Każdy wzmacniacz audio czy to zbudowany na bazie lamp elektronowych, czy tranzystorów musi mieć poprawnie zaprojektowane zasilanie.  Jakie mogą być konsekwencje niepoprawnego projektu? Pierwszy problem jaki się nasuwa, to brak mocy. Kręcimy potencjometrem a tu nic… Szyby nie chodzą a bębenki w uszach nie pękają. Prawdopodobnie źle policzony transformator lub zbyt duża impedancja wyjściowa zasilacza. Kolejny problem to przydźwięk sieci. Buczenie na częstotliwości 100Hz lub 120Hz (w zależności od częstotliwości sieci). Przydźwięk może pojawić się także na wyższych częstotliwościach. Świadczy to o niedostatecznie filtrowanym prostowniku lub przenikaniu zakłóceń z sieci energetycznej na szynę zasilania wzmacniacza… I takich problemów można by jeszcze wymyślić wiele…

Generalnie zasilanie jest ważne, ale nie aż tak jak niektórzy przypuszczają. Wzmacniacz „broni się” przed kiepskim zasilaniem parametrem nazywanym współczynnikiem tłumienia wpływu zasilania (w oryginalne power supply rejection ratio). Parametr mówi o tym w jakim stopniu zakłócenie zasilania przenika na wyjście wzmacniacza. Zwykle podawany jest on w decybelach. Dla wzmacniacza audio PSRR wynosić powinien -60 dB dla niskich częstotliwości i nie mniej niż -30 dB dla częstotliwości wysokich. Co oznacza -60 dB? Oznacza to, że wahana napięcia zasilania o amplitudzie 1V zostaną stłumione na wyjściu wzmacniacza do amplitudy 1mV. Co to oznacza dla konstruktora? Będzie łatwiej i taniej zbudować zasilanie do wzmacniacza, bo nie musimy go stabilizować. We wzmacniaczach audio nie stosuje się stabilizacji zasilania, gdyż jest kosztowna zarówno pod względem mocy strat jak i samego wykonania (koszt, gabaryt). Można ją zastosować i mieć jeszcze lepsze zasilanie, ale w większości przypadków nie ma ona uzasadnienia technicznego ani ekonomicznego.

Jako że jesteśmy w temacie lamp, czyli wyjątkowego sprzętu dla wyjątkowych ludzi, to jest bardzo wiele konstrukcji zasilaczy opartych na lampach, bo wiadomo – półprzewodniki to największe zło tego świata. Oczywiście. Można skonstruować zasilacz (prostownik i stabilizator) na lampach elektronowych. Będzie ładnie wyglądał, być może ładnie świecił, ale nie wniesie nic sensownego do konstrukcji, pomimo że konstruktorzy takich urządzeń twierdzą, że wzmacniacze z zasilaniem bazującym na lampach a nie półprzewodnikach brzmią lepiej. Nie jest to prawdą, bo brzmią tak samo. Dodatkowo prostowniki i stabilizatory pracujące na lampach mają jedną „parszywą” cechę. W przeciwieństwie do półprzewodników lampy podlegają zużyciu (mniejszemu lub większemu, ale jednak). Zatem nie ma sensu stabilizować zasilania lampami, bo niesie to ze sobą więcej kłopotu niż korzyści. To jeden z bezsensów, który czasami spotykam przeglądając projekty lampowe.

Typowy zasilacz wzmacniacza audio składa się z:

• transformatora sieciowego
• prostownika dwupołówkowego
• filtru

Zasilacz jest niestabilizowany, napięcie wyjściowe jest zależne do obciążenia, ale ze względu na PSRR nie musimy się tym martwić. Jest to w zasadzie szkolny przykład, więc nie będę go omawiał. Skupimy się na czymś innym. Wzmacniacze audio na tranzystorach różnią się nieco od wzmacniaczy lampowych. Wzmacniacze tranzystorowe to w większości przypadków konstrukcje beztransformatorowe (OTL), gdyż za pomocą tranzystorów bardzo łatwo uzyskać niskie impedancje wyjściowe takiego wzmacniacza. Oznacza to niskie napięcie zasilania i duży prąd, a pojemność filtrująca za prostownikiem jest bardzo duża, rzędu dziesiątek mF. Wzmacniacze lampowe są nieco inne. Za pomocą lamp nie da się uzyskać niskich impedancji wyjściowych. W związku z tym mamy wysokie napięcie zasila (setki woltów), mały prąd i transformator głośnikowy. I główną niewygodą jest wysokie napięcie. Kondensatory wysokonapięciowe są duże gabarytem, a duże wartości (np 100uF/450V) są dość drogie. Złożenie z nich baterii jest kosztowne, zarówno finansowo jak i gabarytowo.

Ze względu na to, że prąd pobierany przez lampy jest mały, w filtracji zasilania możemy stosować filtry RC lub LC, bez znacznych strat mocy. Wartości indukcyjności są zwykle duże. W projektach spotyka się wartości od 1H do 10H. Cewka na 500mA o wartości 10H nie jest szczególnie duża. Ma mniej więcej gabaryt transformatora toroidalnego o mocy 50W. Cewka jest mniej problematyczna niż bateria kondensatorów na wysokie napięcie. Ale należy pamiętać o pewnej rzeczy. Stosując filtr LC będziemy mieć rezonans, nawet jeżeli cewka ma dużą rezystancję szeregową.

Filtr musi mieć odpowiednio dobrane parametry, tak aby potencjalny rezonans wypadał poza pasmem audio. Jak widać filtr „pi” 100u/10H ma wyraźny rezonans na częstotliwości kilku Hz. Nie musimy się jednak tym martwić aż tak bardzo, jak w przypadku filtru 10u/1H, którego częstotliwość rezonansowa nie dość, że jest w paśmie audio, to jeszcze jest blisko częstotliwości sieci. Rezonanse można tłumić dodając dodatkową rezystancję szeregowo do cewki.

Należy też pamiętać o zabezpieczeniu wyjścia przed przepięciami podczas startu zasilania z tak dużą indukcyjnością. Symulacja pokazuje także, że częstotliwość rezonansowa jest filtrowana kiepsko. W przypadku, gdy mamy małe prądy, indukcyjność możemy zamienić na rezystancję i problem rezonansów znika, ale tłumienie jest niego gorsze.

Zatem widzę sens w stosowaniu filtrów RC/LC w zasilaniu. Dławiki rzędu kilku H są dostępne już za kikadziesiąt PLN – zatem niewiele. Porównując, aby uzyskać to samo tłumienie na samych pojemnościach, należy zastosować pojemności rząd wielkości większe. Zatem nie mamy 100-200uF w filtrze, tylko tysiące uF. Takie kondensatory są powszechnie dostępne, więc nie ma przeszkód by zrobić filtr z samych kondensatorów. Myślałem kiedyś, że dławik w zasilaniu to spuścizna przeszłości, gdy takich kondensatorów praktycznie nie było, ale… Kilka tyś uF na wysokie napięcie to już wymierna cena i powierzchnia na PCB… Wciąż…