Правильный блок питания лампового усилителя

Особенности схемотехники блоков питания ламповых усилителей

Качественная работа ламповой аппаратуры высокой верности воспроизведения звука в значительной степени зависит от применяемого блока питания, который из сетевого напряжения формирует питающие напряжения, необходимые для функционирования отдельных элементов, каскадов и блоков лампового усилителя в пределах заданных параметров. При этом среди основных требований, предъявляемых к таким источникам, помимо формирования напряжений и токов необходимых величин, особое место занимает обеспечение соответствующей степени фильтрации питающих напряжений. Дело в том, что одной из основных причин появления фона в ламповых усилителей являются пульсации выпрямленного напряжения, питающего цепи анодов и экранных сеток ламп. Поэтому добиться уменьшения фона, возникающего из-за пульсаций напряжения, можно в первую очередь, усовершенствованием схемы и улучшением параметров источника питания.

Блоки питания ламповых УНЧ, как правило, формируют два вида напряжений. Это постоянные напряжения величиной от нескольких десятков до сотен вольт для питания цепей анодов и экранных сеток, а также постоянные или переменные напряжения от единиц до полутора десятков вольт для цепей накала. Поэтому работа по улучшению параметров блоков питания также ведется в двух направлениях, которые соответствуют указанным видам формируемых напряжений.

Источники питания цепей анода и экранных сеток

Для формирования постоянных напряжений, необходимых для питания анодных цепей и цепей экранных сеток ламп УНЧ, обычно применяются ламповые или полупроводниковые выпрямители. В зависимости от особенностей применяемых схемотехнических решений, выпрямительные элементы могут подключаться по одпополупериодной, двухполупериодной или мостовой схеме. Однако в высококачественных ламповых усилителях формирование питающих напряжений для цепей анодов и экранных сеток обеспечивается чаще всего двухполупериодными или мостовыми выпрямителями, что позволяет при неизменных данных фильтра получить значительно меньший коэффициент пульсаций, чем от однополупериодного выпрямителя. Принципиальные схемы простого лампового и полупроводникового двухполупериодного выпрямителя с искусственно созданной средней точкой приведены на рис. 1.

В данных схемах сетевое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Тр1 (выводы 1-2), а аноды двойного диода Л1 или полупроводниковых диодов D1 и D2 подключены к крайним выводам основной вторичной обмотки (выводы 3-5). Параметры трансформатора Тр1 обычно выбираются такими, чтобы значения переменных напряжений между выводами 3-4 и 4-5 находились в пределах 200-500 В. С катода лампы Л1 или с соединенных катодов полупроводниковых диодов D1 и D2 снимается выпрямленное положительное напряжение, а в качестве отрицательной шины используется вывод 4 от середины вторичной обмотки, который является искусственно созданной средней точкой. На конденсаторах C1, С2 и дросселе Др1, который может быть заменен резистором R1, собран фильтр. Необходимо отметить, что при замене дросселя резистором параметры этого резистора (сопротивление и мощность) следует выбирать с учетом тока, потребляемого усилителем, и напряжения, необходимого для питания анодных цепей ламп.

Напряжение накала для двойного диода Л1 выпрямителя (рис. 1, а) обычно формируется отдельной обмоткой трансформатора Тр1 (выводы 6-7), не связанной с обмоткой, с которой снимается напряжение накала Uн для остальных ламп усилителя (выводы 8-9). Дело в том, что на катоде лампы выпрямителя обычно присутствует высокое положительное напряжение, а у многих диодов катод соединен с нитью накала внутри баллона лампы. В схеме выпрямителя на полупроводниковых диодах (рис. 1, б) напряжение накала Uн для ламп усилителя также снимается с отдельной обмотки (выводы 6-7).

Главным достоинством рассмотренной схемы формирования напряжения анодного питания с помощью двойного выпрямительного диода косвенного накала (рис. 1, а) является постепенное возрастание уровня высокого напряжения до номинального значения по мере разогрева лампы. Процесс разогрева лампы выпрямителя по времени практически совпадает с разогревом остальных ламп усилителя, поэтому не возникает перегрузки конденсаторов фильтра при росте анодного напряжения. При использовании полупроводникового выпрямителя (рис. 1, б) постоянное напряжение на конденсаторы фильтра подается практически сразу после включения аппаратуры, что приводит к их перегрузке, поскольку номинальное потребление тока начинается только после разогрева ламп усилителя.

Необходимо отметить, что в двойных диодах с косвенным накалом при перегорании общей нити накала или хотя бы нити накала одного из диодов (в лампах с раздельным накалом) происходит весьма значительное увеличение фона переменного тока с одновременным падением выпрямленного напряжения.

Если в двухполупериодном выпрямителе применяется двойной диод с непосредственным накалом, то напряжение на первый конденсатор сглаживающего фильтра следует снимать со средней точки обмотки накала кенотрона или с искусственно созданной средней точки. Принципиальные схемы выпрямителей на двойном диоде с непосредственным накалом приведены на рис. 2.

В схеме выпрямителя с искусственно созданной средней точкой (рис. 2, б) резисторы R1 и R2 помимо функции формирования средней точки одновременно обеспечивают снижение импульсов тока при включении блока питания, что способствует увеличению срока службы кенотрона. В обеих схемах напряжение накала Uн для ламп усилителя также снимается с отдельной обмотки (выводы 9-10 на рис. 2, а и выводы 8-9 на рис. 2, б).

На практике в радиолюбительских конструкциях в качестве источника анодного питания ламповых УНЧ обычно используются простые мостовые выпрямители с фильтрами. Принципиальная схема одного из вариантов такого выпрямителя приведена на рис. 3. В данной схеме напряжение питания для цепей анодов и экранных сеток ламп выходных каскадов (Uа1) снимается с точки соединения конденсаторов С1 и С2. В то же время напряжение Uа2, необходимое для питания анодных цепей ламп входных каскадов, дополнительно сглаживается специальным фильтром.

Источники питания цепей накала

Не следует забывать о том, что провода, используемые для подачи переменного напряжения к нитям накала ламп, часто оказываются источником наводок, приводящих к появлению фона переменного тока. Поэтому для ослабления влияния наводок рекомендуется использовать несколько способов. Так, например, самым простым решением является применение так называемых электрически симметричных цепей питания накала, которые образуются путем заземления средней точки обмотки накала относительно шасси или же созданием искусственной средней точки с помощью потенциометра. Упрощенные принципиальные схемы электрически симметричных цепей питания накала приведены на рис. 4, б и 4, в.

Читайте также:  Шамотный кирпич марка вес

В схеме, приведенной на рис. 4, в, потенциометр R1 должен быть рассчитан на мощность не менее 1 Вт и иметь сопротивление в несколько сотен Ом, например от 100 до 680 Ом.

Необходимо отметить, что в некоторых случаях при использовании схемы с искусственной средней точкой (рис. 4, в) для накала ламп входных каскадов движок симметрирующего потенциометра не подключается к корпусу. На него подается небольшой положительный потенциал в несколько десятков вольт, который формируется специальным делителем из постоянного напряжения питания анодных цепей (рис. 5, а). Так, например, для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 20-30 В. Постоянное напряжение в несколько десятков вольт может подаваться и непосредственно на среднюю точку накальной обмотки силового трансформатора (рис. 5, б). Для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 50 В.

В ламповых усилителях аппаратуры высокой верности воспроизведения звука, если для снижения уровня фона рассмотренных мер недостаточно, накал ламп входных каскадов следует питать напряжением постоянного тока, которое формируется отдельным источником. Принципиальные схемы таких источников питания, основу которых составляет двухполупериодный или мостовой выпрямитель, приведены на рис. 6. Необходимо отметить, что схему, изображенную на рис. 6, а, рекомендуется применять для ламп с током накала меньше 300 мА. Для ламп с током накала 0,3 А и выше желательно использовать схему, приведенную на рис. 6, в. При этом обмотка накала должна быть рассчитана на напряжение, вдвое большее, чем номинальное напряжение накала соответствующей лампы. Так, например, для ламп с напряжением накала 6,3 В обмотка накала силового трансформатора должна обеспечивать напряжение 12,6 В.

Дополнительную защиту от возникновения наводок с одновременным снижением фона, вызванного пульсациями питающего напряжения, обеспечивают стабилизированные источники питания, формирующие напряжения для цепей накала ламп УНЧ. Принципиальная схема одного из вариантов такого источника, выполненного на интегральной микросхеме, приведена на рис. 7.

Источник

Стабилизированный источник питания для лампового усилителя

После публикации статьи Владимира Стародубцева «Линия Прибоя» (июль 2002) редакция получила много писем с просьбой рассказать о стабилизированном источнике питания, который применяется в последних версиях усилителей «Мустанг» и «Обертон». Описываемая ниже конструкция выполнена в виде самостоятельного блока и может обеспечить питанием любую схему, потребляющую по анодной цепи до 250 — 265 Вт.

Источник питания (ИП) является обязательной частью любой радиоэлектронной аппаратуры. Его качество, т.е. надёжность, экономичность, эксплуатационные свойства — в значительной мере определяет технические показатели всего аппарата. Постоянное повышение требований к техническим характеристикам усилительных устройств приводит к тому, что и к вторичным ИП предъявляются всё более жёсткие требования.

Анализ большинства серийных ламповых усилителей показывает, что ИП в них построен по традиционной схеме: сетевой трансформатор, выпрямитель (на диодах или кенотронах) и сглаживающий фильтр с конденсаторами, резисторами и дросселями). Напряжение такого ИП обычно нестабильно, из-за чего меняются режимы работы усилителя. При этом выходная мощность падает, а нелинейные искажения, наоборот, растут.

Сейчас очень популярны однотактники на прямонакальных триодах — 6С4С, 2А3, 300В и ГМ-70. Как правило, их выходная мощность невелика — от 3,5 до 25 Вт, и многие разработчики поддаются соблазну построить ИП по упрощенной схеме с П-фильтром. А между тем, звучание этих усилителей, как никаких других, зависит от качества питающего их источника. Более того, некоторые недостатки, считающиеся неотъемлемым атрибутом однотактных выходных каскадов и ограничивающие их распространение, — слабая динамика в нижнем диапазоне и плохо артикулированный бас — в 90 случаях из 100 являются следствием неправильной организации питания.

Многие пытаются решить проблему, наращивая ёмкость конденсаторов фильтра и увеличивая габариты выходного трансформатора. Это дает некоторый выигрыш в звучании, но главные проблемы остаются. И потом, до какой степени стоит наращивать ёмкости в блоке питания? Раньше в ходу был параметр «энергоёмкость ИП», выраженный в джоулях на ватт выходной мощности. Энергия, запасенная в конденсаторах фильтра, рассчитывается по формуле:

А = 1/2 * U 2 * C,

где А — в джоулях; U — в вольтах; С — в фарадах.

Если же А поделить на Pвых., то получим величину, характеризующую энергетические показатели усилителя. У серийных зарубежных усилителей эта величина находится в пределах 1,5 — 2,5 Дж/Вт. Много это или мало? Сказать трудно, хотя и позволяет в какой-то мере судить об энерговооруженности аппарата.

Нашему КБ тоже пришлось столкнуться с такой проблемой. Несколько лет назад мы получили заказ на разработку однотактного лампового усилителя с выходной мощностью не менее 30 — 35 Вт. Требования были сформулированы так: аппарат должен иметь динамику двухтактного, бас — как у транзисторного, а эмоциональность и музыкальность — как у однотактника. Ничего себе задачка? Не стану подробно описывать все муки творчества, скажу только, что в конце концов был выбран однотактный выходной каскад на двух 6С33С-В, запараллеленных через магнитный поток выходного трансформатора, причем с нагрузкой в цепи катода.

Когда мы сделали макет, выяснилось, что на номинальной мощности при изменении частоты сигнала от 400 до 40 Гц анодное напряжение падало с 200 до 160 В. Источник, несмотря на солидный запас мощности, не держал. Прослушивание музыки, богатой НЧ-составляющими, подтвердило результаты стендовых измерений: бас прорабатывался вяло.

Читайте также:  Подготовка к гастроскопии желудка диета

Пришлось взяться за стабилизированный ИП, и чтобы не нарушать чистоту ламповой концепции, в качестве проходной выбрали лампу 6С33С-В. Которая, кстати, изначально и разрабатывалась для этих целей, поэтому наряду с большой токоотдачей имеет очень низкое внутреннее сопротивление. Но прежде чем перейти к описанию конструкции, рассмотрим общие принципы построения стабилизаторов напряжения.

Чаще всего применяются параметрические и компенсационные, причем последние бывают последовательные и параллельные (об этом уже успел рассказать Андрей Маркитанов, поэтому опустим подробности. — Прим. ред.). Параметрические — наиболее простые, они строятся на газоразрядных или кремниевых стабилитронах. Номенклатура последних довольно широка, что позволяет строить стабилизаторы с выходным напряжением от единиц до сотен вольт. Но любая простая схема далека от совершенства. В параметрическом стабилизаторе ток через нагрузку всегда должен быть меньше, чем через сам стабилитрон, поэтому к.п.д. таких стабилизаторов низок, и они уместны лишь при малой мощности потребителя.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа обладают хорошим к.п.д., высоким коэффициентом стабилизации и малым выходным сопротивлением. Поэтому они и получили столь широкое распространение. Однако и у них есть недостатки — низкая надёжность при перегрузках и коротком замыкании в нагрузке. Это особенно опасно в транзисторных схемах, поэтому приходится вводить в них сложные системы защиты с токовыми датчиками. Неоспоримое достоинство параллельных стабилизаторов — нечувствительность к форс-мажорным ситуациям. При к.з. в нагрузке напряжение на регулирующем элементе и ток, протекающий через него, резко уменьшаются, и никаких фатальных последствий не бывает. Но у параллельных стабилизаторов такие важные параметры, как к.п.д. и выходное сопротивление, оставляют желать лучшего. Стабилизирующие же качества обоих типов примерно одинаковы.

Поэтому наш выбор пал на последовательный стабилизатор, ведь лампы менее чувствительны к перегрузкам и к.з. Да и схема получается простой и надежной.

Упрощенно принцип ее работы показан на рис. 1.

РЭ — регулирующий элемент;

И — измерительный элемент;

ЭС — элемент сравнения;

Uo — опорный элемент;

УПТ — уcилитель постоянного тока;

По сути, это управляемый делитель напряжения, в верхнем плече которого включён регулирующий элемент РЭ, а в нижнем — нагрузка Rн. У такого стабилизатора входной ток Iвх примерно равен току нагрузки Iн, и как следствие — высокий к.п.д. и малое потребление в режиме х.х. (при Iн = 0). Работает он следующим образом. При увеличении Uвх или уменьшении Iн, напряжение Uвых повышается, в результате чего напряжение на выходе измерительного элемента И превысит опорное Uо. В этом случае на выходе элемента сравнения ЭС будет напряжение Uc = UнКд-Uо (где Кд — коэффициент деления выходного напряжения измерительным элементом). Это напряжение повышается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на регулирующий элемент РЭ. Под действием управляющего напряжения Uу падение напряжения на РЭ будет увеличиваться, а на выходе стабилизатора — уменьшаться. Этим обеспечивается обратное слежение (тот самый случай, когда без ООС не обойтись). В установившемся режиме выходное напряжение стабилизатора сохраняется практически постоянным. Его нестабильность при воздействии дестабилизирующих факторов будет тем меньше, чем больше коэффициент усиления УПТ.

Итак, конкретный пример (рис. 2).

Как видите, нам пришлось стабилизировать не только анодное напряжение выходных ламп, но также драйвера и сеточных цепей. Это из-за того, что «просадка» источника сказывалась и на питании каскадов предварительного усиления, правда, в меньшей степени — отклонения от номинального значения были примерно 20 — 25%. Поскольку потребляемый ток здесь невелик, мы применили параметрический стабилизатор.

Описываемым ИП комплектуются усилители с выходной мощностью до 16 Вт в каждом канале. При необходимости напряжения на выходе можно изменить, устанавливая газовые стабилитроны с большим или меньшим напряжением стабилизации.

Детали и конструкция

Мы старались использовать по возможности широко распространённые и недорогие радиоэлементы — резисторы типа МЛТ, пленочные конденсаторы К73-17 и т.д. А вот электролитические конденсаторы желательно приобрести импортные, поскольку применение отечественных значительно увеличит габариты блока. Хотя на качестве и надежности источника это не скажется.

Лампы тоже не дефицитны — 6С33С-В, 6С19П, 6Н2П, СГ1П, СГ2П (СГ15-2). Можно применить стабилитроны и октальной серии, они красиво горят, но занимают больше места. Выпрямители построены на высокочастотных диодах 2Д213А, хотя можно использовать и «быстрые» импортные на соответствующие токи и напряжения. От кенотронов мы отказались из-за того, что они в данной конструкции усилителя ухудшали динамику.

Трансформаторы — основа любого ИП, и на них хочу остановиться более подробно. Дело в том, что при питании выходных каскадов, работающих в классе А, потребление энергии происходит постоянно и ток почти не зависит от амплитуды выходного сигнала. При этом сетевые трансформаторы всегда работают с полной нагрузкой. А так как к.п.д. усилителя класса А довольно низок, в лучшем случае это где-то 25%, а то и меньше, то потери в ИП довольно велики. Как правило, все они превращаются в тепло, и его необходимо отводить, иначе блок станет перегреваться, со всеми вытекающими неприятностями. Практика конструирования усилителей подобного рода в нашем КБ показала, что для надёжной работы без перегрева и гудения необходим 3 — 4-кратный запас габаритной мощности сетевого трансформатора по отношению к потребляемой. То есть, если ваш усилитель потребляет 100 Вт, выбирайте 300 — 400-ваттное железо, не ошибётесь.

В нашем же случае речь идёт о потреблении порядка 250 — 265 Вт, так что мощность сетевого трансформатора желательно иметь порядка 800 — 900 Вт. Из конструктивных соображений мы изготовили два трансформатора по 440 Вт и распределили нагрузку на них по возможности равномерно. В соответствии с вышеизложенными рекомендациями потребление от каждого из них составляет 120 — 130 Вт.

Обратите внимание, что напряжения на выводах трансформаторов указаны в режиме холостого хода.

Конструкция

Источник питания собран на каркасе размером 260 х 150 х 370 мм (Ш х В х Г), выполненном из алюминиевых уголков 15 х 15. На нем установлены трансформаторы и дроссели, а также плата стабилизатора. Снизу к каркасу прикреплены четыре опорные ножки и поддон. Лицевая панель выполнена из алюминия толщиной 5 — 8 мм, на ней находятся сетевой переключатель и индикатор включения. На задней стенке (алюминий толщиной 2 мм) установлен сетевой ввод, предохранитель, а также разъём, соединяющий источник питания с усилителем. Последний может быть любым, но учтите, что по цепям накала лампа 6С33С (а у нас их в усилителе две) потребляет 6,6 А, так что хотя бы пара контактов должна быть рассчитана на большой ток. Соединение с усилителем выполнено гибким жгутом длинной 0,5 — 0,75 м из провода типа МГТФ-0,35. В накальные линии необходимо заложить провод сечением не менее 5 мм2. Сверху каркас закрыт перфорированным кожухом.

1800

Технические данные трансформаторов и дросселей
Т1 — анодный.
Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В.
Обмотка Uхх витков провод, тип, диаметр
W1 220 880 (2 х 440) ПЭВ-2-0,71
W2 280 1120 (2 х 560) ПЭВ-2-0,56
Т2 — накально-анодный.
Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В
W1 220 880 (2 х 440) ПЭВ-2-0,71
W2 330 1320 (2 х 660) ПЭВ-2-0,4
W3 125 500 (2 х 250) ПЭВ-2-0,2
W4 6,5 26 (2 х 13) ПЭВ-2-2,49 отвод от середины
W5 6,5 26 (2 х 13) ПЭВ-2-1,8
W6 6,5 26 (2 х 13) ПЭВ-2-0,85 отвод от середины
D1 Сердечник ШЛ 16 х 20 х 50.
W ПЭВ-2-0,45 мм, мотать в навал до заполнения каркаса
D2 Cердечник Ш15 х 20 х 30 ПЭВ-2-0,2 мм, мотать в навал до заполнения каркаса

Регулировка блока питания

Сначала невредно убедиться, что все обмотки двухкатушечных трансформаторов скоммутированы правильно и на их выводах присутствуют именно те напряжения, на которые вы рассчитывали. Затем подключаем стабилизаторы и вольтметром проверяем поочерёдно режимы каждого звена. В отличие от параллельных стабилизаторов последовательные можно включать без нагрузки, что мы и делаем. После 5 — 10-минутного прогрева устанавливаем подстроечными резисторами RT1 и RT2 выходные напряжения +210 и +350 В соответственно. Запас по регулированию должен быть примерно 20% в обе стороны. Затем подключаем эквивалент нагрузки. Для мощного каскада это может быть обычная лампа накаливания 100 Вт на 220 В, а для драйверного звена — резистор типа ПЭВ-50 сопротивлением 3500 Ом. Под нагрузкой напряжение не должно просаживаться более чем на 0,5 — 1 В. Погоняйте блок в таком режиме несколько часов, и если в схеме ничего не дымит и не перегревается, работу можно считать законченной.

Эмоциональный эффект примерно тот же, что при сравнении усилителей с ООС и без неё. Слушать аппарат с нестабилизированным источником питания уже не хочется.

Январь 2003, г. Таганрог

Литература: [1]. Назаров С.В. «Транзисторные стабилизаторы напряжения». М., Энергия 1980 г.

[2]. Белопольский И.И., Тихонов В.И. «Транзисторные стабилизаторы на повышенные и высокие напряжения». М., Энергия 1971 г.

[3]. Ложников А.П., Сонин Е.К. «Каскодные усилители». М., Энергия 1969 г.

Источник

Блок питания для ламповых, усилителя мощности и винил корректора

В блоках питания современных ламповых усилителей, часто применяют двухполупериодную схему со средней точкой обмотки трансформатора, выпрямители на кенотронах и фильтры с дросселями. Кроме ретро вида, такая схема построения оправдывается несколькими достоинствами, которые, тем не менее, экономнее и проще реализовать их на современной элементной базе. К преимуществам, можно причислить некоторые, свойственные вакуумным приборам особенности из за чего в выпрямителе не возникает помеха при переключении диодов в выпрямительном мосте. При применении классического диодного моста, от такой помехи, можно избавиться шунтированием каждого диода небольшим конденсатором емкостью около 100 нФ, на соответствующее напряжение и применением «быстрых» диодов.

Итак. Что понадобилось для работы.

Кроме радиоэлементов и установочных деталей, понадобилась фанера 15мм для корпуса, фанера тонкая, 6мм для передней панели. ЛКМ, шлифовальная шкурка, ветошь хлопчатобумажная. Фольгированный стеклотекстолит для печатных плат, проволока медная луженная и провод монтажный различного сечения для монтажа. Термотрубка. Припой безсвинцовый, флюс, спирто-бензиновая смесь, химикаты для травления. Стяжки капроновые различной длины, герметик акриловый. Площадки капроновые для крепления стяжек. Радиаторы алюминиевые игольчатые, уголки перфорированные крепежные. Термопаста, прокладки слюдяные. Крепеж разный. Термоклей. Скотч малярный, бумага с липким слоем для печати на принтере.

Выпрямитель-стабилизатор анодного напряжения, использовались в обоих усилителях, только настроенные на разные напряжения. Здесь, количеством и рабочим напряжением стабилитронов, устанавливают выходное напряжение стабилизатора. Транзистор Т1 – практически любой высоковольтный соответствующей структуры, диоды шунтировать пленочными или керамическими емкостями на 100…150нФ, 630В

Аналогичным образом был смонтирован стабилизатор усилителя мощности на Г-807.

Соединение блока питания с усилителями выполнено толстым многожильным кабелем. Большое количество жил, позволило формовать необходимые группы в зависимости от пропускаемого тока и назначения кабеля.

В процессе монтажа, такого рода, непременно нужно применять, хотя бы технологическую маркировку, это очень облегчает жизнь.

Передняя панель блока была выпилена из тонкой фанеры, после лакирования, на нее наклеиваются вычерченные в Автокаде и распечатанные на принтере блоки с поясняющими надписями. Для защиты надписей, наклейки также покрыты слоем лака. В соответствующих местах, высверлены отверстия для установки тумблеров, неоновых лампочек индикации и колодки предохранителя. Параллельно колодке, также установлена неоновая лампочка, индицирующая перегорание предохранителя.

Источник

Интересные факты и лайфхаки