Меню

Что такое плавающее питание



Усилитель мощности с “плавающим” источником питания

Один из существенных недостатков простейших усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) на основе операционных усилителей (ОУ) — малое выходное напряжение. Так, в простейшем усилительном устройстве (рис. 1)

оно ограничено максимальным выходным напряжением ОУ. Применив несколько иной способ питания ОУ (рис. 2),

удается повысить амплитуду выходною напряжения УМЗЧ почти вдвое. Однако и в этом случае оно не превышает суммы максимального выходного и максимального синфазного входного напряжений ОУ.
Предлагаемое схемное решение (рис. З)

позволяет в несколько раз увеличить выходное напряжение УМЗЧ. Достигается это использованием так называемого “плавающего” (непосредственно не соединенного с общим проводом) источника питания транзисторов оконечного каскада, позволяющего включить их по схеме ОЭ. Такой каскад, как известно, имеет большее усиление по мощности, чем обычно применяемый в УМЗЧ оконечный каскад на транзисторах, включенных по схеме ОК. К тому же ОУ работает здесь без значительных синфазных входных напряжений и его параметры не ограничивают максимальное выходное напряжение УМЗЧ, которое может достигать десятков, а при использовании высоковольтных транзисторов и сотен вольт.
Работает оконечный каскад следующим образом. При поступлении на его вход положительной полуволны синусоидального сигнала открывается транзистор VT1 и через него и источник питания GB3 течет ток нагрузки. При отрицательной полуволне транзистор VT1 закрывается, a VT2 открывается. Направление тока нагрузки меняется на противоположное, и течет он уже по цепи VT2 — GB4. Снижение нелинейных искажений достигнуто введением ООС, напряжение которой снимается со средней точки источника питания оконечного каскада и подается на нсинвертирующий вход ОУ.

Основные технические характеристики усилителя
Номинальное входное напряжение, В ….. 0,25
Номинальная выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом, Вт … 100
Номинальный диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ не более ±1дБ, Гц …. 20…35 000
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, % …. 0,1
Уровень шумов и помех,дБ … 78

Практическая схема УМЗЧ с использованием “плавающего” источника питания транзисторов оконечного каскада приведена на рис. 4.

Предварительный усилитель сигнала ЗЧ выполнен на ОУ DA1. Его выходной ток ограничивает резистор R5. К базам транзисторов VT3, VT4 оконечного каскада ОУ подключен через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1. Ток покоя транзисторов оконечного каскада устанавливают резистором R7 в цепи базы транзистора VT2, создающего необходимое напряжение смещения на базах транзисторов VT3, VT4 и обеспечивающего температурную стабилизацию их режима работы. Дополнительная стабилизация режима транзисторов оконечного каскада обеспечивается резисторами R9, R10, создающими местные ООС по току.
Оконечный каскад усиливает сигнал по напряжению примерно в 20 раз. Транзисторы VT5, VT6 защищают ОУ при перегрузках (ограничение сигнала в оконечном каскаде, при котором производная напряжения ООС с выхода усилителя становится равной нулю) и, таким образом, снижают искажения при резких всплесках входного сигнала. Если выходное напряжение ОУ превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD1 или VD2 (в зависимости от полярности), откроется один из транзисторов (VT5 или VT6) и на инвертирующий вход ОУ поступит напряжение местной ООС. В результате коэффициент усиления ОУ снизится до двух.
Подключенные параллельно оксидным конденсаторам СЗ и С4 конденсаторы С1 и С2 снижают динамическое сопротивление источника питания на высоких частотах.
В усилителе использованы резисторы СП4-1 (R7), МОН-2 (R11), проволочные (R9, R10) и МЛТ (остальные). Конденсаторы С1, С2, С5 — К73-17, остальные — К50-6.
Транзисторы КТ825А и КТ827А можно заменить составными (К.Т819Г4-+КТ815А и КТ818Г+КТ814А), при этом эмиттерные переходы мощных транзисторов (КТ819Г и КТ818Г) необходимо зашунтировать резисторами сопротивлением 100 Ом. Вместо транзистора КТ503Б можно использовать КТ603 или КТ815 с любым буквенным индексом и статическим коэффициентом передачи тока Ьдо не менее 50, вместо КТ315Е — транзисторы этой серии с буквенными индексами А – Д.
ОУ К140УД6 можно заменить на К140УД7 или К140УД8. Хорошие результаты получаются и при использовании ОУ К140УД11, а также быстродействующих ОУ К544УД1, К544УД2, К574УД1 (последний требует установки внешнего корректирующего конденсатора).
Транзисторы VT3 и VT4 закреплены на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности 600 см2. Устанавливать их на общий теплоотвод через слюдяные прокладки не следует, так как при этом резко увеличивается тепловое сопротивление корпус транзистора — теплоотвод. Транзистор VT2 приклеен к одному из теплоотводов эпоксидной смолой (в непосредственной близости от самого транзистора оконечного каскада).
Трансформатор питания выполнен на магнитопроводе из пластин Ш40, толщина набора 50 мм. Его обмотка 1-2 содержит 600 витков провода ПЭВ-2 0,55, обмотка 3-4-5 — 2Х20 витков ПЭВ-2 1,2, обмотки 6-7-8 и 9-10-11 — по 2Х66 витков ПЭВ-2 0,9.
Налаживание усилителя сводится к подбору резистора R6, через который протекает ток базы транзистора VT1 (его сопротивление — в килоомах — рассчитывают по формуле: R6= =h21эvт1/2), и установке подстроечным резистором R7 тока покоя (в пределах 10…40 мА) транзисторов VT3, VT4 (по минимуму искажений типа “ступенька”) .
Описанное устройство можно использовать не только как УМЗЧ, но и как УМ постоянного тока в системах автоматики.

Читайте также:  Оливковое масло при диетическом питании

Источник

Что такое плавающее питание

Иногда возникает необходимость измерить высоковольтный сигнал, причем измерителем с очень высоким входным сопротивлением. Применять обычный резистивный делитель в таких случаях нельзя. Решить проблему можно с помощью повторителя на ОУ с малыми входными токами, если применить для него «плавающее» питание. Выходное напряжение такого повторителя можно поделить с помощью обычного резистивного делителя, а затем измерить.

В данном примере на основе ОУ с «плавающим» питанием реализован повторитель сигнала, изменяющегося в диапазоне ±40 В. При необходимости этот диапазон можно расширить без каких-либо принципиальных доработок схемы. Принципиальная схема высоковольтного повторителя напряжения показана на рис. 1. Основой повторителя служит ОУ с малыми входными токами, в данном случае это AD711. Этот ОУ имеет максимально допустимое напряжение питания ±18 В, поэтому он не может напрямую использоваться в высоковольтном повторителе. Для того, чтобы не превышать максимально допустимое напряжение питания ОУ, питание сделано «плавающим» и поддерживается на уровне ±10 В относительно выходного напряжения ОУ. Это значение задано стабилитронами VD5, VD6. Ток через стабилитроны порядка 2.5 мА обеспечивают генераторы тока, собранные на транзисторах VT3, VT4. Полученное с помощью стабилитронов напряжение через повторители на транзисторах VT1, VT2 используется для питания ОУ. Таким образом, напряжение питания ОУ будет примерно на 0.7 В ниже напряжения стабилизации стабилитронов.

Рис. 1. Принципиальная схема повторителя на ОУ с «плавающим» питанием.

Если на вход ОУ подать сигнал, выходное напряжение ОУ будет изменяться. Вместе с ним будет изменяться и напряжение питания, оно всегда будет составлять примерно ±10 В относительно уровня сигнала.

Стабилитроны VD3, VD4 защищают ОУ от выбросов напряжения при резком изменении входного сигнала. Эти два стабилитрона можно заменить одним с напряжением стабилизации равным или большим, чем суммарное напряжение стабилизации стабилитронов VD5, VD6. Конденсаторы C1, C2 обеспечивают развязку напряжения питания ОУ по переменному току, предотвращая его самовозбуждение. Диоды VD1, VD2 защищают вход ОУ от выбросов напряжения при резком изменении входного сигнала. Нужно отметить, что эти диоды включены между входом и выходом повторителя напряжения, поэтому к ним приложена очень небольшая разность потенциалов (не больше напряжения смещения ОУ). Поэтому ток утечки, который добавляется к входному току, будет пренебрежимо мал.

Источник

Схемотехника и звук

http://electronics.bbtalk.ru/

На этой странице Вы сможете найти простые, но эффективные решения в области схемотехники УМЗЧ.

Новогодний подарок

конструкторам аудиотехники к Новому Году -2010 от автора Усилителя Мощности Звуковой Частоты с Плавающим источником Питания,

оригинальное решение, позволяющее получить на широкий спектр характеристик выходного каскада, от «Источника Тока Управляемого Напряжением» (ИТУН), до Источника Напряжения Управляемого Напряжением (ИНУН), от выходного каскада с общим эмиттером (ОЭ) до выходного касакада с общим коллектором (ОК), причем с плавным переходом от одного к другому,

«Двухподвес»

Уже много лет прошло с момента появления Усилителя Мощности Звуковой Частоты с плавающим источником питания оконечного каскада. Множество любительских и профессиональных решений выполнено по этой схемотехнике. Много копий сломано по поводу лучше или хуже эта технология по сравнению с традиционным решением с заземленным источником питания. Высказывались мнения, что в Усилителе Мощности Звуковой Частоты с Плавающим источником Питания оказывает влияние на харатеристики междуобмоточная емкость силового трансформатора (не удосужившись измерить эту емкость и оценить ее влияние или принять меры для исключения этого влияния), что, якобы, выходной каскад с общим эмиттером (ОЭ) или общим истоком (ОИ) создает более высокие искажения (правда забывали, что при этом исключался один или несколько каскадов с ОЭ в предвыходных каскадах. К счастью сторонников Плавающего источника Питания все эти утверждения не подтвердились. Тем не менее, для удовлетворения потребностей более широкого круга конструкторов сегодня представляется техническое решение выходного каскада, у которого не только плавающий источник питания, но и эмиттеры (истоки) выходных транзисторов не заземлены.

Читайте также:  Шкала голода интуитивное питание

Приведенное техническое решение отличается от ставшего традиционным Плавающего источника Питания выходного каскада тем, что заземляются не эмиттеры (истоки) выходных транзисторов, а средняя точка делителя, подключенного с одной стороны к точке соединения эмиттеров (истоков) выходных транзисторов, а с другой стороны к средней точке плавающего источника питания. При этом усиление, обеспечиваемое выходным каскадом, зависит от соотношения плеч делителя. Также, в зависисмости от отношения плеч делителя меняется и входное сопротивление выходного каскада.

Обратная связь по напряжению при использовании данного выходного каскада должна браться как величина дифференциального напряжения на концах вышеупомянутого делителя напряжения. При равенстве плеч делителя выходное напряжение фактически дифференциальное, что может быть полезно в некоторых случаях использования. Влияние емкости между обмотками выходного трансформатора можно считать в данной схеме выходного каскада не оказывающим вляния, так как по крайней мере проводник, идущий к нагрузке с эмиттеров (истоков) не связан с этой емкостью и за счет обратной связи влияние емкости источника питания по второму проводнику может быть скомпенсировано.

Данное техническое решение, как и типовой выходной каскад с плавающим питанием, позволяет получить выходное напряжение, не ограниченное величиной амплитуды сигнала с предвыходного каскада, позволяет использовать стандартные операционные усилители без применения плавающего питания ОУ и без больших значений синфазных напряжений на входах ОУ, которые могли бы ухудшать характеристики и создавать дополнительные нелинейные искажения.

Стоит отметить, что данное техническое решение невозможно отнести ни к схемам с ОЭ (ОИ), ни к схемам с ОК (ОС) и характеристики данного выходного каскада конструктор имеет возможность менять в очень широком диапазоне в зависимости от поставленных задач и от своего видения комплексного решения Усилителя Мошности Звуковой Частоты.

Надеюсь, что данное техническое решение, выходной каскад с плавающим питанием и плавающими эммитерами (истоками) позволит радиолюбителям-конструкторам расширить границы творчества при создании новых Усилителей Мощности Звуковой Частоты (УМЗЧ) с новыми, более высокими, чем раньше, характеристиками.

С Новым, 2010-м Годом! Успехов Вам в жизни и творчестве!

Источник

Беглый обзор топологий конверторов (продолжение)

Продолжение обзора начатого тут и тут. Посвящена некоторым полезным вспомогательным схемам.

Драйверы ключей и их питание
Публикаций на тему драйверов далеко не так много как конверторов, а уж схем питания для них и вовсе единицы. Тем не менее, то, что есть, сильно меняет представление о том, как вообще можно подходить к проблеме.

Читайте также:  Gtx 285 palit питание
Резонансный драйвер ключа

Топология:

Диаграммы напряжений и режимов работы ключей:

Описана эта топология в подробностях вот тут.
Особенностью этой топологии является очень низкое потребление (не в ущерб скорости переключения, как в обычных драйверах). Потребляемая мощность около 25мВт на 100кГц и около 200 на 800кГц. Этого небольшого количества энергии достаточно, что бы «толкнуть» резонансный процесс в контуре образованном индуктивностью и емкостью затвора, а дальше процесс идет сам по себе. Прототип драйвера вообще не имеет электрических соединений (!), только три оптоволокна идущих к драйверу — по одному идут сигнал управления, а два служат для питания (фотодиоды на стороне драйвера генерируют достаточно тока для питания).

«Плавающее» питание для драйвера

В работе описана такая топология:

Эта топология «накачивает» выходную емкость до напряжения источника питания Vcc, а поскольку это напряжение «отмеряется» от стока транзистора S2, то оно может «плавать» вместе с ним в процессе работы схемы. При этом напряжение питания драйвера, для которого «землей» является та же самая точка (сток S2), остается стабильным. Для передачи драйверу сигнала можно использовать опторазвязку или готовые изолированные драйверы, например серии Si823x производства Silicon Labs. IMHO, с любительской «колокольни» такая схема представляет особый интерес, поскольку упрощает реализацию, скажем трехуровневых топологий — отпадает необходимость в намотке трансформаторов или дополнительных обмоток.

Схема запуска для преобразователя работающего от сети

В любительских конструкциях запуск преобразователя, как правило, делается либо «дежуркой», то есть от источника дежурного питания (реже), либо от цепочки из резисторов и стабилитрона (значительно чаще). При этом после старта преобразователя резисторы продолжают греть воздух, хотя сам преобразователь давно питается от дополнительной обмотки. Для решения этой проблемы существует такая элегантная схема:

Идея предельно проста — использовать для старта транзистор со встроенным каналом, работающий в режиме обеднения, который изначально открыт, без приложения каких-либо управляющих сигналов. Схема работает так: при подаче питания транзистор открыт и через него заряжается конденсатор фильтра питания C1. Когда напряжение на истоке транзистора превышает напряжение на затворе на величину порогового для данного транзистора, транзистор закрывается. Таким образом на выходе напряжение становится равным напряжению стабилитрона + пороговое транзистора. Для указанного на схеме транзистора пороговое в районе вольта с копейками. Когда схема стартует и начинает поступать питание от дополнительной обмотки трансформатора, напряжение на истоке поднимается еще чуть выше, транзистор остается надежно запертым и схема не потребляет от сети ничего, кроме токов утечки самого транзистора. Если по какой-то причине преобразователь остановился и напряжение на истоке упало ниже напряжения на затворе (+пороговое напряжение, естественно), схема автоматически включится и обеспечит питание. Меняя стабилитрон можно получить нужное напряжение питания для старта преобразователя. Указанный на схеме транзистор в корпусе SOT223 вполне доступен в продаже (и стоит вполне разумных денег), даже у нас. Помимо него есть BSS126 (в корпусе SOT23) и целые выводки аналогичных транзисторов от Supertex и IXYS. Увы, две последние фирмы практически не представлены в закромах наших продаваторов.

Продолжение следует.

UPDATE: добавил описание схемы запуска преобразователя.
UPDATE2: вот тут описана совершенно изумительная схема измерения тока на high side. Весьма примечателен тот факт, что схема базируется на токовом зеркале вместо традиционного операционника. Из этого вытекают несколько полезных фактов — схема очень проста и дешева, имеет неплохую линейность, легко адаптируется для работы в нужном диапазоне напряжений и имеет полосу пропускания на порядок лучше, чем схема на дорогом ОУ.

Источник