Význam výstupního výkonu

By | 24.12.2002

Výkon je jedním z nejdůležitějších parametrů zesilovače, i když to tak na první pohled tak nevypadá. Je jedno, jaké má zesilovač zkreslení, nemá – li dostatečný výkon.

Význam výstupního výkonu Nedostatek výkonu znamená nebezpečí limitace, kde zkreslení dosahuje řádu desítek procent. Potřeba vyššího výkonu nastane hlavně když vzhledem k parametrům reprosoustav používáme korekce. Každé 3dB znamenají zdvojnásobení výkonu. Vytažení korekcí kolem 9 dB na okrajích pásma vypadá na první pohled neškodně, ale jde o osminásobný výkon, při 12 dB již o šestnáctinásobný !!!. Takže ryze teoreticky zesilovač budící kompakty na 1kHz 100 Watty dosahuje musí mít pro uvedenou hodnotu korekcí špičkový výkon 1,6 kW ! Naštěstí se v přirozeném signálu vyskytují signály výšek nad 10kHz s velmi malou amplitudou a jejich výskyt je jen krátkodobý. V oblasti basů ale dostáváme značné déle trvající hodnoty výkonu. Proto nemá smysl šetřit na citlivosti výškových a basových reproduktorů, než se snažit sehnat zesilovač s minimálním zkreslením, vyjde to levněji. Každopádně půjdete -li jinou cestou, rádi Vám silné zesilovače nabídneme. Pro náročné zákazníky připravujeme i zesilovače osazené V-MOSy případně pro nejvyšší výkony vyvíjíme zesilovače ve třídě D, Dimenzování zdroje: Výkon je přímo úměrný druhé mocnině napájecího napětí a nepřímo úměrný odporu zátěže. Pro výpočty nás bude zajímat maximální hodnota výstupního napětí. Vypočteme ji jednoduše odečtením od absolutní hodnoty napájecího napětí kladné nebo záporné větve úbytků na koncovém stupni a vyrovnávacích emitorových odporech v limitaci. U uvedených zapojení vzhledem ke konstrukci emitorových sledovačů (darlingtonova trojice) jsem úbytek v saturaci naměřil asi kolem 5 V při napájení 70V. Při nižším napájecím napětí by byl úbytek samozřejmě o něco nižší, ale u uvedených konstrukcí nemůže klesnout pod 3 volty. U klasických kvazikomlementárních zapojení jsou úbytky o něco nižší, mají tedy mírně vyšší účinnost a tak se hodí pro vyšší výkony. Pro napájení 500 W modulu činí optimální hodnota napájecího napětí 86 V a maximální hodnota tedy dosáhne: Umax = Un – Usat = 86 – 5 = 81 V Umax – maximální napětí Usat – saturační napětí koncového stupně Předpokládáme -li buzení zesilovače sinusovým signálem, dostaneme na výstupu efektivní hodnotu napětí: Uef = Umax /1.41 = 81 /1.41 = 57,5 V Uef – efektivní hodnota výstupního napětí Hodnota výstupního výkonu pak bude: P = Uef2/Rz P – výstupní sinusový výkon Rz – zatěžovací odpor Zatěžovacím odporem bude pravděpodobně 4 ohmový reproduktor: P = 57.52 /4 = 826 W Při tomto výstupním výkonu nebude ještě výstupní napětí zkresleno. Výrobci integrovaných obvodů ale udávají výstupní výkony při zkreslení 10 %. Průběh výstupního napětí ale nebude sinusový a proto jeho efektivní hodnotu nezměříme obyčejným přístrojem ani nevystačíme s jednodchými výpočty bez použití integrálů. Dle naměřených katalogových údajů výrobců integrovaných obvodů zřejmě musíme sinusový výkon vynásobit číslem 1.5 až 1.6. Tedy při zkreslení 10% by zesilovač měl výkon asi 1250 W. Podobné úvahy vedou ale k poněkud přehnaným údajům výstupních výkonů. V praxi používáme pro napájení zesilovačů jednoduchý nestabilizovaný zdroj. Výkon transformátoru by měl být alespoň roven požadovanému výstupnímu výkonu, kondenzátory by měly mít kapacitu alespoň 2x10G ve větvi pro 500W a 2x5G pro 200W verzi. Velmi zjednodušený návrh zdroje: Zdroj při požadovaném výkonu by měl být dimenzován vzhledem k účinnosti zesilovače skoro na dvojnásobek. Takto musíme postupovat, navrhujeme -li napájení spínaným zdrojem. Své opodstatnění má v případě napájení z baterie, například v automobilu. Nesmíme však zapomenout na ekonomické hledisko, protože zdroj bude pravděpodobně nejnákladnější součástí zesilovače. Naproti tomu klasický transformátorový síťový zdroj si můžeme dovolit přetěžovat, zesilovač nebudíme stále sinusovým signálem. U zdroje s toroidním transformátorem 600 VA pak klesne při sinusovém buzení napětí na 2 x 72V a výstupní výkon asi na 550 W. Při buzení hudebním signálem by ve špičkách zesilovač mohl dodávat hudební výkon, odpovídající napětí nezatíženého zdroje, v našem případě asi kolem 800 W. Sekundární napětí transformátoru: Sekundární vinutí transformátoru musí mít vyvedený střed, a napětí naprázdno stanovíme dle vztahu: Us = 2 x (Un /1.41) Us – sekundární napětí Un – napájecí napětí naprázdno Ve výpočtu jsme zanedbali úbytek napětí na usměrňovacích diodách. Dimenzování výkonových rezistorů: Při 400W výstupního výkonu prochází zátěží efektivní hodnota proudu 10A. během půlperiody efektivní hodnota proudu procházejícího rezistorem bude činit 3,34A. Při hodnotě rezistoru 0,47 ohmu bude výkonová ztráta odpovídat součinu tohoto odporu a druhé mocniny proudu, tj. 5,24 W. Během celé periody ale tranzistory pracují při sinusovém signálu s úhlem otevření 180 stupňů. Efektivní výkon během periody klesne na polovinu, tj. na 2,62 W. Zesilovač v provozu však nikdy není zatížen tolik, jak při sinusovém buzení. Proto jsem zvolil 4W drátové rezistory.

Napsat komentář