Электрификация

Справочник домашнего мастера

Питание для усилителя

БЛОК ПИТАНИЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ

Ничто так не выдаёт консерватизм, чем изготовление ламповых усилителей звука. А может это просто признак особого изысканного вкуса настоящих аудиофилов? В любом случае собрать такой УНЧ представляется прикольным и теоретически выгодным занятием. Как знать, сколько подобный шедевр будет стоить спустя 20 лет. Тут один только внешний вид лампового усилителя уже делает достойной установку его на самом видном месте кабинета. А звук.. Ну это каждый решит после прослушки для себя сам. В общем приступая к сборке самого усилителя, вначале продумайте сам блок питания. Это вам не 12В взятые из БП ATX. Здесь должны присутствовать минимум два напряжения разной величины и мощности. Напряжение накала берётся в пределах 5,5 — 6,5В и чаще всего подаётся на схемы переменным, сразу с обмоток трансформатора, а питание анодов достигает 300 и даже 500В. При уже постоянной форме тока.
Несмотря на то, что в последнее время наметилась стойкая тенденция к импульсным источникам питания всего и вся, рекомендую всё-же забыть на время про электронные трансформаторы и задействовать старый добрый ТС180 (ТС160) от любого чёрно-белого лампового телевизора. Тому есть две причины. Во-первых обычный трансформатор прощает невнимательность монтажа и не взорвётся, как электронный, при случайных боках и замыканиях, а во-вторых цена ЭТ может быть весьма и ввесьма, в отличии от обычных ТС, коих у многих хватает в закромах. Представляется правильным собрать один универсальный блок питания с анодным и накальным напряжением, и питать от него или один конкретный ламповый усилитель (спрятав сам БП подальше), или собирая другие ламповые схемы переключать его при необходимости на них. На каждый ламповый УНЧ блоков питания не напасёшся:)

Смотрим схему простого блока питания лампового усилителя:

По питанию 220В ставим модный пластмассовый тумблер 250В 5А с зелёной подсветкой. Не забываем про предохранители — один на пару ампер по сети, второй трёхамперник по накалу, и третий по высоковольтному напряжению анода. В отличии от электронных трансформаторов, где предохранители сгорают последними, здесь они выполнят свою миссию, так как даже и без них блок питания выдержит кратковременные замыкания выходов. За что я и уважаю трансы в железе. Диоды для двухполупериодных мостов или собираем из советских КД202 с нужной буквой, или берём готовый диодный мост на подходящее напряжение и ток. Если у вас усилитель на пару ламп типа 6П14П с небольшой мощностью выхода, диодный мост выпрямителя пойдёт и советский коричневый КЦ405 или КЦ402. Накал выпрямлять следует только для входных ламп первого одного — двух каскадов. Дальше влияние постоянного накала сводится к нулю и это будет только расход тепла на диодах.

Можно питать накал от моста с конденсатором 4700 — 10000мкФ, а можно и КРЕН5 поставить. и не стремитесь на входные лампы подавать строго 6,3В — лучше питать их немного заниженным напряжением вплоть до 5В. Так что обычная пятивольтовая КРЕНка и всё будет ОК. Обязательно советую поставить пару светодиодов — индикаторов напряжения анода и накала. Во-первых красиво, а во-вторых информативно, сразу видны возможные проблемы с питанием.

Корпус лучше делать делезный, точнее из листового алюминия — он обрабатывается очень удобно. Или просто взять готовый подходящих размеров, где просверлить гнёзда под кнопку сети, светодиоды и разъёмы. Сеть тоже вводите в корпус не просто через дырку, а подключив штеккером к специальному сетевому гнезду. Лично я делаю только так на всех конструкциях — это удобно.

Конденсаторы фильтров анода берём чем больше — тем лучше. Минимум два по 300 микрофарад. Напряжение на них должно быть на 100В выше, чем напряжение на выходе БП. Если у вас схема рассчитана на 250В, то берём конденсатор на 350. Конечно я это правило выполняю далеко не всегда, а бывает вообще ставлю один к одному, но вы так не делайте и в этом с меня пример не берите. Резистор на 47 Ом 5 ватт уточняем по конкретной схеме лампового усилителя. Для простого однотактного его хватит, а для мощного двухтактника надо вообще ставить дроссель. Выдиратся он из любого лампового телевизора и называется ДР-0,38. Трансформатор питания перед установкой в БП обязательно послушайте на предмт гудения и жужжания. А то купите, рассчитете и соберёте под него корпус, а он гудит громче вечернего Пинк Флойда. Будет большой облом. И напоследок порекомендую все диоды шунтировать конденсаторами на 0,01-0,1 мкФ с соответствующими напряжениеми.
Все вопросы — на форум по БП

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ

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.

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: . Назаров С.В. «Транзисторные стабилизаторы напряжения». М., Энергия 1980 г.

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

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

Практика AV #6/2003

Стабилизация тока накала ламп УНЧ

Прошедшей зимой захотелось сделать усилителю «Лофтин-Уайт» по схеме А.И. Манакова на 6Н2П и 6П36С стабилизацию всех питающих напряжений. С анодными всё решилось просто, а вот с накальными возник вопрос – получаемое постоянное напряжение при выпрямлении переменного 6,3 В оказалось слишком мало для нормальной работы большинства схем стабилизаторов напряжений. А так как силовой трансформатор намотан «под завязку» и добавить в него несколько дополнительных витков никак не получалось, то решил отказаться от стабилизации напряжений и попробовать стабилизировать протекающие токи. Такие схемы известны, среди них есть варианты с достаточно малыми потерями и, кроме того, они исключают броски накальных токов при включении усилителя, что должно продевать срок службы ламп.

Определение условий работы стабилизаторов.

Сначала были проведены замеры выходных напряжений накальных обмоток трансформатора с нагрузкой в виде двух ламп 6Н2П (токи по справочнику – 340 мА (+/-35 мА)). При изменении ЛАТР-ом питающего напряжения 230 В в пределах +/- 20 В, токи накала менялись от 0,37 А до 0,32 А (+9% и -6%), а напряжения менялись примерно от 6,9 В до 5,7 В (около +/-10%). Затем лампы были подключены через выпрямители с фильтрующими CRC цепями (рис.1) и померено напряжение на фильтрующих конденсаторах – с учётом потерь на диодных мостах оно менялось от 8,1 В до 6,6 В.

Для измерения напряжений применялся мультиметр ВР-11А. Для контроля токов в разрыв проводников, идущих к лампам, ставился резистор 0,1 Ом и на нём мультиметром измерялось падение напряжения. Затем по формуле J=U/R высчитывался протекающий ток (получаемая точность – около +/- 10 мА). После контроля токов резисторы или выпаивались из схем или «закорачивались» перемычками из толстых проводов, т.е. все замеры напряжений делались при отсутствующих резисторах 0,1 Ом.

Рис.1

Во время замеров оказалось, что при одинаковом напряжении питания лампы имеют различные накальные токи (об этом говорится в ). Для набора хоть какой-то статистики были взяты наугад 10 ламп 6Н2П и у них были померены накальные токи при питании постоянными напряжениями 6,3 В и 6,0 В от лабораторного блока питания. Из 10 ламп (рис.2) у одной (№6) ток при подаче 6,3 В был ниже паспортного, у пяти (№1, №2, №3, №8 и №10) – выше. Лампы №3 и №4 разного года изготовления, но хранились в упаковках, имеют чистые блестящие выводы и, скорее всего, никогда не работали.

Рис.2

После «промеров» 6Н2П, к своим обмоткам через подобные выпрямители, только с более мощными диодами и резисторами меньшего сопротивления, были подключены накалы ламп 6П36С (накальный ток по справочнику равен 2 А (+0,2 А / -0,15 А)) и так же сняты показания – напряжения после выпрямительных мостов находились в границах от 7,5 В до 6,1 В.

Так же с помощью лабораторного блока питания были проверены 5 разных лам 6П36С – накальный ток 2 А получался при подаче напряжений в пределах от 5,95 В до 6,1 В.

И теперь, когда условия эксплуатации и требуемые параметры стабилизаторов ясны, остаётся определиться со схемами на токи 0,34 А и 2 А с точностью поддержания этих значений хотя бы вдвое лучше, чем без стабилизации.

Схемы, немного теории и эксперименты.

После чтения литературы и проверки нескольких вариантов, для ламп 6Н2П была выбрана схема на биполярных транзисторах с отрицательной обратной связью по току и со светодиодом в качестве источника образцового напряжения ( стр.41), ( стр.103). На рисунке 3 показан её начальный вариант.

Рис.3

Принцип работы такого стабилизатора тока прост – образцовое напряжение, «падающее» на светодиоде HL1 (1,51 В) приложено к базе составного транзистора VT1VT2. Часть этого напряжения «падает» на база-эмиттерных переходах (1,3 В), а остаток (0,21 В) – на резисторе R2. Его сопротивление выбрано таким, чтобы протекающий ток составлял 0,34 А (0,21 В / 0,61 Ом = 0,34 А). Естественно, чтобы этот ток появился, нужно коллекторы транзисторов соединить через нагрузку с «минусом» питания (нагрузкой в данном случае является подогреватель лампы). И так как у транзистора получается две нагрузки – в эмиттере и в коллекторе, и сопротивление одной из них относительно постоянно (R2), то он перераспределяет мощности между собой и подогревателем так, чтобы протекающий ток был всегда одинаков. Если стабилизатор рассматривать как схему с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току ( стр.32), то его коэффициент стабилизации в основном зависит от постоянства образцового напряжения и коэффициента усиления по напряжению, зависящему от отношения сопротивления коллекторной нагрузки к сопротивлению в эмиттере.

Интересно посмотреть, а как изменятся напряжения в схеме, если уменьшить питание на 0,5 В? На рисунке 4 видно, что напряжение на светодиоде HL1 стало 1,5 В, на резисторе R2 осталось тем же – 0,21 В. Если в варианте с нормальным питанием напряжение падения на транзисторе VT2 было 1,02 В, то теперь стало 0,91 В, т.е. транзистор сейчас находится в более открытом состоянии и, соответственно, рассеивает меньшую мощность, тем самым компенсируя уменьшение мощности, выделяемой в нагрузке. Но всё равно видно, что напряжение питания нагревателя лампы «просело» с 6,13 В до 5,74 В.

Рис.4

Чтобы определить, насколько это плохо (или, может быть, хорошо), были проведёны сравнительные эксперименты со схемой по рисунку 5. Сравнивались состояния напряжений на входе и на выходе стабилизатора тока, для контроля уровней и записи графиков использовалась программа SpectraPLUS и звуковая карта с открытыми входами. Сигналы подавались в звуковую карту через резисторные делители на 20.

Рис.5

Сначала контроль напряжений при включении схемы. На рисунке 6 верхний график – это напряжение на входе стабилизатора, нижний график – на выходе. Видно, что на выходе стабилизатора напряжение достигает уровня 5 В примерно через 20-25 секунде после включения, а уровня, близкого к номинальному значению 6 В – только на 5-ой минуте.

Рис.6

Так, хорошо, с напряжением теперь понятно, а как там насчёт протекающего тока? Ограничивается ли бросок при включении? Судя по графику напряжения – то да, но как там это точно происходит?

Чтобы это посмотреть, в разрыв провода, идущего к накальному выводу, был поставлен резистор 0,1 Ом и напряжение падения с него подавалось в звуковую карту (без деления, напрямую). На рисунке 7 видно, что при включении ток сначала резко достигает уровня 0,34 А, затем плавно (примерно за 20 секунд) снижается до 0,33 А, а потом ещё более плавно, за 3-4 минуты, опять достигает значения 0,34 А (связано это, скорее всего, с прогреванием всех элементов в схеме).

Рис.7

Рис.8

Изменение накального тока показано на рисунке 9. Разница не более 3 мВ, что соответствует изменению тока +/- 15 мА.

Рис.9

Нельзя сказать, что результат понравился, хотелось бы получить что-то более стабильное, но, всё же, по графикам видно, что схема рабочая и можно попробовать улучшить её характеристики.

Так как большое влияние на параметры схемы оказывает изменение тока базы транзистора VT1, то была предпринята попытка его стабилизации. Для этого резистор R1 (390 Ом) был заменён на полевой транзистор в режиме стабилизатора (генератора) тока (, стр.375). В результате получилась схема (рис.10), где напряжение на нагрузке одного слаботочного стабилизатора тока является образцовым для второго, более мощного, стабилизатора тока.

Рис.10

Напряжение падения на светодиоде уменьшилось до 1,46 В, поэтому пришлось немного уменьшить и сопротивление резистора R2 (и это хорошо). То, что получилось в результате этих изменений, показано на рисунке 11. Здесь разница напряжений между максимальным и минимальным значением на входе стабилизатора составляет 1,62 В (+/-11% от 7,35 В), а на выходе – 0,38 В (примерно +1% и -2% от 6,02 В). При этом заметно, что при росте напряжения питания стабилизатор работает лучше, чем при понижении питания (это говорит о том, что имеющегося напряжения питания всё-таки не хватает для нормальной работы). График изменения тока показан на рисунке 12, где видно, что изменения находятся в пределах между 0,33-0,34 А.

Рис.11

Рис.12

Было проведено ещё несколько небольших изменений в схеме, но явных улучшений не было, и схема была оставлена в том виде, в котором приведена на рисунке 10.

Теперь несколько экспериментов с лампами 6П36С.

Сначала, конечно, была проверена возможность работы последнего варианта стабилизатора с токоотбором 2 А, но ничего хорошего не получилось. Пробовал заменить выпрямительные диоды и транзисторы на более мощные, применить другой источник образцового напряжения и минимизировать потери в проводниках – результат получался плохим. Графики приводить не буду – там на выходе примерно то же, что и на входе – стабильность получалась в разы хуже, а иногда и совсем отсутствовала. Скорее всего, причинами этого являются как пониженное на 0,2 В напряжения питания из-за увеличения потерь в трансформаторе, выпрямителе и просто на подводящих проводниках, так и изменение коэффициента усиления по напряжению из-за гораздо меньшего сопротивления нагрузки. Кроме того, влияет более тяжёлый температурный режим регулирующего транзистора – если в схеме с протекающим током 0,34 А на нём рассеивается около 0,4 Вт, то в 2-х амперном варианте – уже около 2,3 Вт. А так как у применяемых транзисторов увеличение температуры на один градус по шкале Кельвина вызывает уменьшение напряжения база-эмиттер на 2 мВ, то это меняет уровень напряжения на токовом резисторе и, соответственно, получаются разные значения тока стабилизации в момент включения усилителя (пока схема не прогрелась) и во время её дальнейшей работы.

После нескольких безуспешных попыток было решено заменить биполярный транзистор на полевой – теоретически он должен лучше выполнять роль регулирующего элемента (при меньшем напряжении исток-сток). Сначала был проверен вариант с полевым транзистором 36N03 (N-канальный силовой MOSFET) (рис.13), схема стандартная, взята из (стр.80, рис.4.4в). В качестве источника образцового напряжения используются два последовательно включенных регулируемых стабилитрона TL431.

Рис.13

Так как нагрузка в этой схеме включена между положительным выводом выпрямительного моста и регулирующим транзистором, то при измерениях звуковой картой за «общий» вывод был взят «плюс» источника питания (+7,15 В). В связи с этим, все измеряемые потенциалы имеют отрицательное значение и графики уходят в отрицательную зону, но это не критично – разница потенциалов остаётся всё такой же, как и на вышеприведённых графиках из «положительной зоны».

Рис.14

Следующим шагом была проверка более сложного варианта стабилизатора с применением операционного усилителя для «отслеживания ошибки» (рис.15) (, стр.389, стр.80, рис.4.4б). Здесь на «прямой» вход ОУ приходит образцовое напряжение по цепи VR1R2R3, а на «инверсный» — напряжение с токового резистора R6. При изменении напряжения питания всей схемы (например, при его понижении) протекающий через подогреватель ток уменьшится, это вызовет понижение напряжения на резисторе R6 и усилитель отреагирует повышением напряжения управления транзистором. Транзистор начнёт ещё больше «открываться», напряжение падение на нём будет уменьшаться и, соответственно, напряжения на подогревателе и резисторе R6 начнут увеличиваться до тех пор, пока уровни на обоих входах ОУ не сравняются (порог выставляется переменным резистором R3).

Рис.15

Так как для работы ОУ требуется ещё и отрицательное напряжение питание, то на элементах C4VD5VD6C3 был собран дополнительный слаботочный выпрямитель -6 В.

Графики, снятые при проверке этой схемы показаны на рисунке 16. На входе стабилизатора разница между минимальным и максимальным значениями составляет 2 В (+/-14,2% от 7,05 В), а на выходе видны изменения только при понижении напряжения питания и они составляют 0,04 В (-0,66% от 6,08 В).

Рис.16

Полученный результат полностью устроил и на этом эксперименты были закончены. Для установки в усилитель был взят этот вариант стабилизатора и вариант по рисунку 10 для ламп 6Н2П. Печатные платы разведены вместе со стабилизаторами анодных напряжения (рис.17). В архивном приложении к тексту находятся 3 варианта стабилизаторов в формате программы Sprint-Layout (вид сделан со стороны печати, для изготовления по Лазерно-Утюжной Технологии нужно включить «зеркальный» режим).

Рис.17

Настройка и детали.

Основная настройка схем заключается в выставлении нужных опорных напряжений и в подборе сопротивлений низкоомных резисторов. В схемах без регулировочных резисторов можно сначала поэкспериментировать с разными типами светодиодов и разным их цветом свечения, а затем выбрать подходящий исходя из того, что на токовом резисторе, имеющем минимальное сопротивление должно «падать» такое напряжение, чтобы ток стабилизации находился в нужных пределах.

На рисунке 18 показан внешний вид резисторов при изготовлении их из нихромовой проволоки с вариантом крепления к проводникам печатной платы винтами и гайками М3. Соблюдения точного значения сопротивления не требуется, но при желании их номинал можно подобрать или длиной используемой проволоки или уменьшением её диаметра (стачивая витки с помощью надфиля, но это в случае, если резистор заранее имеет немного меньшее сопротивление).

Рис.18

На самом деле, так как большие радиаторы для регулирующих транзисторов поставить в усилитель не получалось, сопротивления токовых резисторов были взяты примерно в 1,3…1,5 раза больше того, чем требовалось – решил, что пусть лучше тепло выделяется на них, чем на транзисторах, и пусть это даже в ущерб рабочему диапазону изменения питающего напряжения. Честно говоря, контроль при изменении сетевого напряжения +/- 20 В был проведен только для экспериментов, а реальные амплитуды изменений у нас в сети не превышают 10 В. С такими «увеличенными» резисторами усилитель работает уже более месяца, за это время никаких проблем не возникало, при периодическом контроле напряжений накалов всё было в норме и по утрам, и днём, и по вечерам.

Если же свободное место в усилителе позволяет поставить радиаторы с большой площадью рассеивания, то тогда резисторы можно взять минимально возможного сопротивления.

Биполярные транзисторы в схемах с током 0,34 А (рис.4 и рис.10) можно заменить на КТ814 и КТ837 с любыми буквами, но в любом случае следует применять транзисторы с максимально большими коэффициентами передачи тока. Схемы неплохо работают при токах стабилизации до 1 А.

Ну, а при токах более 1 А (рис.13 и рис.15) можно применить любой подходящий по характеристикам и конструктивному исполнению N-канальный силовой MOSFET транзистор (кроме указанного 36N03 при макетировании проверялась работа с 10N03 в TO220, а в усилитель «пошли» 45N03 в корпусе TO-263).

Операционный усилитель можно заменить на КР140УД608 (он так же как и КР140УД708 имеет внутренние цепи частотной коррекции) или на другой подобный ОУ, но тогда следует впаять конденсатор ёмкостью от 510 пФ до 4,7 нФ между выводами 2 и 6 микросхемы (на приведенной печатной плате предусмотрено место для установки конденсатора в корпусе SMD 0805).

Суммарной ёмкости электролитических конденсаторов, стоящих после мостового выпрямителя, должно хватать для обеспечения нормальной работы стабилизаторов при самом возможно низком напряжении питания. Появление пульсаций в напряжении накала или, правильнее будет сказать, их заметное увеличение, говорит о том, что схема «выходит» из режима. Во время экспериментов с 2-х амперными стабилизаторами для их нормальной работы хватало «батареи» конденсаторов общей ёмкостью 22 000 мкФ. Если потребуется добавить ещё некоторое количество конденсаторов, то можно или «развести» несколько дополнительных рядов в «гребёнке» на печатной плате, или распаять их на отдельной плате и установить её рядом со стабилизаторами, подсоединив толстыми короткими проводниками. Все конденсаторы должны быть рассчитаны на номинальное напряжение не ниже 10 В.

Ёмкость конденсатора, стоящего на выходе стабилизатора, некритична — можно взять от 100 мкФ и более. Устанавливается конденсатор возле лампы, на печатных платах место под него не разведено.

В качестве диодов моста использованы 10-ти и 30-ти амперные «шотки» SBL1040CT и SBL3040PT, имеющие по два диода в одном корпусе и объединённые общим катодным выводом. В схеме включения их раздельные анодные выводы тоже соединены между собой, в результате чего получается параллельное соединение двух диодов, стоящих в одном корпусе. Это уменьшает нагрев диодов и постоянное прямое напряжение (потери) на них не превышают 0,45-0,55 В в каждом плече моста.

В дополнительном выпрямителе -6 В (рис.15) можно использовать любые диоды с током 1 А и более, а конденсаторы ёмкостью от 100 мкФ до 470 мкФ с рабочим напряжением 16-35 В.

На схемах не показано, но на печатных платах параллельно всем выпрямительным диодам впаяны керамические конденсаторы ёмкостью 10 нФ. Устанавливаются они для снижения уровня импульсной помехи, возникающей в моменты закрывания диодов. Конденсаторы используются в SMD исполнении типоразмера 0805.

В сильноточных вариантах стабилизаторов надо учитывать такую «тонкость», как влияние конструктивных сопротивлений, имеющихся в местах крепления низкоомных резисторов и сопротивление печатных проводников платы (возможно, что понадобится увеличение их сечения «параллельной» пропайкой проводом диаметром 1,5-2,5 мм). Все проводники, входящие и выходящие, должны быть максимально короткими и толстыми – сечением не менее 3 кв.мм (диаметр 2 мм).

Все провода, идущие от трансформатора, должны быть свиты и на них желательно надеть ферритовые кольца с диаметром отверстия, позволяющим пропустить сквозь них 1 или 2 витка. «Свивка» уменьшит уровень электромагнитного излучения, а ферриты создадут преграду ВЧ помехам (как приходящим из сети, так и возникающим в выпрямителях) и улучшают «развязку» цепей.

Если стабилизаторы питать от отдельных обмоток, то они получаются никак гальванически между собой не связаны и любой их выход можно заземлить или привязать к любому постоянному потенциалу усилителя. Например, работая сейчас в усилителе, все стабилизаторы находятся под некоторыми постоянными потенциалами относительно общего провода.

Андрей Гольцов, г. Искитим

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Рисунок №3
VT1 Биполярный транзистор КТ814В 1 Поиск в Utsource В блокнот
VT2 Биполярный транзистор КТ835Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод SBL1040CT 4 Поиск в Utsource В блокнот
HL1 Светодиод АЛ307АМ 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор 390 Ом 1 0,25…0,5 Вт Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор 0.6 Ом 1 Проволочный, см. текст Поиск в Utsource В блокнот
С1, С2 Конденсатор 3300,0 мкФ 11 Uном=10 В Поиск в Utsource В блокнот
Рисунок №10
VT1 Полевой транзистор КП303Е 1 Поиск в Utsource В блокнот
VT2 Биполярный транзистор КТ814В 1 Поиск в Utsource В блокнот
VT3 Биполярный транзистор КТ835Б 1 Поиск в Utsource В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод SBL1040CT 4 Поиск в Utsource В блокнот
HL1 Светодиод АЛ307АМ 1 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор 47 Ом 1 0,25 Вт Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор 0.53 Ом 1 Проволочный, см. текст Поиск в Utsource В блокнот
C1, C2 Конденсатор электролитический 3300.0 мкФ 11 Uном=10 В Поиск в Utsource В блокнот
Рисунок №13
VR1, VR2 ИС источника опорного напряжения TL431 2 Поиск в Utsource В блокнот
VT1 MOSFET-транзистор PHD36N03LT 1 Поиск в Utsource В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод SBL3040PT 4 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор 120 Ом 1 0,25…0,5 Вт Поиск в Utsource В блокнот
R2 Переменный резистор 10 кОм 1 СП3-19 Поиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор 0.06 Ом 1 Проволочный, см. текст Поиск в Utsource В блокнот
C1, C2 Конденсатор электролитический 3300.0 мкФ 11 Uном=10 В Поиск в Utsource В блокнот
Рисунок №15
VR1 ИС источника опорного напряжения TL431 1 Поиск в Utsource В блокнот
OP1 Операционный усилитель КР140УД708 1 Поиск в Utsource В блокнот
VT1 MOSFET-транзистор PHP45N03LTA 1 Поиск в Utsource В блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод SBL3040PT 4 Поиск в Utsource В блокнот
VD5, VD6 Выпрямительный диод FR103 2 Поиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор SMD 0805 360 Ом 1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор SMD 0805 2 кОм 1 Поиск в Utsource В блокнот
R3 Переменный резистор 1 кОм 1 СП3-19 Поиск в Utsource В блокнот
R4, R5 Резистор SMD 0805 1 кОм 2 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор 0.1 Ом 1 Проволочный, см. текст Поиск в Utsource В блокнот
C1, C2 Конденсатор электролитический 3300.0 мкФ 11 Uном=10 В Поиск в Utsource В блокнот
C3, C4 Конденсатор электролитический 330.0 мкФ 2 Uном=16…35 В Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

  • Печатные платы стабилизаторов тока накала.rar (27 Кб)

Теги:

Простой блок питания для работы с лампами.

Как то раз пришлось разгребать различный хлам в кладовке у товарища, и помогать ему наводить там порядок. И вот на глаза среди хлама попался вот этот интересный блок, который соответственно был немедленно «конфискован», как поощрение за оказанную помощь в уборке.

Мать товарища в прошлом работала в школе, и скорее всего этот блок питания возможно использовался там в качестве наглядного практического пособия в каком нибудь физическом кабинете.
Это моя версия, может быть я не прав, просто так думаю, кто знает истинное предназначение данного блока — поправьте меня.

Ну так вот, принёс я его домой и решил сделать ревизию его возможностям, ну и поделиться с Вами. Может кому нибудь будет интересно.
Блок питания довольно компактный. Передняя панель размером 20 х 20 см., глубина блока 21-22 см.
Внутри всё очень довольно просто, и вся схема не содержит каких либо активных элементов.

На шасси установлен силовой трансформатор, дроссель, электролитические конденсаторы, один конденсатор постоянной ёмкости бумажный МБГП-2.
На передней панели два переменных резистора, один из них проволочный, мощностью 25 Вт. Так же девять разъёмов для различных выходных напряжений.
Вид блока питания со стороны монтажа такой.

Силовой трансформатор довольно таки мощный, ватт на 180-200. Толщина набора пластин 50 мм., пластина (средний керн) вроде как на 32 мм.
Схема блока питания, как уже было сказано выше, самая простая и имеет следующий вид.

Схема блока питания имеет два не стабилизированных выпрямителя. Первый выпрямитель основной, выполнен на вторичной обмотке II, которая имеет переменное напряжение 245 вольт. Выдаёт этот выпрямитель следующие выходные напряжения;
— Не стабилизированное напряжение +330 вольт, написано на передней панели +350.
— Не стабилизированное напряжение +310 вольт, это без нагрузки, написано +250 вольт.
— Не стабилизированное напряжение, изменяющее от 0 до 310 вольт, это без нагрузки, написано 0-250 вольт.

Второй выпрямитель выполнен на вторичной обмотке III. Эта вторичная обмотка намотана со средней точкой и имеет выходное переменное напряжение 100+100 вольт. Выдаёт этот выпрямитель не стабилизированное напряжение, которое можно изменять переменным резистором от -140 до +140 вольт (без нагрузки), то есть полярность на разъёмах меняется -140 -0- +140.

Имеется ещё выход переменного напряжения 6,3 вольта (для питания накала ламп), разъёмы которого так же выведены на переднюю панель.

Тестирование блока питания показало следующие результаты;
Указанное на передней панели изменение напряжения 0-250 вольт, блок питания обеспечивает при токе нагрузки 80 мА. Другие выходы не были нагружены. Напряжение +330 вольт практически не понизилось.
При нагрузке высокого напряжения +330 вольт, током нагрузки 80-90 мА, выходное его напряжение понижалось до 310-305 вольт, а регулируемый выпрямитель (0-250 вольт) спокойно нагружался током 50 мА.
Второй выпрямитель не тестировался, так как судя по схеме он небольшой мощности и его назначение — это питание сеточных и аналогичных маломощных цепей ламповой конструкции.
Так что не смотря на простоту блока питания, его вполне можно использовать для наладки ламповых конструкций средней сложности. Контроля выходных напряжений естественно нет, что конечно не удобно и без доработок требуются дополнительные вольтметры, но за то дёшево и просто.
Удачи всем!

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.

Схема простого блока питания для усилителя мощности Phoenix P-400

Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства — это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты «Phoenix P-400».

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора «импульсный БП или на основе сетевого трансформатора» не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора — имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

  • меньший объем и вес;
  • более высокий КПД;
  • лучшее охлаждение для обмоток.

Мне оставалось только рассчитать напряжении и количества витков для вторичных обмоток с последующей их намоткой.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

  • Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см2) * Площадь сечения (см2)
  • Площадь окна = 3,14 * (d/2)2
  • Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

  • Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см2
  • Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см2
  • Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Если вам нужно рассчитать тороидальный трансформатор, то вот небольшая подборка из статей: (1Мб).

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал — где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение — по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

  • для 4х обмоток питания УМЗЧ — провод диаметром 1,5 мм;
  • для остальных обмоток — 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.
Суть метода:

  1. Выполняем намотку 20 витков любого провода;
  2. Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
  3. Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков — узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.

Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 — нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода — получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.

Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй — получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя — А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 — емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

Расшифровка названий на схеме:

  • STAB — стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
  • STAB+REG — стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
  • STAB+POW — регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

Uвых = Vxx * ( 1 + R2/R1 )

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

  • LM317 — 1,25;
  • 7805 — 5;
  • 7812 — 12.

Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

  • +36В, -36В — усилители мощности на TDA7250
  • 22В — схемы задержки включения и защиты акустических систем
  • 12В — электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности, схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
  • 14В — электронные регуляторы тембра.
  • 5В — индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.

Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант «все на одной плате» тоже не плох и по своему удобен.

Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве — на отдельных печатных платах.

Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель — печатную плату (рисунок 8).

Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

UPD: Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

Скачать — (63 КБ).

Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

Скачать — (7 КБ).

Начало цикла статей: Усилитель мощности ЗЧ своими руками ( Phoenix-P400 )

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх