Любое аудиоустройство, которое можно подключить к сети, должно иметь блок электропитания. Он преобразует переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц в постоянный ток меньшего напряжения, используемый в схемах звуковой аппаратуры. Блок электропитания является очень важным элементом High-end-аппаратуры, поскольку существенно влияет на качество звука. Часто вес, размер и цена аппарата определяются именно блоком электропитания. Общая тенденция в проектировании аудиоаппаратуры заключается в предельном упрощении схемы усиления аудиосигнала и применении сложных блоков питания. Нужно обеспечить безупречный и простой путь прохождения аудиосигнала и очень чистое, стабильное напряжение питания.

Основным элементом блока электропитания является силовой трансформатор. Это устройство понижает сетевое переменное напряжение 120 В до уровня ±30 В

(как это происходит, обсудим чуть позже). Условное графическое обозначение трансформатора в точности отражает его физическую структуру: он состоит из двух обмоток, расположенных рядом друг с другом (рис. Б-15).

Несколько ранее мы узнали, что при протекании тока по проводнику вокруг последнего возникает магнитное поле. Известно также, что если есть проводник, магнитное поле и их относительное перемещение, то в проводнике индуцируется напряжение. Оба эти явления лежат в основе работы трансформатора. Когда переменный ток частотой в 60 Гц протекает через обмотку трансформатора, называемую первичной, вокруг нее возникает переменное магнитное поле. Это меняющееся магнитное поле индуцирует напряжение в другой обмотке, которая называется вторичной. Сигнал переменного тока частотой в 60 Гц передается на вторичную обмотку, несмотря на то, что она непосредственно (гальванически) не связана ни с первичной обмоткой, ни с первичным источником напряжения (электрической сетью).

Величина напряжения на вторичной обмотке определяется коэффициентом трансформации, равным отношению числа витков в первичной и вторичной обмотках. Изменяя это отношение, теоретически можно получить на вторичной обмотке любое напряжение. Некоторые трансформаторы имеют несколько вторичных обмоток для подключения к различным частям схемы. Таким образом, трансформатор преобразует напряжение переменного тока напряжением 120 В и частотой 60 Гц в напряжение такой же частоты и требуемой величины. Трансформатор также изолирует аудиокомпонент от электрической сети.

Трансформаторы различаются по их мощности. Трансформатор мощностью в 1 кВА (1000 ВА), например, обеспечивает напряжение в 100 В при силе тока в 10 А. В компонентах с низким уровнем сигнала (предусилителях, CD-проигрывателях) обычно используются трансформаторы мощностью несколько десятков ВА, в то время как в усилителях мощности используются самые большие трансформаторы — до 5кВА. Они весят больше 40 кг.

Часто в звуковой аппаратуре вместо трансформаторов с пластинчатым П- или Ш-образным сердечником используются тороидальные трансформаторы. Они имеют форму бублика и сильнее концентрируют магнитное поле. Такие трансформаторы стоят дороже, но они более эффективны, к тому же создают в звуковых цепях меньше помех. Так же, как магнитное поле первичной обмотки индуцирует напряжение во вторичной обмотке, звуковые схемы, находящиеся около трансформатора, могут "подцепить" помехи частотой 60 Гц. Тороидальные трансформаторы существенно снижают такую опасность.

Напряжение на вторичной обмотке все-таки остается переменным, а для питания звуковой аппаратуры, как мы знаем, нужно постоянное напряжение. Поэтому следующим элементом блока питания является выпрямитель — устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный. Главный элемент выпрямителя — диод, один из основных полупроводниковых приборов. Диод пропускает ток только в одном направлении. На рис. Б-16 показано, что происходит, если к выходу трансформатора подсоединить диод. Диод пропускает ток только одного направления, задерживая другую полуволну синусоиды (какой из полупериодов тока будет проходить — положительный или отрицательный — определяется направлением включения диода). Так как на выходе выпрямителя напряжение не меняет знак, мы получаем в итоге ток, не меняющий направление. Однако

данная схема выпрямления, которая называется однополупериоднои, не очень эффективна. Если соединить вместе четыре диода, мы получим двухполупериодный мостовой выпрямитель (рис. БТ7). В нем вторая полуволна переменного тока "переворачивается", в результате чего ток в нагрузке течет в течение всего периода в одном направлении. Двухполупериодный мостовой выпрямитель дает более сглаженный выпрямленный ток и большую мощность.

На выходе двухполупериодного выпрямителя мы получаем ток неизменного направления, который, однако, пульсирует с частотой 120 Гц, вдвое превышающей частоту сетевого тока. Это объясняется тем, что один из полупериодов синусоиды теперь "перевернут" (как показано на рис. Б-17). Можно уменьшить пульсацию, добавив в схему конденсаторы фильтра, сглаживающие пульсации уже выпрямленного, неизменного по направлению тока. Такие фильтрующие конденсаторы называются сглаживающими.

Теперь на выходе мы имеем сглаженный постоянный ток, но и этого еще недостаточно для аудиосхем. Любые колебания входного напряжения будут сказываться на величине напряжения, подаваемого на звуковую схему, а это совершенно недопустимо для аудиоаппаратуры. Нужно сделать его более стабильным, в точности соответствующим заданному значению, и для этого служит стабилизатор напряжения. На выходе стабилизатора поддерживается постоянное напряжение, величина которого практически не зависит от колебаний входного напряжения. На вход стабилизатора поступает постоянное напряжение, но еще нестабильное и с пульсациями; зато на выходе оно безупречно стабильное. Напряжение, подаваемое на стабилизаторы, должно быть несколько выше того, которое нужно иметь на выходе. Излишек напряжения теряется на стабилизаторе, за счет этого получается неизменное выходное напряжение даже при небольших колебаниях входного. На типичный стабилизатор с выходным напряжением 12 В необходимо подавать с выпрямителя около 15 В. Напряжение в 12 В — это уже достаточно для транзисторной звуковой схемы. Различие между входным и выходным напряжением стабилизатора означает потерю на нем мощности, которая превращается в тепло.

Все эти элементы: силовой трансформатор, выпрямитель, емкостные фильтры, стабилизатор напряжения — показаны на электрической схеме на рис. Б-18 и на монтажной схеме на рис. Б-19.

Блок питания часто дает на выходе несколько напряжений различной полярности (положительной и отрицательной), что обусловлено потребностями различных элементов схемы. Самое меньшее, что требуется цифровому процессору— это напряжение 5 В для цифровых схем и ±12 В для аналоговых каскадов. Многие процессоры имеют по меньшей мере четыре стабилизатора напряжения, а некоторые — до 15 различных значений напряжений питания, получаемых от независимых стабилизаторов. Применение раздельных стабилизаторов позволяет изолировать друг от друга отдельные части схемы. Их питание от одного стабилизатора создавало бы условия для взаимного влияния, ухудшающего качество звука. Например, если к блоку питания привода системы автоматического

слежения за дорожкой CD-проигрывателя подключен также и аналоговый выходной каскад, то его напряжение питания будет уменьшаться при включении исполнительного механизма следящей системы. Это, в свою очередь, отрицательно скажется на работе аналоговой схемы. Разработчики аппаратуры соглашаются в одном: чем больше независимых стабилизаторов напряжения, тем лучше.

Большинство стабилизаторов выполнено в виде интегральных схем (см. рис. Б-19). Но некоторые из них строятся на основе дискретных (отдельных) транзисторов, резисторов и конденсаторов, и называются дискретными. Дискретные стабилизаторы стоят гораздо дороже, но считается, что они способствуют достижению лучшего звучания, чем стабилизаторы на интегральных схемах. В некоторых наиболее совершенных аппаратах применяется каскадное включение нескольких стабилизаторов, при котором выход одного стабилизатора соединяется со входом другого. Это обеспечивает более стабильное и чистое напряжение. В наиболее совершенных блоках электропитания используются несколько кас-кадно включенных дискретных стабилизаторов напряжения.

Выход блока питания часто шунтируют высококачественными конденсаторами малой емкости (0,01 мкФ). Конденсатор включают между шиной питания и "землей" в непосредственной близости от питаемой схемы. Он закорачивает на земляной провод помехи, проникающие на шину питания.

Существуют и иные способы улучшить работу блока электропитания. Например, используются конденсаторы большой емкости в фильтрах, причем некоторые из них помещают в непосредственной близости от частей схемы, на которые подается напряжение питания. Мощный трансформатор также принесет пользу, даже если его мощность превышает необходимое для схемы значение. Многие проектировщики согласны с тем, что чем больше трансформатор, тем лучше. Преимущество дает'и использование нескольких отдельных трансформаторов, так как при этом лучше изолируются друг от друга отдельные части схем.

Блок электропитания является чрезвычайно важным компонентом системы звуковоспроизведения. Хотя, конечно, компонент системы будет работать и с посредственным блоком питания, но самые лучшие из них отличает применение блоков питания с тщательно разработанной схемой, конструкцией и высокой ценой. В целом, стоимость блока электропитания составляет весьма значительную часть общей стоимости высококачественного компонента аудиосистемы.

Рассмотрим теперь те устройства, на которые подается питание.