Ламповые усилители, блок питания и применение кенотронов

Оставлен Evgenij Bortnik Втр, 10/25/2016 - 12:53
Аватар пользователя Evgenij Bortnik

Согласно утверждениям "аудиофилов" классический ламповый усилитель непременно должен быть построен с применением кенотронов в выпрямителях блока питания. По здравому размышлению могу заключить, что это собачий бред. Однако выглядит идея симпатично. И запрос обчественности на такое чудо существует, поэтому привожу основные сведения, необходимые для применения кенотронов, а также практические конструкции. Для применения кенотронов с традиционным трансформатором питания анодов лампового усилителя нужно иметь пару симметричных обмоток, рассчитанных прямо на номинальное напряжение анодов. Например для пары 6П3С с напряжением под нагрузкой +400 вольт в аноде к кенотрону нужно иметь две анодные обмотки трансформатора с напряжением около ~310-320 вольт каждая. На батарее конденсаторов напряжение подскочит до +450 вольт. Но вольт 30 просядет в кенотронах, вольт 30 просядет в медных проводах. И останется как раз +390-400 вольт. А если обмотки анодного трансформатора дохлые, намотанные тонким проводом, то и +390 не выйдет. Применение кенотронов не всегда приемлемо именно по условию наличия пары симметричных обмоток. В случае с кенотронами нужен добротный силовой трансформатор, который стоит денег. А это не всегда возможно и не всегда целесообразно. Нередко анодное напряжение приходится собирать из мелких обмоток, не свегда симметричных. Главнее при этом оказывается другое условие - мелкий ток холостого хода всех трансформаторов. А блок питания лампового усилителя при этом создаётся как автономный модуль, со всеми дополнительными устройствами внутри, компактный модуль с автоматикой и микроконтроллером, в котором кенотроны просто излишни. Именно такой принцип конструирования лампового усилителя является правильным. Я бы сказал - единственно правильным. Убавьте понты, мало цености в конструкции, создаваемой как солянка из кучек трансформаторов и ламп, которые вначале раскладывают как пасьянс на общем каркасе, а затем собирают навесным монтажом, заранее закладывая конструкционные ошибки. А затем начинают борьбу с фоном переменного тока. Проектировать и конструировать ЛУМЗЧ нужно иначе, принципиально иначе. Выделить нужно в прокте два главных модуля: 1.Блок питания с автоматикой и 2.Усилитель звука (выходные трансформаторы и лампы - 2 комплекта). После их раздельного проектирования, моделирования, конструктивной проработки, сопряжения решений, изготовления, испытания и тщательной настройки модули соединяют. Но при этом следует хорошо продумать конструкционную и электромагнитную совместимость всех узлов в рамках выбранного дизайна. Вот так.

6Ц4П - кенотрон под пальчиковый цоколь. Сравнительно удобный и малогабаритный кенотрон. Его применение будет уместным в ламповых конструкциях, построенных на пальчиковых лампах. В этом случае дизайн будет единым, а конструкция вполне лаконичной. Ну о достоинствах применения кенотронов говорить бессмысленно, поскольку таковых просто нет. Недостатков огромное количество, начиная с большого внутреннего сопротивления и большой потери напряжения на лампе. При пиках нагрузки просадка напряжения питания может приводить к дополнительным искажениям сигнала. Надёжность ламповой конструкции снижается пропорционально увеличению в усилителе электронных компонентов. Есть в применении кенотронов и проблема пусковой (пиковой) перегрузки выпрямителя. Приходится жестко ограничивать броски токов, особенно в случае применения батарей конденсаторов повышенной ёмкости. Кроме того, потребляется явно излишнее количество электроэнергии и нагревается усилитель существенно больше.

Но  зато в дизайне усилителя появляются новые разноцветные огоньки горящих лампочек. Количество понтов в ламповом усилителе с применением кенотронов увеличивается, поэтому ценник естественно уходит в гору. Ну и ладно, помашем ему рукой. Клиент пусть платит за свои капризы.

6Ц5С - мелкий кенотрон под октальный цоколь. Сравнительно малогабаритный кенотрон, использование которого будет уместным в ламповых конструкциях, построенных с применением ламп под октальную панельку. Это кенотрон считают почти полным аналогом показанного выше пальчикового кенотрона 6Ц4П, но нагревается он поменьше. Если в усилителе не нужны большие токи анода, то применение таких кенотронов вполне приемлемо. При увеличении мощности УМЗЧ до определенного предела можно рекомендовать применение сдвоенных мелких кенотронов, при параллельном включении их анодов. Конечно панелек придётся потратить вдвое больше. При этом эквивалентный ток накала будет существенно меньше, чем у здоровенных кенотронов, показанных ниже. По моему разумению применение кенотронов на 6,3 вольта предпочтительнее, чем с накалом на 5 вольт. Выше коэффициент использования накальных обмоток трансформатора и меньше токи и больше удельная мощность, загоняемая в накалы. По соображениям удобства и безопасности лучше применять кенотроны и косвенным накалом.

5Ц3С - кенотрон повышенной мощности под октальный цоколь. Указанный кенотрон может обеспечить питание одного канала мощного двухтактного лампового усилителя на 6П3С. Это довольно неплохой результат. Для питания анодов "токовых" ламп такого кенотрона уже недостаточно. Естественно, что можно применить пару 5Ц3С или перейти в следующий габарит, например использовав 5Ц8С. Излагаю вам обыкновенные тривиальные сведения, которые может рассказать столь же обыкновенный школяр. Многим инженерам и телезрителям очевидны удобства и неудобства применения тех или иных ламп. А есть у меня ещё и сведения, которые многим просто невдомёк. Но это серьёзная и основательная информация, к которой большинство лампостроителей просто не готово.

Излагаю пример. У меня есть фактические доказательства крайней вредности присутствия в ламповой конструкции нескомпенсированных переменных токов, амплитудой 4,5 и 7 ампер. А об чём собственно идёт речь? А вот об чём. Это токи питания накальных цепей ламповых монстров - кенотронов 5Ц3С и 5Ц8С. Собственно эта неприятность и является причиной моего отказа от таких ламп и вынужденной их замены мелкими собратьями. Дело всё в том, что большие переменные токи служат причиной интенсивного электромагнитного поля, создающего ощутимые наводки на звуковые цепи. Причём это взаимодействие крайне затруднительно подавить комплексом мер, описанных у классиков. Даже экранирование ферромагнитными оболочками имеет неидеальности. Ради собственного любопытства, была построена параметрическая математическая модель одного из моих ламповых усилителей. Исследование квазистационрного электромагнитного поля и совокупности нестационарных режимов выполнено с применением профессионального программного пакета Ansys. Удалось выполнить математическое моделирование полей мощного двухтактного ламповика с разными краевыми условиями. Удалось оценить импульсные электромагнитные помехи при пуске. Прозрачной стала динамика векторов плотности полной мощности и векторного магнитного потенциала в материалах разных экранов, в сердечниках трансформаторов, в горячекатанной стали, в меди обмоток. Кроме того, были получены предварительные сведения о характере распределения векторов напряженности магнитного поля в подвале стального каркаса. Оказалось, что последствия накальных синусоидальных токов большой амплитуды просто чудовищные. При особенно неудачной компоновке они могут стать причиной возникновения электрических напряженностей в мелких проводниках входных цепей величиной до 110-150 мкВ/м. Поэтому применение таких мер, борьбы, как заземление средней точки накальных цепей, с моей точки зрения, не лучше чем применение малинового варенья в борьбе с инфекционной пневмонией.

Несколько более позитивные результаты дает смещение катодов в область положительных электрических потенциалов. Однако это решение, было получено уже в области цепного представления лампового усилителя, с применением упрощенных моделей электронных ламп. Собственно поэтому результаты исследования такой гибридной цепно-полевой задачи в подсистеме анализа нелинейных цепей в известной мере следует считать приближенными. Вполне возможно, что это результаты, расположенные на уровне погрешности вычислительных методов. Как оказалось, наиболее радикальным способом противостояния фону переменного тока и электромагнитным помехам является не что иное, как питание накальных цепей постоянным током. Такое решение обеспечило крайне высокий уровень электромагнитной совместимости цепей силового питания и входных цепей первых ламп, уменьшив плотность магнитного потока рассеяния в подвале почти на два порядка. Но как получить на практике идеальный постоянный ток по 5 ампер на каждый кенотрон? А если например в двухтактном оконечном каскаде двухканального усилителя поставить 6С33С с амплитудами переменных токов в накалах около 10 ампер на каждый баллон. Это же означает присутствие в общем проводе тока с амплитудой до 40 ампер! Жесть! А вот значение эквивалентного постоянного тока выгодно отличается. Это всего 26 ампер. Но как на практике разумно обеспечить эти амперы? Полученные в исследовании результаты требуют детализации. Объём информации просто колоссальный, нужно её осмыслить и систематизировать. Некоторые картинки результатов моделирования электромагнитного поля лампового усилителя будут приведены на этом сайте позднее в специальном цикле статей. Кроме того, попутно решена задача моделирования нестационарного температурного поля ЛУМЗЧ и получены довольно любопытные результаты по теплу. В любом случае, заинтересованных телезрителей у меня будет чем порадовать. Кроме всех прочих соображений есть определённая уверенность, что рассмотрение особенностей конструирования ламповых усилителей с позиций классической теории электромагнитного поля обладает новизной. Скорее всего будут подготовлены материалы для центральной печати, возможно к исследованиям в этой области будут привлечены некоторые аспиранты.

5Ц8С - кенотрон повышенной мощности, под цоколь ПЛК-50, совместимый с лампами типа ГУ-50. Весьма дубовый, крепкий и надёжный выпрямительный баллон. Выделяет много тепла, поскольку рассеиваемая в единице мощность может достигать 30 Вт. Можно рекомендовать применение пары таких кенотронов в комплекте с четвёркой упомянутых выше 6С33С, особенно при построении теплового электрического обогревателя, успешно рассеивающего мощность 300-350 Вт.

Ну  как тут не назвать бредом сивой кобылы мысли некоторых "матёрых" авторов о малозначности таких факторов как неразумные массогабаритные показатели трансформаторов и чудовищное электропотребление самопальных ламповых усилителей, создаваемых с претензией на категорию Hi-End.

6Ц10П - демпферный диод, пальчикового исполнения, компактный, с очень приличной вольтамперной характеристикой. Применение в блоке анодного питания лампового усилителя такой электронной лампы вполне может составить конкуренцию кенотронам. По напряжению диод очень хорош, даже для питания ГУ-50 и ГИ30, а характеристика падения напряжения такого демпфера превосходит большинство кенотронов. Есть на сайте отдельная статья про этот диод.

Ниже представлены практические схемы применения кенотронов в блоках питания ламповых усилителей. Как правило, показанные схемы есть воспроизведение и доработка известной схемотехники применительно к конкретному усилителю, поэтому приводимые катринки чаще всего особенностей не имеют. Возможны и ошибки, их рассматриваю как стимул для научения и преодоления трудностей при воспроизведении. В первой схеме применен плавный пуск анодного питания диодов. Накальные цепи питаются без задержки. От обмотки 20 вольт можно запитать модуль с реле, например РЭС9. Этот модуль на схеме не показан, он задерживает на 30-40 секунд замыкание контактов К1.1, пока конденсаторы не зарядятся примерно до половины напряжения через эквивалентный резистор 3 кОма. За это время параллельные резисторы изрядно нагреваются, поэтому их шесть штук. Можно применить и меньшее число резисторов, но вероятность их выгорания будет больше.

Применение балластных резисторов это стандартный приём заряда БК. Он позволяет ограничивать анодный ток при пуске. При таком подходе есть возможность увеличить в разумных пределах ёмкость батреи конденсаторов. Это весьма полезно для уменьшения пульсаций по анодному питанию усилителя. Нужно заметить, что показанные на схеме кенотроны довольно мелкие, поэтому их накальные токи сравнительно не велики. Вместе с тем, это пример не очень правильного включения накальных цепей. Можно включить накалы лучше, применив выпрямитель с импульсным регулятором. Это избавит усилитель от фона, обусловленного влиянием сильночных цепей переменного тока. 

Схема, показанная ниже, несколько лучше, поскольку накалы кенотронов включены церез импульсный источник DC-DC. В остальном картинка особенностей не имеет. Трансформатор ТАН62 выдаёт напряжения вполне пригодные для анодного питания. 

Уважаемые телезрители, помните, что применение кенотронов в блоке питания лампового усилителя, это индивидуальная прихоть, не имеющая под собой объективных показаний. Желание подчеркнуть собственную "особость" не следует порицать. Нужно просто отдавать себе в этом отчёт. Особость звучания усилителя на кенотронном питании никем не доказана и не может быть доказана в принципе. Соображения о специфическом "аудиофильском" звучании имеют под собой какие-то основания, но не имеют физического материального подтверждения. Человеку очень приятно выделить себя умением отличить качество по звуку. Желание выделиться вполне нормально, хуже обстоит дело с объективными фактами и практическим обоснованием. Среди таковых обоснований я признаю только основания типа симпатии, когда человек говорит, что ему это нравится и не признаю барабашек. Ну и пусть нравится, в добрый путь. Человеку нужно иметь почву под ногами, чтобы было за что себя любимого уважать. Если не хватает знаний и квалификации, пусть пробавляется любовью, эмоциями, заблуждениями, пусть себе пляшет с бубном в руках. Пусть оценивает искажения и качество звучания на слух. Запретить это людям никто не имеет права.

                                 Евгений Бортник, Красноярск, Россия, октябрь 2016 года

22 комментария

by pivokrus on Втр, 10/25/2016 - 19:08
а какие можно применять диоды в БП? совок или китай, ультрафасты итд. кстати, если у октальных ламп фогурная колба и кенотроны типа кобра, смотрится очень даже ничего. плюс не надо городить плавной подачи анодного, можно просто сначала включить накал ламп, а потом накал кенотрона. ну и наличие отсутствия обратного тока.

by Evgenij Bortnik on Втр, 10/25/2016 - 19:24
С кенотронами нельзя существенно увеличить емкость батареи конденсаторов, продолжительная её зарядка при пуске взорвёт аноды и это главный минус и очень злой минус. Плавная подача напряжения это почти универсальная рекомендация. Совдеп-диоды вполне приемлемое решение, в звуковом диапазоне быстроходности хватает, в крайнем случае - шунты из конденсаторов. Ультрафаст тоже неплохо, но дороговато.

by pivokrus on Чт, 10/27/2016 - 02:13
так есть же всякая кетайская альтернавива ультрафастов? стоят копейки. повышать емкость на кенотроне можно, только уже после дрокселя. а перед дрокселем поставить маленький конденсатор. почемужто они (удифилы) расказывают про шык звука на кенотроне?

by Evgenij Bortnik on Чт, 10/27/2016 - 03:00
Хорошие диоды ставить надо. Надёжные. После дросселя конденсаторы ставить можно, но это не по науке. Эффективность их меньше. Нередко звук у дураков есть в ушах и вовсе без ламп.

by pivokrus on Ср, 01/25/2017 - 16:46
А можно допустим если кен слаботочный, типа 5ц4с, то ставить на одни и те же симетричные обмотки транса (со средн. тчк.) 2 кена в паралель? т.е. не аноды одного кена паралелить меж собой а рядом другой такой же кен диодом, а чисто два кена анод1.1 к аноду2.1, анод2.1 к аноду2.2, а дальше у каждого своя емкость и дросель? или будет перекос между каналами? И еще такой вопрос. Если допустим у кена выпрямленный ток нехай 250 мА, и нагрузка жрет допустим около 200 мА, какие должны быть полуобмотки по току? Достаточно если в сумме дают 200 мА (т.е. каждая по 100 мА заряжает емкость по 1 полупериоду), или каждая должна быть на 200 мА?

by Evgenij Bortnik on Ср, 01/25/2017 - 19:14
Экспериментируйте. Крамольного в этом ничего нет. При параллельном соединении кенотронов нельзя считать, что допустимый ток увеличивается вдвое. Можно предполагать улучшение процентов на 40-50. Это в случае, если неплохие кенотроны. А если кенотроны сильно кривые, то будет похуже. Тем не менее параллельное включение возможно, у кенотронов в целом, плохие нагрузочные характеристики, очень пологие, с большой потерей напряжения, поэтому сильно плохо не будет, проконтролируйте, чтобы не налететь на КЗ при монтаже. Кроме того, усилитель редко высасывает весь ток из трансформатора, поэтому указанных токов вполне достаточно. Перегрузка до 25% трансформатору, как правило не страшна. Будет греться. И 50% перегрузку он выдержит достаточно долго. И вообще, силовой трансформатор должен весьма сильно греться. Плохо здесь другое, а именно то, что будет большая просадка напряжения. Из-за которой при больших нагрузках, просядут аноды и поплывут настроенные параметры усилителя. Следовательно сильнее полезут нехорошие искажения.

by pivokrus on Ср, 01/25/2017 - 21:45
Хотелось бы явственно понять, является ли это вообще перегрузом, а может даже вообще недогруз. Вразумительного ответа не нашел пока, а самому с кенотронами дела иметь не доводилось. Про параллельное включение понял, проверим. Или лучше их сразу 2 шт. диодом? Решили мы мерять лампы при помощи стабилизированных источников, таких как тут http://www.etalonpribor.ru/istochniki_pitaniya/product/b5-47_istochnik_postoyannogo_toka_/ Б5-47 уже был (0-30В, 3А), приобрели еще новый Б5-50 за $52 (1-300 В, 0.3А), еще есть мысль купить Б5-48 (0-50 В, 2А) с замененными конденсаторами на новые за $29. Т.е. полностью застабилизироваться анод-сетка-накал, тогда никакой Л1-3 не нужен. Вопрос только как лучше и точнее мерять перепад Ia для измерения S. Толи китайским цыфровичком, толи лучше по падению на сопротивлении стрелочным. Напрямую стрелочным не выходит т.к. при токе ~70 мА перепад в несколько мА трудно засечь, размер шкалы маловат, цена деления никак не меньше 0.5 мА, а хотелось бы до десятых. Типа, S=6.2 мА/В. Может Вы в курсе как меряет Л1-3? Там наверняка должно быть по падению на сопротивлениях, интересует на сколько изменяют Uc чтоб померять dIa? И в какую сторону. Когда мы меряли при dUc=1В получались подозрительно справочные значения ~6 мА/В (6П3С), практически у всех.

by Evgenij Bortnik on Ср, 01/25/2017 - 22:31
Применение кучи дискретных приборов вместо одного Л1-3 это непростой путь. Да и не дешёвый. Мне нужно глянуть схему, чтобы пояснить работу крутизномера. Как удастся выбрать время, так и отпишусь. Насколько я помню, в приборе Л1-3 для реализации функции измерения крутизны в аноде установлен точный резистор, с которого и снимается сигнал. Головка измерительная - микроамперметр 120 или 150 мкА.

by pivokrus on Ср, 01/25/2017 - 22:54
Дык, получается не дороже Л1-3. А возможно стабильнее и точнее если все детали учесть (попыткой чего и занимаюсь), знать бы только логику Л1-3. И универсальнее, например их же можно использовать для макетирования и других целей. И вообще можно снимать полные анодные хар-ки и подбирать лампы програмно по анализу графиков, так и задумывалось изначально. Как тут описано http://www.radiolamp.ru/shem1/pages/88/ Л1-3 - это только 1 точка и то далеко не в рабочем режиме Хотя конечно жалею что дятел не взял Л1-3, чисто из принципа такой девайс иметь приятно, тем более новенький как мне предлагалось. Но практичнее наверно на дискретных.

by Evgenij Bortnik on Ср, 01/25/2017 - 23:12
Мне достаточно много лет, чтобы экономить время и не тратить его на сомнительные удовольствия. У мужчин встречается еще и другое подобное занятие для правой руки, никакого другого названия для этого занятия мне на ум не приходит. Есть определённые критерии выработанные в теории и подтверждённые на практике, которых вполне достаточно для абсолютного большинства задач. Эти критерии реализованы в приборе, понты не в счёт. Но меня радует оптимизм и нацеленность на инновации, это признак бодрого духа. Успехов вам желаю, вполне искренне.

by pivokrus on Ср, 01/25/2017 - 23:40
дык, у меня работа такая, дай только померять чего нибудь :-)

by Evgenij Bortnik on Ср, 01/25/2017 - 23:50
Успехов

by pivokrus on Вс, 03/26/2017 - 05:04
а ежели имеется вторичная обмотка с общей точкой, т.е. строго под кенотрон, можно к ней цеплять 2 кенотрона, но не полностью в паралель, а анод к аноду, а с катодов пошел на разные каналы? с целью повышение выпрямленного тока если обмотки тянут, а кен слабше, например 5ц4с

by pivokrus on Вс, 03/26/2017 - 05:07
т.е. катоды не связаны, накал с разных обмоток ТНа

by Evgenij Bortnik on Пнд, 03/27/2017 - 12:54
Главное в схемах - отсутствие КЗ. Остальное нужно пробовать, обеспечив путь прохождения тока. Без картинки трудно представить себе реальность.

by pivokrus on Пнд, 03/27/2017 - 19:04
такая картинка https://hkar.ru/Op0y только кен не 5Ц3С прямонакальный, а косвенный 5Ц4С. т.е. задача запитать не одним 5Ц3С т.к. он дорогой и дефицитный, а 2 шт более дешевымы 5Ц4С, но слабше по току. +дополнительная развязка может

by Evgenij Bortnik on Пнд, 03/27/2017 - 21:20
годится

by pivokrus on Пнд, 03/27/2017 - 21:32
т.е. будет работать? почему-то не нахожу такой схемы, хотя вопрос крайне актуален. есть включают диодами в виде моста аноды в паралель, есть рекомендуют электрод к электроду, а такого самого логичного включения нету, подозрительно

by Evgenij Bortnik on Пнд, 03/27/2017 - 22:01
Нарисую, когда будет время. Я тоже хотел заменить 5ц3с мелкими кенотронами. С косвенным накалом этот фокус прокатит. С прямым не прокатит.

by pivokrus on Пнд, 03/27/2017 - 22:10
а какая разница? у косвенных тоже катод гальванически сидит на накале

by Evgenij Bortnik on Пнд, 03/27/2017 - 22:44
Главное чтобы не было КЗ. Я не очень помню подробности, нарисую, когда будет вдохновение. По памяти я примеривал двуханодные кенотроны, кажется 6Ц4П, вроде не было контакта в них. Кроме того, рисовал демпферные диоды. Щас уже запамятовал. Нужно внимательно проверить схему. Думаю, что а вас получится.

by pivokrus on Пнд, 03/27/2017 - 22:51
кз по катоду там не будет т.к. неоткуда взяться. накал у них отдельно и так, поэтому без разницы прямой или косвенный, связаны они будут только через землю после прохождения через весь усил. вопрос можно ли цеплять одноименные аноды на одну обмотку/землю. ладна посмотрим