【参赛】 用电容降压电源的音频放大器

yinekp

    电容降压具有电路简单，成本低廉的优点，有关计算方法，注意事项和应用实例“矿坛”
多有介绍。多年来，本人也应用电容降压原理制作了一些简单实用的应用装置，现介绍使用电容降压电源的音频放大器实验电路。

    一.再强调一下电容降压电路特点和应用注意事项（只考虑供电电源为220V市电的情况）。

    1.作为一种高内阻电源，当输出电压远小于输入电压（即220V市电）时，可认为供电电流仅取决于降压电容容量，这时可按每微法65mA来估算输出电流。

    2.为确保电路安全可靠，降压电容不能使用介质损耗大的电容器，如电解电容。且耐压应不小于400V；由于用电器具内部电路处于带电状态，结构设计和实际组装时必须考虑和采取完善的绝缘措施。

    3.由于电路中有着电容器这样的储能元件，电源接通瞬间会有一个取决于电源和电路初始状态的复杂的瞬态过程或称过渡过程，可能产生远大于正常值的过电压和冲击电流。极端情况是，电容已充至市电峰值又在市电为反向峰值的瞬间接通时（例如开关接触不良）。元器件的损坏通常是发生在这个过渡过程中。

    4.由于降压电容的存在，电路达到稳态后，电容充、放的电量必然是相等的。相对于电源的正、负半周，如负载不对称，将导致降压（或称限流）的作用降低，如负载是半波整流电路，电路稳态电流将为零。所以，设计电路时应尽量使用相对于电源正负半周对称的负载或添加反向电流通路。

    综上所述，本制作中电源使用了由有较大的电压、电流余量的1N4007型二极管构成的桥式整流电路，使电源正负电流通路对称；利用每个二极管上并联的0.01微法电容器和输出端的电源滤波电解电容吸收过渡过程的冲击电流和过电压。对于收音机来说，二极管上并联的电容器还有助于降低调制交流声。
   
    二.用电容降压电源的音频放大器制作实例

    对于当年的业余无线电爱好者来说，直到上世纪九十年代“电源变压器”是个价格昂贵又难
于自制的重要部件。于是“无变压器”成为许多人的努力方向，例如当年流行过的“高淳放大头”。也就是在那个年代，本人为自己和朋友、同事制作过多台交流市电用电容降压的交直流两用半导体收音机。为充实退休生活，进一步完善电路，实现较大输出功率，利用手头元器件重新进行了实验，虽然已落后于现实，还是希望能有坛友感兴趣。

    图1 为当年制作的市电用电容降压的交直流两用收音机，图2 是它的音放部分电路图。
    当工作于用电池为电源的直流状态时，功放管VT7（3AX81）工作于滑动甲类状态：输出的
音频信号经鍺二极管VD3整流并经滤波后通过电阻R20加至VT6基极，使VT7的集电极电流随信号
强度的增大而增大，以提高小信号时的电源效率，避免大信号时过早失真。
   这时二极管VD2用来防止音频信号被用交流电源工作时的功放管VT3的集电结旁路。

    电路中需调整的元件分别为电阻R20和R21：无信号时通过调R20使VT7的集电极电流在
8-10 mA;最大信号时再调R21,使VT7的集电极电流约为50 mA即可。
    用交流市电供电时，工作原理参见后述。

    标准音放电路，是先给定电源电压，再设计电路；电容降压电路，则是在给定工作电流的
情况下设计电路，使静态工作点在市电电压变化时自动调整至最佳状态。虽然工作中通过电路的电流是不断变化的，但由于滤波电容的储能作用和电路中的直流负反馈，使得电路的工作电压和平均电流只跟随交流电源电压作小幅波动。

    图3 为试验用电容降压音频功放板（输入MP3信号）。图4 是它的的电原理图。其中末级功放管VT3（3DD3）实测集-射间耐压约为100V，故它的静态工作点电压（UCEQ）不应大于50V，考虑一定的安全系数，取UCEQ=30V。

   图中三极管VT1基极由红发光管RLED约1.8V的压降通过电阻R1提供偏流，静态工作状态近似
为恒流，电源电压的变化即可通过电阻R3反馈至三极管VT2基极，自动调整功放管VT3的工作点，以适应电源电压的的变化。

    三极管VT4的作用是：以它的基-射间约0.7V压降为基准电压，与R8、R9共同构成5V并联稳
压器，作为电池充电电压和前置级工作电压。

    电路中需调整元件为电阻R6和R9。应在市电电压为220V的标准状态下，均先取较大值，
再逐渐调小，至VT3集-射间电压为30V，VT4集-射间电压为5V即可。这时可认为VT3的静态工作
点电压为UCEQ＝30V;实测电流为ICQ≈105 mA。将VT4视为理想晶体管，即饱和压降为零，放大
系数为恒量，则最佳负载阻抗为：RL＝UCEQ／ICQ＝30V／105 mA≈0.286KΩ；;输出变压器初级阻抗则应为：RL’＝RL－Re＝286－16＝270（Ω）。若选用的降压电容或功放管为其它规格，可仿此进行设计计算。

    为便于调试，电路板上临时添加了约1KHz的音频振荡电路（图5、图6）。
    因为用了一个现成的无规格变压器作为输出变压器，将电阻大的绕组作为初级，电阻小的为次级，为便于观察输出波形和确定最佳负载阻抗，用可调电阻作为假负载（图7、图8）。

    实验结果如下：反复调整输入正弦波信号强度和假负载阻值，使示波器显示的正弦波幅度最大且无明显失真，用数字表实测负载信号电压为1.2V,假负载阻值为2.9Ω，则最大不失真输出功率约为0.5W,考虑效率，基本与理论计算相符。

    强调的是，因为调试试验均为带电状态，需特别注意安全。

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这样的制作我个人的观点是:不提倡，不建议使用。
一是热地，使用有触电的隐患。
二是使用不慎有损坏音源的可能。

现在小功率的隔离式开关电源，已经非常便宜了，电容降压已经完全没必要了。

X哥

这种电容降压电路当年也做过，相当于热底板电路。
使用时一定要分开火线和零线，即电容端接火线，图中R13端接零线。
捣鼓着玩可以，实际应用意义不大

才师傅

这东西 自己搞搞试验 就完了 啥用没有 非常不安全  

才师傅

lhjacc 发表于 2020-2-9 13:02
个人觉得电容式降压太不安全，虽然自身功耗很低，但也只能应用于小功率的的场合。且输出端没有保险和稳压管 ...

这东西 真的什么用也没有 一个 3.6v 收音机 随便弄一个电池 就ok 了 这个就是没有事儿 闲的搞搞试验 玩儿  还可以  没有实用性

yinekp

lhjacc 发表于 2020-2-9 13:02
个人觉得电容式降压太不安全，虽然自身功耗很低，但也只能应用于小功率的的场合。且输出端没有保险和稳压管 ...

  对于当年的业余无线电爱好者来说，直到上世纪九十年代“电源变压器”是个价格昂贵又难
于自制的重要部件。于是“无变压器”成为许多人的努力方向，例如当年流行过的“高淳放大头”。
也就是在那个年代，本人为自己和朋友、同事制作过多台交流市电用电容降压的交直流两用
半导体收音机。为充实退休生活，进一步完善电路，实现较大输出功率，利用手头元器件重
新进行了实验，虽然已落后于现实，还是希望能有坛友感兴趣。
   电路图中100欧1/4W电阻（R13）兼任保险管。
   多谢关注！

刘振元

以前喜欢用电容降压电路给镍氢电池充电，输出电流小，可以慢慢充电。
这个负载工作电流大了，还是用电瓶吧。

cctv8139

想当年能在收音机里装上3节一号镍铬电池的人，都是我眼中的老板啊。

金杯磁棒

合力电池我有一节2号的，是我的第一节充电电池。

yinekp

cctv8139 发表于 2020-2-19 13:17
想当年能在收音机里装上3节一号镍铬电池的人，都是我眼中的老板啊。

这些镍镉电池已放置多年，估计已失效了。