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
В ламповых усилителях низкой частоты питание цепей накала ламп может осуществляться напряжением как переменного, так и постоянного тока. Формирование этих напряжений обеспечивается соответствующими цепями и каскадами блока питания. Обычно в аппаратуре среднего класса напряжение переменного тока для накала ламп снимается со специальной обмотки силового трансформатора (рис. 4, а). В данной схеме с первой вторичной обмотки трансформатора Тр1 (выводы 3-4) снимается переменное напряжение для источника формирования постоянного анодного напряжения, а со второй вторичной обмотки (выводы 5-6) — переменное напряжение накала требуемой величины, которое подается непосредственно на соответствующие выводы ламп. Большинство электронных ламп, применяемых в усилителях НЧ, рассчитаны на номинальное напряжение накала величиной 6,3 В. Однако иногда для снижения уровня фона первого каскада питание цепи накала лампы предварительного усилителя осуществляется от отдельной обмотки меньшим напряжением. Так, например, для лампы типа 6Н2П это напряжение может составлять 5,7 В, а для лампы 6Н3П — 5,5 В.
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.
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.
9zip.ru 
Ламповый звук hi-end и ретро электроника Импульсный анодно-накальный преобразователь на IR2153 для лампового усилителя
 |
Материал этой статьи требует обязательного допиливания. И твоя помощь в этом нужна очень сильно. |
После фейла с обратноходовым анодным преобразователем мы обратились к прямоходовым. Изучив вопрос и проведя эксперименты, стало понятно, что оптимальным вариантом здесь является двухтактный преобразователь. Если использовать полумостовую топологию, то не требуется первичная обмотка силового трансформатора со средней точкой. А если на выходе не экономить диоды и поставить полноценный мостик, то и во вторичке тоже не требуется средняя точка. И фазировку соблюдать не нужно, мотай, как хочешь. И количество выходных напряжений можно делать любым: как вторички намотаешь, столько напряжений и будет. Таким образом, можно получить:
- высокое анодное напряжение — 250..450В 0,2А
- напряжение накала — 6,3В 3А
- напряжение для цифрового показометра
Проще всего реализовать такой преобразователь можно на популярной микросхеме IR2153 по типовой схеме включения. При её использовании не нужна дополнительная обмотка на трансформаторе для самопитания. Единственным неудобством является отсутствие режима "мягкого" старта у данной микросхемы. С этим придётся смириться, ведь если реализовывать что-то подобное, то теряется важное преимущество — простота схемы, и, как следствие — компактность печатной платы. А ещё здесь можно наконец-то применить 200-вольтовые электролитические конденсаторы, которых, наверное, у каждого накопилось с полведра.
Ещё одной особенностью является отсутствие стабилизации выходных напряжений: при изменении напряжения сети, они также будут плавать. Оно и неудивительно, ведь IR2153 — это не ШИМ-контроллер, а всего лишь что-то вроде таймера NE555 с выходным каскадом. Реализовать тут стабилизацию непросто. Но ради справедливости стоит напомнить, что обычные источники анодного и накального напряжений на "железном" трансформаторе ведут себя в таких случаях аналогично.
Раз уж мы упомянули "железные" трансформаторы, то стоит заметить, что импульсные анодно-накальные преобразователи почему-то непопулярны. По-крайней мере, нам не удалось найти таких конструкции в интернете. Есть правда несколько примеров построения подобных блоков питания на основе электронных балластов. Считается, что импульсное питание в ламповых конструкциях — это "не труъ". Хотя, на фотографиях законченных усилителей "на продажу" иногда видно, что некоторые товарищи успешно применяют импульсные блоки питания в своих конструкциях.
нажми для увеличения
Кратко пройдёмся по схеме блока питания. Резистор R4 предназначен для запуска микросхемы. Во время работы он нагревается, поэтому мощность должна быть не менее 2Вт. Цепочка R5C9 — времязадающая, определяет частоту работы микросхемы. В данном случае — это 30кГц. Чем выше эта частота, тем выше требования к ферриту трансформатора и силовым транзисторам. Стабилитроны в затворах этих транзисторов защищают, во-первых, сами затворы от выбросов напряжения, которые, как говорят, бывают у IR2153 во время работы, а, во-вторых, — защитят саму микросхему в случае пробоя транзисторов.
Расчёт силового трансформатора проведён для магнитопровода ER 42/22/15 N87 без зазора и диодов с падением напряжения 1 вольт:
- первичная обмотка: 31 виток проводом диаметром 0,6мм
- вторичная обмотка анодного напряжения на 250В 80. 200мА: 55 витков проводом диаметром 0,25мм
- накальная обмотка: 2 витка диаметром 1мм
И тут начинается интересное: расчётное количество витков накальной обмотки — 1,79, т.к. нецелое. Намотать такое невозможно, поэтому программа округлила это число до 2. При этом номинальное напряжение получается 7,3 вольта.
По этой причине пришлось увеличить количество витков в первичке с 31 до 40, тогда при двух витках накальной обмотки получились как раз нужные 6,3 вольта. Первичку можно сделать и с отводами, а печатную плату спроектировать так, чтобы перемычками можно было выбирать нужное количество витков.
Выбор нужного анодного напряжения выбиратеся аналогично: вторичка сделана с отводами, нужный отвод подключается при помощи джампера.
Следует заметить, что у данного блока питания напряжения на холостом ходу выше, чем под нагрузкой. Поэтому стоит выбирать электролитические конденсаторы с запасом по напряжению. И проводить замеры, разумеется, также следует под нагрузкой. В простейшем случае анодной нагрузкой может служить лампочка накаливания на 220В 25Вт, а накальной — "цементный" резистор на 2,2-4,7 Ом.
Выходной каскад у IR2153 весьма слабый, силовые транзисторы нужно тщательно выбирать. Общепринято ставить сюда IRF740, но их ещё надо поискать. Помимо таких очевидных параметров, как напряжение и ток, следует выбирать транзисторы с малым зарядом затвора. В нашем случае подошли китайские FQPF13N50 с Aliexpress. Честно говоря, особых надежд на них не было, т.к. они куплены за копейки и имеют признаки перемаркировки. Однако, в данной схеме заработали даже без нагрева.
Мы нашли готовую разводку печатной платы в интернете и взяли от неё высоковольтную часть. Эта идея оказалась не самой лучшей, потому что разведена эта плата под какие-то специфические плёночные конденсаторы в фильтре питания — ни один из имеющихся туда не влез. Поэтому пришлось собирать блок питания пока без них.
Так как печатная плата для преобразователя достаточно компактная, она не позволяет установить электролитические конденсаторы большой суммарной ёмкости как на входе, так и на выходе. По этой причине пульсации с частотой 100Гц всё равно будут присутствовать в выходном напряжении. Для лампового усилителя это очень критично, и наращивание сглаживающих ёмкостей здесь — не лучшее решение в виду габаритов и дороговизны.
Для устранения пульсаций предлагается использовать так называемый "электронный дроссель", который полностью их убирает.
При работе на упомянутую выше нагрузку, преобразователь показал хорошую работу. А наличие джамперов выбора анодного напряжения делает его унинверсальным для применения практически в любом ламповом усилителе.
Войти
Ламповый блок питания
"По просьбам читателей" размещаю описание лампового стабилизированного блока питания, который использую для проверки и настройки своих конструкций.
На фото — общий вид блока питания.
Этот блок питания изготовлен давно, в сентябре 2000 года, поэтому некоторые данные не сохранились. В частности, в качестве силового трансформатора используется перемотанный ТС-60. Нашел только исходные данные, а то, что считал и мотал сам — нет. В основе (если не ошибаюсь) схема из "Радио" № 6 за 1968 г., стр. 50, немного переделанная под свои нужды.
Принципиальная схема блока питания.
Конденсаторы фильтра ЭТО-4, но на плате можно установить и обычные электролиты. Соответствующие отверстия предусмотрены. Нити накала ламп стабилизатора питаются от отдельной обмотки переменным током. Цепи накала на плате не разведены, а сделаны перемычки. Конденсаторы С2, С3 — К42У-2, С4 — импортный пленочный. Все резисторы — МЛТ. переменный резистор — СП-1. Диоды моста 4 х КД202Р, установлены на специальных кронштейнах (достались от разборки какого-то БП). Лампы 6С19П и 6Ж1П. Изначально блок питания расчитывался на +120 В и в схеме стоял стабилитрон СГ16П. Позже я его заменил на СГ2П, в результате чего диапазон регулировки напряжения стал +150 . 220 В. Вообще-то желательно, что бы разница между входным и выходным напряжением была вольт 80. 100. При указанных на схеме номиналах деталей и переменном напряжении на входе
220 В он держит без проблем нагрузку 200 В / 60 . 70 мА. Пульсации весьма незначительны, порядка 3 . 5 мВ.
Для питания накала УПЧ и УКВ используется другая обмотка. За ней стоит импортный мост KBU10K и электролит.
Так же в то время у меня еще не было компьютера, а про Sprint Layout и подавно не слышал, поэтому плата нарисована от руки на бумаге, а потом стеклянной трубочкой лаком для ногтей на стеклотекстолите.
Печатная плата блока питания.
Использованы ламповые панельки для навесного монтажа, поэтому в плате пришлось делать прямоугольные отверстия под выводы. Для крепления панелек используются стойки и винты М3.
Ну и в заключении — несколько фотографий платы с разных точек.
Вид со стороны установки ламп и со стороны диодного моста.
Вид на монтаж схемы.
