда-то делал что-то похожее (тоже со стабилизатором) в далеком 2008-м. И работает до сих пор. Но у меня слух без особых претензий, так что мой усилитель — ни разу не шедевр, никаких особых «изюминок» в нём нет, так что сюда выкладывать, наверное, нет смысла. Хотя… может, сама концепция кого-нибудь заинтересует: Усилитель мощности на TDA7294. Если считаете, что имеет смысл перенести мою статью об этом раритете сюда — пишите, сделаю.
+
avatar
+3
да Вы гоните!!! 2008- это позавчера было))))
+
avatar
  • linkar
  • 18 декабря 2020, 09:36
0
до карантина… ))))
+
avatar
  • BARS_
  • 17 декабря 2020, 21:37
+3
Если УНЧ требует стабилизированного питания — это паршивый УНЧ. Что-то вроде JLH.
+
avatar
  • Brs
  • 18 декабря 2020, 06:09
0
Лучше бы о переделке s90 написали
+
avatar
0
Brs,
несколько вопросов:
— вы будете переделывать свои s90?
— где взять фото процесса переделки (события конца 90-х)?
— как оценивать результат переделки? (микрофонов измерительных ни у кого нет; на слух? ))) так срач будет неимоверный)
+
avatar
  • Brs
  • 18 декабря 2020, 10:51
0
Я бы подумал о переделке.
Если процесс такой далёкий то негде… я думал недавно дело было
На срач, не обращать внимания, пусть сами разбираются между собой )
+
avatar
0
Потребуется измеритель индуктивности, т.к. придётся катушки мотать.
В те далёкие 90-е был использован LC-измеритель с работы.

Намотка типа «N витков в навал на каркасе диаметром ...» не прокатит.
+
avatar
  • penzet
  • 18 декабря 2020, 13:42
0
Потребуется измеритель индуктивности
Имхо есть и не один, парочка покупных и самодельный
+
avatar
+1
Brs,
penzet,
потерянные схемы нашлись!

быстро не обещаю, но что смогу, восстановлю
+
avatar
  • Brs
  • 19 декабря 2020, 20:06
0
Не спешите, не горит. Но думаю людям будет интересно
+
avatar
  • oleg333
  • 21 декабря 2020, 00:16
0
Особо быстро не надо, главное подробнее и без ошибок.
+
avatar
+1
«Пачки» на осциллограммах — это ведь возбуд?