Патент. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Патент Российской Федерации

Суть изобретения:

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.

Номер патента:	2168261
Класс(ы) патента:	H03F1/02, G05F3/04, H02J3/18, H02M1/14
Номер заявки:	99112589/09
Дата подачи заявки:	31.05.1999
Дата публикации:	27.05.2001
Заявитель(и):	Поляков Сергей Александрович
Автор(ы):	Поляков С.А.
Патентообладатель(и):	Поляков Сергей Александрович
Описание изобретения:

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. 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, содержащий блок питания 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.
Типичный блок питания усилителя низкой частоты состоит из трансформатора , выпрямителя и конденсатора сглаживающего фильтра - Сф. Сопротивление Rэ в такой 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 τ = СфRэ.
Степень влияния неидеальности блока питания на усиливаемый сигнал зависит от схемотехники усилителя и соотношения сопротивлений блока питания и громкоговорителя.
Усилитель мощности содержит силовой трансформатор , подключенный к сети переменного тока, выпрямитель и сглаживающий конденсатор , образующие блок питания с выходным сопротивлением Rэ и емкостью сглаживающего конденсатора Сф. Усилитель мощности содержит усилительный каскад на лампе, связанный через выходной трансформатор с громкоговорителем . Усилитель содержит также фазовый стабилизатор , включенный между блоком питания и каскадом усиления, состоящий из пассивных элементов, устраняющий искажения усиливаемого сигнала от блока питания.
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. 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. Они могут быть устранены при устранении причины их возникновения, т.е. комплексного характера выходного сопротивления блока питания. Фазовый стабилизатор включен последовательно блоку питания и состоит из параллельно соединенных R и L. Он имеет реактивную составляющую сопротивления, обратную реактивной составляющей сопротивления блока питания . 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.

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.