Расчёт мощности сверхвысокоомного динамика.

В предыдущей статье мы познакомились со сверхвысокоомным динамиком, имеющем  сопротивление 150 Ом на частоте 2 кГц. Для расчёта лампового усилителя, который будет на него работать, нам необходимо вычислить паспортные и максимальные амплитудные значения тока и напряжения. Было бы также неплохо знать, какие у этого динамика  показатели по мощности.

И вообще, какие мощности – паспортная (долговременная) и максимальная могут быть у подобных динамиков, ЗК которых выполнена очень тонким проводом. А также, какие имеются резервы для её повышения.

В серийных динамиках используются высокие плотности тока: для низкочастотных 40 – 90 А/мм²  для широкополосных 50 - 100 А/мм²  для высокочастотных 80 – 120 А/мм² .(см. источник 1).

Мы имеем провод подобный применяемому как раз для высокочастотных динамиков, даже тоньше, всего 0,05 мм. Медным проводом такого диаметра были намотаны ЗК серийных сверхвысокоомных динамиков (4ГД-5, 5ГД-16, 3ГД-11, 2ГД-6, 1ГД-17) (2). Поэтому резонно будет выбрать плотность тока 120 А/мм². Выбираем её за отправную точку.

Есть ещё одно ограничение по максимально допустимой пиковой мощности – это сам тонкий провод, который может сработать как предохранитель, и на определённом уровне тока «вспыхнуть». Расчёт предохранителей при небольших рабочих токах, в пределах 0,25…2,5 А производится по формуле:

d=Iпл k+0,005  (мм);

Где d - диаметр провода, мм, в нашем конкретном случае 0,05 мм;

Iпл – ток плавления плавкой вставки предохранителя, А;

K – коэффициент, для меди равный 0,034.

 Рабочий ток предохранителя определяется как Iрп=1/2Iпл. (3) Показатель Iрп очевидно и  будет нашим искомым  максимально допустимым импульсным током Iимп.дин, соответствующим пиковой (кратковременной) мощности динамика:

Iрп=Iимп.дин.   А;

Даже с некоторым запасом. Рассчитаем этот ток:

0,05= 0,034Iпл+0,005    А;

Iпл=1,32    А;

Iрп=1/2Iпл    А;

Iрп=Iимп.дин=0,66  А

Таким образом, амплитудное значение максимально допустимого импульсного тока составит 0,66 А.

Площадь сечения  медного провода диаметром 0,05 мм. равна 0,0020 мм² (4).

Исходя из выбранной плотности тока 120 А/мм2 определяем амплитуду  рабочего  тока динамика. Примем этот ток за ток при паспортной (долговременной мощности) динамиков Iпасп.дин с обмоткой выполненной проводом 0,05 мм.

                                                    Iпасп.дин=120 х 0,0020=0,24 А.

Мощность, которую отдаёт усилитель мощности в нагрузку, рассчитывается по формуле (5):

                                               Рвых=ImUm/2=(Um)²/2Rн=(Im)²Rн/2

Где:

Рвых - выходная мощность усилителя, Вт;

Im - амплитуда тока в нагрузке усилителя, А;

Um - амплитуда напряжения на нагрузке усилителя, В;

Rн - номинальное сопротивление нагрузки усилителя (динамика) Ом;

Рассчитаем Рпасп. - паспортную (долговременную)  мощность:

Рпасп.=(Iпасп.дин)² Rн/2    Вт;

Рпасп.=(0,24)² х 150/2=4,32  Вт.

Пиковая мощность Рпик. составит                                                                                                                      Рпик.=(0,66)² х 150/2=32,7  Вт.

При неизменном выбранном диаметре провода 0,05 мм, и зная лишь  номинальное сопротивление сверхвысокоомного динамика, по этим формулам легко считаются его мощностные характеристики.

Получается, что мощность такого типа динамиков можно увеличить, повысив его сопротивление, притом прямо пропорционально. Что несколько неожиданно.

Например, если динамик будет иметь номинальное сопротивление уже 512 Ом то его паспортная (долговременная) мощность составит 14,7  Вт, а пиковая 111  Вт!

«Запас» по пиковой мощности, по сравнению с паспортной, значительный. По этим расчётам получается около 7,5 раз. Что свидетельствует о неплохой надёжности динамиков такого типа в реальных условиях эксплуатации. Что также довольно неожиданно, но радует.

Также могут быть рассчитаны соответствующие уровни напряжения, которое должен развивать на своём выходе усилитель.  В случае динамика 150 Ом эти цифры составят

Uпасп.= 36 В;   Uпик.= 66 В

Для динамика с номинальным сопротивлением 512 Ом:

Uпасп.= 122 В;   Uпик.= 337 В

Имеем вполне «ламповые» токи и напряжения в обоих случаях.

 24.12.2010                                                                                                          PSV

Использованная литература:

1.       Алдошина И. А. «Электродинамические громкоговорители». М. «Радио и связь» 1989 г, стр.79-80.

2.       Терещук Р. М. и др. «Справочник радиолюбителя. В двух частях». Киев, «Технiка» 1970 г.Часть 1, стр. 256-257.

3.       Коваль А. В. «Радиодетали, радиокомпоненты и их расчёт». М. «Советское радио». 1977 г. стр. 263.

4.       Терещук Р. М. и др. «Справочник радиолюбителя». Киев, «Наукова думка» 1982 г., стр. 10.

              5.      Сухов Н. Г. и др. "Техника высококачественного звуковоспроизведения" Киев, «Технiка»                      1985 г. стр. 97.