Современная электроника №1/2020

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Однополярное питание аудиоусилителя на мощных ОУ в мостовом включении Часть 1 В статье описывается альтернативный вариант питания аудиоусилителя на мощных операционных усилителях (ОУ), включённых в мостовом режиме работы, от однополярного стабилизированного источника питания (ИП) напряжением 28 В и простейшего формирователя половинного напряжения (14 В), используемого в качестве искусственного земляного потенциала. Преимущество такого питания – двукратное снижение количества выпрямительных диодов, сглаживающих электролитических конденсаторов и наличие всего одного стабилизатора напряжения (вместо двух – в двуполярном ИП). Но главный эффект от применения такого ИП – полное исключение 50 Гц фона в акустической системе (АС) при отсутствии звукового сигнала или в паузе между фонограммами. В статье приведены принципиальные схемы, разводка плат и фотографии применённых устройств: стабилизатора 28 В на базе мощного полевого транзистора IRFP4710 и ОУ MC33072/MC34072 и формирователя искусственной земли на базе мощного ОУ LA6500. Даны рекомендации по их настройке и тестированию, а также показаны результаты их работы. Алексей Кузьминов (compmicrosys@mail.ru ) В ВЕДЕНИЕ В усилителях мощности звуковой частоты (УМЗЧ) на базе мощных ОУ (например, LM3886, LM4780, TDA7293 и др.), работающих в стандартном вклю- чении, акустическая система одним кон- цом (+) подключена к выходу ОУ, а вто- рой её конец (–) заземлён. Для такого режима работыОУ, как правило, исполь- зуется двуполярный источник питания. ТакойИП выдаёт два напряжения пита- ния – положительное +U п и отрицатель- ное –U п – относительно общего земля- ного провода (например, ±14 В и зем- ля). Поскольку АС заземлена, а из ИП выходят три провода: +U п , –U п и сило- вая земля, причём земляной провод дол- жен обеспечивать прохождение боль- шого тока, то все три провода должны обладать достаточно большим попереч- ным сечением. Помимо силовой земли в ОУ присутствует ещё вспомогательная земля, к которой подключаются элек- тролитические конденсаторы (по пита- нию, с вывода Mute и др.), положенные в штатном режиме работы ОУ, различ- ные RC-цепочки, подключаемые к ОУ, а также земляной вывод самогоОУ (GND). Кроме того, имеется ещё так называемая сигнальная земля, которая также должна подключаться к общему земляному про- воду. В таком режиме работыОУ основ- ным источником помех является сило- вая земля. Во-первых, потому, что по этому проводу передаются пульсации выпрямленного напряжения (100 Гц), т.к. сглаживающие конденсаторы ИП заземлены, во-вторых, по этому же проводу неизбежно проходят наводки сетевого напряжения (50 Гц), и, нако- нец, большие токи силовой земли ОУ являются существенным источником перекрёстных помех. Всё это приводит к тому, что в АС при отсутствии ауди- осигнала прослушивается относитель- но высокий уровень фона (в основном, частотой 50 Гц), избавиться от которого практически невозможно, даже несмо- тря на то, что стабилизаторы ИП име- ют достаточно низкий уровень размаха пульсаций выходных напряжений (до нескольких мВ и меньше). Если же ОУ включён в мостовом режиме работы, то АС подключается к выходам двух ОУ, на вход первого из которых подаётся прямой аудиосигнал, а на вход второго – инверсный [1, 2]. В этом случае «+» АС подключается к выходу первого ОУ, а «–» АС – к выхо- ду второго, или, другими словами, роль виртуальной силовой земли выполняет выход второго ОУ. А раз так, то силовая земля при таком включении не требует- ся, хотя вспомогательная и сигнальная земли всё равно должны присутство- вать. Здесь следует заметить, что токи вспомогательной земли на порядок меньше токов силовой, не говоря уже о сигнальной, токи которой ничтож- но малы. Но из двуполярного ИП, как уже было упомянуто выше, выходят три прово- да: +U п , –U п и силовая земля (по кото- рой и передаются все помехи). Автор задался вопросом: если силовая зем- ля не нужна, нельзя ли вообще исклю- чить земляной провод, приходящий из ИП, и использовать только два провода: +U п и –U п , a для вспомогательной земли использовать искусственно созданную землю из двух напряжений +U п и –U п . В этом случае все помехи останут- ся в ИП и передаваться в аудиоуси- литель уже не будут. Таким образом, если используется двуполярный ИП с напряжениями +U п и –U п , то аудиоуси- литель будет питаться однополярным напряжением U, равным 2U п , из кото- рого будет создана искусственная зем- ля, напряжение на которой будет рав- но половине U. Создание такой искус- ственной земли не представляет особой проблемы, поскольку она легко может быть получена с помощью хорошо известных схем преобразователей однополярного напряжения в двупо- лярное. Есть, конечно, некоторые нюан- сы таких схем, но это уже другой вопрос (который в том числе и является пред- метом настоящей статьи). Как показал эксперимент автора (см. далее), если питать аудиоусилитель однополярным напряжением питания, а для вспомогательной земли исполь- зовать искусственно созданную таким образом землю, то все помехи (и глав- ное, 50-герцовый фон) не только сни- жаются, а вообще полностью исчезают. Но тут возникает ещё один вопрос: а нужен ли вообще двуполярный ИП со стабилизированными напряжени- ями, например ±14 В, который автор использовал для питания аудиоуси- лителя [3, 4], если вместо него мож- но использовать один однополярный ИП с напряжением 28 В. Такой ИП, во-первых, в 2 раза проще (и дешевле) двуполярного, во-вторых, двукратно снижается количество дорогих сгла-