Wielu "Młodych Zdolnych" zaczyna od budowy prostych układów elektronicznych - często są to KiT'y (zestawy) do złożenia wzmacniacza. O ile sam zestaw przeważnie nie jest problemem (wszystkie części i płytka w zestawie są, znajduje się tam również i instrukcja - nawet jeśli w szczątkowej formie) to, o ile oczywiście nie popełni się błędów przy samym montażu, to problemem może być zasilanie...
Jeżeli jest to wzmacniacz o niewielkiej mocy i w dodatku zasilany napięciem asymetrycznym (pojedynczym), często udaje się dopasować jakiś gotowy zasilacz - czy to wtyczkowy, czy od laptopa, itp. Gorzej, gdy wzmacniacz taki wymaga zasilania symetrycznego, a moc (podawana przez producenta) jest spora i przekracza możliwości dostępnych "gotowców". Wiele instrukcji wzmacniaczy zawiera informacje o zasilaniu dość pobieżnie traktujące zasilanie ograniczając się jedynie do podania zakresów polecanych napięć i... nic więcej.
W tym miejscu problemy objawiają się nam dwa:
1. Napięcie zasilania a moc wzmacniacza możliwa do uzyskania.
2. W zależności od spodziewanej mocy wzmacniacza dobór mocy transformatora.
O pierwszym problemie będzie w innym artykule, w tym skupię się na w miarę prostym wytłumaczeniu drugiego problemu.
Od czego zacząć?
Od sprawdzenia, czy Autor instrukcji nie podawał mocy swojego zestawu zbyt optymistycznie. Od niej (mocy wzmacniacza) zależeć będzie moc transformatora. TRANSFORMATORA, ponieważ z wielu względów transformator sieciowy (czyli z napięciem pierwotnym przystosowanym do zasilania z sieci 230V~) jest korzystniejszy w konstrukcjach audio, a w konstrukcjach początkujących "Młodych Zdolnych" w szczególności.
Od razu zaznaczam i wyjaśniam - wiele w tym artykule znajdziecie uproszczeń, wszystkie one w sposób przybliżony będą opisywać metody obliczeń, i żaden "zawodowy" elektronik nie zgodzi się z ich poprawnością. Zapewniam jednak, że dla "Młodych Zdolnych" jest to celowe działanie - chodzi o uniknięcie zbyt skomplikowanych (często) obliczeń, a tolerancja wyników w obu przypadkach będzie podobna.
Tak więc wszystkich "zawodowców", czepialskich i trolli z góry przepraszam.
Tyle wstępu.
Postaram się więc wyjaśnić dobór mocy na przykładach; Pierwszy:
Obliczanie napięć wtórnych transformatora.
Posiadany wzmacniacz (według producenta) wymaga zasilania symetrycznego o wartości od +/- 14 do +/- 25V. Co to jest to "zasilanie symetryczne" I skąd je brać?
Odpowiedź jest prosta i wbrew pozorom upraszcza konstrukcję całego wzmacniacza, a polega na zastosowaniu transformatora o dwóch uzwojeniach wtórnych o takim samym napięciu i dopuszczalnym obciążeniu (lub uzwojeniu o napięciu dwukrotnie większy i prądzie j/w, ale z wyprowadzonym odczepem ze środka uzwojenia wtórnego).
Schemat zasilacza wygląda więc następująco:
Po lewej - transformator z dwoma uzwojeniami wtórnymi, po prawej transformator z odczepem.
Jak widać po powyższych rysunkach w obu wypadkach efekt końcowy jest taki sam; uzyskanie dwóch napięć o takiej samej wartości napięcia, ale o innej polaryzacji.
/Od razu dopowiem, że dla dwóch uzwojeń wtórnych musimy połączyć koniec jednego uzwojenia z początkiem drugiego. Połączenie inne - np. początku z początkiem spowoduje brak (lub malutkie) napięcie Uz to dla nas informacja, że należy końcówki jednego uzwojenia zamienić./
No dobrze, ale...
Jakie napięcie powinien mieć transformator, żeby uzyskać założone napięcie stałe?
Też prosta sprawa: Napięcie po wyprostowaniu (jego wartość w V) zwiększa się o iloczyn pierwiastka z 2.
Czyli jeśli zasilacz powinien dawać nam 2x 20V napięcia stałego, to napięcie zmienne transformatora winno wynosić:
20:√2=14 V~ W uproszczeniu możemy podstawić zamiast √2 przybliżoną wartość =1,41. Oczywiście to napięcie jednej połowy zasilania.
No i to wszystko?
No nie do końca... Jeżeli uparliśmy się, żeby nasz wzmacniacz oddawać mógł jak największą moc i w związku z tym jego zasilanie było jak najbardziej zbliżone do maksymalnego (jakie podaje nam producent zestawu) sprawa nam się nieco komplikuje. Dlaczego? Ponieważ transformator ma podane w specyfikacji napięcie wtórne dla uzwojenia obciążonego znamionowym prądem (również podanego w specyfikacji). Im prąd (czyli obciążenia uzwojenia) mniejszy, tym napięcie wzrasta - o ile? To już musimy sprawdzić sami niestety, ponieważ ta różnica zależy od mocy i typu transformatora (a ściślej od oporności drutu, z którego wykonane jest uzwojenie i strat własnych transformatora). Czemu więc nie możemy opierać się na napięciu podanym na nalepce transformatora i w jego specyfikacji? No cóż... przekroczenie napięcia zasilania wzmacniacza może skutkować jego uszkodzeniem - jeśli nie od razu, to po jakimś czasie.
Napięcie już wiemy jak obliczyć, a co z mocą?
Tu musimy się opierać na podanej mocy wzmacniacza (czasem, gdy wzmacniacz oparty jest na układzie scalonego wzmacniacza mocy interesujące informacje znajdziemy w karcie katalogowej danego układu scalonego) i naszych wymaganiach co do wykorzystania wzmacniacza.
Jak wiemy (a jak nie, to zaraz się dowiemy) że wzmacniacz pobiera więcej mocy, gdy oddaje więcej - gra głośniej (wzmacniacz w klasie AB). Jednak czy ta moc występuje na wyjściu wzmacniacza cały czas? Oczywiście nie. Każdy kto miał chociaż raz okazję obejrzeć oscylogram jakiegokolwiek nagrania muzycznego wie, że wartość napięcia wyjściowego bardzo się różni w jakimś krótkim fragmencie czasowym. Jeśli np. w jednym momencie osiąga 10V, to za chwilę może wynieść już tylko 4V, a za następną chwilę 15V. Czyli wartość mocy (bo jak pamiętamy z fizyki P=U²/R) średniej jest mniejsza od maksymalnej. O ile? Oczywiście zależy to od samego nagrania i... niestety od źródła nagrania, gdyż np. wiele stacji radiowych (a i czasem wytwórni płytowych) stosuje pewien zabieg, by uczynić nagranie w odsłuchu bardziej... - nie wiem jak to nazwać - głośne / dynamiczne / atrakcyjne? Po prostu korzysta z opcji, jaką daje normalizer - urządzonko znane z niektórych programów komputerowych do nagrywania/wypalania płyt, a mające na celu automatyczne ustawienie głośności niskiej, do maksymalnej możliwej dla całej płyty - czyli faktycznie i każdego z nagrań na płycie (chyba, że z tej opcji nie skorzystamy). Działanie normalizera polega na ograniczeniu wartości sygnału tak, by w żadnym momencie nie przekroczyło wartości zadanej (maksymalnej dla uzyskania czystego/nieprzesterowanego nagrania) jednocześnie - jak w poprzednim zdaniu napisałem - wzmocnieniu cichych fragmentów. Tak więc jest wówczas głośno, równo i teoretycznie lepiej, a w praktyce wręcz przeciwnie, bo np. ciche momenty nagrania są wzmocnione tak, że całe nagranie po jakimś czasie zaczyna nam brzmieć jak jakościowo mierna "łupanka". Oczywiście zniekształcając w ten sposób zamierzenie kompozytora czy realizatora. Dla takiego nagrania moc średnia będzie oczywiście większa.
A co z tą mocą transformatora?
Do tego zmierzam - w latach 60 i późniejszych gdy większość wzmacniaczy tranzystorowych (w tym również w technologii grubowarstwowej i scalonej) pracowała w klasie AB (zainteresowanych pozwolę sobie wysłać do internetu - Wikipedia, czy wiele filmów poradnikowych typu Reduktor Szumu na YT) stosowano zasadę, że moc transformatora powinna być co najmniej o połowę większa od mocy wzmacniacza. Problem w tym, że nie uwzględniono w tym tego, o czym pisałem wcześniej oraz... cen transformatorów A te jak sami wiemy w ostatnim czasie mocno wzrosły - ceny miedzi w szczególności miały na to wpływ. O ile cenę transformatora 20VA można jeszcze porównywać z ceną 30VA, to im większa moc, tym gorzej (drożej). W naszym interesie więc leży takie wykalkulowanie mocy transformatora, żeby można było uzyskać założoną moc maksymalną i (to już zależy od naszych preferencji - lubimy słuchać głośno czy raczej rozkoszować się muzyką w tle) charakteru /rodzaju samych nagrań.
Oczywiście sam wzmacniacz, a dokładniej jego konstrukcja, jest również ważnym czynnikiem w ustaleniu mocy zasilacza. Wspomniane wzmacniacze budowane w klasie AB mają średni apetyt na moc pobieraną (sprawność wzmacniacza) - wynosi on o ok.50% więcej od mocy na wyjściu wzmacniacza - innymi słowy, aby uzyskać 100W na wyjściu/głośniku, musimy wzmacniaczowi zapewnić... no właśnie ile? Te 150W wynikające ze sprawności wzmacniacza i mocy wyjściowej? Więcej? Mniej?
Tu panują co najmniej trzy szkoły:
Pierwsza szkoła - "audiofilska" mówi, ze im więcej mocy w zasilaczu, tym lepiej.
Nikt dokładnie nie potrafi wyjaśnić dlaczego, ale lepiej. Powstają więc potworki ze wzmacniaczami mogącymi oddać 2x 60W z transformatorem mocy 400VA i na dodatek (tu są też dwie odrębne wyznania) albo małymi stosunkowo wartościami kondensatorów filtrujących, albo wręcz przeciwnie - z potężnymi bateriami kondensatorów o łącznej pojemności dużo za dużej w stosunku do wymagań wynikających z prądu pobieranego z zasilacza.
Druga - nazwijmy ją konserwatywna - to wyznawcy założeń lat 60-tych - czyli do 100W wzmacniacza transformator co najmniej 150VA.
Trzecia - do której ja należę (chociaż może nie aż w tak wielkim zakresie), to szkoła "oszczędnościowa".
Jej pierwsze jaskółki można obserwować w wieżach z lat 70-80-tych czy innych sprzętach wielokanałowych. W takich sprzętach oszczędność poszła na maxa (chyba księgowy był wyznania handlowego... ) i np. dla wieży chwalącej się mocą równą 2x60W znajdujemy transformator o realnej mocy (wynikającej z wielkości rdzenia (to cenna wskazówka jak określić szacunkową moc transformatora - przekrój rdzenia ... ) 50 czy 60VA... Jak wspomniałem - osobiście nie jestem miłośnikiem przepłacania, ale wszystko ma swoje granice. Oszczędność również. No bo cóż z tego, że taka wieża faktycznie może oddać te znamionowe 2x60W, skoro po kilku chwilach transformator osiąga temperaturę bliską temperatury potrzebnej do wywołania oparzeń II stopnia? Na poważnie - taki transformator już z założenia się grzeje - nie sposób uzyskać z niego deklarowanej mocy wieży 2x60W przez całą prywatkę/domówkę bo się zwyczajnie... wyłączy lub co gorsza - spali. [Właśnie z tego powodu w takich transformatorach zaczęto stosować bezpieczniki termiczne (przeważnie na 110°C, czasem na mniej) włączone szeregowo z uzwojeniem pierwotnym i schowane pod warstwą izolacji na tymże uzwojeniu. O ile jeszcze jest taki bezpiecznik i w dodatku na wierzchniej stronie uzwojenia pierwotnego umieszczony - da się go względnie bezproblemowo wymienić (nie radzę pomijać! - grozi pożarem przy następnej imprezce!!!), to niektórzy producenci są na tyle złośliwi, że umieszczają ten bezpiecznik na samym spodzie - pod całym uzwojeniem pierwotnym i w dodatku bez wyprowadzenia jego końcówek na łączówkę transformatora (niektóre firmy tak robiły). Ponadto im mniejsza moc transformatora, tym większy spadek napięcia pod obciążeniem; czyli może być tak (i najczęściej jest), że w krótkiej chwili te 2x60 W uzyskamy, ale tylko przez chwilę - chwilę, po której napięcie "siądzie" (czyli i moc się zmniejszy)].
No dobrze, wiemy już wiele różnych ciekawych rzeczy, a nadal nie wiemy, jakiej mocy transformator mamy wstawić do własnego wzmacniacza!
No, nie do końca... Proszę ze skupieniem przeczytać raz jeszcze powyższe przykłady. Wynika z nich bowiem, że najwięcej do powiedzenia mamy my sami.
To od nas zależy, jakiej mocy potrzebujemy naprawdę - jeżeli (zgodnie z nazwą) budujemy wzmacniacz audio - już wiemy, że jego średnia moc pobierana, nie jest równa mocy maksymalnej RMS podawanej w instrukcji czy wynikającej z obliczeń*.
Tak więc możemy już w przybliżeniu ustalić, że dla 100W mocy oddawanej na głośniki, nie musimy od razu wstawiać 150 VA transformatora. A jaki wystarczy?
To również po części już zostało określone - zależy od najczęściej ustawionej (od poziomu głośności, z jaką najczęściej słuchamy) i od rodzaju muzyki słuchanej najczęściej - nie możemy przecież słuchać ciężkiego rocka po cichu... A z drugiej strony, jeżeli wzmacniacz ma stać w sypialni jako źródło dźwięku "do poduszki"... ? No właśnie. Osobiście po latach eksperymentów i prób doszedłem do wniosku, że mi wystarcza, gdy moc transformatora jest albo równa mocy wyjściowej wzmacniacza (sumy mocy wyjściowych dokładniej mówiąc) lub nieco większa - np. dla wzmacniacza (DOMOWEGO!) 2x60W wstawiałem z powodzeniem transformatory 120VA, a we wzmacniaczu, którego słucham obecnie i służy mi nawet jako "imprezowy" (kawalerka i to niewielka, więc i mocy tyle nie trzeba, a i towarzystwo już dawno wyrosło z umiłowania do hałasu) o mocy 2x15W siedzi sobie transformator 50VA i to tylko dlatego (dlatego aż tyle), że taki miałem...
Tyle o samych transformatorach. Zasilacz składa się jednak z kilku dodatkowych elementów: diod/mostka prostowniczego i kondensatorów filtrujących. Co z nimi?
Jak wyżej - bez szaleństw i to ani w jedną ani w drugą stronę. O ile jeszcze większy prąd diod mostka może mieć uzasadnienie, to dobranie na styk grozi kłopotami, a stosowanie zbyt dużej wartości prądu diod/mostka to prócz rozrzutności i niepotrzebne straty na napięciu złącz, czy nawet niebezpieczeństwo pożaru (w skrajnie niekorzystnych przypadkach). Jeśli więc z obliczeń czy instrukcji/danych KiT'u wynika, że popłynie max 2,5A, to powiedzmy mostek na 5A jeszcze będzie jak najbardziej OK, ale na 25A to już niekoniecznie.
A co z kondensatorami?
Podobnie. Przyjmuje się, że na 1A prądu płynącego z zasilacza należy wstawić co najmniej 1000uF kondensator. W praktyce nic nie stoi na przeszkodzie (a nawet zapewnia komfort dla wzmacniacza) 2200uF czy nawet 3300uF - jednak nie więcej! Przecież te kondensatory raz, że nie będą wykorzystane w pełni a dwa spowodują zwiększenie prądów doładowujących - czyli niepotrzebnie obciążającego diody mostka. Przykładowo polski wzmacniacz ELTRON pretendujący do miana estradowego miał przy 100W mocy wyjściowej "zaledwie" 4700uF na gałąź zasilania (zasilanie symetryczne, więc dwa takie kondensatory). Z drugiej strony do wzmacniacza domowego W 8015 (moc rzeczywista ok. 2x 20W) też wstawiano 2x 4700uF (po jednym na gałąź zasilania) - Dlaczego? Z lekką ironią powiem że dlatego, że takie mieli... A na poważnie - jest to górna granica dopuszczalnej (ekonomicznie) jeszcze wartości, a jednocześnie pojemność zapewniająca zapas na impulsy głośności, co powodowało mniejsze zniekształcenia przy mocach bliskich mocy nominalnej.
*Dla amatorskiego szacunkowego (!) określenia mocy wyjściowej wzmacniaczy w klasie AB możemy skorzystać z wielce uproszczonego wzoru na wyliczenie tejże. Wystarczy wiedzieć, ile wynosi całkowite napięcie zasilania, wziąć z tego 1/4 podnieść do kwadratu i podzielić przez oporność nominalną. Ten sposób nie ma nic wspólnego z prawidłowym wyliczeniem mocy, ale do szybkiego szacunku, np. jakie napięcie zasilania zastosować - wystarczy. Z praktyki powiem, że dokładność wyliczeń idealna nie jest, ale do szybkiego obliczenia z rozsądną tolerancją - wystarczy. Sprawdzałem w praktyce ten wzór z poprawnym i wynik do ok. 100W wzmacniacza mocy mieści się w granicy 20% - w akustyce to niewiele.
Jeżeli jest to wzmacniacz o niewielkiej mocy i w dodatku zasilany napięciem asymetrycznym (pojedynczym), często udaje się dopasować jakiś gotowy zasilacz - czy to wtyczkowy, czy od laptopa, itp. Gorzej, gdy wzmacniacz taki wymaga zasilania symetrycznego, a moc (podawana przez producenta) jest spora i przekracza możliwości dostępnych "gotowców". Wiele instrukcji wzmacniaczy zawiera informacje o zasilaniu dość pobieżnie traktujące zasilanie ograniczając się jedynie do podania zakresów polecanych napięć i... nic więcej.
W tym miejscu problemy objawiają się nam dwa:
1. Napięcie zasilania a moc wzmacniacza możliwa do uzyskania.
2. W zależności od spodziewanej mocy wzmacniacza dobór mocy transformatora.
O pierwszym problemie będzie w innym artykule, w tym skupię się na w miarę prostym wytłumaczeniu drugiego problemu.
Od czego zacząć?
Od sprawdzenia, czy Autor instrukcji nie podawał mocy swojego zestawu zbyt optymistycznie. Od niej (mocy wzmacniacza) zależeć będzie moc transformatora. TRANSFORMATORA, ponieważ z wielu względów transformator sieciowy (czyli z napięciem pierwotnym przystosowanym do zasilania z sieci 230V~) jest korzystniejszy w konstrukcjach audio, a w konstrukcjach początkujących "Młodych Zdolnych" w szczególności.
Od razu zaznaczam i wyjaśniam - wiele w tym artykule znajdziecie uproszczeń, wszystkie one w sposób przybliżony będą opisywać metody obliczeń, i żaden "zawodowy" elektronik nie zgodzi się z ich poprawnością. Zapewniam jednak, że dla "Młodych Zdolnych" jest to celowe działanie - chodzi o uniknięcie zbyt skomplikowanych (często) obliczeń, a tolerancja wyników w obu przypadkach będzie podobna.
Tak więc wszystkich "zawodowców", czepialskich i trolli z góry przepraszam.
Tyle wstępu.
Postaram się więc wyjaśnić dobór mocy na przykładach; Pierwszy:
Obliczanie napięć wtórnych transformatora.
Posiadany wzmacniacz (według producenta) wymaga zasilania symetrycznego o wartości od +/- 14 do +/- 25V. Co to jest to "zasilanie symetryczne" I skąd je brać?
Odpowiedź jest prosta i wbrew pozorom upraszcza konstrukcję całego wzmacniacza, a polega na zastosowaniu transformatora o dwóch uzwojeniach wtórnych o takim samym napięciu i dopuszczalnym obciążeniu (lub uzwojeniu o napięciu dwukrotnie większy i prądzie j/w, ale z wyprowadzonym odczepem ze środka uzwojenia wtórnego).
Schemat zasilacza wygląda więc następująco:
Po lewej - transformator z dwoma uzwojeniami wtórnymi, po prawej transformator z odczepem.
Jak widać po powyższych rysunkach w obu wypadkach efekt końcowy jest taki sam; uzyskanie dwóch napięć o takiej samej wartości napięcia, ale o innej polaryzacji.
/Od razu dopowiem, że dla dwóch uzwojeń wtórnych musimy połączyć koniec jednego uzwojenia z początkiem drugiego. Połączenie inne - np. początku z początkiem spowoduje brak (lub malutkie) napięcie Uz to dla nas informacja, że należy końcówki jednego uzwojenia zamienić./
No dobrze, ale...
Jakie napięcie powinien mieć transformator, żeby uzyskać założone napięcie stałe?
Też prosta sprawa: Napięcie po wyprostowaniu (jego wartość w V) zwiększa się o iloczyn pierwiastka z 2.
Czyli jeśli zasilacz powinien dawać nam 2x 20V napięcia stałego, to napięcie zmienne transformatora winno wynosić:
20:√2=14 V~ W uproszczeniu możemy podstawić zamiast √2 przybliżoną wartość =1,41. Oczywiście to napięcie jednej połowy zasilania.
No i to wszystko?
No nie do końca... Jeżeli uparliśmy się, żeby nasz wzmacniacz oddawać mógł jak największą moc i w związku z tym jego zasilanie było jak najbardziej zbliżone do maksymalnego (jakie podaje nam producent zestawu) sprawa nam się nieco komplikuje. Dlaczego? Ponieważ transformator ma podane w specyfikacji napięcie wtórne dla uzwojenia obciążonego znamionowym prądem (również podanego w specyfikacji). Im prąd (czyli obciążenia uzwojenia) mniejszy, tym napięcie wzrasta - o ile? To już musimy sprawdzić sami niestety, ponieważ ta różnica zależy od mocy i typu transformatora (a ściślej od oporności drutu, z którego wykonane jest uzwojenie i strat własnych transformatora). Czemu więc nie możemy opierać się na napięciu podanym na nalepce transformatora i w jego specyfikacji? No cóż... przekroczenie napięcia zasilania wzmacniacza może skutkować jego uszkodzeniem - jeśli nie od razu, to po jakimś czasie.
Napięcie już wiemy jak obliczyć, a co z mocą?
Tu musimy się opierać na podanej mocy wzmacniacza (czasem, gdy wzmacniacz oparty jest na układzie scalonego wzmacniacza mocy interesujące informacje znajdziemy w karcie katalogowej danego układu scalonego) i naszych wymaganiach co do wykorzystania wzmacniacza.
Jak wiemy (a jak nie, to zaraz się dowiemy) że wzmacniacz pobiera więcej mocy, gdy oddaje więcej - gra głośniej (wzmacniacz w klasie AB). Jednak czy ta moc występuje na wyjściu wzmacniacza cały czas? Oczywiście nie. Każdy kto miał chociaż raz okazję obejrzeć oscylogram jakiegokolwiek nagrania muzycznego wie, że wartość napięcia wyjściowego bardzo się różni w jakimś krótkim fragmencie czasowym. Jeśli np. w jednym momencie osiąga 10V, to za chwilę może wynieść już tylko 4V, a za następną chwilę 15V. Czyli wartość mocy (bo jak pamiętamy z fizyki P=U²/R) średniej jest mniejsza od maksymalnej. O ile? Oczywiście zależy to od samego nagrania i... niestety od źródła nagrania, gdyż np. wiele stacji radiowych (a i czasem wytwórni płytowych) stosuje pewien zabieg, by uczynić nagranie w odsłuchu bardziej... - nie wiem jak to nazwać - głośne / dynamiczne / atrakcyjne? Po prostu korzysta z opcji, jaką daje normalizer - urządzonko znane z niektórych programów komputerowych do nagrywania/wypalania płyt, a mające na celu automatyczne ustawienie głośności niskiej, do maksymalnej możliwej dla całej płyty - czyli faktycznie i każdego z nagrań na płycie (chyba, że z tej opcji nie skorzystamy). Działanie normalizera polega na ograniczeniu wartości sygnału tak, by w żadnym momencie nie przekroczyło wartości zadanej (maksymalnej dla uzyskania czystego/nieprzesterowanego nagrania) jednocześnie - jak w poprzednim zdaniu napisałem - wzmocnieniu cichych fragmentów. Tak więc jest wówczas głośno, równo i teoretycznie lepiej, a w praktyce wręcz przeciwnie, bo np. ciche momenty nagrania są wzmocnione tak, że całe nagranie po jakimś czasie zaczyna nam brzmieć jak jakościowo mierna "łupanka". Oczywiście zniekształcając w ten sposób zamierzenie kompozytora czy realizatora. Dla takiego nagrania moc średnia będzie oczywiście większa.
A co z tą mocą transformatora?
Do tego zmierzam - w latach 60 i późniejszych gdy większość wzmacniaczy tranzystorowych (w tym również w technologii grubowarstwowej i scalonej) pracowała w klasie AB (zainteresowanych pozwolę sobie wysłać do internetu - Wikipedia, czy wiele filmów poradnikowych typu Reduktor Szumu na YT) stosowano zasadę, że moc transformatora powinna być co najmniej o połowę większa od mocy wzmacniacza. Problem w tym, że nie uwzględniono w tym tego, o czym pisałem wcześniej oraz... cen transformatorów
A te jak sami wiemy w ostatnim czasie mocno wzrosły - ceny miedzi w szczególności miały na to wpływ. O ile cenę transformatora 20VA można jeszcze porównywać z ceną 30VA, to im większa moc, tym gorzej (drożej). W naszym interesie więc leży takie wykalkulowanie mocy transformatora, żeby można było uzyskać założoną moc maksymalną i (to już zależy od naszych preferencji - lubimy słuchać głośno czy raczej rozkoszować się muzyką w tle) charakteru /rodzaju samych nagrań.
Oczywiście sam wzmacniacz, a dokładniej jego konstrukcja, jest również ważnym czynnikiem w ustaleniu mocy zasilacza. Wspomniane wzmacniacze budowane w klasie AB mają średni apetyt na moc pobieraną (sprawność wzmacniacza) - wynosi on o ok.50% więcej od mocy na wyjściu wzmacniacza - innymi słowy, aby uzyskać 100W na wyjściu/głośniku, musimy wzmacniaczowi zapewnić... no właśnie ile? Te 150W wynikające ze sprawności wzmacniacza i mocy wyjściowej? Więcej? Mniej?
Tu panują co najmniej trzy szkoły:
Pierwsza szkoła - "audiofilska" mówi, ze im więcej mocy w zasilaczu, tym lepiej.
Nikt dokładnie nie potrafi wyjaśnić dlaczego, ale lepiej. Powstają więc potworki ze wzmacniaczami mogącymi oddać 2x 60W z transformatorem mocy 400VA i na dodatek (tu są też dwie odrębne wyznania) albo małymi stosunkowo wartościami kondensatorów filtrujących, albo wręcz przeciwnie - z potężnymi bateriami kondensatorów o łącznej pojemności dużo za dużej w stosunku do wymagań wynikających z prądu pobieranego z zasilacza.
Druga - nazwijmy ją konserwatywna - to wyznawcy założeń lat 60-tych - czyli do 100W wzmacniacza transformator co najmniej 150VA.
Trzecia - do której ja należę (chociaż może nie aż w tak wielkim zakresie), to szkoła "oszczędnościowa".
Jej pierwsze jaskółki można obserwować w wieżach z lat 70-80-tych czy innych sprzętach wielokanałowych. W takich sprzętach oszczędność poszła na maxa (chyba księgowy był wyznania handlowego...
) i np. dla wieży chwalącej się mocą równą 2x60W znajdujemy transformator o realnej mocy (wynikającej z wielkości rdzenia (to cenna wskazówka jak określić szacunkową moc transformatora - przekrój rdzenia ... ) 50 czy 60VA... Jak wspomniałem - osobiście nie jestem miłośnikiem przepłacania, ale wszystko ma swoje granice. Oszczędność również. No bo cóż z tego, że taka wieża faktycznie może oddać te znamionowe 2x60W, skoro po kilku chwilach transformator osiąga temperaturę bliską temperatury potrzebnej do wywołania oparzeń II stopnia? Na poważnie - taki transformator już z założenia się grzeje - nie sposób uzyskać z niego deklarowanej mocy wieży 2x60W przez całą prywatkę/domówkę bo się zwyczajnie... wyłączy lub co gorsza - spali. [Właśnie z tego powodu w takich transformatorach zaczęto stosować bezpieczniki termiczne (przeważnie na 110°C, czasem na mniej) włączone szeregowo z uzwojeniem pierwotnym i schowane pod warstwą izolacji na tymże uzwojeniu. O ile jeszcze jest taki bezpiecznik i w dodatku na wierzchniej stronie uzwojenia pierwotnego umieszczony - da się go względnie bezproblemowo wymienić (nie radzę pomijać! - grozi pożarem przy następnej imprezce!!!), to niektórzy producenci są na tyle złośliwi, że umieszczają ten bezpiecznik na samym spodzie - pod całym uzwojeniem pierwotnym i w dodatku bez wyprowadzenia jego końcówek na łączówkę transformatora (niektóre firmy tak robiły). Ponadto im mniejsza moc transformatora, tym większy spadek napięcia pod obciążeniem; czyli może być tak (i najczęściej jest), że w krótkiej chwili te 2x60 W uzyskamy, ale tylko przez chwilę - chwilę, po której napięcie "siądzie" (czyli i moc się zmniejszy)].
No dobrze, wiemy już wiele różnych ciekawych rzeczy, a nadal nie wiemy, jakiej mocy transformator mamy wstawić do własnego wzmacniacza!
No, nie do końca... Proszę ze skupieniem przeczytać raz jeszcze powyższe przykłady. Wynika z nich bowiem, że najwięcej do powiedzenia mamy my sami.
To od nas zależy, jakiej mocy potrzebujemy naprawdę - jeżeli (zgodnie z nazwą) budujemy wzmacniacz audio - już wiemy, że jego średnia moc pobierana, nie jest równa mocy maksymalnej RMS podawanej w instrukcji czy wynikającej z obliczeń*.
Tak więc możemy już w przybliżeniu ustalić, że dla 100W mocy oddawanej na głośniki, nie musimy od razu wstawiać 150 VA transformatora. A jaki wystarczy?
To również po części już zostało określone - zależy od najczęściej ustawionej (od poziomu głośności, z jaką najczęściej słuchamy) i od rodzaju muzyki słuchanej najczęściej - nie możemy przecież słuchać ciężkiego rocka po cichu...
A z drugiej strony, jeżeli wzmacniacz ma stać w sypialni jako źródło dźwięku "do poduszki"... ? No właśnie. Osobiście po latach eksperymentów i prób doszedłem do wniosku, że mi wystarcza, gdy moc transformatora jest albo równa mocy wyjściowej wzmacniacza (sumy mocy wyjściowych dokładniej mówiąc) lub nieco większa - np. dla wzmacniacza (DOMOWEGO!) 2x60W wstawiałem z powodzeniem transformatory 120VA, a we wzmacniaczu, którego słucham obecnie i służy mi nawet jako "imprezowy" (kawalerka i to niewielka, więc i mocy tyle nie trzeba, a i towarzystwo już dawno wyrosło z umiłowania do hałasu) o mocy 2x15W siedzi sobie transformator 50VA i to tylko dlatego (dlatego aż tyle), że taki miałem...
Tyle o samych transformatorach. Zasilacz składa się jednak z kilku dodatkowych elementów: diod/mostka prostowniczego i kondensatorów filtrujących. Co z nimi?
Jak wyżej - bez szaleństw i to ani w jedną ani w drugą stronę. O ile jeszcze większy prąd diod mostka może mieć uzasadnienie, to dobranie na styk grozi kłopotami, a stosowanie zbyt dużej wartości prądu diod/mostka to prócz rozrzutności i niepotrzebne straty na napięciu złącz, czy nawet niebezpieczeństwo pożaru (w skrajnie niekorzystnych przypadkach). Jeśli więc z obliczeń czy instrukcji/danych KiT'u wynika, że popłynie max 2,5A, to powiedzmy mostek na 5A jeszcze będzie jak najbardziej OK, ale na 25A to już niekoniecznie.
A co z kondensatorami?
Podobnie. Przyjmuje się, że na 1A prądu płynącego z zasilacza należy wstawić co najmniej 1000uF kondensator. W praktyce nic nie stoi na przeszkodzie (a nawet zapewnia komfort dla wzmacniacza) 2200uF czy nawet 3300uF - jednak nie więcej! Przecież te kondensatory raz, że nie będą wykorzystane w pełni a dwa spowodują zwiększenie prądów doładowujących - czyli niepotrzebnie obciążającego diody mostka. Przykładowo polski wzmacniacz ELTRON pretendujący do miana estradowego miał przy 100W mocy wyjściowej "zaledwie" 4700uF na gałąź zasilania (zasilanie symetryczne, więc dwa takie kondensatory). Z drugiej strony do wzmacniacza domowego W 8015 (moc rzeczywista ok. 2x 20W) też wstawiano 2x 4700uF (po jednym na gałąź zasilania) - Dlaczego? Z lekką ironią powiem że dlatego, że takie mieli... A na poważnie - jest to górna granica dopuszczalnej (ekonomicznie) jeszcze wartości, a jednocześnie pojemność zapewniająca zapas na impulsy głośności, co powodowało mniejsze zniekształcenia przy mocach bliskich mocy nominalnej.
*Dla amatorskiego szacunkowego (!) określenia mocy wyjściowej wzmacniaczy w klasie AB możemy skorzystać z wielce uproszczonego wzoru na wyliczenie tejże. Wystarczy wiedzieć, ile wynosi całkowite napięcie zasilania, wziąć z tego 1/4 podnieść do kwadratu i podzielić przez oporność nominalną. Ten sposób nie ma nic wspólnego z prawidłowym wyliczeniem mocy, ale do szybkiego szacunku, np. jakie napięcie zasilania zastosować - wystarczy. Z praktyki powiem, że dokładność wyliczeń idealna nie jest, ale do szybkiego obliczenia z rozsądną tolerancją - wystarczy. Sprawdzałem w praktyce ten wzór z poprawnym i wynik do ok. 100W wzmacniacza mocy mieści się w granicy 20% - w akustyce to niewiele.
)
