Ламповый усилитель. Блок питания на ТАН41

Оставлен Evgenij Bortnik Втр, 02/13/2018 - 10:51
Аватар пользователя Evgenij Bortnik

Блок питания БП41/41/20 на двух трансформаторах ТАН41-127/220-50, каждый по 78ВА номинальной мощности, предназначен для электропитания двухтактного стерео усилителя на сдвоенных лампах 6П18П. Накальные обмотки отнимают из общей мощности 12,6х1,9=24Вт. Следовательно отобрать в аноды можно по 54Вт от каждого трансформатора. Особенностью блока питания для 6П18П является обеспечение относительно невысокого напряжения 200-210 вольт на выходном каскаде усилителя. При этом напряжение питания предварительного каскада нужно задрать почти вдвое, до 350-370 вольт. Низковольтная обмотка обеспечивает сравнительно большой паспортный ток 0,475 ампера. При испытаниях трансформатор долговременно нагружался до 0,5 ампера и даже больше. Это соответствует значительной развиваемой мощности силовых анодных обмоток, около 100 Вт. Четыре обмотки по 5 вольт от двух трансформаторов не использованы, поскольку уровень напряжения в анодах может оказаться чрезмерным. Напряжение на анодах ламп предварительного усилителя повышают при помощи малогабаритного тороидального трансформатора 220/115 вольт, с выпрямителем и электролитом на 200 вольт, расположенного сбоку на торце БП. Потребление по анодам мелких ламп невелико и нет смысла тратить мощные обмотки на предварительный усилитель. Сложением выпрямленных напряжений и достигают повышения напряжения на анодах.

При построении лампового усилителя должен быть непременно реализован принцип блочно-модульного конструирования. Именно поэтому источник питания лампового усилителя следует называть блоком питания (БП). Общий вид блока питания показан на картинке ниже. Схему такого блока питания можно посмотреть другой большой статье на этом сайте, и здесь её воспроизводить особого желания нет. Примеры картинок с блоком питания показаны ниже.

Блок питания изготовлен двухэтажным, для обеспечения максимально возможной компактности условиях применения стандартных трансформаторов. Текстолитовая пластина обеспечивает крепление всех деталей, включая электромагнитные дроссели, выпрямительные мостики, электролиты и клеммники. Все электрические соединения выполнены разноцветными проводами, в виде витых косичек, собранных в жгуты и выведенных на клеммники. Дросселям от люминесцентных ламп выполнено обрезание, благодаря чему их габаритные размеры удалось сократить процентов на 30-40. Применение в качестве дросселей лампового усилителя устройств от осветительного оборудования давным-давно известный приём. Такая форма дросселей значительно удобнее традиционной, на ПЛ-сердечниках или на Ш-образном железе. В каждом дросселе можно обеспечить ток до 0,35-0,4 ампера, как показано на картинке. При облегченном режиме дросселя в 0,25 ампера, падение напряжения на обмотке дросселя около 10 вольт. Именно ввиду компактности во всех конструкциях БП использованы плоские дроссели. Диапазон индуктивностей испытанных мною на практике электромагнитных дросселей составляет 1,5-2,5 генри, при резистивном сопротивлении от 75 до 42 Ом. Степень симметрии дросселей очень высокая и никакого подбора парных экземпляров не требуется. Нагружать источник питания при испытаниях удобно резисторами ПЭВ, собранными в блоки, по величине сопротивления.

Клеммников может быть больше, горизонтального или вертикального расположения, произвольной конструкции, обеспечивающих наибольшую компактность. И на это нужно обратить особое внимание. Кроме клеммников, можно применить надёжные парные разъёмы на жгутах проводов. Сам блок питания делают предельно компактным, чтобы была возможно надеть на него экранирующий колпак из ферромагнитной стали. Из подобной конструкции блока питания вытекают определённые правила конструирования корпусов ламповых усилителей, которые следует определить в других публикация, особо. При конструировании блока питания нужно отчетливо понимать, что токи в проводах, в обмотках трансформаторов и в конденсаторах могут достигать нескольких ампер, причём как переменные, так и импульсные. А большие токи это причина интенсивных магнитных полей и помех. Поэтому экранировать БП нужно непременно.

Общий вид блока питания при испытаниях и при измерении пульсаций с помощью осциллографа показан ниже на картинке. Желательно использовать щуп с делителем 1:10 или 1:100, поскольку испытуемые блоки питания могут иметь напряжения 450 и более вольт. При использовании более высоких напряжений используют последовательное согласованное соединение электролитов, с применением выравнивающих резисторов. Никаких рекомендаций по маркам электролитов давать не буду, поскольку не участвую в бесплатной рекламе. Применять можно любые исправные электролитические конденсаторы, вплоть до совдеповских. На начальном этапе конструирования желательно проконтролировать потери в электролитическом конденсаторе при помощи магнитоэлектрического миллиамперметра. 

Можно рекомендовать к установке в БП ёмкостей в диапазоне сотен микрофарад и ограничить величину индуктивности значением 2 генри. К применению чрезмерно больших значений ёмкостей (индуктивностей) стремиться не следует. Особого эффекта это не даёт, а габариты изделия увеличивает существенно. Как видно по осциллограммам сглаживающее влияние индуктивности значительно существеннее, нежели влияние ёмкостей. Кроме того, увеличение ёмкости несёт с собой неприятные последствия, например, в виде увеличения длительности заряда и значительные тепловые перегрузки здоровенными зарядными токами. Есть и другое последствие – раскачивание режима LC-цепи при любом импульсном воздействии. Поэтому бездумное увеличение параметров фильтрующих реактивностей недопустимо. Фильтрующие цепи нужно тщательно рассчитывать и моделировать. Ёмкости при изготовлении БП целесообразно шунтировать резисторами. В качестве дросселя можно примять и электронные заменители. Нужно лишь уметь их правильно настроить. Для применения электроники в цепях питания видятся и ограничения, возникающие тогда, когда громоздкость узла и сложность его конструирования начинают переходить рубежи здравого смысла. Для высоковольтного источника питания усилителя на лампах Г807 или ГУ50 не имеет смысла изобретать фильтрующую электронику. Проще и надёжнее поставить электромагнитный дроссель, купленный за 30-50 рублей.

На картинках ниже показаны фото осциллографа, в режиме измерения пульсаций нагруженного источника питания. Фото слева соответствует максимальным пульсациям напряжения амплитудой около 2,5 вольт (1 вольт на деление), в точке измерения на положительном контакте силового конденсатора. Зафиксированное напряжение анодного источника питания +215 вольт, при токе 0,35А. Эквивалентная ёмкость входных конденсаторов 750 мкФ. Трансформаторы БП достаточно мощные, поэтому просадка напряжения в обмотках не велика, и результат получен при переменном напряжении от шести последовательных секций обмоток 168-170 вольт. В середине показаны пульсации в узле цепи, после дросселя левого канала, с индуктивностью 2 Гн и резистивными сопротивлением 42 Ома. Падение напряжения на дросселе около 14 вольт, поэтому напряжение в средней точке первичной обмотки выходного трансформатора будет около +200 вольт. Справа показана та же самая осциллограмма в режиме другой выдержки фотокамеры. Амплитуда пульсаций после дросселя около 40 мВ, при ёмкости выходного блокирующего конденсатора 220 мкФ.

По картинкам легко понять, что фильтрующая способность индуктивности оказывается исключительно полезной. Совместно с ёмкостями в П-образной конфигурации LC-фильтра обеспечено снижение пульсаций более чем в 60 раз. Причём индуктивность вовсе не критическая (около 2 генри), зато резистивное сопротивление обмотки такого дросселя не велико и не создаёт большого падения напряжения источника.

Накальные обмотки ТАН41 использованы для подключения по 4 выходных лампы на один трансформатор. Все 8 ламп по 0,75 ампера в двух каналах усилителя должны потреблять по накалу около 6 ампер. Пара трансформаторов ТАН41 обеспечивает ток до 4х1,9 ампер, поэтому запас очевиден. Однако схему соединения накальных обмоток нужно тщательно продумать. Во-первых, для разводки по подвалу корпуса нужно использовать витые проводники. Во-вторых, лучше приподнять потенциал накальных обмоток над катодами, примерно на +70 вольт. Причём напряжение для делителя лучше взять из точки на выходе дросселя, обеспечивая минимальные пульсации в накале. В этой же точке желательно найти опорное напряжение для суммирования с добавочным слаботочным источником питания. Лампочкам предварительного усилителя можно дать выпрямленный накальный ток, от компактной платы импульсного источника, подключенного к тем же накальным обмоткам. Никаких заземлений для накальных цепей при этом не применяют, поскольку накальные обмотки находятся под повышенным потенциалом.

При установке трансформаторов можно рекомендовать их продольное размещение на прочной монтажной площадке. Распаять провода при этом не сложно, поскольку все номера трансформаторных выводов оказываются доступными для обзора. При параллельном размещении магнитопроводов категорически не рекомендуется зеркальная установка трансов. Это нарушает логику монтажа при распайке клемм. Оказывается гораздо легче распаять трансформаторы, если они установлены одинаково. В этом случае легко проверить номера клемм для припаянных проводников и ошибки исправить проще простого. Монтаж выполняют изолированным медным цветным многожильным проводом 0,25 кв.мм, например МГШВ. Никаких специальных требований об использовании посеребрённых проводов нет. При необходимости, для более значительных токов, применяют провод несколько большего сечения. Накальные обмотки распаивают медным гибким проводом 0,5 или 0,75 кв.мм. Основанием для применения специальных марок дорогостоящих комплектующих и материалов могут быть только намеренно завышенный бюджет или малокомпетентность проектировщика, ну почти как у пендосов в пентагоне.

В результате разработки традиционного источника питания для лампового усилителя построена компактная блочная конструкция, показанная на фотографиях ниже. Номинальная мощность, отдаваемая блоком питания в нагрузку составляет 108 Вт. При этом обеспечены две ступени напряжения – низковольтная, значительной мощности и секция повышенного анодного напряжения – маломощная и предназначенная для питания предварительных каскадов усиления. Мощность питания по накальным цепям достигает 50 Вт. Каждая из четырёх обмоток по 6,3 вольта развивает номинальный ток 1,9 ампера. Накальные цепи приподняты над землёй на +85 вольт.

Представленный блок питания разработан как комплектное устройство с заданными режимными параметрами. Подобными блоками можно комплектовать любые ламповые усилители, с подходящими характеристиками. При выборе следует ориентироваться на типы используемых ламп. Все перечисленные изделия изготовлены в нескольких экземплярах и могут быть поставлены заказчику транспортной компанией, после предоплаты в любой форме в размере 100%. Стоимость комплектного устройства определяется стоимостью компонентов, а также трудозатратами на сборку и настройку изделия. Особенностью каждого БП можно считать применение предварительно отобранных по параметрам трансформаторов и тщательно проверенных электронных компонентов. Особых сложностей с интегрированием блока питания в конструкцию лампового усилителя, как правило, не возникает.

                             Евгений Бортник, Красноярск, Россия, январь 2018

Тэги: