171 Виртуальная батарея 187 или простой фильтр питающего напряжения

«Виртуальная батарея» или простой фильтр питающего напряжения

Передняя панель FluidDAC, регулятор громкости

Усилитель мой от рождения уже обладал весьма почётным уровнем подавления пульсаций напряжения питания (PSRR — англ. — Power Supply Rejection Ratio). Блок питания я снабдил емкостями щедро, да ещё заряжаются они «мягко» (простенький трюк, но не о нём сейчас). В общем, по всем прикидкам усилитель должен был получиться абсолютно тихим. Т.е. уровень «гудежа» 100Гц по идее ниже всех слышимых пределов. И в недорогих тестовых наушниках, да днём — так и было. Но тут послушал я его глубокой ночью, да в любимых Sennheiser HD580. Гудит. Ненавязчиво, почти незаметно. Слышно, естественно, только без сигнала и на выкрученной на полную громкости. Если бы делал для себя — наверное, так бы и оставил.

Из идеологических соображений я ни в какую не хотел применять петлевые ООС в аналоговой части, даже в стабилизаторах питания. Немножко попахивает high-end’ным экстремизмом, ну да вот так мне тогда «упёрлось», а к своим прихотям надо относиться уважительно! 😉 Посему возможность применить интегральные стабилизаторы была отринута на корню. Решил добавить «виртуальную батарею», по слухам придуманную ещё в прошлом столетии инженерами фирмы Technics. А по сути же — простой истоковый (или эмиттерный) повторитель в питании, на вход которого подано отфильтрованное это же самое напряжение питания. Ещё это чудо электронной мысли иногда называют «Электронный Дроссель«, «Усилитель или Умножитель Ёмкости», а так же «Устройство Защиты и Фильтрации», или «УЗФ», хотя защищать на практике надо его самого.

Кстати, в Сети гуляет немало вариантов, более (а чаще) менее грамотных. Для начала приведу базовую схему фильтра. Критиковать альтернативные варианты сейчас не буду. Если что вызвало удивление — пишите, пожалуйста, в комментариях. Может совместно создадим обучающую статью для только-только постигающих искусство схемотехники 😉

Электронный дроссель, простейший вариант

Конденсатор С2 должен быть с минимальными утечками. Ёмкость где-нибудь от 1мкФ до. сколько душа пожелает. Можно так же увеличить сопротивление резистора фильтра, мне 1МОм нравится из соображений уменьшения влияния всевозможных утечек. Стабилитрон, что защищает затвор транзистора от пробоя, должен быть на напряжение от 10 до 20 Вольт.

Для пробы впаял в одном, самом важном источнике. Использовал «логический» MOSFET (с низким пороговым напряжением Vgs), так что потеряли мы лишь пару вольт на таком стабилизаторе. Стало существенно тише. Одна беда — фильтрующий конденсатор заряжается до номинального напряжения очень медленно. Теперь вся схема «плывёт» по напряжениям несколько минут после включения. И тут пришло первое «озарение»: пульсации питания, которым я «кормлю» повторитель этой самой виртуальной земли — в моем случае сотня милливольт. Два встречно включенных кремниевых диодика, шунтирующие резистор фильтра, никак не повлияют на работу фильтра в установившемся режиме, и в тоже время обеспечат на порядок более быстрый заряд и разряд конденсатора фильтра.

Фильтр, который быстро выходит на режим

Если же в каком-либо конкретном применении пульсации питающего напряжения на входе фильтра (V+) превышают пару сотен милливольт — всегда можно включить несколько диодов последовательно, или даже стабилитрон.

Фильтр "электронный дроссель" - версия MyElectrons.ru

Как нарисовал — сразу же понял, что дополнительный скромный диод решил мне ещё одну задачку: где взять полевики «L»-типа для более высоковольтных источников (терять четыре-пять вольт — типичный Vgs обычных MOSFET — даже там было жалко). Ведь теперь Vds на полевом транзисторе никогда не превысит его собственного Vgs при заданных токах нагрузки плюс падение на диоде. Значит можно использовать низковольтные полевики, которых у меня оказалось в достатке, и для высоковольтного питания.

Те же два диода (или стабилитрон) кардинально решают ещё более серьёзную проблему, особенно остро стоящую в по-настоящему высоковольтных источниках, где народ применяет эти самые «виртуальные батареи» безо всякой защиты. Там при неудачном стечении обстоятельств на повторителе может рассеиваться мгновенная мощность в сотни ватт. Любой, даже непомерно большой (для требуемых рабочих режимов) транзистор разлетается в пыль. Диоды исключают подобные ситуации, эффективно ограничивая падение напряжения на повторителе. Правда, теперь не получится использовать тот же фильтр ещё и для задержки подачи анодного напряжения — ну да это меня мало беспокоило. Во-первых аппарат был не ламповый. Во-вторых то, как народ это дело обычно использует — подачу-то анодного при включении прибора такой фильтр задерживал, а вот снятие высокого напряжения при отключении питания он ни разу не ускорял. Так что задачку о правильном соотношении во времени подачи и снятия накального и анодного напряжений мы сейчас рассматривать не будем.

Читайте также:  СИЗ при работе с кислотой и щелочью

На этом мысль останавливаться не пожелала. Мне-то была нужна ещё схема автоматики, которая будет эффективно защищать нагрузку (дорогие аудиофильские наушники) от всевозможных перепадов напряжения, которые неизбежны при включении и выключении аппарата. Если задержку при включении сделать может и ребёнок, то как определить момент выключения без пристального мониторинга «сырого», несглаженного огромными емкостями фильтров, напряжения питания? Да вот же он, отличный монитор! Причём реагировать будет не только на On/Off, но и на любые достаточно резкие броски питания. Вместо диодов включаем эмиттерные переходы транзисторов. Коллекторы соединяем вместе и заводим на схему автоматики, с условием, что она не заберёт большого тока.

Электронный дроссель с датчиком бросков напряжения

Итого, простой фильтр пульсаций удалось усовершенствовать:

  1. Быстрый выход на рабочий режим (заряд и разряд фильтрующего конденсатора) при сохранении потенциально очень большой постоянной времени фильтра
  2. Возможность использовать низковольтные полевые транзисторы для фильтрации любого напряжения
  3. Полная защита полевого транзистора и от пробоя затвора, и от неожиданных перегрузок
  4. Практически бесплатные детекторы резких скачков напряжения питания (в обе стороны) — в каждом стабилизированном источнике

Кстати, датчик бросков и включения-выключения питания оказался чересчур чувствительный — отлавливал броски от включения утюга в соседней комнате. Пришлось добавить пару диодов и резистор. Вот теперь автоматика стала отрабатывать идеально, быстро и без ложных тревог.

Фильтр с датчиком с загрублённой чувствительностью

Если Вам, дорогой читатель, данный фильтр нужен для высокого напряжения — необходимо лишь выбрать конденсаторы на соответствующее напряжение (с запасом!) В остальном фильтр без изменений будет отлично работать и в высоковольтной цепи. Если тема интересна — есть ещё куда совершенствоваться. Так что если будет интерес — будет ещё статья, уже с прицелом на ламповую технику, фильтр с дополнительной защитой; а так же обсудим эффективные приёмы по уменьшению эрозии катода.

Кстати, наверняка даже такой пустяк можно запатентовать. Если есть кто из моих читателей грамотный в патентном деле — научите? 😉 А лучше просто поделитесь статьёй с друзьями-электронщиками. Мне будет приятно, и им, надеюсь — полезно.

Источник

Блок питания для лампового усилителя

Любой ламповый усилитель нуждается в источнике питания. Как правило, требуется от 2 до 4 сотен вольт постоянного тока для питания анодноых цепей, и 6,3 вольт для питания накалов ламп.

Конечно же, есть лампы, которые требуют более высокого напряжения анодного питания.

Существует несколько технических решений, и до сих пор продолжаются споры о том, какое из них лучше.

Источник питания лампового усилителя можно условно разделить на три части, и каждую из них мы разберём отдельно.

1. Трансформатор

Должен иметь одну или несколько низковольтных вторичных обмоток для питания накалов ламп.

Для питания анодных цепей потребуется вторичная обмотка высокого напряжения.

Если будет использоваться двухполупериодный выпрямитель по схеме со средней точкой, тогда нужен будет отвод от середины вторичной обмотки. Обычно такая схема применяется, если для выпрямления используется лампа-кенотрон.

При мостовой схеме выпрямления отвод от середины обмотки не нужен

Для кенотрона ещё потребуется отдельная обмотка — для питания его накала.

Токи, потребляемые накалами каждой лампы можно найти по справочнику, а токи цепи анодного питания зависят от ламп, схемы их включения и настройки режима. Для большинства схем пределы этих токов известны.

Если в выходном каскаде усилителя применяется фиксированное смещение — потребуется ещё одна дополнительная обмотка.

Где можно достать подходящий трансформатор?

  • Заказать на заводе. Сейчас относительно не дорого можно заказать намотку тороидального трансформатора по параметрам заказчика. Многие лампостроители знают завод в Тверской области.
  • Трансформатор от ламповой радиолы. На сайтах объявлений полно предложений, которые можно найти по запросу "трансформатор от радиолы". Убивать живую радиолу ради трансформатора я бы не стал. Стоит учитывать, что большинство трансформаторов в ламповых приёмниках рассчитано на питание одного канала УЗЧ. Поэтому для стерео усилителя потребуется два таких трансформатора, причём одинаковых
  • Трансформаторы ТАН. Существует куча разных типовых анодно-накальных трансформаторов. Купить их можно так же на онлайн досках объявлений, на радиорынках типа Юноны и т. д. Все обмоточные данные этих трансформаторов есть в справочниках. Из них я использовал ТАН-43 для маломощного гитарного усилителя, ТАН-55 для двухтактного стерео усилителя на 6п6с. Главная их особенность — много вторичных обмоток, которые можно соединять последовательно, чтобы получить необходимое напряжение.
  • Мотать самому — тоже вариант, если у вас есть подходящее трансформаторное железо, обмоточный провод и много терпения.
  • Домотать на разделительный трасформатор (220/220в) обмотку накала.
Читайте также:  Какое оборудование необходимо для бомбоубежищ

Выпрямитель

Существует несколько основных схем выпрямителей, применяемых в ламповых конструкциях:

Схема с удвоением напряжения целесообразна тогда, когда уже имеется силовой трансформатор, но напряжение вторичной обмотки мало для питания анодных цепей. Важно помнить, что удваивая напряжение на выходе выпрямителя, мы увеличиваем вдвое ток нагрузки на вторичную обмотку трансформатора.

С давних пор продолжаются споры на тему "что лучше для питания аудиоусилителя, кенотрон или полупроводниковые диоды". У каждого варианта есть свои плюсы и минусы. Если вы их знаете — пишите в комментариях.

Фильтр анодного питания

На выходе выпрямителя мы получаем выпрямленное напряжение с некоторым коэффициентом пульсаций. Конечно лучше бы их совсем небыло. Для сглаживания пульсаций служит фильтр анодного питания .

Самый простой — это П-фильтр на двух конденсаторах и резисторе. Однако эффективнось его мала по равнению с другими фильтрами.

П-фильтр на конденсаторах с дросселем обеспечивает лучшее сглаживание и меньше потерь напряжения питания, за счёт меньшего активного сопротивления.

УЗФ , он же электронный дроссель — на мой взгляд — самое эффективное решение.

Это устройство плавно поднимает напряжение анодного питания и очень эффективно сглаживает пульсации.

По этому поводу тоже спорят лампостроители. Среди них есть те, кто категорически против применения полупроводников в ламповых конструкциях. Даже в блоке питания.

У каждого варианта есть плюсы и минусы.

Дроссель например, максимально прост — два вывода припаял, и всё готово. Однако его минусом является вес и размер.

Есть мысли по этой теме — пишите в комментариях.

Понравилась статья — ставьте лайк. Подписывайтесь на канал , чтобы не пропустить новые публикации

Источник



Фильтр питания на полевом транзисторе для лампового усилителя

Наиболее популярна схема на рисунке слева. Поскольку я чуть-чуть изменил её для своих целей, привожу так же мой вариант справа.
Я использовал полевые транзисторы от неисправных электронных балластов для галогеновых ламп в обычном корпусе ТО-220, цоколёвка стандартная, как у большинства полевых транзисторов. Удобно добавить цепь R5R6C2 для создания постоянного смещения, подаваемого на нити накала ламп.

Обратите внимание, что для фильтрации напряжения 250 В и тока до 0,5 А взяты транзисторы с допустимым напряжением К-Э примерно 50 В и стабилитроны с рабочим током 0,03 А.
Сделать фильтр на полевых транзисторах с напряжением 600…800 В и током от 3 А, конечно, гораздо проще.

По моему скромному мнению, названия «электронный дроссель» или «умножитель ёмкости», принципиально неверны. Это калька с иноязычных терминов для «домохозяек». Разница принципиальна: дроссель и конденсатор НАКАПЛИВАЮТ энергию, отдают её быстро, а транзисторный фильтр этого не может. Поэтому настоящий дроссель был бы лучше, если бы не обладал рядом недостатков: большим весом и габаритами, высоким активным сопротивлением, большим полем рассеяния.

С точки зрения чистой аудиофилии, классический сглаживающий LC фильтр лучше, форма напряжения и тока после него должна получаться более гладкой.

Транзисторный фильтр позволяет плавно увеличивать напряжение на выходе. Название «УЗФ» – Узел Задержки тоже не совсем удачно. Задержка происходила бы с помощью реле срабатывающего от таймера, здесь – не задержка, а плавное нарастание напряжения.

При изготовлении усилителя для наушников и УНЧ для АС на лампах 6Н3П и 6П14П мне полностью побороть фон удалось только с помощью данного транзисторного фильтра.

Модульная конструкция

На мой взгляд, удобно делать типовые модули, например, такие.

В качестве теплоотвода использованы радиаторы размерами примерно 45×45х5 мм от древних компьютерных плат.
Нетипичен монтаж деталей со стороны фольги и использование отрезков лужёного провода от выводов деталей для точек подключения. Это сделано для упрощения монтажа – плата держится на выводах полевого транзистора (и плотно прилегает к нему) достаточно прочно, транзистор с платой крепится одним винтом к теплоотводу. Сначала я предусмотрел вторую точку крепления платы к радиатору, затем от неё отказался. На фото достаточно хорошо виден монтаж.
В целях безопасности использованы изоляционные втулки и прокладки.

Читайте также:  Масло в сапун lArr Scania Двигатель

Весьма рекомендую, иначе на корпусе теплоотвода будет напряжение 300 Вольт.

Применённый транзистор 03N60S5 в корпусе ТО-220, при комнатной температуре окружающей среды может рассеивать до 2 Ватт. Суммарный ток однотактного стереоусилителя на 6Н3П и 6П14П примерно 0,1 А, при падении напряжении на фильтре порядка 20 В, тепловая мощность будет как раз 2 Ватта, поэтому даже небольшой теплоотвод легко справится со своей задачей.

Если использовать фильтр на каждый канал, каждый транзистор будет рассеивать всего 1 Ватт. Но это в установившемся, статическом режиме, а вот при включении питания падение напряжения на фильтре будет значительным, тепловая мощность тоже. Поэтому теплоотвод необходим, особенно пока не закончатся переходные процессы.

Первый вариант платы был под малогабаритные теплоотводы, он может быть использован при недостатке места (конденсатор на первом фото снят для наглядности).

Источник

Электронный фильтр анодного питания

Условно назовем его так — УЗФ. Собирал на биполярных транзисторах, но полевые имеют лучшие характеристики.

УЗФ на биполярных транзисторах
УЗФ на биполярных транзисторах
УЗФ на полевых транзисторах
УЗФ на полевых транзисторах

Эта схема собрана на полевых транзисторах. Подобные схемы применяются уже давно, например у Д.Андронникова, А.Торесса, О.Чернышева и некоторыми зарубежными фирмами. То есть идея не нова.

Схема прототипа

Схема прототипа Такие фильтры называют электронным дросселем, виртуальной батареей, усилителем емкости.

УЗФ позволяет осуществить задержку подачи анодного напряжения с задержкой от 30 секунд и более. Имеет низкое выходное сопротивление, несколько Ом. Хорошая фильтрация питающего напряжения, что позволяет уменьшить емкость конденсаторов фильтра.

Устройство имеет 4 вывода — вход, выход, общий провод и дополнительный выход для возможности подключения дополнительного конденсатора и стабилитрона. При применении без дополнительного конденсатора время задержки 30 секунд, этого достаточно для прогрева маломощных ламп в предусилителях и драйверов.

Для выходных ламп время задержки можно увеличить подключением добавочного конденсатора до нескольких минут. При необходимости стабилизировать анодное напряжение достаточно подключить стабилитрон на дополнительный вывод на нужное напряжение. Разница между входным и напряжением стабилизации должна быть в пределах 20-40 Вольт (зависит от мощности потребителя).

Желательно использовать два фильтра для каждого канала для уменьшения проникновения сигнала из канал в канал. На входе фильтра необходим резистор. Предлагаю заменить его на небольшой дроссель без сердечника с активным сопротивлением 10-20 Ом. Для снижения ВЧ-помех. Пример дросселя: на оправке диаметром 8 мм десять слоев провода 0.2мм шириной 1.5 см. можно намотать на ферритовом сердечнике от антенны. В крайнем случае использовать резистор 10 ом 5 Ватт.

После отключения накала желательно предусмотреть разрядку конденсаторов фильтра питания для продления срока службы ламп. Для этого можно использовать свободный контакт в сетевом выключателе, который работает на замыкание. Например, в сетевом выключателе ПКН-41 есть такой контакт. Плюс питания замыкается через резистор 1-5 кОм на минус питания (корпус). Можно использовать реле с нормально замкнутыми контактами с запиткой от накала. Итак, мы получаем в одном «флаконе» — фильтр, задержку анодного и стабилизатор. Три в одном! Как в рекламе.

Напряжение входное не более 500 Вольт. Ток не более 5 Ампер. Но не превышать мощность 50 Ватт.

Некоторые измеренные параметры:
Пульсация до дросселя 7 Вольт.
После дросселя 5 Вольт.
После фильтра 0.25 Вольт при запитывании от одного УЗФ двух каналов на параллельных ГУ-50. Общий ток 460 ма. Мощный однотактный усилитель на ГУ-50. (С одной и двумя лампами) номиналы как на схеме.

Лучше конечно запитать каждый канал от отдельного фильтра. Еще лучше поставить дополнительное УЗФ и на питание драйверов. Сделано в коробке размером со спичечный коробок.

УЗФ
Увеличить фото
Схема плавной зарядки конденсаторов фильтра
Схема плавной зарядки
конденсаторов фильтра

Чем хороша эта схема, что нарастание напряжения идет плавно(30-40 сек) и это полезно при зарядке конденсаторов больших емкостей (по несколько тысяч микрофарад). Для увеличения времени задержки, советую применять НЕэлектролитические конденсаторы 1-4 мкф с напряжением не ниже входного.Падение напряжение на полевике не более 10 Вольт.

УЗФ-2 позволяет повысить мощность до 100 Ватт! При креплении на радиатор необходимо использовать изоляционную прокладку из слюды или подобных материалов!

УЗФ советую подключать к уже отлаженной схеме. Полевой транзистор, как и все полупроводники боится коротких замыканий даже на мгновение!Это же устройство можно использовать для плавной зарядки выносного блока конденсаторов фильтра питания.

Источник