Конструирование источников питания звуковых усилителей

И.Е. Рогов
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
ЗВУКОВЫХ
УСИЛИТЕЛЕЙ
Инфра-Инженерия
Москва
2011

УДК 621.375.026
ББК 32.85
Р 5 9
Рогов И.Е.
Р 5 9
Конструирование источников питания
звуковых усилителей. - Москва: ИнфраИнженерия, 2011. - 160 с.
ISBN 978-5-9729-0033-6
Книга охватывает все основные аспекты проектирования линейных источников питания УМЗЧ, особое
внимание уделено принципам работы отдельных узлов и их взаимодействию. Приводится ряд важных
практических советов и рекомендаций по правильному питанию усилителей. Простое и доступное, но в то же
время достаточно содержательное описание позволит
разобраться даже начинающим радиолюбителям. Издание создано, прежде всего, для того, чтобы научить
читателей не только хорошо разбираться в различных
схемах блоков питания, но и создавать свои собственные. Книга будет полезна студентам и широкому кругу
радиолюбителей.
© Рогов И.Е., 2011
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2011
ISBN 978-5-9729-0033-6
2

Выражаю огромную благодарность
Дмитрию Горшенину
за его воистину бесценные советы.
ВСТУПЛЕНИЕ
Блок питания - один из важнейших узлов усилителя, однако зачастую ему уделяется недостаточно внимания. В результате при плохом блоке питания и весь
усилитель работает плохо. При этом радиолюбители
"грешат" на схему усилителя, объявляя ее "плохо звучащей".
К сожалению, вопросам питания усилителей посвящено мало публикаций. Даже при описании схем усилителей блок питания к ним либо вообще не дается,
либо описывается слишком кратко. Цель данной книги
- восполнить этот пробел, научить радиолюбителей не
только разбираться в разнообразных схемах блоков
питания, но и создавать свои собственные. Кроме того,
в ней описан ряд "секретов", которые зачастую кажутся
авторам слишком простыми, и не заслуживающими
упоминания. Однако правильное их использование
помогает улучшить работу всей системы, а также предотвратить некоторые ошибки, которые могут многое
испортить.
"Хочешь сделать человека сытым один раз - дай
ему рыбу. Хочешь сделать человека сытым всегда научи его ловить рыбу". Если вам однажды потребуется единственный блок питания, то ищите его в описании собираемой вами конструкции. Но будьте готовы
к тому, что, сделав все точь-в-точь по схеме, может
3

получиться не очень хорошо. И наверняка, все проблемы снова встанут перед вами, когда понадобится еще
один блок питания. Если же вы хотите разобраться в
вопросе, понять что к чему, тогда эта книга для вас. Из
нее вы получите понимание основ, достаточно глубокое для самостоятельного конструирования блоков питания и для дальнейшего изучения предмета.
Аудиотехника - это, прежде всего техника, но в последние годы стараниями аудиоизданий, рекламирующих дорогую аппаратуру, в сознание людей стал внедряться "магический" (субъективистский) подход, подменяющий техническое конструирование и измерение
параметров оборудования на субъективные оценки и
разного рода мифы, вроде пресловутого "короткого тракта". Я придерживаюсь научного подхода, поэтому все,
что здесь написано, основано исключительно на нем.
Но в принципе, это личное дело каждого - во что верить
и какого подхода придерживаться. Необходимо помнить лишь одно: хоть сторонники "магии" и утверждают, что их метод дает качество звука, абсолютно недостижимое для "научников", тем не менее, из-за малейшей неточности в заклинании вы рискуете превратиться в лягушку. И ищи  потом  принцессу,  которая
поцелует…
На самом деле, "магический" подход к разработке
техники никогда не применяется, он существует лишь
в статьях некоторых аудиоизданий, и мировоззрении
воспитанных ими аудиофилов. Потому что он неконструктивный, и создать что-нибудь реальное, основываясь на нем,  абсолютно невозможно. Просто,  таким
образом журналы рекламируют аудиотехнику, а производителей это вполне устраивает - за "волшебные"
теории можно спрятать не только свои "ноу-хау", но и
свои промахи, переключив внимание клиента на "ко4

роткий тракт" или что-нибудь подобное.
А что делать читателю, который прочел в какомнибудь издании о Hi-End технике нечто, что прямо
противоположно написанному здесь? Прежде всего, подумать. Здесь я постараюсь рассказать, как правильно
сделать аппаратуру. А упомянутое издание, скорее всего объясняет, какую аппаратуру правильно купить.
Лучше всего - попытаться углубить свои знания, тогда
вам будет легче отличить реальную науку и технику от
"наукоподобной" рекламы.
Разработка аппаратуры - научно-техническое действо (отчасти ремесло, а отчасти искусство), поэтому
без формул не обойтись (если бы это была магия, то
были бы не формулы, а заклинания), правда все формулы будут максимально простыми. Если кто-то из
читателей захочет изучить этот вопрос подробнее, то он
и более сложных формул не побоится.
Поскольку это издание не академическое, я оставляю за собой право:
1. Использовать технические жаргонные выражения,
которые хоть и не являются официально установленными терминами, но понимаются и широко используются всеми специалистами.
2. По возможности упрощать все формулы и описания, не искажая, при этом  истину.
3. Использовать простую манеру изложения и разные просторечные выражения русского языка.
5

ЧАСТЬ I.
ТЕОРИЯ
Нет ничего практичнее хорошей теории.
Роберт Кирхгоф
1. Мощность
Прежде всего, давайте поговорим о мощности, потому, что именно выходная мощность усилителя определяет то, какой именно блок питания для этого усилителя будет нужен. К сожалению, даже такая простая вещь
довольно часто не понимается до конца.
В постоянном токе все очень просто: мощность - это
произведение напряжения на силу тока.
P
U I
=
⋅
Если вспомнить закон Ома
U
I
R
=
и выразить напряжение или ток через сопротивление нагрузки, то получим такие вот формулы для вычисления мощности:
2
2
U
P
U I
I
R
R
=
⋅=
=
⋅
6

На переменном токе существует несколько видов
мощности. Та, которая получается умножением напряжения на ток, называется полной мощностью и обозначается буквой S. Ее единица измерения - ВА (вольтамперы). А буквой Р обозначается активная мощность,
измеряемая в ваттах. Разница между ними в том, что
активная мощность Р необратимо превращается из
мощности электрической энергии в мощность энергии
другого вида (тепловую, световую, звуковую, механическую). И ее-то мы и можем, в конце концов, использовать. Полная мощность S включает в себя как активную мощность, так и реактивную (Q) - ту, которая временно запасается в магнитном и электрическом полях
катушек и конденсаторов, а потом возвращается обратно в электрическую цепь. Поэтому полная мощность
обычно больше активной.
2
2
S
P
Q
=
+
Точно также сопротивление элемента, в котором вся
электрическая энергия превращается в неэлектрическую (то есть отсутствует и индуктивность, и емкость),
называется активным (иногда говорят "омическим")
и обозначается буквой R, сам этот элемент называют
активным. А сопротивление, оказываемое протеканию
тока катушкой индуктивности и конденсатором, называется реактивным. На самом деле сопротивления как
такового в этом случае нет, просто физические процессы в катушке и конденсаторе таковы, что переменный
ток может проходить через конденсатор, а на (идеальной) катушке может возникать переменное напряжение.
Формально разделив напряжение на ток, получаем реактивное сопротивление катушки или конденсатора,
7

обозначаемое Х. Полное сопротивление (называемое
"импеданс") объединяет активное и реактивное и обозначается буквой Z. Все эти сопротивления измеряются в омах.
2
2
Z
R
X
=
+
Мы будем считать нагрузку усилителя активной так проще, а главное, так обычно и поступают. Но это еще
не всё. Ведь переменный ток - синусоидальный (синус это на самом деле самый простой вид колебательного
процесса, поэтому его часто используют для всех расчетов). Синусоидальный ток определенной частоты f в
любой момент времени описывается формулой:
m
u(t)
U
sin(2
f t)
=
⋅
⋅π⋅⋅
График этой функции показан на рис. 1а. Если внимательно смотреть на этот рисунок в течение некоторого времени, то можно заметить, что напряжение все
время изменяется.
Разный знак у полупериодов означает лишь то, что
ток при этом течет в противоположных направлениях
(поэтому-то он и называется переменным). Поскольку
направление тока никак на мощность не влияет, то точно
такую же мощность можно получить и при одном направлении тока (рис. 1б). Величина Um - она называется амплитудой - довольно полезная, она показывает
самое большое значение напряжения (или тока). Но это
значение напряжение принимает всего лишь на одно
мгновение два раза за период, а все остальное время
напряжение меньше, чем Um. Поэтому имеет смысл найти и использовать на практике какое-то среднее значе8

Рис. 1
9

ние напряжения (или тока). На самом деле оказывается намного более полезным не чисто среднее, а среднеквадратическое значение (на Западе его называют
RMS - root mean square). Оно показано на рисунках 1б
и 1в. Его также называют действующим значением,
потому что этот переменный ток производит то же действие (выделяет такую же мощность в нагрузке), как и
постоянный ток такой вот величины. И обозначается
оно так же, как и обычное постоянное напряжение или
ток одной буквой U или Ι без индекса m (рис. 1в).
Действующее значение напряжения или тока (для
синусоиды) рассчитывается так:
m
m
U
I
U
,
I
,
2
1,41
2
2
=
=
≈
На самом деле действующее значение не равно
"по-настоящему среднему" значению, которое вычисляется совсем по другой формуле, хотя для синусоиды
близко к нему. Среднее значение переменного тока
используется гораздо реже, и мы с ним практически
не встретимся.
И именно это самое действующее значение показывают все вольтметры-амперметры переменного тока. Именно оно используется, когда дается числовая характеристика переменного тока. Например, 220
вольт в розетке - это действующее значение. Амплитуда при этом - в корень из 2 раз больше и равна примерно 311 вольт.
Для действующих значений переменного напряжения все формулы вычисления мощности выглядят точно так же, как и на постоянном токе. Собственно, для
этого действующее значение и придумано.
1 0