Раздельное питание каналов стерео усилителя

Рассматривая интуитивно, кажется очевидным, что если для каждого канала усилителя сделать свой абсолютно независимый источник питания, то будет намного лучше – каналы перестанут быть “завязаны” через общий источник питания. Однако городить два силовых трансформатора не всегда возможно – либо дорого, либо со свободным местом проблемы… Все же такой вариант я когда-нибудь рассмотрю, но сразу скажу откровенно, что два трансформатора – это не идеальное разделение: трансформаторы ведь подключены к одной сети!..

Есть еще вариант. К одному трансформатору подключить два (для стерео усилителя) выпрямителя с фильтрами. От одного запитать один канал, а от другого – другой:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Поскольку “просадки” напряжения вызваны в основном разрядом конденсаторов фильтра, то такое раздельное питание по идее должно быть полезно – нестабильность питания в одном канале мало проникает в питание второго. Вот пример работы такого “двойного” выпрямителя, нагруженного на резисторы:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

В канале 1 (синий) сопротивление 24 Ом и пульсации малы. Главное, что минимальное напряжение при просадке составляет 19 вольт. можно считать, что этим напряжением и питается усилитель. Во втором канале (красный) нагрузка 6 Ом. Пульсации намного больше и минимальное напряжение равно 16,8 вольт. Следовательно даже если во втором канале будет клиппинг от перегрузки, на первый канал это подействует мало и там сигнал будет воспроизводиться с большей амплитудой, чем во втором.

С другой стороны, современные усилители слабо чувствительны к нестабильности питания, а усилитель, воспроизводящий музыкальный сигнал – это совсем не то, что простой резистор в нагрузке. И может быть все эти ухищрения напрасны?

Для проверки – есть ли разница в питании стереоусилителя от общего блока питания или питании каждого канала от собственного выпрямителя с фильтром, я собрал такую схему:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

В разомкнутом положении переключателя, каждый канал питается от своего источника. При замыкании выключателя оба источника соединяются параллельно, т.е. получается один общий источник для обоих каналов. Выключатель и провода имеют очень маленькое сопротивление.

Возможностей для хорошего правильного прослушивания (нужен двойной слепой тест) у меня не было. В небольшом слепом тестировании разницы не было, но повторяю – условия были не очень… И усилители на TDA7294 – вполне возможно слишком слабые, чтобы что-то заметить.

А вот инструментальные измерения я произвел.

1. Проникание сигнала из одного канала в другой. В один канал подавался сигнал с таким уровнем, чтобы на выходе было напряжение 20 вольт амплитуды. В другом канале измерялся уровень сигнала этой же частоты (чтобы не считать шум и помехи).

Раздельное питание каналов стерео усилителя

В общем, различия небольшие. И сам уровень проникания и различия больше на низких частотах – из-за того, что емкости фильтра небольшие (хотя при зпапрпллеливании получается 10 000 мкФ – вполне прилично!) и низкие частоты не так хорошо сглаживают. В любом случае расслышать сигнал такого уровня невозможно, его даже измерить нелегко. Но идея подтверждается: раздельное питание – лучше. Только уж совсем нанемного!

2. Взаимные модуляции одного канала другим. В один канал подавалась частота 800 Гц и устанавливалось выходное напряжение 20 вольт амплитуды. В другой канал подавалась частота либо 30 Гц, либо 170 Гц. Такой же амплитуды на выходе. Измерялись комбинационные суммарные и разностные частоты в первом канале и выбиралось наибольшее (наихудшее) значение.

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Опять же, на низких эффект больше из-за снижения фильтрующих свойств конденсаторов. А разница в способе питания – сами смотрите – мизер! Хотя раздельное опять-таки оказывается лучше.

3. “Искажение” коэффициента THD соседним каналом. Делается это так: в один канал я подаю сигнал одной частоты, а во второй канал – сигнал вдвое большей частоты. Что при этом происходит? Сигнал из второго канала проникает в первый, и для его сигнала является второй гармоникой. Следовательно, если я измерю Кг в этот момент, то он получится больше, чем есть на самом деле, т.к. к естественным гармоникам канала прибавится сигнал, пришедший из второго канала. Естественный Кг = 0,04%. А “наведенный”:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Здесь особенно заметна разница на низких частотах между общим и раздельным питанием.

Возникает вопрос: почему “наведенный” Кг оказался в 100 раз больше реального? А дело здесь в том, что оба канала в этом случае одинаково нагружают трансформатор (амплитуда сигнала при измерениях близка к максиальной), и просадки напряжения в нем происходят синхронно с сигналом. А дальше обычная связь по питанию. Вполне возможно, что и сопротивление сети влияет на результат.

Выводы. Да, раздельное питание чуть-чуть лучше общего. Но настолько чуть-чуть, что вы скорее всего никакой разницы не заметите. Разве что в усилителях очень высокого класса. В TDA72хх и “Холтонах” можно не заморачиваться.

Есть три варианта раздельного питания. Один из них мы сейчас разобрали:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Видно, что кроме разряда конденсаторов, на выходное напряжение питания влияет падение напряжения на элементах, предшествующих выпрямителю. Поскольку через эти элементы протекает ток обоих каналов, то создается “завязка” между ними и идеальное разделение невозможно.

Второй вариант – один трансфоматор с раздельными вторичными обмотками:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Тут есть небольшой выигрыш – проходное сопротивление общей части транса (первичной обмотки) примерно вдвое меньше, чем всего трансформатора в целом. Я испробую и этот вариант (попозже), но ИМХО большого выигрыша можно не ждать.

Третий вариант – поставить отдельные трансформаторы на каждый канал. Это несколько улучшит ситуацию. Но судя по величине цифр, приведенных выше – очень ненамного. Хотя и этот вариант я проверю . Только помните, что силовые трансформаторы включаются в розетку, а у нее тоже может быть довольно большое сопротивление, которое сведет на нет все ваши усилия улучшить звук таким способом (Rсети на рисунке). В самом конце я расскажу, как измерить качество розетки при помощи утюга.

Все вышесказанное относится к усилителям мощности с нестабилизированным питанием. Применять раздельное питание к предварительным усилителям (или усилителям напряжения УМЗЧ, если у них отдельное питание) смысла нет – там скорее всего питание стабилизированно, а значит взаимное влияние каналов друг на друга через источник питания отсутствует в принципе!

А сейчас – одна маленькая хитрость, которая позволит с общим блоком питания получить такие же хорошие результаты, как и с раздельными.

Дело в том, что при конструировании усилителей все хорошие конструкторы размещают дополнительные конденсаторы фильтров питания в самом усилителе. Обычно емкость таких конденсаторов 1000 мкФ и больше и расположены они прямо рядом с усилительными элементами, так, что сопротивление проводников от этих конденсаторов до транзисторов/микросхем очень-преочень мало (я так всегда делаю Раздельное питание каналов стерео усилителяРаздельное питание каналов стерео усилителя).

Поэтому если у вас такие вот очень правильно сделанные усилители, то питание для них можно устроить вот по такой схеме:

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Провода от источника к каждому усилителю идут свои. Хорошего сечения (не экономьте, но и без излишеств), обязательно свитые “косичкой” (и минимальной длины, и проложенные так, чтобы они были подальше от входных цепей, и прочее, прочее, прочее…). Не экономьте на конденсаторах С1 и С2 – они кроме того, что фильтруют питание и поддерживают напряжение постоянным, они еще и фильтруют помехи по питанию, пытающиеся пройти из одного канала в другой. А конденсаторы в самом усилителе образуют вполне достаточние “раздельное” питание, которого хватает в большинстве случаев. Их емкости в 1000…3000 мкФ для этого хватает. В этом месте хорошо применять качественные конденсаторы типа LowESR, где они максимально раскроют свои возможности.

Ну и наконец…

Как проверить качество розетки при помощи утюга. Для этого потребуются утюг, тестер и сама розетка (ее нужно частично разобрать, чтобы мерять напряжение при включенном утюге, либо использовать тройник). Для начала вы измеряете напряжение в розетке на холостом ходу – U0. Потом измеряете сопротивление утюга – Rу. Потом включаете утюг в розетку и (ОСТОРОЖНО!!!) измеряете в ней напряжение еще раз – U1. Дальше все числа подставляете в формулу:

Rрозетки = Rу ( U0 / U1 – 1)

Если получится более чем 2…5 Ом – это плохо, никакое раздельное питание (даже с отдельными трансформаторами) вам не поможет – взаимное влияние каналов будет происходить через питающую сеть 220В.

07.07.2009