Источники питания для ламповой High-End аудио аппаратуры

Евгений Карпов
Next Power Corporation,

Введение

Источник питания усилителя, которому в многочисленных публикациях, описывающих конструкции ламповых усилителей, часто посвящается три слова “особенностей не имеет”, может оказывать существенное влияние на качество звука. Можно выделить четыре основных фактора, объясняющих это влияние при неудачной конструкции источника:

1. Источник питания может способствовать проникновению в питаемое устройство помех из сети и возникновению сетевой мультипликативной помехи.
2. Элементы источника питания сами могут генерировать помехи в очень широком диапазоне частот (от звукового диапазона до радио частот).
3. Через нелинейные элементы источника питания протекают сигнальные токи.
4. В нестабилизированных источниках изменение нагрузки может приводить к значительным колебаниям выходного напряжения, приводящих к нарушению работы усилительных каскадов.

Перечисленные выше причины не являются новостью и давно известны (как и методы их устранения) проектировщикам высокочувствительной и измерительной аппаратуры, но часто не учитываются при проектировании источников питания для аудио аппаратуры.

В High-End аудио технике мелочей не бывает. Поэтому в данной статье я хочу напомнить вам об этой проблеме и попытаюсь показать механизм возникновения искажений и помех, обусловленных источником питания, и методы их уменьшения.

Некоторые рекомендации, приведенные ниже, целиком справедливы и для транзисторных устройств, хотя основное внимание будет уделено ламповым схемам. Рассматривать источник питания мы будем по направлению распространения мощности – начнем силовым трансформатором и закончим выходным фильтром.

Силовой трансформатор

Электромагнитные режимы трансформатора

Силовой трансформатор является основным источником магнитных помех и акустического шума. Как магнитные помехи, так и акустический шум существенно зависят от выбора электромагнитного режима работы трансформатора. Одним из важных факторов при проектировании трансформатора является выбор величины магнитной индукции в сердечнике. Существует два подхода выбора величины магнитной индукции. Для трансформаторов достаточно большой мощности (начиная с 200 Ватт и выше, в зависимости от используемого материала и частоты) основным критерием являются тепловые режимы. Для трансформаторов малой мощности (до~ 1КВт с рабочей частотой 50 ÷ 60 Hz) основным ограничением является начало насыщения сердечника. Как раз трансформаторы такого типа и используются для интересующих нас источников питания.

Естественно, производители трансформаторов стремятся максимально использовать возможности магнитного материала выбором высоких значений индукции, что позволяет снизить массу, габариты и, конечно, стоимость. Такие же рекомендации приводятся в руководствах по расчету силовых трансформаторов, например, для широко используемой кремниевой стали 3412 рекомендуют индукцию 1.55 ÷ 1.65 Т (мощность трансформатора 20 ÷ 250 Вт) [1]—>

Для выяснения влияния выбранного значения индукции B на работу трансформатора целесообразно рассмотреть режим холостого хода (подключение нагрузки не изменяет характер электромагнитных процессов, ситуация может только ухудшиться).

При подключении первичной обмотки трансформатора к переменному напряжению в ней начнет протекать ток, создающий в сердечнике электромагнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции наведет в обмотке напряжение самоиндукции E₁.

(1),

где Φ — магнитный поток, — число витков в обмотке.

Выражение 1 можно записать в другом виде:

(2),

где S – активная площадь сечения сердечника.

Если напряжение сети синусоидально, то и индукция должна изменяться по синусоидальному закону. Возникшее в обмотке напряжение E₁ компенсирует приложенное напряжение сети, реактивный ток намагничивания — I_x в обмотке определится величиной потерь, возникающих при создании магнитного потока (или индукции) и будет сдвинут по фазе относительно приложенного напряжения на 90°.

Для понимания происходящих процессов необходимо записать еще две формулы.

Величина магнитной индукции зависит от напряженности магнитного поля следующим образом:

(3),

где µ — относительная магнитная проницаемость материала, µ₀ — магнитная константа (магнитная проницаемость вакуума), H — напряженность магнитного поля.

Ток намагничивания I_x зависит от напряженности магнитного поля:

(4),

где l– средняя длина магнитной силовой линии сердечника.

Как известно, для ферромагнитных материалов зависимость индукции

B от напряженности поля H имеет нелинейный характер, для упомянутой выше стали 3412 модель кривой намагничивания имеет вид:

Рисунок 1

Из кривой намагничивания видно, что величина не является постоянной и зависит от значения B и H. Величина µ в точке А достаточно велика (400 ÷500), на участке А

– В кривой намагничивания величина µ резко падает, и точку В можно считать началом насыщения сердечника, участок В – С соответствует глубокому насыщению сердечника, где значение µ не превышает нескольких единиц. Следовательно, за счет уменьшения величины µ при больших значениях индукции в сердечнике, в соответствии с формулой 3, будет возрастать напряженность магнитного поля H(сердечник близок к насыщению и индукция в нем изменяется весьма мало). Это, в соответствии с формулой 4, приведет к всплескам потребляемого от сети реактивного тока намагничивания. Соответственно, это приведет к повышенному уровню наводок на близлежащие проводники и элементы (ток намагничивания сердечника существенно нелинеен и обладает довольно широким спектром), а также к повышенному уровню акустических шумов, так как механические силы, воздействующие на обмотки и пластины сердечника, возрастают с увеличением индукции и тока.

Еще одним отрицательным фактором выбора индукции, близкой к предельной, является повышенная величина поля рассеяния трансформатора. Значение относительной магнитной проницаемости материала —µ отражает его способность концентрировать в себе магнитное поле. При сильных полях величина

µ падает, и значительная часть магнитных силовых линий начинает замыкаться не через сердечник, а по воздуху.

Особенно опасно выбирать рабочие значения индукции в сердечнике близко к резкому изгибу кривой намагничивания. Незначительное повышение напряжения питания или незначительная асимметрия выпрямителя и обмоток приведет (асимметрия выпрямителя и обмоток приводит к появлению постоянной составляющей в токах и перемагничиванию сердечника по смещенной, частной петле намагничивания) к существенному изменению режима трансформатора. Поэтому использование рекомендованного значения индукции 1.55 ÷ 1.65 Т может приводить к нежелательным эффектам, описанным выше. На рисунке 2 показано, как изменится ток намагничивания трансформатора мощностью 180 Ватт с сердечником из стали 3412 при повышении напряжения питания на 10%, а на рисунке 3 — его спектр при повышенном напряжении.

Рисунок 2

Рисунок 3

Уменьшение величины максимальной индукции в сердечнике, конечно, приводит к увеличению габаритов трансформатора, увеличению потерь в меди и повышению стоимости, но позволяет существенно уменьшить уровень акустических шумов и электромагнитных помех, что для высококачественной аудио аппаратуры является главным.

Особенности конструкции трансформатора

Силовой трансформатор является мостом, соединяющим сеть с усилительным устройством, и через него передается не только поток полезной мощности, но и помехи. Наша задача обеспечить передачу полезной мощности с минимальными потерями и преградить путь помехам. Для увеличения передаваемой полезной мощности необходимо снижать индуктивности рассеяния, а для уменьшения уровня проникающих помех необходимо уменьшать проходную емкость трансформатора (более подробно со способами реализации этих требований можно ознакомится в книге Г.С. Цыкина Трансформаторы низкой частоты).

Наличие в трансформаторе электростатического экрана (экран должен быть заземлен в своей средней точке) между первичной Lp и вторичной Ls обмотками частично решает этот вопрос.

Рисунок 4

Рисунок 5

Из рисунка 4 понятно, что паразитная проходная емкость уменьшится за счет разбиения ее на две последовательно соединенные емкости, токи помех будут замыкаться через экран на корпус устройства. Однако, на высоких частотах за счет увеличения импеданса заземления L эффективность экрана будет падать. Вы можете спросить, какое нам дело до высоких частот?

Дело в том, что это приводит к возникновению мультипликативной помехи, вызывающей повышение уровня фона, который невозможно подавить фильтрацией напряжений питания или экранированием входных каскадов усилителя, также эта помеха может нарушить работоспособность других устройств, подключенных к усилителю. Особенно сильно эта помеха может повлиять на тьюнер.

Кратко, механизм возникновения помехи объясняется следующим эффектом.

Время проводимости диодов при работе на фильтр, начинающийся с емкости, равна приблизительно трети полупериода сетевого напряжения. Значит, корпус усилителя с удвоенной частотой сетевого напряжения будет подключаться через проходную емкость трансформатора к сетевым проводам. Кроме того, в разных полупериодах величина этой емкости будет различна, потому что С1+С2  С1’+C2’, и в стандартных силовых трансформаторах меры для симметрирования паразитных емкостей, как правило, не применяются.

Если теперь рассмотреть входные цепи усилителя с подключенными соединительными проводами, как антенну, то становится понятно, что эффективность этой антенны будет изменяться синхронно с работой выпрямителя. Это приводит к перемножению спектров паразитного высокочастотного сигнала со спектром пульсирующего выпрямленного напряжения, которое, детектируясь на малых нелинейностях входных цепей, вызывает появление фона.

Существует простой способ устранения такой помехи, который я опишу ниже, но кардинальным решением будет использование выпрямителя со средней точкой (рисунок 5). Такая схема при правильной конструкции трансформатора, то есть если обеспечена симметрия обмоток по активному сопротивлению (это важно для симметричного перемагничивания сердечника) и паразитным емкостям, обеспечивает отличное подавление синфазных сетевых помех и постоянную величину паразитной емкости между корпусом устройства и сетевыми проводами.

Я считаю, что для High-End аудио аппаратуры целесообразно обмотки накала также выполнять симметричными с отводом от средней точки, тем более что при использовании ламп прямого накала это обязательное требование.

 

Выпрямитель

Схема выпрямителя

Как было показано выше, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой (рисунок 5) по своим качествам больше подходит для аудио аппаратуры. Есть у него еще одно преимущество перед схемой Герца (рисунок 4), особенно ощутимое при использовании вакуумных диодов (кенотронов). Если учесть, что на вакуумном диоде падает 50 ÷ 60 вольт, против 1 ÷ 2 вольт на твердотельном диоде, наличие в цепи выпрямленного тока только одного диода, а не двух последовательно включенных диодов, как в схеме Герца, дает ощутимое преимущество в КПД.

При выборе типа выпрямителя не следует забывать, что двухполупериодный выпрямитель имеет и ряд недостатков перед схемой Герца. Это повышенное обратное напряжение на диоде и увеличенная габаритная мощность трансформатора. Более подробно с расчетом выпрямителей можно ознакомится, например, в [1], [8].

Если применение мостового выпрямителя совершенно необходимо для устранения мультипликативной помехи, в выпрямитель следует добавить две дополнительные емкости Сb (рисунок 6). При этом диоды не будут коммутировать паразитные емкости трансформатора, и условия для возникновения мультипликативной помехи исчезнут. Аналогичного эффекта можно достигнуть, зашунтировав диоды выпрямителя емкостями, тем более что шунтирующие емкости необходимы для устранения еще одного отрицательного эффекта, о котором я скажу ниже. Для высоковольтных выпрямителей достаточна величина Cb порядка несколько тысяч пикофарад, для низковольтных выпрямителей на большие токи требуется емкость в единицы микрофарад.

Рисунок 6

Выпрямительные диоды

В настоящее время, в качестве выпрямительных диодов используют твердотельные устройства, они характеризуются малыми габаритами, малым падением напряжения и высокой надежностью. Но во многих публикациях отмечалось, что усилитель, снабженный выпрямителем на твердотельных диодах, звучит хуже, чем этот же усилитель с выпрямителем на вакуумных диодах.

Одной из причин этого является возникновение высокочастотных колебаний с широким спектром во время процесса запирания диода при смене на нем полярности приложенного напряжения.

Упрощенно, не углубляясь в физику работы полупроводникового диода (процессы коммутации диодом тока весьма сложны), механизм возникновения помех объясняется протеканием через диод обратного тока и резким его прерыванием в момент запирания.

На рисунке 7 показана временная диаграмма тока, текущего через диод при его запирании.

При протекании через диод прямого тока (диод открыт) в области базы происходит накопление избыточных зарядов. По мере уменьшения разности потенциалов на выводах диода ток через него уменьшается и в точке А становится равным нулю. Но диод еще не заперся, и при смене полярности на его электродах через диод будет протекать реверсный ток, рассасывающий избыточный заряд в области базы, падение напряжения на диоде приблизительно равно прямому падению. Когда базовый заряд станет равным нулю, прямое напряжение на диоде резко изменяется на обратное. Этот момент запирания диода соответствует точке В на диаграмме. Как видно из диаграммы, процесс установления обратного сопротивления происходит очень быстро (~0.3 µS) и сопровождается прерыванием тока, что и вызывает возникновение паразитных колебаний.

Рисунок 7	Рисунок 8

Амплитуда реверсного тока существенно зависит от избыточного заряда базы, который, в свою очередь, зависит от величины прямого тока через диод и конструктивных параметров диода, связанных с площадью кристалла [2]. Поэтому, часто встречающаяся в литературе [3] рекомендация использовать для выпрямителя мощные низкочастотные диоды совершенно справедлива и позволяет уменьшить паразитные колебания. Это происходит за счет снижения избыточного заряда базы, то есть снижения амплитуды реверсного тока и более медленного процесса восстановления обратного сопротивления. Однако, используя мощные, низкочастотные полупроводниковые диоды следует учитывать, что они имеют очень большую барьерную емкость, которая может, как уменьшить величину паразитных колебаний, так и привести к их возрастанию. Характер ее влияния зависит как от режима работы диода, так и от цепей, к которым он подключен.

Существует еще один способ демпфирования паразитных колебаний, очень часто использующийся в импульсных преобразователях. Это шунтирование диода демпфирующей RC цепью (рисунок 8), обеспечивающей подавление паразитных колебаний и их быстрое затухание. Точный расчет значений R и C довольно сложен, величина C, лежит в пределах 100 ÷ 10000 pF, R – 10 ÷ 100 Ом. Чем меньше величина выпрямленного напряжения, тем больше величина C и меньше R.

Для источников питания ламповых усилителей средней мощности в качестве выпрямительных диодов целесообразно использовать вакуумные диоды.

Их основным преимуществом является отсутствие эффекта протекания реверсного тока [4], что обеспечивает полное отсутствие паразитных колебаний в моменты коммутации тока. Высокое динамическое сопротивление вакуумного диода, которое часто определяется как его недостаток, в нашем случае, становится достоинством, так как эффективно демпфирует импульсы тока, потребляемого емкостным фильтром. Возможно, именно различием динамических сопротивлений можно объяснить некоторое различие в звучании усилителя с разными типами вакуумных диодов.

Если Вы используете твердотельные диоды, то при небольших выпрямленных токах и высоких напряжениях целесообразно включить последовательно с каждым из них активное сопротивление величиной 30 ÷ 100 Ом. Это не только уменьшит амплитуду импульса потребляемого тока, но и существенно улучшит режим коммутации диода, естественно ценой этому будет снижение КПД.

Еще одним достоинством вакуумного диода является очень маленькая (4 ÷ 6 pF) и практически независимая от обратного напряжения проходная емкость.

Также немаловажным фактором является плавное нарастание анодного напряжения при включении схемы.

Недавно появившиеся высоковольтные диоды на основе карбида кремния [5] обладают временем восстановления обратного сопротивления равным нулю, и по этому параметру сравнялись с вакуумными диодами. Возможно, это поставит точку в затянувшемся споре, какой тип лучше использовать в высоковольтных выпрямителях аудио аппаратуры, но пока нет какой- либо информации об использовании этого типа диодов в аудио аппаратуре и влиянии их на качество звука.

Выходной фильтр

Схема фильтра

В источниках питания аудио аппаратуры используется два типа фильтров: Π — фильтр, начинающийся с емкости (рисунок 9) и L – фильтр, начинающийся с индуктивности (рисунок 10).

Рисунок 9	Рисунок 10

Наиболее часто используют Π — фильтр, это объясняется следующими причинами:

Во-первых, необходимое напряжение Us на вторичных обмотках трансформатора при заданном выходном напряжении Uo, как правило получается меньше (это справедливо при значении Uo ~ 300 ÷ 400 V и токах нагрузки Io~ 50 ÷ 300 mA). Во-вторых, фильтрующие свойства Π — фильтра лучше и необходимые значения элементов при заданном коэффициенте пульсаций будут меньше. В третьих, перенапряжения, возникающие на элементах фильтра при включении питания и скачках нагрузки меньше. Но у него есть существенный недостаток – импульсный характер потребления тока от выпрямителя. Импульсы тока имеют значительную амплитуду, превышающую выпрямленный ток в несколько раз, и широкий спектр.

Рисунок 11

Рисунок 12

На рисунках 11 и 12 показана форма потребляемого тока и, соответственно, спектр тока полуобмотки трансформатора для обоих типов фильтров при одинаковых выходных параметрах.

Из приведенных графиков видно, что использование L – фильтра, с позиций получения минимального уровня помех генерируемых источником питания, является предпочтительным. Но использование L – фильтра может потребовать дополнительных мер по стабилизации выходного напряжения, что приведет к повышению стоимости источника питания. Для усилителей, работающих в классе “А”, для которых характерны незначительные изменения потребляемого тока, будет достаточным дополнительная фиксированная нагрузка на выпрямитель (15 ÷ 20% от потребляемой мощности). Двухтактные усилители, работающие в классе “АВ” и потребляющие существенно изменяющийся ток, потребуют использования электронного стабилизатора выходного напряжения. Причем стабилизатор должен быть выполнен по параллельной схеме, что обеспечит отсутствие реакции фильтра на скачки потребляемого тока.

Использование выходного стабилизатора желательно для любого типа фильтра и для любых режимов работы выходного каскада. Если Вы себе можете это позволить, то используйте стабилизированный источник питания.

Выбор параметров фильтра

Выходной фильтр источника питания аудио усилителя должен удовлетворять четырем основным требованиям:

1. Должен обеспечиваться заданный коэффициент сглаживания выходного напряжения для получения заданного коэффициента пульсаций — K_R.
2. Должен обеспечиваться заданный коэффициент частотных искажений на низшей частоте рабочего диапазона усилителя — K_F.
3. Должны обеспечиваться желаемые переходные процессы в фильтре при включении питания и скачках тока нагрузки, гарантирующие отсутствие перенапряжения на элементах фильтра и схемы.
4. Элементы фильтра, через которые возможно протекание сигнальных токов, должны быть максимально линейными.

Вопрос расчета параметров фильтра по заданному значению K_R, достаточно подробно рассмотрен в многочисленной литературе, например [1], [6], [8] и особенностей не имеет. В результате расчета Вы получите значение произведения LC. Значения L и C могут уточниться при дальнейших расчетах, но величина их произведения не должна быть меньше первоначально полученного результата, также значение L не должна быть меньше критической величины Lmin, гарантирующей непрерывный ток дросселя при минимальном токе нагрузки. Это значение можно определить для двухполупериодного выпрямителя по формуле:

(5),

где F_LINE – частота сетевого напряжения, Iomin – минимальный ток нагрузки.

Рекомендуемые коэффициенты пульсаций — K_R для различных каскадов усилителя приведены в таблице ниже.

Каскады высокой чувствительности	Промежуточные каскады	Однотактные выходные каскады	Двухтактные выходные каскады
0.001 ÷ 0.002 %	0.01 ÷ 0.05 %	0.1 ÷ 0.5 %	0.5 ÷ 2 %

Величина выходной емкости фильтра также регламентируется величиной коэффициента частотных искажений.

Ток, потребляемый однотактными каскадами, содержит кроме постоянной составляющей также и переменную составляющую, изменяющуюся с частотой сигнала, которая протекает по цепям источника питания. Из эквивалентной схемы (рисунок 14), полученной после преобразования схемы усилителя (рисунок 13), ясно видно, что источником переменной составляющей анодного тока является усилитель. На эквивалентной схеме лампа заменена генератором эквивалентной ЭДС — µUg, а выпрямитель заменен генератором переменного напряжения U_R с сопротивлением потерь R_R.

Коэффициент частотных искажений определяется как отношение тока звуковых частот при наличии фильтра к току звуковых частот при отсутствии фильтра и всегда меньше 1:

Рисунок 13	Рисунок 14

(6),

где Z – импеданс источника питания.

Удовлетворительные результаты получаются, если значение K_F = 0.97 ÷ 0.99 [6].

Если учесть, что импеданс дросселя L практически всегда существенно больше импеданса емкости C, то, опустив промежуточные преобразования, необходимое значение емкости можно определить по формуле:

(7),

где F_L – нижняя рабочая частота усилителя.

Как видно из рисунка 14, ток звуковой частоты протекает через выходную емкость источника питания, что требует применения линейных емкостей высокого качества (например, бумажных). Поэтому, выбор оптимальной величины этой емкости существенно влияет на стоимость источника питания.

Выбор величины выходной емкости источника питания для двухтактных схем имеет ряд отличий. В двухтактной схеме при идеальной симметрии половин выходного каскада через источник питания протекают только токи четных гармоник и общий постоянный ток выходных ламп, поэтому коэффициент частотных искажений не задается. Это свойство двухтактных каскадов позволяет использовать для выходной емкости фильтра электролитические, высококачественные конденсаторы.

Не следует забывать, что в реальных устройствах ассиметрия может достигать 10 ÷ 15 % (даже при подобранных лампах), и часть тока звуковой частоты будет протекать через источник питания.

Переходные процессы, возникающие в фильтре при включении источника питания и резких изменениях тока нагрузки, могут привести к перенапряжениям на элементах фильтра и схемы, а также к возникновению экстратоков через выпрямительные диоды. Особенно это характерно для L – фильтров.

На рисунке 15 показаны временные диаграммы напряженния на выходе фильтра и тока через дроссель (рисунок 10). Из них видно, что включение источника приводит к кратковременному возрастанию напряжения на выходе выпрямителя на 60 % и броску тока через дроссель, достигающего 0.67А, что может быть опасным для используемых компонентов. На этом же рисунке показана реакция фильтра на скачкообразное изменение (50%) потребляемого тока. Кроме того, что изменение тока нагрузки приводит к провалу и выбросу напряжения на выходе источника питания, переходной процесс носит колебательный характер.

Рисунок 15

Это пример неудачного выбора элементов фильтра. Использование источника питания с таким фильтром может привести к ухудшению качества звука, особенно это будет заметно при питании двухтактного усилителя, работающего в классе “АВ”, для которого характерны скачки потребляемого тока.

После выбора величин L и C фильтра необходимо проверить величину максимального тока Imax и напряжения Umax. Подключение источника питания к сети эквивалентно подключению LC цепи к источнику постоянного напряжения U_IN (рисунок 16).

Рисунок 16

Определим собственную резонансную частоту фильтра как:

(8),

и декремент затухания как:

(9),

где R_R – сопротивление потерь (включая динамическое сопротивление диода и приведенное сопротивления фазы трансформатора), RL – сопротивление нагрузки фильтра.

Теперь можно вычислить значения Imax и Umax:

(10),

(11),

где Io – установившееся значение тока.

Приемлемыми будут значения, если:

Imax 2Io;

Umax 1.2U_IN.

При превышении рекомендованных значений необходимо для относительно маломощных источников увеличивать величину L. Для более мощных выпрямителей этот метод не используют, а применяют специальные методы пуска источника питания. Также следует стремиться к апериодическому характеру переходных процессов в фильтре.

Более подробно с методами расчетов и анализа процессов в LC цепях можно ознакомиться в книгах, посвященных теории электрических цепей [7].

Также является обязательной проверка максимального напряжения на выходном конденсаторе в режиме холостого хода. Либо используемые выпрямительные диоды и конденсатор должны выдерживать это напряжение, либо этот режим должен быть исключен.

Естественно, все расчеты проводятся при максимально возможном сетевом напряжении.

Элементы выходного фильтра

Требования к качеству выходной емкости фильтра были определены выше, к этому следует добавить, что желательно иметь некоторый запас рабочего напряжения емкости.

При электромагнитном расчете дросселя следует исключить возможность насыщения сердечника в любых режимах работы фильтра. Можно только допустить некоторое уменьшение величины индуктивности дросселя при пусковых режимах.

Конструктивное выполнение дросселя должно гарантировать минимальные поля рассеяния. Я специально акцентирую Ваше внимание на этом вопросе, потому что часто используемые дросселя от старой аппаратуры не удовлетворяют этому требованию. Так как дроссель работает при значительных токах подмагничивания, в него вводится воздушный зазор значительной величины. В районе воздушного зазора происходит выпучивание магнитного поля из сердечника, и если зазор не закрыт обмоткой (обмотка оказывает экранирующее действие), поле рассеяния будет повышенным.

Цепи накала

Оптимальная организация цепей накала ламп показана на рисунке 17. Такое подключение позволяет снизить уровень фона и помех в предварительных каскадах усиления не только для ламп прямого накала (такое включение обязательно), но и для ламп с подогревным катодом. Аналогичным образом организуются накальные цепи и для мощных выходных ламп.

Рисунок 17

Иногда, во входных каскадах для ламп с подогревным катодом, среднюю точку накальной обмотки подключают не к общему проводу, а к источнику положительного напряжения (50 ÷ 70 V). Это позволяет разорвать паразитные связи между нитью накала и катодом, что приводит к снижению уровня фона.

При использовании ламп прямого накала во входных каскадах, для дальнейшего уменьшения уровня фона, цепи накала питают постоянным током. Следует отметить одну особенность такого питания накала лампы. Использование постоянного тока приводит к неравномерности распределения потенциалов на катоде и участок катода с более отрицательным потенциалом изнашивается быстрее. В старой аппаратуре можно было встретить специальный переключатель для изменения полярности напряжения накала.

В настоящее время наблюдается тенденция использования мощных генераторных и регулирующих ламп в качестве выходных. Эти лампы требуют большой мощности накала и характеризуются значительным изменением сопротивления нити накала при прогреве. Также, большое изменение сопротивления характерно для ламп прямого накала с вольфрамовым катодом. По данным приведенным в [8], сопротивление нити накала может измениться в два три раза. Непосредственное подключение цепи накала такой лампы к трансформатору вызовет значительный бросок тока, что приводит к возникновению значительных тепловых деформаций и преждевременному разрушению катода.

Если Вы хотите продлить жизнь своим дорогостоящим выходным лампам, необходимо использовать пусковые цепи ограничивающие бросок тока через нить накала.

Самым простым решением вопроса будет включение дополнительного сопротивления последовательно с нитью накала, которое замыкается после предварительного прогрева.

Заключение

В этой статье я попытался обобщить требования и систематизировать сведения по проектированию источников питания для ламповой High-End аппаратуры.

Как Вы видите, проектирование высококачественного источника питания требует проведения достаточно большого объема расчетов (к сожалению, много тонкостей остались за пределами этой статьи в виду специфичности и сложности изложения). По возможности я приводил упрощенные соотношения, позволяющие с достаточной для практики точностью оценить правильность принятых Вами решений. Не следует забывать, что параметры используемых компонентов должны отвечать заданным требованиям.

Использование случайных компонентов и пренебрежение расчетами сможет испортить звук самого лучшего усилителя. Если Вы не можете приобрести соответствующие компоненты или не уверены в своих силах при расчетах, я рекомендую приобрести (или заказать) готовый источник питания.

Литература

1. Источники питания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник под ред. Г.С. Найвельта, — М.:Радио и связь, 1986.
2. А.К. Шидловский и др. Транзисторные преобразователи с улучшенной электромагнитной совместимостью, Киев: Наукова думка, 1993.
3. Д. Андронников, SE на RB300, Вестник АРА № 3.
4. В.Ф. Власов, Электронные и ионные приборы, Москва: Радио и связь, 1960.
5. Infenion, thinQ!^TM SiC Diode Chips.
6. И.И. Буданцев, А.Р. Сиваков, Электропитание установок связи, Ленинград 1957
7. Л.А. Бессонов, Теоретические основы электротехники, Москва: Высшая школа, 1978.
8. Б.И. Терентьев, Электропитание радиоустройств, М.: Связьиздат, 1958.

Блок питания для ламповых, усилителя мощности и винил корректора

Еще при «эскизном проектировании» — на уровне идеи, было принято решение вынести источники питания в отдельный корпус. Вообще говоря, изрядный смысл в таком «вольте» есть, особенно для подверженного всяким наводкам и фону, винил-корректору — удаление на некоторое расстояние источника мощных электромагнитных полей — трансформаторов. С другой стороны, источник питания в однотактном каскаде, находится в цепи сигнала и желательно минимизировать все соединения, словом — компромисс, как и всегда, как и везде. К преимуществам решения, можно также отнести, существенно более простую конструкцию усилителей, их компоновку. Меньший вес каждого блока — усилитель, не смотря на скромную мощность, получился очень тяжелым, с блоком питания, перемещать его в одиночку было бы затруднительно.

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.

Автоматическая задержка подачи анодного напряжения — по мере прогрева катода кенотрона. Дело в том, что ресурс приемно-усилительных ламп существенно увеличивается при подаче анодного напряжения, когда катод лампы уже прогрет. Обычно это занимает несколько десятков секунд. Здесь, предлагается, пожертвовав ресурсом кенотрона, продлить жизнь усилительных ламп, однако в наши дни и кенотроны имеют изрядную ценность, кроме того, задержку подачи высокого напряжения, довольно просто организовать простой схемой таймера с исполнительным элементом в виде электромагнитного реле, на современной элементной базе.

Здесь, стоит сказать, что для работы каскада на вакуумном триоде, требуется три напряжения — отрицательное напряжение смещения (иногда, при «автоматическом» смещении, получается падением напряжения на специальном резисторе), питание нити подогрева катода или самого «прямонакального» катода — напряжение «накала» и наконец — «анодное» напряжение. При применении в блоке питания стабилизации напряжения, недопустимо стабилизировать одно или только несколько напряжений. Требуется стабилизация всех, иначе, при изменении напряжения сети, режим радиолампы может выйти за допустимые пределы.

Описываемый блок питания, построен на полупроводниках, содержит в одном корпусе два независимых блока питания — для лампового усилителя мощности и лампового-же винил-корректора. Каждый из них, состоит из относительно сильноточного источника напряжения для питания накалов ламп и слаботочного, но высоковольтного для «анодного» напряжения. Все источники стабилизированы, задержка подачи анодного напряжения осуществляется вручную — переключением тумблеров. В блоке питания, есть возможность применять «ждущий» режим — подачу пониженного напряжения накала и анодного. Такой режим, позволяет не выключать полностью усилители при длительных перерывах в прослушивании, экономя ресурс радиоламп и электричество — как и любые приборы с нитью или спиралью накаливания, при подаче напряжения накала, происходит бросок тока из-за низкого сопротивления холодной спирали, он существенно снижает ресурс приборов — чаще всего, они выходят из строя именно в этот момент. Снимать же полностью анодное напряжение на относительно длительное время, оставляя разогретым только катод нельзя — в последнем наступают необратимые изменения, именуемые «отравлением катода». Алгоритм включения блока, обратный — снимаются анодные напряжения, через пять-десять секунд можно выключать напряжения накала.

Итак. Что понадобилось для работы.

Инструменты, оборудование.

Прежде всего, обычный набор инструмента для радиомонтажа, не повредят несколько более мощные, чем обычно кусачки. Паяльник, а лучше два — небольшой, для мелочей — 25…40Вт и покрупнее — 60…100Вт с принадлежностями. Мультиметр. Для работы с фанерными элементами корпуса, применялась небольшая циркулярная пила, плоскошлифовальная машинка. Для декоративного покрытия — кисти, посуда. Понадобилась электрическая дрель со сверлами, нечто, для сверления маленьких (0,8…1.5мм) отверстий на печатных платах. Специальный инструмент для рисования и изготовления печатных плат — рейсфедеры, специальная линейка, игла для корректирования дорожек, посуда для травления, небольшой удобный керн. Перманентный маркер, ножницы. Строительный или специальный, для радиомонтажа, фен для работы с термотрубками. Выдавливатель герметика. Для изготовления простейшей передней панели, понадобился доступ к компьютеру с принтером. Мелкий слесарный инструмент, «пистолет» для термоклея.

Материалы.

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.

Прежде всего, определился с общей концепцией. Высоковольтные источники — повышающие трансформаторы- выпрямительные мосты на быстродействующих диодах с шунтированием каждого керамическим конденсатором — стабилизаторы на высоковольтных полевых транзисторах. Высоковольтные электролитические емкости обычные, ширпотреб.

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

Стабилизаторы напряжения накала ламп винил-корректора — на 7806, с добавочным кремниевым диодом в цепи общего провода (дает на входе стабилизатора прирост напряжения ~0,3 вольта). Выпрямитель — мост из диодов Шоттки, также шунтированных конденсаторами (не обязательно). Лампы усилителя мощности (6Э5П) по накалу, потребляют ток значительно больший, чем 6Н9, чтобы его снизить, применено последовательное соединение нитей накала двух ламп и задействованы интегральные стабилизаторы 7812 с диодами в цепи общего провода.

Подобраны радиаторы достаточной площади и подходящие трансформаторы. Для питания нитей накала ламп усилителя мощности, нашелся стандартный ТН, для анодного напряжения ТА. Габаритная мощность оказалась с изрядным запасом, что неплохо — трансформаторы не гудят, не греются. Наличие большого количества обмоток, позволило подобрать нужное напряжение на входе стабилизатора, чтобы не перегревать регулирующий транзистор. Также, оказалось возможным ввести режим ожидания — со сниженным напряжением накала и анодным, для экономии ресурса ламп.

Трансформатор питания винил корректора — комбинированный ТАН, в нем есть как высоковольтные обмотки, для анодного напряжения, так и низковольтные сильноточные для накала. Большое количество обмоток, также позволило организовать ждущий режим.

В соответствии с размерами радиаторов, разработаны печатные платы для мелких элементов выпрямителей и стабилизаторов. Элементы, требующие охлаждения — микросхемы стабилизаторов и полевые транзисторы, в корпусах ТО-220, смонтированы навыворот и прижаты металлическим фланцем через слюдяную прокладку к радиатору. На стороне платы «к радиатору» отсутствуют токопроводящие дорожки — весь монтаж выполнен на противоположной стороне платы, «печатным» способом сформованы опорные площадки для выводов мелких элементов. Таким образом, монтаж напоминает объемный, риск замыкания на радиатор охлаждения не велик.

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

Всего радиатора два, на каждом, закреплена монтажная плата с полным набором напряжений для одного устройства — возможно, решение не слишком удачное в смысле компоновки блока питания в целом, позволило однако, удобно работать при макетировании и настройке устройств, когда блоки питания не были собраны в едином корпусе.

Конструкция корпуса своеобразная — радиаторы вынесены в заднюю открытую часть блока, при этом, платы с высоковольтными элементами несколько утоплены, случайно коснуться их рукой практически невозможно, тем более учитывая расположение блока питания в нише стеллажа.

Корпус блока собран на саморезах, стенки из толстой 15мм фанеры. В передней части блока, винтами к нижней панели закреплены трансформаторы. Центр тяжести, получился смещен к передней панели, но это удобно — при любых манипуляциях с органами управления, отдельно стоящий блок не нужно придерживать.

Вокруг трансформаторов, этакими ведьмиными кругами установлены специальные площадки для крепления к ним нейлоновых стяжек. Учитывая большое количество проводов и жгутов из них, количество площадок не излишнее — практика показала, что практически все они оказались задействованы.

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.

Блок питания без крышки и передней панели. Усилители были собраны некоторое время назад и работали с открытыми макетами своих блоков питания. В том виде было очень удобно делать настройку — подбирать напряжения, контролировать работу и прочее. Сейчас же, только проверка работоспособности и устранение возможных ошибок монтажа.

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.

Практика длительного использования блока, показала, что блок надежен, обладает всеми заданными электрическими параметрами. К недостаткам, следует отнести некоторую сложность коммутации режимов — тумблерами. Если предполагается делать аналогичное устройство, для использования «в чужих руках», лучше применить специальное устройство, реализующее нужные алгоритмы автоматически при помощи электромагнитных реле. Кроме того, столкнулся с необходимостью раздельных блоков питания — для каждого устройства свой, правда, это был «нештатный режим» — при переездах.

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

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 * U² * 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.

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; Rн — нагрузка.

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.

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	~ 1800	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.

Теперь посмотрим, стоило ли вообще затевать весь этот проект. Первое, что мы отметили после подключения усилителя, — стабильность его режимов при изменении напряжения питающей сети. При скачках на линии от +5% и -10% (а у нас в Таганроге бывает и больше) анодные, и что особенно важно, сеточные потенциалы не менялись. Сравнительное прослушивание двух аналогичных усилителей с разными ИП — традиционным и стабилизированным — показало, что последний явно обладает лучшей энергетикой. Звучание становится более плотным и насыщенным во всём спектре частот, улучшается микро- и макродинамика.

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.

---

Практика AV #6/2003

Стабилизация питания в ламповом усилителе — Страница 5 — Источники питания

Сама мысль о стабилизации питания в ламповом усилителе

может появится в голове только от элементарного непонимания того, как эта самая лампа работает.

 

Стабилизировать если и нужно, то только напряжение смещения.

при изменении анодного напряжения ток в анодной цепи не изменяется!!!

соответственно не меняется и ток в выходном трансформаторе.

 

посмотрите как меняеся ток анода у 6п3с при изменении напряжения:

при рабочем напряжении на аноде в 250 вольт, изменение напряжения на аноде в 2 раза в любую сторону практически не изменит его ток,

http://www.oldradio.ru/tubes/russian/detail/6p3s_3.gif

так на хрена стабилизировать напряжение

если лампа сама по себе стабилизатор!!!!!

 

«Ну вы, блин, даёте!!!» — особенности национильной охоты.

 

При стабилизированном напряжении смещения, в пентодном усилителе при изменении сетевого напряжения изменяется на только анодное к которму вы апеллируете, но и экранное напряжение и при их изменении меняется ток экранной сетки и анода. Если стабилизировать напряжение экранной сетки, то ток анода тетрода или пентода при изменении анодного напряжения будет изменяться незначительно. Тогда анодное напряжение можно не стабилизировать.

В триодном усилители при стабилизированном смещении и изменении сетевого напряжения ток через лампу изменяется значительно.

 

Всё это описано в учебниках и популярных радиолюбительских книгах по электровакуумным приборам и видно из даташитов.

В DIY разделе выложена книга С.А.Бажанова «Как работает радиолампа и классы усиления» http://audioportal.su/files/p13_sect…p13_fileid/586

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/_NIT_RAD/_Nit_rad.html

Даешь народное анодное! Малогабаритный БП для ламповой аппаратуры

Данная статья адресована радиолюбителям, занимающимся построением малогабаритных конструкций на электронных лампах. Тем, кто делает микрофонные предусилители, винлкорректоры, приставки для гитары, усилители для наушников и другие устройства с использованием электронных ламп. В общем, тем, кому требуется высокое постоянное напряжение.

Содержание / Contents

Перспектива намотки компактного трансформатора для лампового устройства, способна охладить пыл самого старательного радиолюбителя, и причин тому несколько.
К трансформаторам питания ламповых устройств предъявляется ряд требований, соблюсти которые непросто. Необходима обмотка с хорошей электрической прочностью, способная отдавать относительно малый ток при высоком напряжении и обмотка для питания накала. Ток, потребляемый нитью накала, обычно находится в пределах 300-600 мА. Для начала необходимо обзавестись сердечником с малой габаритной мощностью, и эта первая проблема, может стать и последней. Но допустим, что сердечник найден, есть и тонкий провод с хорошей изоляцией. Все равно, намотать трансформатор будет очень непросто. С проводом малого сечения надо обращаться деликатно, не допускать перегибов, а тем более повреждения изоляции и обрывов. Выбрать более толстый провод не позволит окно «железа».Я не буду рассматривать широко известные методы, поскольку все они хорошо описаны в «сети». Ограничусь простым перечислением с указанием основных «подводных камней».

Обратное включение трансформатора, так называемый «перевертыш».
«Повышающий» трансформатор работает неэффективно, потери велики.
Вторичная обмотка, ставшая теперь первичной, потребляет существенный ток, нагружая первый трансформатор, на котором и так «висит» накал. Тем не менее, решение распространенное и вполне приемлемое.

Умножитель.
Для получения низкого уровня пульсаций, необходимы конденсаторы значительной емкости, как следствие увеличение «жилой площади» БП.
Появление «нехарактерных» загрязнений питающего напряжения, за счет увеличения количества переходных процессов, на звуке отражается не самым лучшим образом.
И, наверное, главный недостаток, низкая нагрузочная способность источника питания.
При этом точно рассчитать, на сколько уменьшится под нагрузкой напряжение, и возрастут помехи, весьма затруднительно. Я никогда не участвую в спорах на тему: «Какой Закон Ома самый правильный», а по сему напомню, что даром бывает только сыр в мышеловке. Иными словами, во сколько раз умножите напряжение, во столько и проиграете в токе, плюс потери, куда без них.

Дальнейшее изложение будет происходить на примере построения блока питания для гибридного (ОУ + электронная лампа) Овердрайва для гитары. Принцип можно использовать и для любых других устройств, он общий. В итоге, у меня получился напольный ламповый гитарный предусилитель. Сначала я воспринимал его просто как макет, и хотел разобрать, но он мне так понравился, что я оставил его «в живых». Для наглядности, его БП и будем рассматривать.

Мне хотелось иметь напольный девайс, без внешних блоков питания с максимумом стандартных недефицитных и недорогих деталей, с низким уровнем собственных помех (с детства не люблю устройства фонящие первой гармоникой сети). О самом преампе, позднее будет рассказано в разделе «Звук для музыкантов», если кому интересно, можно будет в этот раздел заглянуть. Читатель воскликнет: «Только что хаял умножители, про Закон Ома толковал, и на тебе!»
Но обо всем по порядку. Иной раз недостатками можно пользоваться, каждый это знает из жизненного опыта. Вот отталкиваясь от этого постулата, я и начал конструировать свой блок питания. Мое изложение было бы не полным, без описания портрета моего главного героя, точнее антигероя, современного малогабаритного — трансформатора.

Небольшое путешествие в прошлое. Конечно, самыми лучшими из доступных, были трансформаторы серии «ТАН», военной приемки. Были еще трансформаторы мощностью около 15 Ватт от индикаторных цепей станков с напряжениями обмоток 6,3 и 120В. Питали они лампы накаливания и неоновые лампочки. Качество тоже было нехилым, надежная стяжка, пропитка бакелитовым лаком. А может их, и делали специально для преампов? Шутка. К великому сожалению, они ушли в историю вместе с советским прошлым. На этом с лирикой заканчиваю и приступаю к физике.

Все началось с появления в далеком уже ХХ веке, трансформаторов серии «Т» с заложенными «просадками» напряжения. Тогда они ласково назывались «трансформаторы с уменьшенным расходом меди и стали». Чуете, куда ветер дует? Сейчас об уменьшенном расходе меди стало писать неполиткорректно, вот и создается впечатление, что падение напряжения под нагрузкой, это вещь само собой разумеющаяся, как восход Солнца. Где восходит Солнце, мы знаем, там же предположительно и делают трансформаторы, перегревающиеся при заявленной номинальной нагрузке. Для защиты от очень вероятного возгорания и придумана вся «муть» со встроенными предохранителями. Наличие этой, «защиты» позиционируется как достоинство когда вам «втирают» про трансформаторы с «уникальными» характеристиками. Но если мы рассматриваем трансформатор с позиции качества и надежности блока питания, то падение напряжения в его обмотках должно быть минимальным, а холостой ход стремиться к нулю. Все остальное — лукавство. Естественно, что при соблюдении этих требований, трансформатор не может сильно нагреваться, и термопредохранитель ему нужен как в бане лыжи.

Вы спросите, почему я так долго «источаю яд» по поводу трансформаторов? А вот почему. Трансформатор это основа блока питания. От него зависит качество и безопасность устройства в целом. Поэтому подходить к оценке параметров трансформатора, надо вполне осознано, это экономит нервы деньги и бережет здоровье.

Я провел финансово и душевно затратную лабораторную работу по теме «электричество». Не стану утомлять читателя всеми подробностями, скажу только, что несколько «пациентов» ваще нагревались до неприличия на холостом ходу. При подключении номинальной нагрузки, напряжения «радостно проседали» до заявленного уровня. Правда, в виду появления зловещей вони, по настоятельной просьбе жены, испытания были свернуты и один трансформатор «получил прописку» в мусорном ведре.

Данная схема построена по принципу разделенного питания для накальной и анодной цепей. Такое решение имеет ряд преимуществ, ранее оно реализовывалось соответственно на трансформаторах серий «ТН» и «ТА».

Первое. Разделение «обязанностей», обеспечивает хороший запас, поскольку не надо закладывать в мощность потери как в «перевертыше», где без двух трансформаторов тоже не обойтись, однако используются они неэффективно.
Второе. Нелишне помнить, что трансформатор с малым количеством меди и стали, при номинальной нагрузке излучает помехи по интенсивности отличающиеся, от трансформатора, в котором медь и сталь не экономили. Поэтому запас по току не помешает.
Третье. Можно, не трогая анодное питание, изменить напряжение накала с 6 на 12 Вольт. Во втором случае, если устройство гибридное, мы можем питать операционный усилитель и накал от одной цепи.
Четвертое. В отличие от умножителя, удвоитель обладает более хорошей нагрузочной характеристикой меньшими пульсациями и другим их спектром. Я умышленно не стал строить утроитель, учетверитель и т.п. С увеличением количества звеньев, растет внутреннее сопротивление источника питания, и потери. Все это ставит под сомнение целесообразность построения умножителей. Может форумчане, используя мои наработки, построят блок с другими характеристиками, это будет интересно! Мне нужно было 120 Вольт при токе 2 мА, и отсутствие фона, блок питания с этой задачей справился.

Монтаж навесной, конденсаторы крепятся в зажимах.

Все детали самые распространенные. Использованы трансформаторы ТП-132-3 и ТП-132-14, производителя не указываю, т.к. не могу быть уверен полностью в их происхождении, внешний вид виден на фото.

Трансформатор, питающий накал, ощутимо нагревается при менее чем половине нагрузки, трансформатор анодного питания чуть теплый, правда и куплен он в 2006 году. Конечно, вы можете использовать тороидальные или герметизированные трансформаторы. В любом случае необходим предохранитель, что продиктовано соблюдением мер противопожарной безопасности. Не пугайтесь только, это требование, просто должно быть выполнено по умолчанию, при использовании указанных трансформаторов запас более чем 50%. Диодный мост «D3SB60» выбран по способу крепления, и типу корпуса.

Стабилизатор «7806» на 6 Вольт. Добавлять лишние детали для получения 6,3 Вольта, смысла не имеет, оптимальное напряжение накала именно 6 Вольт. Еще ниже его делать уже нельзя, упадает усиление лампы, «поплывут» и все остальные параметры. Если напряжение накала 12 Вольт, соответственно используется стабилизатор «7812», даташит аналогичен «7806». Не забудьте увеличить рабочее напряжение C4 и С5! Трансформатор можно взять ТП-112-12. Диоды «1N4007» намного перекрывают требования надежности, просто они были под рукой. Современные технологии позволяют делать хорошие диоды, падение напряжения на них минимально, нагрева нет вообще. С1 и С2 взяты с существенным запасом т.к. от них зависит нагрузочная характеристика удвоителя. С3 также максимально возможной емкости (у меня С3 220 мкФ, резистор R1, 10 кОм). Если вы ограничены размерами модуля питания, то можно емкости пересчитать, исходя из потребностей. Сопротивление R1 лучше брать отечественное МЛТ на 1 Ватт, если резистор от неизвестного производителя, ставьте на 2 Ватта. Теперь несколько слов о монтаже. Монтаж довольно компактен, но температурный режим это позволяет.

Мост и стабилизатор установлены на КПТ-8, (я предпочитаю отечественную пасту и считаю ее вообще самой лучшей). Микросхема стабилизатора изолирована от шасси, это облегчает, последующую разводку «земли». Если вы твердо уверены, что помех не будет, можете не изолировать. Я изолирую всегда, если радиатор электрически связан с корпусом. Таким образом, отрицательные шины низкого и высокого напряжения в БП разделены.

Конденсаторы С4 и С5, должны быть подключены в непосредственной близости к выводам стабилизатора, иначе он может работать нестабильно или вообще не запустится.

Диод D3 (в цепи стабилизатора) выполняет защитную функцию и если исключено нештатное отключение нагрузки, его можно не ставить.

Не советую питать индикаторный светодиод стабилизированным напряжением, лучше сделайте отдельный вывод, как это указано на схеме. Светодиод возьмите экономичный, это особенно важно, если от низковольтного канала питается еще и ОУ. Токоограничивающий резистор R2 светодиода, рассчитывайте после измерения напряжения с подключенной основной нагрузкой. В качестве фенечки у меня переключатель Standby, можете его упразднить, хотя ради сбережения «здоровья» лампы я бы его оставил.

P.S. Про зажимы для крепления конденсаторов, можно прочитать в моем сообщении: «Поклонникам навесного монтажа ламповых УЗЧ посвящается».

Всем удачи, Михаил.

Камрад, смотри полезняхи!

Михаил Резниченко (Godin0104)

Россия, Ярославль

Родился 1 апреля.
Увлечение — музыка (гитара, хоровое пение) радиоконструирование,
кулинария, велоспорт.
Увлекаюсь паянием со школы.
Пришел для обмена опытом.

 

Неканоничный ламповый усилитель / Habr

Всем доброго времени суток!

Как-то, холодным тоскливым вечером, почитывал я статью про высококачественный усилитель класса D c Aliexpress. И пришла мне в голову мысль рассказать про свою DIY-поделку. А вот теперь дошли и руки. Ниже приведен ворклог об изготовлении очередного-сколько-уже-можно лампового (и не только) усилителя. Статья изобилует несерьезностью и петросянством, но все же пару, возможно, полезных схем вы здесь сможете найти.

Предупреждения:

1. ОСТОРОЖНО, трафик! Много картинок.
2. ОСТОРОЖНО! В представленых схемах используются опасные для жизни напряжения. Воспроизводя приведённые схемы, вы делаете это на свой страх и риск. Автор не несёт ответственности за последствия, наступившие в результате дублирования как всего устройства, так и отдельных его частей.

Сразу уточню:

• Усилитель не Hi-End и не Hi-Fi, т.к при его производстве не было использовано ни грамма порошковой краски!
• Я не являюсь приверженцем конфессии душевного, теплового лампового звука. Но лампы так прикольно светятся…
• На возможные вопросы класса «А зачем вообще?» заготовлен ответ «Потому что хобби».

Повторюсь: весь проект был затеян не ради получения «лампового» звучания, а из-за особой эстетики хорошо сделанных ламповых усилителей. Именно эстетика и стала основой подавляющего большинства возникших проблем. Она же определила конечную стоимость, довольно ощутимо перевалившую за изначальный бюджет: штучное изготовление (в данном случае читай прототипирование) всегда оказывается значительно дороже, чем могло показаться на первый взгляд. Так же сразу хочу отметить, что задача стояла разработать усилитель с нуля, не сводя все к банальному «купил в интеренете набор, запаял и вставил в коробку из-под обуви». В конце-концов, это все-таки DIY-проект, тут должен быть вызов, страдания и желание все бросить куда подальше! Однако вдаваться в крайности тоже не стоит. В теории, можно сделать все совсем без использования покупных изделий, но в данном случае нужны соответствующие инструменты (читай станки), иначе результат может, мягко говоря, разочаровать.
Вопрос лишь в конечной цели. Итак начнем!

Пьеса въ четырехъ актахъ. Героическій эпосъ

Актъ первый. Планированіе

Хорошее планирование – залог меньшего количества итераций от «как я вообще мог такое сделать» до «можно было и лучше, но и так сойдет». Усилитель изначально задумывался для замены стандартным колонкам к компьютеру. Будем честны, просмотр видяшек с умильными котиками под пледом через теплый, ламповый усилитель, конечно и может дополнить картину, но не является рациональным. Что приводит к вполне закономерной идее добросить внутрь усилитель на старых, добрых, твердотельных полупроводниках. И уже по собственному настроению мисье волен будет выбирать, какой из усилителей использовать для прослушивания Dire Straits, а какой для 2Pac. В результате схемотехника несколько усложнилась, но мы же помним про вызов, испытания и всё вот это. В результате получились 4 печатные платы: источник питания, усилитель ламповый, усилитель твердотельный и коммутационная плата. Вроде все просто, едем дальше.

Актъ второй. Дизайнъ

Собственно ради чего весь сыр-бор. Мои изобразительные таланты ограничиваются условно-прямыми линиями исключительно на бумаге в клеточку. Но инженерное образование имеется, так что вооружившись CAD-ом и большим терпением, медленно и со скрипом визуализировал то, что хотелось бы получить в итоге. И да, не удивляйтесь, что сначала идет дизайн корпуса, а не схемотехника, как обычно принято.

Немного про сам корпус и «классический» вид лампового усилителя. Никогда не понимал страсти выставлять всю электронику наружу. Лампы, да, они красивые, горячие и выставить их наружу (даже немного жертвуя помехозащищенностью) не такая уж плохая идея, но прикручивать огромные трансформаторы с Ш-образным сердечником НА верхнюю крышку корпуса – решение достаточно сомнительное. Некоторые идут ещё дальше: и, в дополнение ко всему вышеперечисленному, выставляют сверху батарею конденсаторов! Финиш! Создается ощущение, что смотришь не на готовое устройство, а на некое подобие макетной платы. Хотя, на вкус и цвет все фломастеры разные…

Я остановился на использовании корпуса из анодированного и матового алюминия с декоративными накладками из красного дерева (jarrah). Также для уменьшения габаритов было принято решение использовать тороидальные трансформаторы. Металическую базу корпуса, ручки переключателей, ножки — покупные с Aliexpress, остальные планировалось изготовить своими силами. Была отрисована практически каждая деталь, после чего все красиво встало на свои места…

И тут прислали корпус. Надо ли говорить, что размеры, данные китайцами в документации, имеют к реальному устройству отношение довольно посредственное. Всегда задавался вопросом: «в Китае все делается на глаз?». В чем проблема приложить правильные чертежи, по которым вы изготавливаете деталь? Я понимаю, если бы их вообще не приложили, так нет, они там были, но не правильные! Видимо защита от конкурентов.

Когда стали ясны примерные габариты корпуса, пришёл черёд схемотехники. Почему именно в этой последовательности? Ради компактности. При весе более 10 кг, габариты составляют 40х30х20 см (со всеми декоративными элементами). Внутри у него довольно плотненько (см. фото ниже). В результате размер компонентов на платах, как и размеры самих плат, имеют большое значение. Размеры печатных плат, высоты компонентов, размещение элементов, всё подбиралось, чертилось в 3D и проверялось на сборке. Если детали касаются друг друга – возвращаемся на два шага назад, и так до победного. Первые пару раз это даже занятно: вот такой я молодец, всё проверил, избежал проблем. Где-то после третьего раза приходит мысль выпить за здоровье разработчиков параметрических САПР. Настоятельно рекомендую всем, кто ещё не, познать азы какой-нибудь из систем, и не пренебрегать этапом моделирования, даже для домашних поделок. Из крупного, выявленного мною: выяснилось, что сетевой трансформатор на 90 Вт, который изначально вставал идеально, не помещается в корпус (привет китайским чертежам). Пришлось заменить на два по 60 Вт (это те, что внутри на боковых стенках).

Актъ третій. Схемотехника

С ламповой техникой дел никогда не имел, и этим все сказано. Технически, я могу провести аналогии с транзисторами и, в целом, все довольно просто, но не без нюансов. Посветив несколько дней поиску на просторах сети, я остановился на варианте с использованием однотактных выходных каскадов на лампах 6V6GT. Если кому-то очень интересно сравнение разных вариантов выходных каскадов, а также в целом разных классов усилителей, советую почитать здесь. Я выбрал то, что выбрал, и не хочу перегружать текст ненужной информацией.

Но не могу не уточнить, что однотактные усилители класса А имеют особую теплоту и глубину звука, особенно на средних часто… тфу, чуть сам не уверовал! А серьёзно: помимо отсутствия искажения типа «ступенька» у выходного каскада, они просто теплые. Нет, они реально очень теплые, т.к КПД усилителей класса А не превышает 10-15%, остальное уходит на обогрев комнаты. Расчетная мощность моего усилителя — порядка 4.5 Вт. В качестве основы использовал эту схему, но внес некоторые коррективы. И, в дополнение к ламповости, конечно же, люминесцентный индикатор типа «магический глаз». Выглядит очень мило.

С этого момента начинается отборная ересь, по представлениям истинных свидетелей лампового звука, настоятельно рекомендую адептам этой веры пролистать текст, и просто позалипать на фоточки результата. Я предупреждал!

Начем с того, что мне не нравится классический подход к построению ламповых усилителей, подразумевающий использование исключительно пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы, трансформаторы), за исключением самих ламп. Твердотельные полупроводниковые приборы имеют большое преимущество (одно из) перед лампами – значительно меньший разброс характеристик. Две лампы одного наименования, даже выпущенные в одной партии, могут существенно различаться. Из-за этого часто можно видеть, что лампы выходных каскадов продаются подобранными парами (matched pair) со схожими характеристиками. Но где гарантия, что после прогрева они останутся прежними? А после определенной наработки по часам? Слишком много неопределенностей. В то же время, можно использовать полупроводниковые приборы для нивелирования разброса по параметрам. Например, вместо стандартного резистора, задающего ток катода, можно использовать источник тока на LM317A. При этом на звуковой тракт это никак не повлияет, но ток не будет зависить от параметров лампы. В интернете можно найти варианты подобных решений, так что мой особой оригинальностью не отличается.

Твердотельный усилитель примечателен еще меньше: стандартная микросхема STA540 с минимальной обвязкой. Усилитель класса AB, для повседневного использования в связке с компьютером – самое оно. Дополнительно предусмотрена возможность напаять на плату активный фильтр и использовать в качестве системы 2.1, т.е с сабвуфером. В данном варианте не используется.

Напоследок самое веселое – источник питания. Вот тут был полный хардкор.
Пойдя наперекор догмам, я решил не только не использовать любимые всеми ламповиками кенотроны, но и в принципе отказаться от линейного источника питания! Импульсные источники питания лучше, как в плане эффективности так и в плане габаритов. Дальше проектирование пошло и вовсе кривой дорожкой. Выбор микросхемы ШИМ контроллера и обратноходового трансформатора выбирался по принципу «за бесплатно попробовать, почему бы и нет?». Дело в том, что контроллер и специально предназначенные для него трансформаторы можно заказать в качестве образцов совершенно бесплатно (с регистрацией, но без смс!). Это не самый лучший вариант, т.к существуют более стандартные, проверенные контроллеры, а значит и куча проверенных временем схем. Ниже – схема источников питания для лампового (+300 В, +285 В, +6 В) и твердотельного (+18 В) усилителей.

Напряжение с понижающих сетевых трансорматоров выпрямляется, а затем поступает на импульсные преобразователи. Опытный разработчик источников питания может поинтересоваться: а зачем такие извращения? Действительно, можно было бы сразу выпрямить сетевое напряжение и пустить его на преобразователи, но мне хотелось сделать гальваническую развязку с сетью. В приведённой версии схемы отсутствуют индуктивные фильтры на выходы импульсных источников (добавлены объёмным монтажом). В следующей версии косяк будет исправлен.

Забегая вперед скажу, что настройка источника питания была самой проблематичной из всех отладочных работ. Отчасти это было связано с тем, что последний раз серьезно занимался схемотехникой лет 6 назад. Но в итоге, частично после танцев с бубном, частично, позадавав глупых вопросов на тематических форумах, нашел решение возникших проблем и всё запустилось!

Актъ четвертый, послѣдній. Сборка

Печатные платы заказывал у китайцев на FirstPCB. Качество приемлемое: шелкография имеет разную толщину, отверстия чуть смещены относительно центра контактных площадок. В целом – не плохо, с учетом стоимости.

Минимальный заказ 5 шт, так что у меня их теперь несколько больше необходимого…

Платы после распаковки:

и в спаяном виде:

Тест усилителя без корпуса:

Ну и куда же без магического глаза:

Далее корпус. Дело в том, что в наших краях, по неведомой мне причине, очень сложно заказать обработку детали из дерева на 5-ти координатном станке с ЧПУ. Просят либо баснословно дорого, либо вообще не делают. И это при том, что, будучи немного в теме, я проектировал с минимизацией сложности. Китайцы тоже не помогли: отослав запрос в 8 фирм, получил положительный ответ только с двух. Остальные партиями меньше 10 шт не интересуются, хотя их сайты и говорят об услугах прототипирования. Но и две оставшиеся тоже решили не ограничивать себя в цене, и ко всему прочему, попросили фотографии и полный чертеж устройства! Интересно, зачем это им…

В итоге пришлось упростить детали практически до 2.5D и выточить на местном станке с ЧПУ. С одной стороны, вышло, относительно остальных, не дорого. С другой же, если к этому присуммировать все те квадратные километры грубой наждачки, которую мне пришлось извести, правя то, что сделали эти ребята… Серьезно, ощущение такое, что они с технологией не знакомы в принципе и использовали стандартные режимы для ДСП, из которой они вытачивают 99% своих заказов. А ведь я не жадный, я дополнительно дал им увесистый кусок материала для подбора параметров!

Больше наждачки богу наждачки:

Отдельная благодарность им же за то, что сначала пообещали сделать отверстия в алюминиевых деталях, а затем заявили, что никогда этого раньше не делали и боятся сломать станок. Железная логика, даже спорить бесполезно. В итоге проект превратился из ненапряжной отверточной сборки заказанных деталей в хардкорный DIY, ибо работа с металлом, пусть и с мягким алюминием, в маленькой квартире без специального оборудования заставляет испытать экзистенциальный ужас. Поначалу. А затем ты достигаешь стадии принятия, берешь ручную дрель, ножовку по металу и упорно движешься к намеченой цели.

Далее немного картинок со стадиями сборки для любителей гикпорно:

Фоточки

Наконец, все детали готовы и ошкурены до 400 степени зернистости:

Кстати, в процессе шкурения, с целью оградить легкие и ковер от древесной пыли, была использована уникальная оснастка из картонной коробки и рукавов от старой рубашки! Эдакий домашний glovebox.

Далее все было покрыто 4-мя слоями лака:

Ну и затем пошла постепенная сборка:

Как я уже упоминал ранее, платы и сетевые трансформаторы крепятся к боковым стенкам:

Никаких джунглей из проводов, только плетенки, только красота (провода от ламп были, впоследвтвии, укорочены):

Обозначения на задней панели были нанесены при помощи лазерной гравировки:

Девайс в сборе без и с платой лампового усилителя:

Финальное тестирование после сборки (котик греется возле лампы, все по канону):

Полированные медные трубы, без них никак:

Ниже приведена финальная фотосессия полностью собраного устройства. Там же часы на газоразрядных индикаторах, что фактически возводит в квадрат теплоту и ламповость всей сцены!Финальная фотосессия

Конецъ

На весь проект, от задумки до реализации, ушло около полугода. За кадром остались несколько разборов и сборов усилителя с целью внести изменения и улучшения, но это можно делать бесконечно. В целом, результатом доволен. Как и планировалось, в большенстве случаев используется твердотельный усилитель и лишь изредка запускается ламповый, в основном чтобы сравнить. Тем не менее, основная цель – возродить свое старое хобби и поковыряться в электронике, была полностью достигнута! Пишите в коментариях ваши вопросы и замечания.

Всем удачных выходных!