Ёмкость фильтрующих конденсаторов в БП усилителя AB класса

[as265]

Решил такую провокационную тему поднять.

Часто можно заметить такую тенденцию среди самопальщиков: многие из них ставят неоправданно большие ёмкости в БП, допустим, 20000мкф на плечо (я тоже так раньше делал), а то и все сто тысяч, думая, что "маленькие" ёмкости "испортят бас" и прочее подобное.
Такие меры увеличивают стартовый ток, поэтому требуют применения схем плавного пуска.

Но вот берем даташит на такую обычную микросхему усилителя мощности - TDA7294. Там можно увидеть, что типовое значение коэффициента подавления пульсаций питания заявлено значением аж 75 децибел (наихудшее - 60дБ).
http://www.st.com/web/en/resource/techn ... 000017.pdf

Соответственно, у более навороченных схем с еще более глубокими ООС этот параметр еще лучше.

Далее произвел нехитрое моделирование, которое показало, что все эти дикие ёмкости можно смело уменьшать, не боясь "испортить звук".
Применение "больших" ёмкостей (в данном случае 33000мкф вместо 3300мкф) дает прирост неискаженной мощности всего 22%, почти 0,9дБ, это даже не прирост, а так, семечки. 3дБ изменение уровня сигнала - это чуть громче/чуть тише, а 3дБ - это аж в 2 раза по мощности.
Как мне кажется, не стоит свеч такое "решение", да и схема плавного пуска нужна.

Также тут один интересный момент вскрылся. Т.к. на самых НЧ сигнал, преимущественно, моно, то на тех же 20Гц получим попеременную нагрузку плеч, что снижает неискаженную мощность на 20Гц относительно мощности на 1кГц (больше пульсации и просадка).
Но если один из каналов усилителя сделать инвертирующим (и, соответственно, изменить фазировку одной колонки на обратную), то данная проблема решается (при усилении каждой полуволны синфазного моносигнала каналы потребляют ток с разных плеч).

И образуется удобная возможность включить усилитель мостом при необходимости.

[бабай]

Такие меры увеличивают стартовый ток, поэтому требуют применения схем плавного пуска.

Не требуют , если разбить один громадный на кучу мелких .

[as265]

Так при параллельном включении они опять образуют один большой кондер.

Стартовый ток в плане того, что он пойдет через диоды, да и предохранитель сетевой сгорит.

***

Заметил, что при некотором значении паразитной индуктивности вторички в момент включения может быть кратковременное повышение напряжения (что-то типа реактивного выброса) на некоторую величину, так что на всякий случай перед подключением платы усилителя проверять выпрямитель на подобные выкрутасы.

Хотя если свериться с ДШ на микрухи, то "без сигнала" они держат (без бабахов) более высокие напряжения, скажем, у 7294 до +/-50В в режиме молчания.

[Телекот]

Но вот берем даташит на такую обычную микросхему усилителя мощности - TDA7294. Там можно увидеть, что типовое значение коэффициента подавления пульсаций питания заявлено значением аж 75 децибел (наихудшее - 60дБ).

Это справедливо только при отсутствии ограничения сигнала по питанию. А когда питание проседает с появлением пульсаций 100Гц на на выходе имеем сигнал 2-3 инструментов может наступить ограничение и пролезания пульсаций на выход без ослабления.
А питание при ёмкости даже 20 000, и сопротивлении нагрузки 4 Ом может просесть на 5в.

[as265]

Так не ограничивайте, проблем-то.

В ограничении "пердеть" будет всяко - и с большими, и с маленькими.

[Телекот]

Тогда надо делать по питанию делать большой запас, и выходная мощность микросхемы упадёт.

Спойлер

[as265]

Ну, вот у Вас ориентир - амплитуда синусоиды на входе УМ, при которой еще не наступает ограничение.

Амплитуда сигнала с источника должна быть меньше или равна входной амплитуде синуса, при которой не наступает ограничение. Тогда ограничение не наступит никогда.

Спойлер

>d=10%

[Телекот]

Тогда 100W вы не получите.

[as265]

А мне и не надо 100Вт. Тем более примерно 99,4% всех этих ваттов идет на обогрев воздуха в/вокруг АС (КПД колонок редко когда превышает 0,5..1%).

[Телекот]

Сколько вам надо?

[as265]

У меня уже есть.

20..30Вт на канал дома при чувствительности АС порядка 90дБ/Вт/М - смертоубийство.

[Телекот]

Для такой мощности 2200мкФ хватит.

[Alexsey822]

У меня по 2 по 15000 мкф стоят в плече в сумме 60000 мкф это при полной выходной мощности усилителя 390 Ватт вроде хорошо играет сам ИИП расчитан на 800 ватт играет, не жалуется нагрузка 4 и 8 Ом соотвественно при 8 Ом мощность выходная уже другая, меньше, так что 4 Омных мне хватает для дома ))

[as265]

Так под свои ватты и свои микрофарады.

В импульснике нужно меньше мкф, там своя ООС и стабилизация.

На 2 по 390Вт что-то около 15000мкф в плечо для обычного 50Гц БП, правда, под 4 Ом питание на холостом ходу +/-70В, а транс нужен на труъ 2 киловатта (потому что коэффициент мощности у выпрямителя сущее говно).

А вообще под такие мощности впору делать активные корректоры коэффициента мощности, ибо проводку хорошо греть будет.

[As]

В большинстве усилителей БП никак не рассчитан на длительную работу усилителя с максимальной выходной мощностью... Трансформатор способен лишь обеспечить питание при номинальной мощности. Пиковую мощность обеспечивают именно конденсаторы фильтра. Конечно, иметь запас мощности у усилителя - самый простой (и расточительный! ) метод борьбы с пульсациями... Однако, микросхема УМЗЧ дешевле питающего её трансформатора в десятки раз, для экономных пользователей проще поставить микросхему с трёхкратным запасом по мощности, чем силовой трансформатор с нужной мощностью... А при отсутствии запаса мощности у трансформатора никакая ёмкость конденсаторов проблему не решит, хотя воспроизведение пиковых уровней увеличение ёмкости заметно улучшит... Впрочем, фонограммы "современных популярных исполнителей" не имеют пиковых превышений уровня, и для их воспроизведения достаточно минимальных ёмкостей - всё равно слушать это невозможно... А вот записи "былых лет" имели немного другие свойства, пики сигнала там довольно большой амплитуды, но короткие... (специально вчера слушал фонограммы, записанные более 40 лет назад... )

[Vovk_Z]

Для автора темы напоминаю: емкость конденсаторов сглаживающих фильтров зависит от двух факторов. Первое, самое главное - какое проникновени пульсаций питания в выходной сигнал вы хотите получить. Для многих людей 75 дБ - это очень мало, нужно сильно больше. Нужно не забывать, что с ростом частоты это число уменьшается до нуля.
Второй нюанс - выходное сопротивление блока питания для переменного тока - многие хотят иметь его поменьше, т.к. это опять-таки способ проникновения помех по цепям питания, кореллированных с сигналом.

[Кот_Баюн]

Ёмкость по даташиту к микрухе ставь и не более, просто толку от неё больше необходимого нету.

Ну вы тут кони мочите! всё можно просчитать и промоделировать для каждой схемы! Для человеческого уха есть порог при котором он не замечает искажений от него и надо плясать, допустим 0,01-0,05% коэффициент искажений усилителя мощности очень хорошее значение(цифры по памяти, мог ошибиться) является довольно хорошим значением. Усилители мощности лучше и качественнее получаются на дискретных элементах чем на УМНЧ микросхемах, так как возможно рассчитать данный УМНЧ и получить нужные параметры даже с учётом разброса параметров радиокомпонентов и тепловых изменений рабочих точек усилителя, последнее можно наглядно промоделировать в САПР, получить график коэффициента усиления от частоты и не только. Рекомендую для УМНЧ использовать усилители класса В, так как КПД до 90%, а у класса А КПД до 40%, следовательно у Класса АВ КПД до 70%.
КПД в режиме В зависит от качества выходных транзисторов, что сейчас не проблема, и от формы сигнала, поэтому КПД усилителя на пике амплитуды выходного сигнала буде 90%, не тыкайте носом в средний КПД для синуса 0,7, для УМНЧ важна пиковая мощность и коэффициент гармоник.

Хотите простой в исполнении усилитель, тогда полевики в зубы, шим и сглаживающие кондёры Вам в помощь. Звук и характеристики хуже, зато считать там почти нечего)) да, совсем забыл, в импульсном режиме электролиты горят иногда и взрываются, может быть цветомузыка со спецэффектами при просевших кондёрах и длительной работе на полной мощности.

[As]

Интересные у некоторых представления об работе УМЗЧ...
Моё мнение - усилитель должен обеспечивать заданные параметры. Если нужно 100 ватт при 10% искажений - ёмкость конденсаторов фильтра совсем и не важна, даже пары тысяч микрофарад хватит - искажения они увеличить не смогут... Совсем другое дело, если предпринимается попытка получить от микросхемы минимум искажений! Тут уже критичен становится монтаж, разводка печатной платы - и, конечно, питание... Самый бескомпромиссный вариант - стабилизированное питание, но сложность пары стабилизаторов, в данном случае, будет выше сложности собственно усилителя - к этому многие не готовы... Именно как компромиссное решение, можно применить увеличенную ёмкость конденсаторов и, разумеется, трансформатор с достаточно низкими потерями. Спор, собственно, состоит в том, при какой величине тока нагрузки нужно считать уровень пульсаций. Можно взять средний ток потребления, для типичной мощности 70 ватт на 4 ома это будет порядка 3 ампер (для упрощения - это для двух каналов...). Только вот диапазон усиливаемых частот "стандартного" УМЗЧ принят от 20 герц, а это значит, что на нижней границе воспроизводимого диапазона длительность "верхушки" синусоиды усиливаемого сигнала превышает длительность полупериода сети, а значит, в течении этого самого полупериода, когда питание усилителя осуществляется исключительно конденсаторами фильтра, ток потребления может быть значительно выше принятого в расчёте среднего! Простая логика подсказывает, что максимум потребления может достигать тока ограничения защиты выходного каскада усилителя (для "всеми любимой 7293 это 10 ампер, 20 - для двух каналов). Так вот, если принять допустимыми искажения в 10% на нижней граничной частоте, при номинальной мощности - пульсации должны быть порядка 5%. И это - именно при максимальном токе, 20 ампер! Если пульсации будут больше - придётся снижать выходную мощность, каждый % увеличения пульсаций вынудит снизить неискаженную мощность примерно на 2%. Искажение пиков сигнала пульсациями питания хорошо слышно, особенно на НЧ.
Кстати, мои выкладки о потребляемом токе применимы и при расчёте импульсных преобразователей питания УМЗЧ, например, автомобильных - максимальный ток нагрузки преобразователя при расчётах нужно выбирать по пиковому потреблению усилителя, а никак не по среднему...

[Morelock]

Вспоминаю как лет в 18 я собрал свой первый усь на 7294. И ставил туда 2х10000, при питании +/-25в.
Как-то играло
Улыбает уверенность афтара про КПД трансформаторного БП в 30-40%. Эпично.
Таким образом мне для 2х50Вт RMS нужен трансформатор не менее чем ажно 500Вт.
Про КПД выпрямителей можно ещё разок?

[As]

У культового советского усилителя "Бриг-001" ёмкости по 15 000 мкф - и, вроде, хватает... Но там мощность всего 50 ватт на 8-омной нагрузке, т.е. ток, потребляемый от выпрямителя, не больше, чем у пары 7293...