Projekt nieco bardziej złożonego wzmacniacza

[Misiek13]

Zacząłem zgłębiać temat i szumów i modeli tranzystorów i zacząłem od prostej symulacji. Zmieniłem rezystory bazowe R11-R14 na 1,5k zamiast 470 omów. Wynik symulacji był następujący:

Szumy Rb1,5k.png

Napięcie szumów w pasmie akustycznym wzrosło o około 20% do 36,5uV, co odpowiada ok. 1,5dB.
Znalazłem tez wzór jak Spice oblicza rbb' z parametrów:

Rbb.png

W przypadku RB=1 i RBM=1 rbb' przyjmuje wartość RBM niezależnie od prądu bazy.
Przy okazji znalazłem ciekawy artykuł o modelowaniu: https://drive.google.com/file/d/191orFY ... EgU6a/view
(http://web.archive.org/web/202202091936 ... 0O%20N.pdf)
Nie wrzucam pliku, nie wiem jak wygląda sprawa praw autorskich.

[Misiek13]

Zasilacz. Jest to klasyczny układ – jeden transformator, prostownik mocy i 2 prostowniki do zasilacza stopni sterujących. Początkowa wersja zasilacza pracowała na pożyczonym zwykłym transformatorze prod TOROIDY.PL 300VA 2x40V i muszę przyznać, że nigdy nie słyszałem tak głośnego transformatora. Obecna wersja pracuje na transformatorze audio tego samego producenta i muszę przyznać, że jest cichy, jednak jego cena nie jest atrakcyjna – transformator na zamówienie 400VA 2x40V 4,7A, 2x12V 1A to cena blisko 500PLN z przesyłką. Zasilacz jest wyposażony w klasyczny układ miękkiego startu, początkowo układ startuje przez rezystor 23,5Ω (2x47Ω połączone równolegle), po ok. 0,5 sekundy rezystor jest zwierany za pomocą przekaźnika. Oto układ do symulacji:

Zasilacz.png

Model transformatora jest uproszczony, zatem nie będzie widać stanów nieustalonych w rdzeniu. Oto przebiegi w charakterystycznych punktach.

Zasilacz przebiegi.png

W chwili 0 załączam zasilanie, widać wzrastające napięcia na wyjściu, wartość chwilową prądu uzwojenia pierwotnego oraz prąd pobierany z prostownika – po 0,8A z każdej gałęzi. Po 0,5 sekundy zwiera się rezystor rozruchowy i widać jak napięcie na wyjściu wzrasta i wzrasta też wartość szczytowa prądu uzwojenia pierwotnego. Po 1 sekundzie zwiększa się obciążenie do 10A wartości szczytowej przy częstotliwości 20Hz co odpowiada mocy wyjściowej 2x100W. Od razu widać co się dzieje z napięciem wyjściowym i z prądem uzwojenia pierwotnego.
Teraz zbliżenia na charakterystyczne punkty. Na początku tętnienia przy prądzie spoczynkowym 350mV wartość międzyszczytowa.

Tętnienia spoczynkowy.png

Tętnienia przy 100W i 20Hz blisko 4,5V. Na szczęście napięcie w najniższym punkcie wynosi około 47V co gwarantuje poprawną pracę układu przy pełnej mocy.

Tętnienia 100W.png

Teraz wartości skuteczne prądu płynącego przez uzwojenie pierwotne – przy prądzie spoczynkowym

Prąd pierw spoczynkowy.png

Przy mocy 100W – 2,35A transformator jest przeciążony (540VA). Na szczęście jest to wzmacniacz audio i poza przypadkiem testu nigdy w rzeczywistych warunkach nie przeciążymy transformatora. Gdyby wzmacniacz miał być źródłem sygnału sinusoidalnego to transformator powinien mieć moc na poziomie 600VA.

Prąd pierw 100W.png

Na koniec prąd diody D1

Prąd diody.png

[Misiek13]

Teraz kilka uwag na temat elementów R13C14 i R7C12. Te elementy tłumią oscylacje powstający przy wyłączaniu diod. Przebieg napięcia na uzwojeniu wtórnym transformatora. Pierwszy przebieg zbliżenie bez elementów tłumiących:

Bez R.png

Drugi przebieg z podłączonymi elementami tłumiącymi:

Z R.png

Przy projektowaniu układów zasilaczy, nawet prostych należy zwracać uwagę tego typu oscylacje.

[Misiek13]

Czas na rysunki wykonawcze. Do projektowania wykorzystałem program KiCad. Jest to darmowy program, w obecnej wersji jest on wystarczający do projektowania tego typu układów. Ostatecznie układ powstał na 3 płytkach z dodatkową 4 płytką zabezpieczeń i miękkiego załączania. Na pierwszej, głównej płytce są elementy mocy umieszczone na dwóch radiatorach KA200 oraz zasilacz. Na dwóch pozostałych są układy napięciowe, każdy kanał na oddzielnej płytce. Schemat płyty głównej – zasilacz:

Zasilacz p.png

Kanał lewy:

Lewy.png

Kanał prawy wygląda identycznie więc nie będę przedstawiał jego schematu. Na schemacie pojawiły się tranzystory Q107 i Q109. Jest to układ detekcji przeciążenia wykrywający prąd na wyjściu przekraczający rzędu około 12-15A. Sygnał przeciążenia jest podawany do układu zabezpieczeń i powoduję wyłączenie zasilacza. Dodatkowo na płytce jest zastosowany ogranicznik prądu zwarcia na tranzystorach Q106 i Q108. Ogranicza on prąd zwarcia na poziomie nieco wyższym niż niż próg detekcji przeciążenia. Ważną rolę pełnią tu taj też diody D101-102 i D105-106. Zabezpieczają one przed nasyceniem tranzystory wyjściowe i przy okazji przed uszkodzeniem tranzystory sterujące.
Wyszło coś takiego. Jest to wizualizacja płytki z programu KiCad. Brakuje niektórych elementów, inne wyglądają inaczej niż w rzeczywistości. Nie chciało mi się robić STEP-ów do elementów.

Płyta główna.png