усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока

Классы МПК:H03F1/02 модификация усилителей для повышения коэффициента полезного действия, например усилительные каскады, работающие без отсечки в режиме класса A, применение вспомогательных колебаний 
G05F3/04 переменный ток 
H02J3/18 устройства для регулирования, устранения или компенсации реактивной мощности в сетях
H02M1/14 устройства для ослабления пульсаций постоянного тока на входе или выходе 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Поляков Сергей Александрович
Приоритеты:
подача заявки:
1999-05-31
публикация патента:

Изобретение относится к радиотехнике. Усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока содержит блок питания (БП) на выпрямителе и сглаживающем фильтре, каскады усиления на лампах или транзисторах и фазовый стабилизатор (ФС), включенный последовательно блоку питания в любой точке контура прохождения отдаваемого в нагрузку тока. ФС имеет фазочастотную характеристику, обратную фазочастотной характеристике БП, и состоит из параллельной RL-цепи. Технический результат: улучшение качества звучания. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

Формула изобретения

1. Усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока, содержащий блок питания на выпрямителе и сглаживающем фильтре и каскады усиления на лампах и транзисторах, отличающийся тем, что содержит фазовый стабилизатор, включенный последовательно блоку питания в любой точке контура прохождения отдаваемого в нагрузку тока, имеющий фазочастотную характеристику, обратную фазочастотной характеристике блока питания, и состоящий из параллельной RL-цепи.

2. Усилитель мощности по п.1, отличающийся тем, что фазовый стабилизатор выполнен отдельным выносным блоком, присоединяемым с помощью разъемов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к усилителям мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока.

Известно, что в усилителе мощности низкой частоты в процессе работы возникают искажения исходного сигнала. Эти искажения бывают разных видов и возникают в разных элементах усилителя. Существенную часть общих искажений усилителя с питанием от сети переменного тока составляют искажения, возникающие в блоке питания. Этот вид искажений можно условно отнести к линейно-динамическим. Они возникают из-за мгновенных изменений угла сдвига фазы между током, отдаваемым в нагрузку, и напряжением на выходе блока питания в области низких и инфранизких частот в зависимости от уровня сигнала.

Обычно для устранения искажений, возникающих в блоке питания, применяют стабилизаторы напряжения питания на активных элементах [1]. Целью использования стабилизаторов питания является поддержание на одном уровне выходного напряжения блока питания при изменении тока нагрузки. При этом выходное сопротивление блока питания по отношению к сопротивлению нагрузки уменьшается на величину коэффициента стабилизации и, соответственно, относительная величина фазовых искажений в области инфранизких частот также значительно уменьшается. Однако стабилизатор вносит в усиливаемый сигнал свои собственные искажения, кроме того, значительно усложняется конструкция усилителя.

Из известных усилителей наиболее близким является усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока [2], содержащий блок питания [4] и каскады усиления напряжения и тока на лампах или транзисторах, нагруженные на громкоговоритель.

Недостатком известного усилителя является заметное ухудшение качества выходного сигнала, обусловленное искажениями, которые возникают в блоке питания усилителя и в особенности ощутимые при прослушивании музыкальных программ.

Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение качества воспроизведения, в особенности музыкальных программ, усилителем мощности путем устранения или уменьшения этих искажений.

Поставленная задача решается тем, что усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети переменного тока, содержащий блок питания и каскады усиления на лампах или транзисторах, содержит фазовый стабилизатор, состоящий из пассивных элементов, включенный последовательно блоку питания в любой точке контура прохождения отдаваемого в нагрузку тока, имеющий фазочастотную характеристику, обратную фазочастотной характеристике блока питания, и устраняющий в усиливаемом сигнале искажения от блока питания.

Поставленная задача решается также тем, что фазовый стабилизатор выполнен отдельным блоком, присоединяемым с помощью разъемов.

На фиг. 1 изображен типичный блок питания усилителя низкой частоты. На фиг. 2 приведена эквивалентная схема типичного блока питания, на фиг. 3 приведены графики зависимости модуля выходного сопротивления R блока питания и угла сдвига фаз усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети   переменного тока, патент № 2168261 от частоты f, на фиг. 4 показаны амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики типичного усилителя, на фиг. 5 приведена принципиальная схема усилителя низкой частоты с фазовым стабилизатором, на фиг. 6 приведены возможные варианты включения фазового стабилизатора.

Типичный блок питания усилителя низкой частоты (фиг. 1) состоит из трансформатора 1, выпрямителя 2 и конденсатора сглаживающего фильтра 3 - Сф. Эквивалентная схема этого блока питания показана на фиг. 2. Сопротивление Rэ в этой схеме образуется из-за наличия сопротивления проводов обмоток трансформатора и принципа работы выпрямителя переменного тока, нагруженного на конденсатор. Изменение напряжения на выходе блока питания при изменении потребления постоянного тока соответствует падению напряжения на Rэ при прохождении через него этого тока.

Вместе с конденсатором Сф сопротивление блока питания приобретает комплексную форму с постоянной времени усилитель мощности низкой частоты с питанием от сети   переменного тока, патент № 2168261 = СфRэ. На фиг. 3 показаны графики зависимости от частоты f выходного сопротивления и угла сдвига фазы типового блока питания.

Степень влияния неидеальности блока питания на усиливаемый сигнал зависит от схемотехники усилителя и соотношения сопротивлений блока питания и громкоговорителя.

На фиг. 4 показаны амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики типичного усилителя в полосе частот от 0 до 50 Гц с учетом только искажений от блока питания, при значениях выходного тока 0.25; 0.50; 0.75; 1.0 от максимального, где K =Uвых/Uвх - коэффициент усиления усилителя.

На фиг. 5 приведена принципиальная схема усилителя низкой частоты с питанием от сети переменного тока с фазовым стабилизатором. Усилитель мощности содержит силовой трансформатор 1, подключенный к сети переменного тока, выпрямитель 2 и сглаживающий конденсатор 3, образующие блок питания с выходным сопротивлением Rэ и емкостью сглаживающего конденсатора Сф. Усилитель мощности содержит усилительный каскад 4 на лампе, связанный через выходной трансформатор 5 с громкоговорителем 6. Усилитель содержит также фазовый стабилизатор 7, включенный между блоком питания и каскадом усиления, состоящий из пассивных элементов, устраняющий искажения усиливаемого сигнала от блока питания.

На фиг. 6 приведены другие возможные варианты включения фазового стабилизатора.

Усилитель работает следующим образом. При усилении входного сигнала движение диффузора громкоговорителя определяется выходным током усилителя. Выходной ток проходит по контуру, включающему в себя блок питания усилителя. В отсутствии фазового стабилизатора из-за наличия в цепи прохождения тока комплексного сопротивления источника питания в выходном сигнале возникают амплитудные и фазовые искажения. Это искажения особого вида. Как видно из фиг. 4, АЧХ и ФЧХ на выходе усилителя зависят от выходного тока, т.е. от уровня сигнала. Угол сдвига фаз зависит не только от частоты, но еще и меняется в такт с сигналом. Также в такт с сигналом изменяется и АЧХ. Величина изменений АЧХ и ФЧХ зависит от параметров блока питания, величины нагрузки, параметров усилительного элемента и схемы его включения.

Так как отклонения АЧХ и ФЧХ не являются постоянными, их нельзя компенсировать известными способами [3]. Они могут быть устранены при устранении причины их возникновения, т.е. комплексного характера выходного сопротивления блока питания. Как видно из фиг. 5, фазовый стабилизатор 7 включен последовательно блоку питания и состоит из параллельно соединенных R и L. Он имеет реактивную составляющую сопротивления, обратную реактивной составляющей сопротивления блока питания (фиг. 2). При полном равенстве величин активных и реактивных составляющих сопротивлений блока питания и стабилизатора выходное сопротивление комбинации блок питания - фазовый стабилизатор становится чисто активным и равным Rэ. Для этого параметры фазового стабилизатора должны быть следующими:

R = Rэ;

L = Rэ2Сф,

где R - величина активного сопротивления RL-цепи,

L - величина индуктивности RL-цепи,

Сф - емкость конденсатора сглаживающего фильтра,

RЭ - активное сопротивление источника питания,

RЭ = dU/dI при f=0 и I=Iном,

где U - напряжение на выходе блока питания,

I - ток,

Iном - номинальный ток,

f - частота.

При указанных соотношениях постоянные времени сопротивлений блока питания и фазового стабилизатора равны.

При включении фазового стабилизатора выходной сигнал усилителя не содержит вышеуказанных искажений, в результате чего качество звучания заметно повышается.

Наиболее полное устранение искажений от блока питания происходит при расчете значений элементов фазового стабилизатора в соответствии с вышеприведенными соотношениями. При неполном соответствии значений элементов фазового стабилизатора этим соотношениям искажения устраняются частично.

Фазовый стабилизатор также может быть выполнен отдельным выносным блоком, присоединяемым к остальным элементам усилителя с помощью разъемов.

Устранение фазовых искажений от блока питания заметно улучшает качество звучания усилителя низкой частоты, особенно при прослушивании музыкальных программ.

Источники информации

1. Эргис К. Э. и др. "Электронные усилители", М., Физматгиз, 1961, с. 441-464.

2. Цыкин Г.С. "Электронные усилители", Связьиздат, 1963, с. 31-33.

3. Войшвилло Г.В. "Усилители низкой частоты на электронных лампах", Связьиздат, 1963, с. 348-351, с. 372-383.

4. Терентьев Б.П. "Электропитание радиоустройств", Связьиздат, 1958, с. 71-84.

Класс H03F1/02 модификация усилителей для повышения коэффициента полезного действия, например усилительные каскады, работающие без отсечки в режиме класса A, применение вспомогательных колебаний 

высокоэффективный шим-модулятор для линейной модуляции высокочастотных усилителей мощности ключевого режима -  патент 2522881 (20.07.2014)
электронное устройство со смещением усилителя мощности, зависимым от скорости данных -  патент 2494530 (27.09.2013)
комбинированный усилитель, радиостанция и способ повышения кпд комбинированного усилителя -  патент 2437206 (20.12.2011)
малошумящий усилитель и вспомогательная монолитная интегральная схема для этого усилителя -  патент 2435292 (27.11.2011)
устройство формирования оптимального угла отсечки в выходных каскадах усилителей мощностей -  патент 2360355 (27.06.2009)
прецизионный кмоп усилитель -  патент 2310270 (10.11.2007)
усилитель с высоким кпд -  патент 2307454 (27.09.2007)
полосовой усилитель мощности -  патент 2297093 (10.04.2007)
энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи -  патент 2172556 (20.08.2001)
схема электропитания усилителя -  патент 2155439 (27.08.2000)

Класс G05F3/04 переменный ток 

Класс H02J3/18 устройства для регулирования, устранения или компенсации реактивной мощности в сетях

способ компенсации реактивной мощности в питающей сети переменного тока -  патент 2526036 (20.08.2014)
способ и система управления безмостовым корректором коэффициента мощности с помощью цифрового сигнального процессора -  патент 2525837 (20.08.2014)
фильтро-компенсирующее устройство высоковольтной передачи энергии постояннным током -  патент 2521428 (27.06.2014)
способ и устройство управления выходным сигналом, подлежащим достаке в нагрузку, и система бесперебойного питания -  патент 2521086 (27.06.2014)
многоуровневый преобразователь в качестве компенсатора реактивной мощности с симметрированием активной мощности -  патент 2519815 (20.06.2014)
системы, устройства и способы для управления реактивной мощностью -  патент 2519636 (20.06.2014)
устройство управления и способ управления, используемые при шунтировании блоков питания -  патент 2518093 (10.06.2014)
статический компенсатор реактивной мощности -  патент 2510556 (27.03.2014)
устройство для компенсации реактивной мощности -  патент 2506677 (10.02.2014)
комбинированная установка для компенсации реактивной мощности и плавки гололеда (варианты) -  патент 2505903 (27.01.2014)

Класс H02M1/14 устройства для ослабления пульсаций постоянного тока на входе или выходе 

система преобразования мощности -  патент 2525863 (20.08.2014)
способ управления переключающим устройством резонансного преобразователя мощности, в особенности, для обеспечения требуемой мощности, в особенности, для генератора ренгеновских лучей -  патент 2522962 (20.07.2014)
устройство преобразования мощности -  патент 2516872 (20.05.2014)
импульсный регулятор постоянного напряжения -  патент 2505913 (27.01.2014)
преобразователь частоты и стабилизатор напряжения источника бесперебойного питания -  патент 2498487 (10.11.2013)
контроллер для системы запуска нагрузки -  патент 2496218 (20.10.2013)
способ распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей -  патент 2489791 (10.08.2013)
формирователь импульсов тока управления тиристора -  патент 2489790 (10.08.2013)
устройство преобразования мощности -  патент 2483424 (27.05.2013)
питание параллельно включенных со стороны выхода мостовых выпрямителей повернутыми по фазе напряжениями вторичных обмоток, по меньшей мере, одного трансформатора -  патент 2453028 (10.06.2012)
Наверх