При построении любой маломощной конструкции на лампах одним из первых встаёт вопрос анодного питания.

Блок питания это и так - в принципе - наиважнейшая часть любого электронного устройства, но почему в данной статье я упоминаю питание именно маломощных и именно ламповых устройств? И вообще - что я подразумеваю под этими самыми устройствами?

Ну, во-первых, в соответствии с тематикой блога, это устройства звукоусиления. А это могут быть - в первую очередь - предварительные усилители для звукозаписи, которые в последнее время очень популярны именно на лампах. Ну и устройства на их основе - ламповые фонокорректоры, ламповые темброблоки, ламповые гитарные эффекты.

Специфика питания маломощных ламп - это малый ток, но при этом довольно высокое напряжение. И - для этого типа устройств - постоянное напряжение с очень хорошей фильтрацией, т.е. максимально сглаженное, с минимумом (отсутствием?) пульсаций.

В классических усилителях мощности с линейными блоками питания проблема пульсаций решается, как правило, применением конденсаторов большой ёмкости (зачастую соединённых помногу в параллель) и даже дросселей. Но я не просто так в самом начале подчеркнул, что речь идёт о блоке питания именно для микромощного (предварительного) усилителя. В этом случае конденсаторы большой ёмкости будут

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.

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

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.

Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков - 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) - 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину - 8м.

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
• 12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
• 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.

Заключение

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.

Продолжение статьи по материалам электронной сети Интернет с размышлениями из "Записной книжки" Юрия Игнатенко и моими комментариями и поправками

Комплектующие для выбранной схемы. Резисторы

Ставьте любые резисторы, советские или китайские, разницы нет. Главное чтобы их мощность соответствовала требуемой и немного превосходила её.

Вопрос . Хотелось бы знать про резисторы ПТМН и МЛТ? Можно их применять в УНЧ?

Ответ. Стандартные, выпускаемые серийно резисторы всех типов можно применять в УНЧ, для этого их и изготовила промышленность. Любой исправный резистор вполне хорош. Следует помнить, что резисторы одного конкретного типа не вносят искажения, заметные по сравнению с резисторами другого конкретного типа. По номиналу, как правило, не важно "плывут" они или не "плывут". Вопрос задан был о применении резисторов в УНЧ. В УНЧ применимы резисторы с типовым дрейфом. Не страшно, что уплывёт номинал от нагрева допустим 100кОм, как было при 20 град. а станет 100,1кОм при 80 град. Ну и что? Особо точные резисторы с малым тепловым коэффициентом нужны для приборов, осциллографов, космоса и т.п. с диким диапазонами изменения температуры и тысячекратным запасом. А поставив в УНЧ все резисторы ПТМН никакой слухач не отличит звучание усилителя от начинки с МЛТ. Кроме того, отличие использованного номинала на 5-10% от заданного в схеме, как правило легко переваривает любой ламповый усилитель. Более того, при настройке режима по приборам номинал может оказаться ещё дальше от оригинала на картинке. Если же оценивать шумовые характеристики резисторов разных типов, то для ламповых схем с коэффициентом усиления порядка 100 отличие будет мизерно даже для оценки по приборам.

Примечание: Это сравнимо с выносом мозга продавцу за 1 копейку при покупке Лексуса в автосалоне. Любые рассуждения про преимущества "безындуктивных" резисторов в УНЧ следует расценивать как собачий бред (или паранойя). Можно рекомендовать следующее отношение к этой теме: К вам в дом пришел вор, якобы принёсший выгодный товар. И он втирает вам в ухо вату, с единственной целью - вас ограбить . Цель простая - законно забрать вами заработанные кровные деньги в обмен на сладкие речи. Это розовая маркетинговая чепуха, за которую манагерам в малиновых пиджаках нужно жёстко бить морду. Евгений Бортник

Регулятор громкости

Для стерео усилителя нужен сдвоенный регулятор громкости, желательно с обратнологарифмической характеристикой. Следует обратить внимание на отсутствие пыли, грязи и ржавчины. Резистор до его применения должен просто нормально храниться и не скрипеть. Китайский резистор РГ 50кОм. Берите класс А, это у них обратнологарифмический. У нас класс В обратнологарифмический а у них В - линейный. Пример резистора показан на картинке.

Регулятор громкости должен быть не более 50кОм. Сейчас нет пьезо головок звукоснимателей, как раньше, источники все низкоомные поэтому на вход не нужен переменный резистор 500кОм или 1МОм. Увеличение сопротивления в 10-20раз во столько же раз уменьшает входные токи. Следовательно на мелкие входные токи фоновые наводки будут более заметны. Делая высококачественный усилитель с хорошим звучанием нельзя ставить на пути сигнала, избыточные RC-цепочки. Нельзя последовательно ставить резистор с большим сопротивлением в цепь прохождения сигнала, потому что с ёмкостью Миллера и входной ёмкостью лампы и собственно монтажа, получается та же самая RC-цепочка, которая садит всю "прозрачность звука". На пути сигнала элементарно появляются последовательно-параллельные цепочки ускоряющие и тормозящие гармоники разных частот. Поэтому нельзя применять регуляторы громкости более 50 кОм величиной.

Вопрос. Есть ли польза от установки регулятора громкости фирмы Alps?

Ответ. Особой пользы нет, потому что нет разницы. Разве что в честолюбии клиента, поскольку Alps-регулятор громкости поставить это 35$ или китайца - это 4 гривны, а СССР Б/У - бесплатно. Налицо большой, очень наглый и агрессивный базар. Это экономическая война, как обычный большой бизнес в котором крутятся большие деньги. Обывателю серут в ухо, используя его неуверенность, ввиду его слабой технической подготовленности и чувствительности к лести. Проверено достоверно.

Регуляторы тембра

Это тоже RC-цепочка, которая садит всю "прозрачность звука", поэтому никаких экранированных проводов и никаких регуляторов тембра. Записи слушайте так, как их записал режиссёр. В этом он грамотнее вас. Избавьтесь от самонадеянности, проявите культуру. Звукорежиссер (раньше это были профессионалы высокого класса) записал звук так, как надо, а не так как вам хочется. Послушаете настроенный по приборам ламповый усилитель с месяц без регуляторов тембра на линейном тракте и подумаете себе: А не больной ли я был?

Конденсаторы электролитические

На один канал в БП нужны три электролитических конденсатора не менее 100мкФ, 100мкФ и 50мкФ, запас по напряжению на 400-450 вольт определяет предел прочности. Для надежности УМЗЧ можно ограничить возраст конденсаторов в 20 лет, хотя реальное положение дел нужно глядеть по факту. Высохшие электролиты от телевизора 150+30х350 вольт лучше не применять. Импортные детали брать не обязательно. Хотя можно и на них делать. Разницы в звуке нет. Чтобы уменьшить фон, первый электролитический конденсатор по питанию, должен быть не меньше 100 мкФ, второй не меньше 100-150мкФ. Ёмкости в фильтре блока питания не надо жалеть. Однако внимательно следите за характером колебательности переходного процесса. При больших токах потребления провода выбирают потолще. Следовательно сопротивление их меньше и без нагрузки возможны фокусы. При наличии фильтрующих дросселей нужно считать переходный процесс ещё тщательнее.

Вопрос . Насколько критично если уменьшить емкости в фильтре питания? Какой уровень пульсаций на выходе допускается? И в цепи питания анода 6г2? Есть ли необходимость убирать их в подвал, или можно расположить над шасси?

Ответ. Не имеет значения, где находятся электролитические конденсаторы. Главное они должны быть изолированы от шасси. Корпус конденсаторов должен соединяться только с шиной земля. Чем больше ёмкость, тем лучше фильтрация. А ёмкости любые исправные можем ставить. Для низковольтных цепей 150+150Х250вольт от телевизора. Вот вам 300 мкф или 150+30 Х 350вольт уже 180 мкф. У большинства совдеповских электролитических конденсаторов ёмкость в плюсе до 30%. Возможно применение последовательного включения электролитов. Один плюс с с одним минусом вместе. При этом желательно шунтировать каждый электролит резистором 100-150кОм. И пленочный конденсатор с большеньким напряжением в параллель каждому шунту не помешает. Предельное допустимое напряжение последовательной пары увеличится вдвое. Следует помнить про повышение выпрямленного постоянного напряжения в 1,4 раза от действующего переменного при холостом ходе источника. Для ламп 6п3с легко выскочить на напряжения ХХ в 500-600 вольт. Двухтактные схемы менее чувствительны к качеству питания, чем однотактные. В качественном ламповом УМЗЧ пульсации источника питания выходного каскада менее 20-50мВ. Питание предварительного каскада более требовательно. Можно рекомендовать уменьшить пульсации на порядок.

Вопрос . Можно подробней об этих зеленых шляпах - танталовых электролитах?

Ответ. Танталы - лучшие электролиты СССР. Смело ставьте в катоды ламп.

Вопрос. В сети сейчас 267 вольт, днем было 240 вольт, сейчас на электролитах по 365 вольт, они на 350 рассчитаны, - это опасно?

Ответ. У исправных совдеп-конденсаторов довольно большой запас по напряжению. Выключив усилитель нужно пощупать рукой, греются электролиты или нет. Если горячие 50-80 град, то есть вероятность, что пшикнут. Если нормальной температуры - то поработают ещё. Если написано на наших конденсаторах 350 вольт, то значит до 450 вольт не взорвутся. Советские - это вам не импортные электролитические конденсаторы, на которых если написано 350 вольт, то при напряжении 360 вольт пробой неминуем. У совдеповских электролитов запас по допустимому напряжению в 1,5-2 раза. Повышенное напряжение в блоке питания усилителя будет лишь при включении. Через минуту, лампы прогреются и будет 310-320вольт.

Примечание. Следует помнить про следующее. 1.Факт повышенной вероятности взрыва при холодном включении бесспорен. 2.Факт наличия эффекта "отравления" катодов бесспорен. 3.Факт усиленного износа ламп при включении повышенных напряжений на холодный катод тоже существует вне зависимости от умников. Поэтому можно рекомендовать применение пусковой автоматики с задержкой питания по аноду. А если пуск источника выполняется при ХХ, то напряжения будут большие. Юношеская бравада с повышенными напряжениями не нужна. Используйте конденсаторы с допустимым напряжением, не меньшим напряжений, предусмотренных в схеме усилителя. Есть схемы с пусковыми гасящими резисторами. Схемотехника разнообразна. Пляска сетевого напряжения может быть более опасна для триодных схем с фиксированным смещением. Это уже характерно не для электролитов, а для лампочек, способных на саморазогрев, например 6с33с. Там есть организационные и схемотехнические способы борьбы против аварии. От автосмещения, до последательного, адаптивного и следящего смещения. Евгений Бортник

Ответ. Эта рекомендация была для кенотронов. Для современных кремниевых диодов вполне допустимо и 220 мкФ ставить, однако диоды должны выдерживать большие пиковые токи (десятикратные) при включении на разряженные конденсаторы. Два первых конденсатора можно поставить по 100 мкФ, а в качестве последнего примените один из первых. Получится у соответственно 100, 100 и 50 мкФ. И электролит поставьте на массу с делителя 20-50 мкф на 25 вольт.

Примечание. Д ля более крутого бюджета и качественного усилителя емкость электролитов можно увеличить на порядок. Однако вначале источник питания следует смоделировать или смакетировать. В сложных источниках возникает проблема не только ограничения тока заряда, но и вопрос сбалансированной его длительности, отсутствия колебательности, приемлемой добротности, отсутствия локальных перенапряжений и резонансов, а также необходимость ускоренного разряда при выключении. Можно рекомендовать блочно-модульную конструкцию усилителя. Источник питания - главный модуль. Это монолитный встраиваемый блок, законченный функционально и предварительно полностью настроенный и отрепетированный автономно от усилителя. Евгений Бортник.

Вопрос. А вообще наращивание емкости выше определенного порога дает что-нибудь? Некоторые телезрители в фильтрах ставят емкости в тысячи микрофарад, а то и десятки тысяч.

Ответ. Во всём есть разумный предел. По приборам Шмелёва видно как фильтруется анодное питание. Следует ставить такую ёмкость, чтобы -70 -80dB находился пик на частоте 100 Гц. Такое подавление пульсаций уже практически не слышно в акустике. По картинке наводка 50 Гц сетевой помехи на вход и входной кабель. Пик 150 Гц это гармоника от 50 Гц наводки. Пик 100Гц показывает, каково сглаживание анодного напряжения. Приемлемое сглаживание. Дело в том, что применение более мощных электролитов это не только удорожание усилителя, но и борьба с последствиями этого самого увеличения емкости.

Вопрос . Чем отличаются советские электролиты от современных импортных?

Ответ. Cпециально потратив день на измерения параметров советских электролитических конденсаторов и зарубежных новоделов «аля Китай» удалось получить достоверную информацию. Совдеп оказался лучше и по ёмкости и по надёжности и по мгновенной отдаче энергии. По размерам сейчас совдеп роигрывает зарубежным существенно. Любопытно, что на зарубежном написано или в даташите стоит 100мкФ -20 +20%, а емкость там всегда меньше, т.е. 80-85 мкФ. Буржуи работают на минимальных допусках. В совдепе 100 мкФ -20 +80% всегда действительная ёмкость 130-140 мкФ. В СССР-электролитических конденсаторах применяются качественные обкладки из толстой алюминиевой ленты, которая может отдать большую энергию, мгновенно. У них напылен слой тонкой фольги не позволяющей снимать такую энергию как с наших серии К50. Конечно и у них есть хорошие электролитические конденсаторы. Но у нас в продаже их ценник будет зашкаливать. Стоимость конденсатора 50$ великовата. В зависимости от ёмкости и напряжения возможны вариации. Подешевле конденсаторы коммерсанты привозят по 0,3-2$ и продают их по 0,6-4$ наваривая 100% маржи. Это свинство. На фотографии видно, что с обкладками конденсатора времён СССР за 40 лет надлежащего хранения ничего не произошло.

Не разъел электролит обкладки. Конденсатор - как только что с конвейера сошёл. Это делалось в СССР надёжно. А уж о деталях с ВП штампом или ОС вообще промолчу.

Вопрос . Ну а то, что все называют электролитом и предполагают, что он высыхает…. это как, не высохло? на ощупь оно влажное?

Ответ. А куда электролит может деться из герметичного конденсатора? Есть у меня электролитические конденсаторы и 1953 года. И все рабочие и ёмкость не потеряна. Разобрал конденсаторы СССР, чтоб показать их преимущество перед импортным мусором. Как видно, в содеп-электролитическом конденсаторе нет индуктивности, потому что обкладка вся, по одной из сторон, выходит наружу каждым своим витком и все витки соединяются вместе. Поэтому нет индуктивной составляющей (эффект намотки витков) и конденсатор работает в очень большом диапазоне частот, не требуя шунтирования плёночными и пр. конденсаторами.

Этот факт кроме того показывает, что с совдеп-конденсатора позволительно снимать мгновенную мощность, гораздо большую, чем с импортных. Особенность конструкции дешевых зарубежных конденсаторов показана на рисунке ниже. Видно два вывода проволочных. Они идут от одной единственной точки обкладки, следовательно доступ к остальной поверхности происходит черех погонную индуктивность. Кроме существенной индуктивности в такой конструкции характерна малая мгновенная отдача тока.

Вопрос . Как проверить электролитический конденсатор?

Ответ . Можно пробовать способы разной сепени жёсткости. Первая проверка - Неисправный электролитический конденсатор, склонный к пшиканью и взрыву, всегда греется. Нужно включить усилитель. Поработает 15минут. Надо выключить и потрогать через одну-три минуты (чтоб электролиты разрядились) все электролитические конденсаторы на нагрев, температура неисправного будет повышенной до 60 - 70 градусов. Проверка на практике бывает небезопасной. Проверил этот способ - подключил, собранный БП к сети и стал ждать. На четырнадцатой минуте взорвался один из шести конденсаторов. Вывод: температуру нужно проверять каждые 5 минут в течении 15 минут. И если температура не повышается, то дать конденсаторам потренироваться ещё часик для восстановления ёмкости. Другая проверка - диод Д226 соединяют последовательно с электролитическим конденсатором. Включают в сеть 220 В (не перепутав полярность, а то взорвётся). Форматируют часик. Потом выключают и через 1 - 2 мин измеряют мультиметром напряжение на нём. Если 0 вольт - ещё пробуют форматировать. Если не менее150вольт, то это отличный конденсатор с малыми потерями и хорошей ёмкостью. Далее можно закоротить. Если стрельнет искра - отлично энергию даёт. Ещё один способ - проверить ёмкость сравнением. Для этого используют резистор 500 Ом на 2 Вт + диод. Заряжают через эту цепочку электролит 30 сек от сети 220 вольт. Через кнопку к электролиту подключают лампочку 220 В на 60 ватт. Нажимают кнопку и оценивают, с какой яркостью вспыхнула лампочка. Далее заменяют электролит следующим и снова оценивают с какой яркостью вспыхнула лампочка.

Вопрос . Нужно ли шунтировать электролитические конденсаторы бумажными конденсаторами для лучшей работы в ВЧ диапазоне?

Ответ . Исправные электролитические конденсаторы (особенно советские) прекрасно работают до 30 кГц без завала. Поэтому их не нужно шунтировать плёнкой. Если есть Спектралаб, комплекс Шмелёва, то провести проверку можно самостоятельно. Если же есть сомнения в исправности и время дороже денег, то шунтирование хорошей плёнкой не повредит.

Конденсаторы межкаскадные

Телезрителю нет ощутимой разницы в отечественных и импортных исправных конденсаторах. Межкаскадных конденсаторов в простой схеме только два. Ставим любые, лучше предварительно их прозвонить прибором. К78-2, К-72, К78-19 и пр. Напряжение допускают не менее 300 вольт. Можно плёночные импортные прикупить. Ставят от 0,1 до 0,5 мкФ. Не существенно. При большом входном сопротивлении последующего каскада низкие частоты идут без завала. Совдеп-конденсаторы БМТ и МБМ спроектированы безиндуктивно, изготовлены вполне качественно, важно лишь сохранение герметичности. Если глянуть фото, для примера, где показа маленький конденсатор с электролитом, как на рис. 31, то все прояснится. Обкладки так же соединены на одной стороне с выводом всеми витками, а не как импортные "аудиофильские" выводами в одной точке с обкладкой контачат и потом рулончиком сворачиваются. Вот почему исправные отечественные конденсаторы имеют преимущество. Если есть сомнения, попробуйте вскрыть конденсатор самостоятельно.

Вопрос . Старые конденсаторы серии БМ аналогичны импортным или нет?

Ответ . Все заведомо исправные совдеп-конденсаторы хороши, применяйте смело. Индуктивность межкаскадных конденсаторов на качество звука практически не влияет, потому что входное сопротивление лампы следующего каскада 200 - 400 кОм. Ёмкость входная 30-200 пФ. Индуктивность конденсатора просто мизерная, влияние будет на сотнях кГц и МГцах. Посмотрите схемы ламповых осциллографов с полосой 5 - 40 МГц. Обычные каскады, обычные СССР-конденсаторы межкаскадные и полоса нормальная получается. Вся измерительная техника СССР была сделана на резисторах МЛТ, ВС на собственных конденсаторах и лампах. И всё работало, не шумели резисторы, не влияли конденсаторы и лампы правильно усиливали. Маркетинговая истерия на сайтах раздута дилерами по планам собственников зарубежных заводов. Буржуям нужно продавать свои конденсаторы и резисторы “аудиофильские”. Обычному телезрителю следует лишь соблюдать выбранные ограничения по напряжениям. Особо требовательным надо помнить, что различные конденсаторы, дают разный хвост и амплитуду гармоник. “Аудиофилы” пусть и далее мечутся, подбирая конденсаторы на свой вкус, а не на верность воспроизведения.

Продолжение следует.

Евгений Бортник, август 2015, Россия, Красноярск

Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания , и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц:(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и... денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода:

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»