Схема электронного фильтра

Схема электронного фильтра

ДЛЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ

Просматривая различные конструкции, автор наткнулся на такой вариант фильтра:

Количество явных ошибок на один квадратный сантиметр такой простой схемы впечатлило. Поскольку при правильной реализации идея вполне работоспособна, появилось желание довести её до ума. В конце статьи «электронный» дроссель сравнивается с «неэлектронным», используемым в усилителе для наушников.

Итак, что же в данной схеме криминального? Если коротко по пунктам, то:

Рассмотрим этот список подробнее.

Сначала определимся с основными соотношениями. Очевидно, что полевой транзистор VT 1 включен по схеме истокового повторителя. В этом случае выходное напряжение повторяет напряжение на затворе за вычетом порогового напряжения, которое для используемого транзистора составляет около 4 В. Размах пульсаций на выходе равен размаху пульсаций на затворе.

Выходное сопротивление повторителя обратно пропорционально крутизне транзистора. Паспорт транзистора говорит о минимальной крутизне 2,5 А/В при токе стока 2,7 А. Если принять, что диапазон анодных токов находится в пределах 5. 50 мА, то можно ожидать, что выходное сопротивление будет в пределах соответственно 9. 3 Ом.

Собственно, главная задача — это обеспечить небольшой размах пульсаций на затворе и допустимый на стоке. Поскольку цепь затвора имеет большее сопротивление чем непосредственно анодная цепь, то при одинаковом размахе пульсаций величина сглаживающего конденсатора в цепи затвора оказывается небольшой.

Следует отметить, что схема на рис. 1 не обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Её основная задача — избавление от дорогих высоковольтных электролитических конденсаторов большой ёмкости, а также громоздких дросселей со стальным сердечником в случае использования LC фильтров.

По сравнению с RC фильтром, «электронный» обеспечивает, как правило, меньший перепад между входным и выходным напряжением.

В правильно рассчитанном и исправном повторителе будет выполняться следующее простое условие:

Сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Сглаживание пульсаций оценивают коэффициентом сглаживания q.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы, сопротивление которых различно для постоянного и переменного токов.

В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.

Емкостной фильтр представляет собой конденсатор большой емкости, который включается параллельно нагрузочному резистору Rн. Конденсатор обладает большим сопротивление постоянному току и малым сопротивлением переменному току. Рассмотрим работу фильтра на примере схемы однополупериодного выпрямителя (рис. 1, а).

Рисунок 1 — Однофазный однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром: а) схема б) временные диаграммы работы

При протекании положительной полуволны во временном промежутке t0 – t1 (рис. 2.63, б) протекает ток нагрузки (ток диода) и ток заряда конденсатора. Конденсатор заряжается и в момент времени t1 напряжение на конденсаторе превышает спадающее напряжение вторичной обмотки – диод закрывается и во временной промежуток t1 – t2 ток в нагрузке обеспечивается разрядом конденсатора. Т.о. ток в нагрузке протекает постоянно, что значительно уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

Чем больше емкость конденсатора Сф, тем меньше пульсаций. Это определяется време-нем разряда конденсатора — постоянной времени разряда τ = СфRн. При τ > 10 коэффициент сглаживания определяется по формуле q = 2π fс m Сф Rн, где fс – частота сети, m – число полупериодов выпрямленного напряжения.

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором RH при небольших мощностях нагрузки.

Индуктивный фильтр (дроссель) включается последовательно с Rн (рис. 3, а). Индуктивность обладает малым сопротивлением постоянному току и большим переменному. Сглаживание пульсаций основывается на явлении самоиндукции, которая изначально препятствует нарастанию тока, а затем поддерживает его при уменьшении (рис. 2, б).

Рисунок 2 — Однофазный однополупериодный выпрямитель с индуктивным фильтром: а) схема, б) временные диаграммы работы

Индуктивные фильтры применяют в выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих с большими токами нагрузки.

Коэффициент сглаживания определяется по формуле: q = 2π fс m Lф /Rн

Работа емкостного и индуктивного фильтра основана на том, что во время протекания тока, потребляемого из сети, конденсатор и катушка индуктивности запасают энергию, а когда тока от сети нет, либо он уменьшается, элементы отдают накопленную энергию, поддерживая ток (напряжение) в нагрузке.

Многозвенные фильтры используют сглаживающие свойства и конденсаторов и катушек индуктивности. В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузочного резистора составляет несколько кОм, вместо дросселя Lф включают резистор Rф, что существенно уменьшает массу и габариты фильтра.

На рисунке 3 представлены типы многозвенных LC- и RC- фильтров.

Рисунок 3 – Многозвенные фильтры: а) Г — образный LC, б) П- образный LC, в) RC — фильтр

Стабилизаторы предназначены для стабилизации постоянного напряжения (тока) на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока.

Стабилизаторы подразделяются на стабилизаторы напряжения и тока, а также на параметрические и компенсационные. Стабильность выходного напряжения оценивают коэффициентом стабилизации Кст.

Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой — полупроводникового стабилитрона. Напряжение на стабилитроне почти постоянно при значительном изменении обратного тока через прибор.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 4. Входное напряжение UBX распределяется между ограничивающим резистором Rогр и параллельно включенными стабилитроном VD и резистором нагрузки Rн.

Рисунок 4 – Параметрический стабилизатор

При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон увеличится, значит, увеличится ток через ограничивающий резистор, и на нём будет происходить большее падение напряжения, а напряжение нагрузки останется неизменным.

Параметрический стабилизатор имеет Кст порядка 20 — 50. Недостатками такого типа стабилизаторов являются малые токи стабилизации и низкий КПД.

Параметрические стабилизаторы применяют в качестве вспомогательных опорных источников напряжения, а также когда ток нагрузки невелик — не более сотен миллиампер.

Компенсационный стабилизатор использует в качестве ограничивающего резистора переменное сопротивление транзистора. С ростом входного напряжения возрастает и сопротивление транзистора, соответственно с уменьшением напряжения уменьшается сопротивление. При этом напряжение на нагрузке остается неизменным.

Схема стабилизатора на транзисторах представлена на рисунке 5. Принцип регулирования выходного напряжения URн основан на изменении проводимости регулирующего транзистора VT1.

Рисунок 5 – Схема компенсационного стабилизатора напряжения

На транзисторе VT2 собрана схема сравнения напряжений и усилитель постоянного тока. В цепь его базы включена измерительная цепь R3, R4, R5, в цепь эмиттера — источник опорного напряжения R1VD.

Например, при увеличении входного напряжения, выходное также возрастёт, что приведёт к росту напряжения на базе транзистора VT2, в тоже время потенциал эмиттера VT2 останется прежним. Это приведёт к увеличению тока базы, а значит и тока коллектора транзистора VT2 – потенциал базы транзистора VT1 уменьшится, транзистор подзакроется и на нём будет происходить большее падение напряжения, а выходное напряжение останется неизменным.

На сегодняшний день стабилизаторы выпускают в виде интегральных схем. Типовая схема включения интегрального стабилизатора изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Типовая схема включения интегрального стабилизатора напряжения

Обозначение выводов микросхемы стабилизатора: «IN» – вход, «OUT» – выход, «GND» -общий (корпус). Если стабилизатор регулируемый, то имеется вывод «ADJ» — регулировка.

Выбор стабилизатора производится исходя из значения выходного напряжения, максимального тока нагрузки и диапазона изменения входного напряжения.

Электрические фильтры

Промышленные источники энергии обеспечивают практически синусоидальные кривые изменения напряжения. Вместе с тем в ряде случаев переменные токи и напряжения, являясь периодическими, резко отличаются от гармонических.

Электрические фильтры могут применяться для сглаживания пульсаций напряжения выпрямителей, демодуляторов, которые преобразуют модулированные по амплитуде колебания высокой частоты в относительно медленные изменения напряжения сигнала, и в других подобных устройствах.

В самом простейшем случае можно ограничиться включением последовательно с нагрузкой катушки индуктивности, сопротивление которой увеличивается с возрастанием порядка гармонической и сравнительно невелико для низкочастотных колебаний, и тем более для постоянной составляющей. Более эффективно применение П-образных, Т-образных и Г-образных фильтров.

На рис. 1 показана схема простого Г-образного фильтра с катушкой индуктивности L и конденсатором С, включенными между приемником r пр и выпрямителем В. Переменные токи всех частот встречают значительное сопротивление катушки индуктивности, а включенный параллельно конденсатор пропускает по параллельной ветви остаточные токи высоких частот. Благодаря этому значительно уменьшаются пульсации напряжения на нагрузке r пр. Могут применяться и фильтры, состоящие из двух и более подобных звеньев. Иногда используются упрощенные фильтры с резисторами вместо катушек индуктивности.

Рис. 1. Простейший сглаживающий Г-образный электрический фильтр

Более совершенными являются резонансные фильтры, в которых используются явления резонанса. При последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора, когда f ω L= 1/(к ω С), цепь будет иметь наибольшую проводимость (активную) при частоте f ω и достаточно высокие проводимости в полосе частот, близких к резонансной. Такая цепь является простым полосовым фильтром. При параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора такая цепь будет иметь наименьшую проводимость при резонансной частоте и относительно малые проводимости в полосе частот, близких к резонансной. Такой фильтр является заградительным для некоторой полосы частот.

Смотрите так же:  Гост 839-80 провода неизолированные

Для улучшения характеристики простого полосового фильтра можно применять схему (рис. 2), в которой параллельно приемнику включены параллельно друг другу катушка индуктивности и конденсатор. Такая цепь настроена также в резонанс на частоту коз и представляет очень большое сопротивление для токов выбранной полосы частот и значительно меньшее сопротивление — для токов других частот.

Рис. 2. Схема простого полосового электрического фильтра

Подобный фильтр может применяться в модуляторах, которые выдают модулированные колебания определенной частоты. На модулятор М подается напряжение Uc сигнала низкой частоты, которое преобразовывается в модулированные колебания высокой частоты, а фильтр выделяет напряжение требуемой частоты, которое подается на нагрузку r пр.

Для примера предположим, что через цепь протекает несинусоидальный переменный ток и нужно устранить из кривой тока приемника очень большие по значению третью и пятую гармонические. Тогда последовательно в цепь включим два контура, настроенные в резонанс для третьей и пятой гармонических (рис. 3, а). Сопротивление левого контура, настроенного в резонанс для частоты 3 ω , будет очень велико для этой частоты и мало для всех других гармонических; аналогичную роль выполняет правый контур, настроенный в резонанс для частоты 5 ω . Поэтому в кривой тока приемника inp почти не будут содержаться третья и пятая гармонические (рис. 3,б), которые окажутся подавленными фильтром.

Рис. 3. Цепь с последовательно включенными резонансными контурами, настроенными в резонанс для третьей и пятой гармонических: а — схема цепи; б — кривые напряжения и цепи и тока inp приемника

Рис. 4. Кривая напряжения на выходе полосового фильтра

Выполняются в некоторых случаях и более совершенные полосовые фильтры, а также режущие фильтры, пропускающие или не пропускающие колебания, начиная с некоторой частоты. Такие фильтры состоят из Т-образных или П-образных звеньев. Принцип действия фильтров заключается в том, что в полосе пропускания частот, например полосового фильтра, наступает резонанс при n+1 частотах, где n — число звеньев. Кривая Uвых = f( ω ) для такого фильтра, составленного из трех звеньев, показана на рис. 4. Резонанс имеет место при частотах ω1 , ω 2, ω 3 и ω 4.

Схема электронного фильтра

Большинство современных акустических систем способны эффективно воспроизводить частоты начиная с 50 Гц, при том нижняя частота звука большинстве музыкальных инструментов лежит ниже 30 Гц. Современные записи сделанные на компакт дисках содержат много составляющих в диапазоне 20-40 Гц. Обычно для улучшения воспроизведения низких частот используют сабвуфер, но можно пойти более экономичным путем и ввести в тракт фильтр который поднимает усиление на этих частотах сохраняя линейность в остальном диапазоне.

Громкоговорители с динамическими головками компрессионного типа имеют в области АЧХ по звуковому давлению, аналогичную АЧХ фильтра верхних частот (рисунок 1 график 1) второго порядка с крутизной спада ниже частоты среза 12 дб на октаву. Добротность низкочастотного динамика для достижения максимально плоской АЧХ выбирают в разных громкоговорителях от 0,7 до 1,1.

С учетом вышесказанного можно расширить полосу эффективно воспроизводимых частот вниз на октаву, воспользовавшись фильтром, АЧХ которого характеризуется постоянной добротностью (рисунок 1 график 2), не зависящей от параметров динамика, и только частота квазирезонанса потребует подстройки под определенный громкоговоритель.

При правильной настройке результирующая АЧХ (рисунок 1 график 3) становится в общем диапазоне максимально плоской, и её нижняя граница смещается примерно на октаву в об лесть нижних частот. Наклон АЧХ на частотах ниже граничной получается — 24 дб на октаву, такой же как у ФВЧ четвертого порядка.

В результате, благодаря этому, кроме улучшенного воспроизведения частот диапазона 30-50 Гц фильтр эффективно подавляет инфразвуковые колебания, вызванные, например короблением винилового диска.

Принципиальная схема одного канала такого фильтра показана на рисунке 2. На ОУ А1 выполнен повторитель, служащий для исключения влияния предшествующих цепей (выхода предусилителя) на работу фильтра. Делитель R2R1 обеспечивает требуемое входное сопротивление и коэффициент передачи всего устройства, равный единице.

На ОУ А2 выполнен сам фильтр Саллена-Ки второго порядка, его частота квазирезонанса устанавливается сдвоенным резистором R5 в пределах 20-50 Гц. Эквивалентная добротность фильтра задана отношением R6 и R7, а значит коэффициентом усиления ОУ.

Налаживание сводится к установке частоты квазирезонанса (максимума АЧХ) на уровне на октаву ниже резонансной частоты громкоговорителя.

Для измерения резонансной частоты громкоговорителя , нужно подключить его к выходу УМЗЧ через постоянный резистор сопротивлением около 1000 ом с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт, подключить параллельно громкоговорителю милливольтметр , и подать нв вход усилителя сигнал частотой 120-150 Гц.

Затем эту частоту уменьшайте и следите за показаниями вольтметра. Частота, на которой наибольшие показания и будет резонансной. У большинстве низкочастотных динамиков с диаметром диффузора около 200 мм частота резонанса — 60 Гц. Поэтому, при отсутствии генератора сигналов настроить фильтр с достаточной точностью можно и при помощи омметра.

В этом случае задача сводится к расчету и последующей установки суммарного сопротивления R3+R5.1 (R4+R5.2 такое же), необходимого для настройки фильтра на 30 гц, которое определяется формулой (R3+R5.1 )=0,16/FC, где F-нужная частота настройки фильтра, а С — емкость конденсаторов С1, С2. При F=30 Гц указанное сопротивление примерно равно 114 ком.

Динамики с большим диаметром диффузора или более совершенные с описанным фильтром могут воспроизводить линейно частоты начиная уже с 17 Гц.

Фильтр можно включить между предварительным усилителем и усилителем мощности. При его повторении можно использовать практически любые операционные усилители общего применения, например К544УД2, К574УД2, К140УД8 со своими цепями коррекции и питания.

Электронный фильтр

Фильтр в электронике — устройство для выделения желательных компонент спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных.

Содержание

Типы фильтров

Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают

Среди множества рекурсивных фильтров отдельно выделяют следующие фильтры (по виду передаточной функции):

По тому, какие частоты фильтром пропускаются (задерживаются), фильтры подразделяются на

Принцип работы пассивных аналоговых фильтров

В схемах пассивных аналоговых фильтров используют реактивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

На рисунке показан пример простейшего LC-фильтра нижних частот: при подаче сигнала определённой частоты на вход фильтра (слева), напряжение на выходе фильтра (справа) определяется отношением реактивных сопротивлений катушки индуктивности ( XL = ωL ) и конденсатора ( XC = 1 / ωC ).

Коэффициент передачи ФНЧ можно вычислить, рассматривая делитель напряжения, образованный частотно-зависимыми сопротивлениями. Комплексное (с учетом сдвига фаз между напряжением и током) сопротивление катушки индуктивности есть ZL = jωL = jXL и конденсатора ZC = 1 / (jωC) = − jXC , где , поэтому, для ненагруженного LC-фильтра

.

Подставляя значения сопротивлений, получим для частотно-зависимого коэффициента передачи:

.

Как видно, коэффициент передачи ненагруженного идеального ФНЧ неограниченно растет с приближением к частоте , и затем убывает. На очень низких частотах коэффициент передачи ФНЧ близок к единице, на очень высоких — к нулю. Вообще, зависимость модуля комплексного коэффицента передачи фильтра от частоты называют амлитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а зависимость фазы — фазо-частотной характеристикой (ФЧХ).

В реальных схемах к выходу фильтра подключается активная нагрузка, которая понижает добротность фильтра и предотвращает острый резонанс АЧХ вблизи частоты ω . Величину называют характеристическим сопротивлением фильтра. ФНЧ, нагруженный на сопротивление, равное характеристическому, имеет нерезонансную АЧХ, примерно постоянную для частот ω 2 на частотах выше ω . Поэтому, частоту ω называют частотой среза.

Аналогичным образом строится и LC-фильтр верхних частот. В схеме ФВЧ меняются местами катушка индуктивности и конденсатор. Для ненагруженного ФВЧ получается следующий коэффициент передачи:

.

На очень низких частотах модуль коэффициента передачи ФВЧ близок к нулю. На очень высоких — к единице.

Принцип работы активных аналоговых фильтров

Активные аналоговые фильтры строятся на основе усилителей, охваченных петлёй обратной связи (положительной или отрицательной). В активных фильтрах возможно избежать применения катушек индуктивности, что позволяет уменьшить физические размеры устройств, упростить и удешевить их изготовление.

Применение

LC-фильтры используются в силовых электрических цепях для гашения помех и для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя. В каскадах радиоэлектронной аппаратуры часто применяются перестраиваемые LC-фильтры, например, простейший LC-контур, включенный на входе средневолнового радиоприёмника обеспечивает настройку на определённую радиостанцию.

Фильтры используются в звуковой аппаратуре в многополосных эквалайзерах для корректировки АЧХ, для разделения сигналов низких, средних и высоких звуковых частот в многополосных акустических системах, в схемах частотной коррекции магнитофонов и др.

Усилитель JLH часть 6 — правильный источник питания

Телефоны берет звукоинженер, а не менеджер. Звоните

  1. Технологии
  2. Эксклюзив
  3. Усилитель JLH часть 6 — правильный источник питания

Правильное питание дает правильный звук

Тысячи энтузиастов, повторивших конструкцию Джона Ли Худа за 45 лет ее существования, сейчас — в 2016 году не пришли к единому мнению, что же на самом деле лучше: Простой выпрямитель на качественных диодах и конденсаторах, СRC или CLC фильтр, электронный дроссель или стабилизатор напряжения… В одном они сошлись однозначно – качество элементов блока питания, не зависимо от схемы, по которой он собран должно быть максимально возможным, все они должны быть с запасом по мощности, емкости, току и так далее, и не работать в предельных режимах.

Смотрите так же:  Провода бсз от ваз

Усилитель мощности hood работает в классе А, что накладывает высокие требования на качество выпрямленного напряжения и отсутствие пульсаций 50 и 100 Гц. Схемы, работающие в классе А, как антенны ловят всевозможные наводки сильно нагруженных и излучающих в пространство трансформаторов, дросселей и диодов. В отличие от усилителей класса АВ, В и D, где приемлем простейший выпрямитель и емкостный фильтр, в усилителях топологии JLH желательно применять стабилизаторы напряжения, CRC, СLC или электронные фильтры для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

Варианты блоков питания JLH

Рис.1: Простейший С- фильтр. Схема С-фильтра максимально проста, она содержит диодный мост и батарею электролитических конденсаторов. Из-за того, что в момент включения усилителя разряженные фильтрующие конденсаторы представляют из себя практически короткое замыкание, нужно применять мост с максимально допустимым током 30-50А. Мост может быть либо интегральным, либо набранным из отдельных мощных диодов. Качество звучания от типа моста тоже зависит, как это ни странно. Лучше всего в этом узле показали себя быстродействующие диоды Шоттки. Проблема в том, что обычных мостов на 30-50 ампер очень много и стоят они не дорого, а вот найти диоды Шоттки с максимальным током в 30 и больше Ампер очень сложно и стоят они «как самолет». В любом случае, обычный это мост или сдвоенные диоды Шоттки, их нужно устанавливать на небольшие радиаторы, так как греются они в усилителе JLH весьма прилично. Емкость конденсаторов в простейшем C-фильтре блока питания должна быть не меньше 40 – 60.000 мкФ для однополярной версии усилителя и такой же емкости в каждом плече выпрямителя для двухполярной версии. Необходимую емкость фильтрующих конденсаторов лучше подбирать на работающем макете усилителя до его монтажа в корпус. Критерий достаточной емкости – полное отсутствие фона в колонках.

Рис.2: СRC – фильтр позволяет уменьшить пульсации напряжения в 5-10 раз по сравнению с простейшим C-фильтром при одинаковой с ним суммарной емкости фильтрующих конденсаторов. Либо при одинаковых с простейшей схемой пульсациях — прилично удешевить усилитель, установив в него емкости меньшего номинала. Плюс резистора R1 между фильтрующими емкостями в том, что он, понижая пульсации дополнительно снижает импульс зарядного тока второго конденсатора. В результате в момент включения диодный мост подвергается меньшим перегрузкам.

Минус этой схемы – увеличенное выходное сопротивление блока питания и дополнительная мощность, рассеивающаяся на резисторе, снижающая и так невысокий КПД усилителя. Резистор должен иметь номинал 0,2-0,7 Ом и мощность 10-20 Вт. Резистор, как и мост греется и его так же желательно установить на радиатор.

Для уменьшения импульсной нагрузки на диодный мост в усилителе с C и CRC фильтром желательно предусмотреть схему мягкого «софт» старта. С мягким стартом в момент включения усилителя напряжение с диодного моста подается на фильтрующую емкость через резистор сопротивлением 50-100 Ом. Своим сопротивлением резистор подменяет практически короткозамкнутый разряженный конденсатор, конденсатор за 3-4 секунды заряжается и далее контакты реле закорачивают этот резистор. Таким образом ни трансформатор, ни диодный мост не подвергаются воздействию ударного импульса зарядного тока.

Электронный дроссель, или электронный фильтр

Более совершенный чем CRC цепь — сглаживающий фильтр строится по схеме так называемого «электронного дросселя». Он подавляет пульсации в десятки раз лучше, чем предыдущие схемы. Из явных минусов: Низкий КПД, сложность, повышенное выходное сопротивление и приличная мощность, которую рассеивает его силовой транзистор. Из плюсов – Суммарная емкость фильтрующих конденсаторов в случае электронного дросселя может быть намного ниже, чем в простейших C и CRC фильтрах, требования к качеству фильтрующих емкостей не такие жесткие как в простейшей схеме, они могут быть из более дешевых серий. Одна из применяемых в усилителе JLH схем электронного дросселя приведена на Рис.3:

Номинал первого конденсатора С4 может быть в пределах 10.000-22.000 мкФ, для тока покоя усилителя 1-3 А. Емкость конденсатора С1 поднимать не нужно, а вот C2 желательно увеличить до 1.000-2.000 мкФ. Конденсаторы С1 и С2 имеют относительно небольшую емкость и стоимость, качество их должно быть максимально возможным. Выходной конденсатор С3 может быть небольшого номинала 1.000-2.000 мкФ, т.к. основные пульсации гасятся транзистором. Качество этого конденсатора так же должно быть на высоте.На силовом транзисторе Vт2 рассеивается от 10 до 20 Ватт, и его обязательно нужно устанавливать на радиатор. Резистором R4 в пределах 0.5-1 В, подстраивается выходное напряжение электронного дросселя.

В таблицу ниже для сравнения сведены данные по пульсациям выходного напряжения разных схем сглаживающих фильтров. Приведены реально замеренные пульсации при резистивной нагрузке блока питания и токе 2 А.

Джон Линсли Худ для своего первого усилителя 1969 года так же применил электронный дроссель. Для него это была скорее вынужденная мера, так как в 70 годах прошлого века электролитические конденсаторы были весьма несовершенны. Набрав необходимую емкость для устранения фона в обычной схеме, он увидел, что размеры и цена этих конденсаторов превышают все разумные пределы. После серии экспериментов он предпочел по совокупности параметров стабилизатору напряжения и простейшему С-фильтру электронный дроссель Рис.4:

О разнице в звучании трех перечисленных выше типов фильтров сказать сложно, у повторивших JLH по этому поводу нередки прямо противоположные мнения. Первая – простейшая применяется все реже, а вот сторонники CRC и электронного дросселя разделились практически поровну. Но все же электронный дроссель задачу построения усилителя JLH значительно облегчает и поэтому электронный фильтр для него получил дальнейшее развитие.

Стабилизаторы напряжения

В 90 годах прошлого века появились интегральные стабилизаторы напряжения на микросхемах LM78XX и LM79XX. Они обладают высокими параметрами по стабилизации напряжения и сглаживанию пульсаций, но выходной ток их ограничен. Для безотказной работы усилителя, потребляющего много энергии эти микросхемы пришлось умощнить комплементарными силовыми транзисторами. Двухполярный вариант усилителя JLH-1996 имел именно такой блок питания с комбинированным стабилизатором напряжения на микросхемах и транзисторах Рис.5:

В двухтысячных годах появились более совершенные микросхемы стабилизаторов напряжения LM317/LM337 которые были применены другом Джона Линсли Худа в версии усилителя 2003 года. Микросхемы так же были умощнены транзисторами разной проводимости. Этот блок питания позволяет эксплуатировать его с версией усилителя JLH-2003 в каждом из которых применены по две пары выходных транзисторов. В случае однополярного питания усилителя с применением выходного конденсатора достаточно собрать «половинку» стабилизатора напряжения. Резисторами Vr1, Vr2 регулируется выходное напряжение. Из недостатков стабилизаторов напряжения с микросхемами, качества звуку они особо не добавляют и довольно часто привносят в выходное напряжение помеху, с которой приходится бороться. Рис.6:

Мода последних нескольких лет — строить для усилителей JLH стабилизатор напряжения полностью на дискретных элементах. Для однополярной версии усилителя можно применить «половинку» дискретного стабилизатора напряжения. Без интегральных стабилизаторов схема получается практически такой же по сложности. Из плюсов – они есть у убежденных аудиофилов. В дискретном стабилизаторе напряжения по звуку возможно подобрать каждый его элемент, чем аудиофилы и пользуются, добиваясь максимально естественного звучания от каждого экземпляра усилителя. По отзывам — качество питающего напряжения интегрального стабилизатора выше, а вот звук лучше у дискретного Рис.7:

Компоновку блока питания, правильную разводку земли и подбор для него наиболее «музыкальных» элементов я рассмотрю в следующей статье. Так как здесь много нюансов. Усилитель JLH очень чувствителен к конструктиву, расположению и соединению элементов. Несмотря на кажущуюся простоту он требователен к деталям и настройке. Наверное, по этой причине на рынке не видно серийных устройств, сделанных по этой схеме, несмотря на ее выдающееся звучание.

P.S. С правильно выполненным источником питания, укомплектованным качественными диодами, электролитическими конденсаторами и оригинальными транзисторами усилитель JLH по качеству звучания на равных соперничает с элитными ламповыми усилителями в 3-5 раз его дороже.

Схема электронного фильтра

9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Электронный дроссель для лампового усилителя

Для фильтрации анодного напряжения от пульсаций принято использовать CRC- или CLC-фильтры. Первые допустимы лишь на малых мощностях, а вторые предполагают использование большого тяжёлого «железного» дросселя, а многие ещё и гонятся за увеличением емкостей.

Существует и другой подход: использование стабилизатора напряжения. Допустим, имеется источник анодного напряжения 300 вольт с пульсациями 100Гц амплитудой 1 вольт. Применив стабилизатор, мы можем понизить напряжение, например, до 290 вольт, «отрезав» верхушку со всеми пульсациями.

Ходящие в интернете схемы зачастую содержат ошибки, которые могут ухудшить звучание усилителя. На приведённой здесь схеме они исправлены.

Смотрите так же:  Наконечник провода свечи

Сопротивление резистора R1 в цепи затвора полевого транзистора уменьшено, чтобы исключить выбросы напряжения на переднем фронте нарастающего напряжения на стоке, где оно имеет пилообразную форму. Если этого не сделать, игольчатые выбросы появятся и в выходном напряжении.

Конденсатор C1 заменён на плёночный, чтобы устранить влияние тока утечки, ведь он подключен параллельно высокоомному резистору R3. Резистор R4 нужен для случаев, когда стабилизатор работает без нагрузки.

Напряжение на затворе полевого транзистора формируется делителем R2R3, т.к. напряжение на затворе должно быть меньше, чем напряжение на стоке. В данном случае, например, при выходном напряжении +300 вольт делитель дасть +291 вольт на затворе.

Напряжение пульсаций на выходе электронного дросселя зависит от ёмкости конденсатора C1. Максимальная ёмкость плёночных конденсаторов — 2,2мкФ. С ним напряжение пульсаций предполагается не более 10мВ (при наличии на выходе анодного источника питания электролитического конденсатора ёмкостью 100мкФ). Этот результат оказывается лучше, чем применение чисто емкостного фильтра питания на 440мкФ. Если увеличить ёмкость C1, установив 10 конденсаторов по 2,2мкФ (суммарная ёмкость получится 22мкФ), то размах пульсаций на выходе получится в районе 1,7мВ, что эквивалентно применению чисто емкостного фильтра питания на 1360мкФ.

При проектировании печатной платы стабилитрон D1 и «антизвонный» резистор R1 следует располагать вплотную к затвору транзистора. Резистор R2 можно заменить потенциометром, чтобы менять величину «отсечки» напряжения. При указанных на схеме номиналах выходное напряжение уменьшается примерно на 10 вольт по сравнению с входным, что примерно в 3 раза меньше по сравнению с применением «железного» дросселя. Чем большим будет величина «отсечки», тем большим будет нагрев транзистора.

Следует также заметить, что «электронный дроссель» обеспечивает плавное нарастание напряжения на выходе. При указанных на схеме номиналах оно нарастает до максимального значения примерно за 2 секунды.

Мы промакетировали данную схему и убедились в прекрасной работе. В качестве транзистора был использован распространённый FQPF10N60. В качестве D1 был использован стабилитрон на 12 вольт. R4 — не устанавливался.

печатная плата 4 х 5 см: el_drossel.brd

«Электронный дроссель».

Такое название в последнее время приходится часто встречать в схемах блоков питания ламповых и не ламповых конструкций. Что это такое? давайте поближе познакомимся с особенностями работы «электронного дросселя» и с часто встречающимися ошибками при его сборке и использовании.

Рисунок 1.

В блоках питания ламповых усилителей в последнее время, радиолюбителями довольно широко используются стабилизаторы напряжения, выполненные на полевом транзисторе. Такие стабилизаторы называют ещё «электронный дроссель», «усилитель ёмкости» и даже «виртуальная батарея».
Будем называть его «электронный дроссель», хотя по сути — это обычный стабилизатор с плавающим опорным напряжением, изменяющимся в зависимости от входного, или активный фильтр с функцией задержки подачи напряжения и ничего общего с обычным дросселем (накопителем энергии) и принципом его работы он не имеет.
«Электронный дроссель» можно собирать и на биполярных транзисторах, такие схемы известны ещё с 60-х годов, но на полевых схема имеет гораздо лучшую эффективность, поэтому будем рассматривать здесь «электронный дроссель» на мощных полевых транзисторах.
Рассмотрим обычную схему, гуляющую по сети. См. рисунок 2.

Рисунок 2.
«Электронный дроссель» на IRF830.

У некоторых радиолюбителей эта схема работает, у некоторых нет, почему? Эта схема имеет свои недостатки, которые сейчас рассмотрим.
Входное напряжение здесь подаётся на С1 через резистор R1 большого сопротивления. Ток стока транзистора практически нулевой и при качественном конденсаторе С1 (с очень маленькой утечкой) он зарядится до уровня напряжения входа, транзистор уйдёт в насыщение и пользы от такого «дросселя» будет мало.
Если конденсатор С1 будет не очень качественный (иметь утечку больше тока заряда R1), то напряжение на затворе транзистора будет меньше входного и схема может работать. Для нормальной работы схемы, напряжение на затворе должно быть меньше входного, минимум на величину пульсаций при номинальном токе нагрузки. Это ещё не учитывается нестабильность напряжения сети.
То есть входное напряжение сначала должно подаваться на делитель напряжения. Этот делитель и определяет разность между входным и выходным напряжением «электронного дросселя». Сделать такой делитель можно, добавив всего одно сопротивление (R3).

Рисунок 3.
«Электронный дроссель» на IRF830. Второй вариант.

На второй схеме ЭД, входное напряжение на конденсатор С1 подаётся с делителя (R1, R3). Коэффициент такого делителя рассчитывается таким образом, что бы разница между входным и выходным напряжением, для обеспечения нормальной работы ЭД, была 20 — 30 вольт. Сопротивление резистора R1 можно уменьшить, что бы компенсировать ток утечки у конденсатора С1, если он попадётся не очень качественный. Для увеличения времени заряда конденсатора (увеличение времени задержки нарастания выходного напряжения), его ёмкость можно увеличить. Время заряда конденсатора определяется величиной R1 и ёмкостью конденсатора, т.е. постоянная времени заряда.Так, как постоянная времени R1, C1 очень большая (десятки секунд), то;
1) Обеспечивается плавное нарастание выходного напряжения.
2) Быстрые изменения и колебания сети не проходят на выход схемы.
3) Очень качественная фильтрация напряжения, так как на затворе транзистора практически отсутствуют пульсации и в виду наличия у полевого транзистора огромнейшего входного сопротивления и весьма большой крутизны характеристики, на выходе имеем пульсации почти такие же как и на RC-фильтре в цепи затвора.
Рассмотрим назначение элементов схемы;
Резистор R2 подобен «антизвоновому» резистору в цепи сетки лампы выходного каскада, и необходим для предотвращения самовозбуждения транзистора. Его величина выбирается в пределах 1 — 10 кОм. Наличие его обязательно. При монтаже, его лучше припаять непосредственно к выводу транзистора (и стабилитрон VD2 тоже).
Стабилитрон VD2 предназначен для защиты транзистора от переходных процессов и статики. Напряжение его стабилизации выбирается в пределах 14 — 18 вольт. В нормальном режиме работы он заперт. Его можно не ставить, если он уже встроен в транзистор (есть транзисторы со встроенным стабилитроном).
Если у транзистора отсутствует встроенный диод между истоком и стоком, то его необходимо поставить. Он защищает транзистор от обратного напряжения, и если (например при выключении питания) входные конденсаторы разрядились (на схеме не показаны), а выходные ещё нет и напряжение на них больше напряжения входного, то открывается этот диод и конденсаторы на выходе, подключаются через диод к входным и к делителю R1, R3.
Диод VD1 необходим для быстрой разрядки конденсатора С1.

Рассмотрим некоторые особенности монтажа подобных схем.
Транзистор желательно применять в изолированном корпусе. Если корпус транзистора не изолирован, то на радиатор он крепится через изолирующую прокладку (например слюда), а корпус радиатора заземляется.
Антизвоновый резистор и защитный стабилитрон лучше распаять непосредственно на выводах транзистора.
Наличие в схеме «электронного дросселя» не отменяет необходимость в установке конденсаторов после него,которые играют роль источника энергии для быстрых импульсов тока потребления нагрузкой и уменьшают выходное сопротивление источника питания.
«Электронный дроссель», в отличии от обычного дросселя, не является накопителем энергии, и соответственно не применим (как замена обычному дросселю) в схемах выпрямителей с L-фильтром там, где дроссель отдаёт накопленную энергию.

Хотя бытуют различные мнения у противников «транзисторизации» ламповых схем, вплоть до замены индикаторов на светодиодах — неоновыми лампочками (хотя попадаются неонки с очень большим уровнем шума), скажу однозначно — применение в блоке питания лампового усилителя «электронного дросселя», нисколько не ухудшает его звучание, а в некоторых случаях гораздо его улучшает, позволяя при этом сэкономить габариты и вес любительских конструкций.

Похожие статьи:

  • Электрические схемы магнитофонов Справочное издание автомобильная радиоприемная и звуковоспроизводящая аппаратура © издательство «радио и связь» 1987 Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема магнитофона «Алтай-301-стерео» Сигнал, снимаемый с универсальной магнитной […]
  • Нулевой провод сечение Сечение нулевого провода Известно, что ток, протекающий в проводах нейтрали трехфазных сетях с симметричной нагрузкой должен быть равен нулю. Однако, в большинстве марок современных силовых проводов и кабелей сечение рабочего "нуля" […]
  • Рр 380 схема Проверка и регулировка РР–380 на стенде Проверка и регулировка регулятора напряжения РР–380 на стенде Схема проверки регулятора напряжения на стенде 1 – вольтметр со шкалой 15 В, класс точности не ниже 0,5; 2 – главный выключатель; 3 […]
  • Схема электропроводка 2111 Схема электропроводка 2111 В данном бесплатном сборнике находится вся необходимая документация по электрооборудованию автомобиля ВАЗ-2111 - сама схема, система подогрева, очиститель фар, электронный модуль управления двигателем и блок […]
  • Электропроводка газ 2217 Электропроводка газ 2217 Газель Соболь. Электросхемы - часть 3 Схема электрооборудования автомобиля с двигателем ЗМЗ-4063 (панель приборов старого образца): 1 - боковой указатель поворота; 2 - указатель поворота; 3 - фара; 4 - лампа […]
  • Провода печки ваз 2105 Провода печки ваз 2105 Представлен бесплатный справочный материал по электрооборудованию отечественного автомобиля ВАЗ-2105. В том числе блок реле и предохранителей, а также схемы некоторых модификаций. Электрика выполнена по […]