Импульсный стабилизатор анодного напряжения •
Импульсный стабилизатор анодного напряжения предназначен для питания лампового УМЗЧ. Режим ламп УМЗЧ по постоянному току был подобран по наилучшему качеству звучания при анодном напряжении 250 в. Но напряжение сети нестабильно, его отклонения от номинала выводят лампы из оптимального режима, что вызывает заметное ухудшение звучания УМЗЧ. Стабилизация анодного напряжения сохраняет оптимальный режим ламп и, соответственно, высокое качество звучания. В последние годы среди радиолюбителей возобновился интерес к ламповой технике, особенно к УМЗЧ. Надёжность работы ламповых УМЗЧ можно повысить, а качество звучания — улучшить, если их анодные цепи питать от стабилизированного источника напряжения. Применяя современные схемные решения и элементы, возможно изготовить простой и дешёвый импульсный стабилизатор анодного напряжения. Схема предлагаемого импульсный стабилизатор анодного напряжения показана на рисунке.
Вход стабилизатора подключают к выходу диодного моста, выпрямляющего напряжение с анодной обмотки имеющегося в УМЗЧ низкочастотного сетевого трансформатора. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Этот и остальные конденсаторы обеспечивают также устойчивую работу стабилизатора и подавляют создаваемые им высокочастотные помехи, не допуская их проникновение в нагрузку и сеть электропитания. При включении питания на стабилитроне VD1 устанавливается напряжение 15 В, открывающее коммутирующий транзистор VT1. Через этот транзистор и дроссель L1 протекает линейно нарастающий ток, заряжающий выходные конденсаторы С3 и С4. Напряжение на них возрастает. Когда оно превысит суммарное напряжение стабилизации цепи стабилитронов VD3—VD5, включается излучающий диод оптрона U1. Фототранзистор оптрона открывается и шунтирует стабилитрон VD1. Напряжение между затвором и истоком транзистора VT1 уменьшается почти до нуля и становится недостаточным для поддержания транзистора в открытом состоянии. Транзистор закрывается, диод VD2 открывается, через него течёт ток дросселя L1, который питает нагрузку и заряжает выходные конденсаторы С3 и С4. Энергия, накопленная в магнитном поле дросселя L1, передаётся в нагрузку стабилизатора, подключённую к его выходу.
Далее, по мере разрядки выходных конденсаторов на нагрузку, напряжение на них уменьшается, стабилитроны VD3—VD5 и излучающий диод оптрона закрываются. В результате этого фототранзистор оптрона тоже закрывается и перестаёт шунтировать стабилитрон VD1. Но транзистор VT1 сразу не может открыться, так как его ёмкость затвор-исток разряжена. Эта ёмкость (примерно 1нФ) заряжается током, протекающим через резистор R1 (около 1 мА). В течение нескольких микросекунд напряжение между затвором и истоком транзистора VT1 возрастает до уровня 4…5 В, необходимого для его открывания. После открывания транзистора VT1 закрывается диод VD2 и повторяется описанный выше процесс накопления энергии в магнитопроводе дросселя L1.
Применение плёночных конденсаторов С2 и С4 существенно облегчает импульсный режим работы оксидных конденсаторов С1 и С3 и повышает надёжность импульсный стабилизатор анодного напряжения. Этому способствует также внутренний диод транзистора VT1, ограничивающий напряжение импульсов обратной полярности на транзисторе до безопасного уровня. Импульсный стабилизатор анодного напряжения собран на универсальной макетной плате размерами 60×25 мм и размещён в подвале шасси УМЗЧ. На плате установлены все детали, кроме конденсаторов. Оксидные конденсаторы С1 и СЗ смонтированы рядом на шасси. Выводы конденсаторов С2 и С4 припаяны к выводам конденсаторов С1 и С3 соответственно.
К деталям особых требований не предъявляется. Резисторы и оксидные конденсаторы могут быть любых типов. Конденсаторы С2 и С4 — К73-17. Стабилитроны — любые маломощные, как отечественные, так и импортные. Подборкой стабилитронов VD3—VD5 устанавливают требуемое выходное напряжение. Транзистор VT1 — мощный полевой переключательный с внутренним диодом, изолированным затвором и индуцированным каналом п типа, например, IRF730, IRF830, IRF840. Он должен иметь максимально допустимое напряжение сток—исток не менее 400 В. Транзистор прикреплён к металлическому шасси УМЗЧ через слюдяную прокладку с применением пасты КПТ-8.
Диод VD2 — импульсный с допустимым прямым током не менее 1 А и обратным напряжением не менее 400 В, например, FR207, FR307 или отечественный КД226Г, КД226Д. Оптрон U1 — любой транзисторный с допустимым напряжением коллектор—эмиттер не менее 20 В, например, 4N32, 4N33, МОС8101, МОС8102, РС817, АОТ128А, АОТ128Б. Дроссель L1 намотан проводом ПЭЛ диаметром 0,46 мм до заполнения каркаса магнитопровода типоразмера Ш5х5 из феррита 2000НМ1. Он собран с зазором из двух слоёв писчей бумаги. Дроссель пропитан парафином. Импульсный стабилизатор анодного напряжения не требует налаживания. Его импульсы можно контролировать осциллографом на резисторе R2. Если стабилизатор не войдёт в импульсный режим, необходимо между затвором и истоком транзистора VT1 включить конденсатор, ёмкость которого (несколько нанофарад) подбирают экспериментально. Подборкой этого конденсатора можно при необходимости изменять частоту импульсов. Стабилизатор использован для питания стереоусилителя с однотактными выходными каскадами на лучевых тетродах 6ПЗС. Потребляемый усилителем ток не превышает 150 мА.
Стабилизация анодного питания ламповых усилителей — Источники питания
Позволю себе небольшое уточнение по вопросу, поднятому в статье. Если мы возьмем классический случай параллельного стабилизатора, то как раз в нем вся переменная составляющая тока нагрузки, т.е. ток звукового сигнала, протекает через регулирующий элемент. Как, кстати, и в последовательных стабилизаторах. Основное принципиальное различие последовательного и параллельного стаба заключается в их взаимодействии с источником первичного питания. При использовании последовательного стаба переменная составляющая тока замыкается через первичный источник, т.е. выпрямитель и фильтр, а при использовании параллельного — только через регулирующий элемент. Это свойство параллельного стаба дает одно весьма интересное преимущество. Регулирующий элемент, охваченный ООС через элемент выделения сигнала ошибки мы можем сделать сколь угодно линейным (все зависит только от типа элемента и глубины ООС, т.е. в конечном итоге от схемного решения стаба), то время, как выпрямитель с фильтром таким свойством не обладают. Более того, поскольку ток, потребляемый параллельным стабом от первичного источника постоянен, то исключаются несколько неприятных моментов, связанных с зависимостью динамического сопротивления выпрямительных элементов от прямого тока, модуляции уровня накопленного заряда обратного восстановления звуковым сигналом (при использовании в выпрямителях диодов с pn- переходом), зависимостью параметров конденсаторов первичного фильтра от переменной составляющей тока, потребляемого от выпрямителя, зависимостью параметров трансформатора от величины потребляемого нагрузкой тока. И, соответственно, существенно снижаются связанные с этим помехи, генерируемые в элементах (трансформаторы, диоды), коррелированные со звуковым сигналом и интермодовые составляющие с частотами Fs+/-(N*50)Гц.
С другой стороны, степень проникновения помех из первичной сети в цепь стабилизированного питания при прочих равных условиях у параллельных стабов много выше, чем у последовательных. В большинстве случаев преимущества параллельных стабов с лихвой перекрывают этот недостаток, но бывают ситуации, когда о нем нужно помнить и принимать во внимание.
принцип работы, схемы и т.д.
Стабилизатор напряжения — прибор, который обеспечивает стабильный уровень напряжения, автоматически компенсируя изменения напряжения источника и сопротивления нагрузки. Существует два основных типа стабилизаторов напряжения: параллельные стабилизаторы и последовательные стабилизаторы.
Стабилизация — термин, применяемый для выражения того, насколько хорошо источник электропитания поддерживает постоянное напряжение, подаваемое к нагрузке, независимо от изменений напряжения на входе источника и сопротивления нагрузки. Многие типы электронного оборудования для нормальной работы требуют стабильного уровня напряжения.
Стабилизатор напряженияОбратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.
Параллельный стабилизатор напряжения
Стабилизатор, установленный параллельно нагрузке. Параллельный стабилизатор состоит из стабилитрона (VR1), ограничивающего ток сопротивления (R1) и сопротивления нагрузки (RL). Сопротивление нагрузки установлено параллельно стабилитрону.
Схема параллельного стабилизатора, соединённого с мостовым выпрямителемСтабилитрон предназначен для работы с конкретным напряжением, известным как напряжение туннельного пробоя p-n-перехода. Поскольку стабилитрон — активный элемент, он может менять своё внутреннее сопротивление. Изменения в прохождении тока через стабилитрон не изменяют падение напряжения в нём. Ограничивающее ток сопротивление, установленное в последовательности со стабилитроном, ограничивает величину тока, которое протекает через стабилитрон, и предохраняет его от повреждений. Падение напряжения в стабилитроне фиксируется посредством самой конструкции стабилитрона и остаётся относительно постоянным. Часть напряжения от источника, которая не снижается стабилитроном, снижается ограничивающим сопротивлением. Поскольку стабилитрон установлен параллельно сопротивлению нагрузки, напряжение через RL будет равно падению напряжения на стабилитроне.
Последовательный стабилизатор
Это стабилизатор, установленный последовательно по отношению к нагрузке. Последовательный стабилизатор состоит из стабилитрона (VR1), ограничивающего ток сопротивления (R1), и сопротивления нагрузки (RL).
Стабилитрон и ограничивающее ток сопротивление соединены последовательно, чтобы образовался делитель напряжения. База транзистора подсоединена к делителю напряжения. Контур транзистора «эмиттер-коллектор» соединён последовательно с сопротивлением нагрузки.
Поскольку транзистор в последовательном стабилизаторе напряжение, воздействующее на базу транзистора, равно падению напряжения в стабилитроне. Этот потенциал положителен относительно эмиттера транзистора. Так как стабилитрон поддерживает падение напряжения на постоянном уровне, потенциал, воздействующий на базу транзистора, будет оставаться постоянным.
Последовательный стабилизатор поддерживает постоянный уровень напряжения, подаваемого на нагрузку, изменяя величину падения напряжения в транзисторе. Возрастание тока через нагрузку может быть вызвано либо повышением напряжения источника питания, либо снижением сопротивления нагрузки. Когда ток возрастает, возрастает также и падение напряжения на нагрузке. В результате, напряжение, приложенное к эмиттеру транзистора, возрастает, делая его более положительным. Это означает, что разность электрических потенциалов между эмиттером и базой становится меньше, поэтому возрастает внутреннее сопротивление транзистора.
Стабилизированный источник питания для лампового усилителя
После публикации статьи Владимира Стародубцева «Линия Прибоя» (июль 2002) редакция получила много писем с просьбой рассказать о стабилизированном источнике питания, который применяется в последних версиях усилителей «Мустанг» и «Обертон». Описываемая ниже конструкция выполнена в виде самостоятельного блока и может обеспечить питанием любую схему, потребляющую по анодной цепи до 250 — 265 Вт.
Источник питания (ИП) является обязательной частью любой радиоэлектронной аппаратуры. Его качество, т.е. надёжность, экономичность, эксплуатационные свойства — в значительной мере определяет технические показатели всего аппарата. Постоянное повышение требований к техническим характеристикам усилительных устройств приводит к тому, что и к вторичным ИП предъявляются всё более жёсткие требования.
Анализ большинства серийных ламповых усилителей показывает, что ИП в них построен по традиционной схеме: сетевой трансформатор, выпрямитель (на диодах или кенотронах) и сглаживающий фильтр с конденсаторами, резисторами и дросселями). Напряжение такого ИП обычно нестабильно, из-за чего меняются режимы работы усилителя. При этом выходная мощность падает, а нелинейные искажения, наоборот, растут.
Сейчас очень популярны однотактники на прямонакальных триодах — 6С4С, 2А3, 300В и ГМ-70. Как правило, их выходная мощность невелика — от 3,5 до 25 Вт, и многие разработчики поддаются соблазну построить ИП по упрощенной схеме с П-фильтром. А между тем, звучание этих усилителей, как никаких других, зависит от качества питающего их источника. Более того, некоторые недостатки, считающиеся неотъемлемым атрибутом однотактных выходных каскадов и ограничивающие их распространение, — слабая динамика в нижнем диапазоне и плохо артикулированный бас — в 90 случаях из 100 являются следствием неправильной организации питания.
Многие пытаются решить проблему, наращивая ёмкость конденсаторов фильтра и увеличивая габариты выходного трансформатора. Это дает некоторый выигрыш в звучании, но главные проблемы остаются. И потом, до какой степени стоит наращивать ёмкости в блоке питания? Раньше в ходу был параметр «энергоёмкость ИП», выраженный в джоулях на ватт выходной мощности. Энергия, запасенная в конденсаторах фильтра, рассчитывается по формуле:
А = 1/2 * U2 * C,
где А — в джоулях; U — в вольтах; С — в фарадах.
Если же А поделить на Pвых., то получим величину, характеризующую энергетические показатели усилителя. У серийных зарубежных усилителей эта величина находится в пределах 1,5 — 2,5 Дж/Вт. Много это или мало? Сказать трудно, хотя и позволяет в какой-то мере судить об энерговооруженности аппарата.
Нашему КБ тоже пришлось столкнуться с такой проблемой. Несколько лет назад мы получили заказ на разработку однотактного лампового усилителя с выходной мощностью не менее 30 — 35 Вт. Требования были сформулированы так: аппарат должен иметь динамику двухтактного, бас — как у транзисторного, а эмоциональность и музыкальность — как у однотактника. Ничего себе задачка? Не стану подробно описывать все муки творчества, скажу только, что в конце концов был выбран однотактный выходной каскад на двух 6С33С-В, запараллеленных через магнитный поток выходного трансформатора, причем с нагрузкой в цепи катода.
Когда мы сделали макет, выяснилось, что на номинальной мощности при изменении частоты сигнала от 400 до 40 Гц анодное напряжение падало с 200 до 160 В. Источник, несмотря на солидный запас мощности, не держал. Прослушивание музыки, богатой НЧ-составляющими, подтвердило результаты стендовых измерений: бас прорабатывался вяло.
Пришлось взяться за стабилизированный ИП, и чтобы не нарушать чистоту ламповой концепции, в качестве проходной выбрали лампу 6С33С-В. Которая, кстати, изначально и разрабатывалась для этих целей, поэтому наряду с большой токоотдачей имеет очень низкое внутреннее сопротивление. Но прежде чем перейти к описанию конструкции, рассмотрим общие принципы построения стабилизаторов напряжения.
Чаще всего применяются параметрические и компенсационные, причем последние бывают последовательные и параллельные (об этом уже успел рассказать Андрей Маркитанов, поэтому опустим подробности. — Прим. ред.). Параметрические — наиболее простые, они строятся на газоразрядных или кремниевых стабилитронах. Номенклатура последних довольно широка, что позволяет строить стабилизаторы с выходным напряжением от единиц до сотен вольт. Но любая простая схема далека от совершенства. В параметрическом стабилизаторе ток через нагрузку всегда должен быть меньше, чем через сам стабилитрон, поэтому к.п.д. таких стабилизаторов низок, и они уместны лишь при малой мощности потребителя.
Компенсационные стабилизаторы последовательного типа обладают хорошим к.п.д., высоким коэффициентом стабилизации и малым выходным сопротивлением. Поэтому они и получили столь широкое распространение. Однако и у них есть недостатки — низкая надёжность при перегрузках и коротком замыкании в нагрузке. Это особенно опасно в транзисторных схемах, поэтому приходится вводить в них сложные системы защиты с токовыми датчиками. Неоспоримое достоинство параллельных стабилизаторов — нечувствительность к форс-мажорным ситуациям. При к.з. в нагрузке напряжение на регулирующем элементе и ток, протекающий через него, резко уменьшаются, и никаких фатальных последствий не бывает. Но у параллельных стабилизаторов такие важные параметры, как к.п.д. и выходное сопротивление, оставляют желать лучшего. Стабилизирующие же качества обоих типов примерно одинаковы.
Поэтому наш выбор пал на последовательный стабилизатор, ведь лампы менее чувствительны к перегрузкам и к.з. Да и схема получается простой и надежной.
Упрощенно принцип ее работы показан на рис. 1.
 | РЭ — регулирующий элемент; И — измерительный элемент; ЭС — элемент сравнения; Uo — опорный элемент; УПТ — уcилитель постоянного тока; Rн — нагрузка. |
По сути, это управляемый делитель напряжения, в верхнем плече которого включён регулирующий элемент РЭ, а в нижнем — нагрузка Rн. У такого стабилизатора входной ток Iвх примерно равен току нагрузки Iн, и как следствие — высокий к.п.д. и малое потребление в режиме х.х. (при Iн = 0). Работает он следующим образом. При увеличении Uвх или уменьшении Iн, напряжение Uвых повышается, в результате чего напряжение на выходе измерительного элемента И превысит опорное Uо. В этом случае на выходе элемента сравнения ЭС будет напряжение Uc = UнКд-Uо (где Кд — коэффициент деления выходного напряжения измерительным элементом). Это напряжение повышается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на регулирующий элемент РЭ. Под действием управляющего напряжения Uу падение напряжения на РЭ будет увеличиваться, а на выходе стабилизатора — уменьшаться. Этим обеспечивается обратное слежение (тот самый случай, когда без ООС не обойтись). В установившемся режиме выходное напряжение стабилизатора сохраняется практически постоянным. Его нестабильность при воздействии дестабилизирующих факторов будет тем меньше, чем больше коэффициент усиления УПТ.
Итак, конкретный пример (рис. 2).
Как видите, нам пришлось стабилизировать не только анодное напряжение выходных ламп, но также драйвера и сеточных цепей. Это из-за того, что «просадка» источника сказывалась и на питании каскадов предварительного усиления, правда, в меньшей степени — отклонения от номинального значения были примерно 20 — 25%. Поскольку потребляемый ток здесь невелик, мы применили параметрический стабилизатор.
Описываемым ИП комплектуются усилители с выходной мощностью до 16 Вт в каждом канале. При необходимости напряжения на выходе можно изменить, устанавливая газовые стабилитроны с большим или меньшим напряжением стабилизации.
Детали и конструкция
Мы старались использовать по возможности широко распространённые и недорогие радиоэлементы — резисторы типа МЛТ, пленочные конденсаторы К73-17 и т.д. А вот электролитические конденсаторы желательно приобрести импортные, поскольку применение отечественных значительно увеличит габариты блока. Хотя на качестве и надежности источника это не скажется.
Лампы тоже не дефицитны — 6С33С-В, 6С19П, 6Н2П, СГ1П, СГ2П (СГ15-2). Можно применить стабилитроны и октальной серии, они красиво горят, но занимают больше места. Выпрямители построены на высокочастотных диодах 2Д213А, хотя можно использовать и «быстрые» импортные на соответствующие токи и напряжения. От кенотронов мы отказались из-за того, что они в данной конструкции усилителя ухудшали динамику.
Трансформаторы — основа любого ИП, и на них хочу остановиться более подробно. Дело в том, что при питании выходных каскадов, работающих в классе А, потребление энергии происходит постоянно и ток почти не зависит от амплитуды выходного сигнала. При этом сетевые трансформаторы всегда работают с полной нагрузкой. А так как к.п.д. усилителя класса А довольно низок, в лучшем случае это где-то 25%, а то и меньше, то потери в ИП довольно велики. Как правило, все они превращаются в тепло, и его необходимо отводить, иначе блок станет перегреваться, со всеми вытекающими неприятностями. Практика конструирования усилителей подобного рода в нашем КБ показала, что для надёжной работы без перегрева и гудения необходим 3 — 4-кратный запас габаритной мощности сетевого трансформатора по отношению к потребляемой. То есть, если ваш усилитель потребляет 100 Вт, выбирайте 300 — 400-ваттное железо, не ошибётесь.
В нашем же случае речь идёт о потреблении порядка 250 — 265 Вт, так что мощность сетевого трансформатора желательно иметь порядка 800 — 900 Вт. Из конструктивных соображений мы изготовили два трансформатора по 440 Вт и распределили нагрузку на них по возможности равномерно. В соответствии с вышеизложенными рекомендациями потребление от каждого из них составляет 120 — 130 Вт.
Обратите внимание, что напряжения на выводах трансформаторов указаны в режиме холостого хода.
Конструкция
Источник питания собран на каркасе размером 260 х 150 х 370 мм (Ш х В х Г), выполненном из алюминиевых уголков 15 х 15. На нем установлены трансформаторы и дроссели, а также плата стабилизатора. Снизу к каркасу прикреплены четыре опорные ножки и поддон. Лицевая панель выполнена из алюминия толщиной 5 — 8 мм, на ней находятся сетевой переключатель и индикатор включения. На задней стенке (алюминий толщиной 2 мм) установлен сетевой ввод, предохранитель, а также разъём, соединяющий источник питания с усилителем. Последний может быть любым, но учтите, что по цепям накала лампа 6С33С (а у нас их в усилителе две) потребляет 6,6 А, так что хотя бы пара контактов должна быть рассчитана на большой ток. Соединение с усилителем выполнено гибким жгутом длинной 0,5 — 0,75 м из провода типа МГТФ-0,35. В накальные линии необходимо заложить провод сечением не менее 5 мм2. Сверху каркас закрыт перфорированным кожухом.
| Технические данные трансформаторов и дросселей | |||
| Т1 — анодный. | |||
| Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В. | |||
| Обмотка | Uхх | витков | провод, тип, диаметр |
| W1 | 220 | 880 (2 х 440) | ПЭВ-2-0,71 |
| W2 | 280 | 1120 (2 х 560) | ПЭВ-2-0,56 |
| Т2 — накально-анодный. | |||
| Сердечник ПЛ 25 х 50 х 80, Рг 440 ВА, к = 4 витка/В | |||
| W1 | 220 | 880 (2 х 440) | ПЭВ-2-0,71 |
| W2 | 330 | 1320 (2 х 660) | ПЭВ-2-0,4 |
| W3 | 125 | 500 (2 х 250) | ПЭВ-2-0,2 |
| W4 | 6,5 | 26 (2 х 13) | ПЭВ-2-2,49 отвод от середины |
| W5 | 6,5 | 26 (2 х 13) | ПЭВ-2-1,8 |
| W6 | 6,5 | 26 (2 х 13) | ПЭВ-2-0,85 отвод от середины |
| D1 Сердечник ШЛ 16 х 20 х 50. | |||
| W | ~ 1800 | ПЭВ-2-0,45 мм, мотать в навал до заполнения каркаса | |
| D2 Cердечник Ш15 х 20 х 30 | ПЭВ-2-0,2 мм, мотать в навал до заполнения каркаса | ||
Регулировка блока питания
Сначала невредно убедиться, что все обмотки двухкатушечных трансформаторов скоммутированы правильно и на их выводах присутствуют именно те напряжения, на которые вы рассчитывали. Затем подключаем стабилизаторы и вольтметром проверяем поочерёдно режимы каждого звена. В отличие от параллельных стабилизаторов последовательные можно включать без нагрузки, что мы и делаем. После 5 — 10-минутного прогрева устанавливаем подстроечными резисторами RT1 и RT2 выходные напряжения +210 и +350 В соответственно. Запас по регулированию должен быть примерно 20% в обе стороны. Затем подключаем эквивалент нагрузки. Для мощного каскада это может быть обычная лампа накаливания 100 Вт на 220 В, а для драйверного звена — резистор типа ПЭВ-50 сопротивлением 3500 Ом. Под нагрузкой напряжение не должно просаживаться более чем на 0,5 — 1 В. Погоняйте блок в таком режиме несколько часов, и если в схеме ничего не дымит и не перегревается, работу можно считать законченной.
Теперь посмотрим, стоило ли вообще затевать весь этот проект. Первое, что мы отметили после подключения усилителя, — стабильность его режимов при изменении напряжения питающей сети. При скачках на линии от +5% и -10% (а у нас в Таганроге бывает и больше) анодные, и что особенно важно, сеточные потенциалы не менялись. Сравнительное прослушивание двух аналогичных усилителей с разными ИП — традиционным и стабилизированным — показало, что последний явно обладает лучшей энергетикой. Звучание становится более плотным и насыщенным во всём спектре частот, улучшается микро- и макродинамика.
Эмоциональный эффект примерно тот же, что при сравнении усилителей с ООС и без неё. Слушать аппарат с нестабилизированным источником питания уже не хочется.
Январь 2003, г. Таганрог
Литература: [1]. Назаров С.В. «Транзисторные стабилизаторы напряжения». М., Энергия 1980 г.
[2]. Белопольский И.И., Тихонов В.И. «Транзисторные стабилизаторы на повышенные и высокие напряжения». М., Энергия 1971 г.
[3]. Ложников А.П., Сонин Е.К. «Каскодные усилители». М., Энергия 1969 г.
Практика AV #6/2003
Однокаскадный усилитель на 6п21с стабилизаторы напряжения анода и 2 сетки
Однокаскадный усилитель на 6п21с
Опишу свой самый «долгоиграющий» проект однотактного однокаскадного усилителя на лучевом тетроде прямого накала 6п21с. Итак – буду собирать однозначно: Пентодный – однокаскадный – однотактный усилитель. Выходные трансформаторы планирую вынести в колонки, поближе к динамикам, чтобы сильноточные цепи были максимально короткими.
Корпус сделал немагнитным и не металлическим, из фанеры толщиной 12 мм. Накальный трансформатор расположил в подвале шасси.
Первые попытки найти «свое» звучание вылились в следующие режимы единственной входно/выходной лампы:
- Напряжение на аноде – 250 В;
- Напряжение на второй сетке – 200 В;
- Смещение на батарейках – 7,5 В;
- Анодный ток – 70 мА;
- Катод лампы 6п21с – сидит на земле;
- Накал стабилизированный – 6,3 В.
Немного поиграл с кенотронами 5ц4м и 5ц3с. Замена нескольких экземпляров того и того дала неоднозначный результат… Пока так и не понял, какой из них – лучше. Так же – экспериментировал со смещением. Варианты пробовал разные, но с батарейкой получилось лучше всего (по звуку). Выходные трансформаторы вынес к динамикам. На входе стоит трансформатор с к/тр – 1/5.
Анодное и смещение
Продолжаю подбирать наиболее благозвучные кенотроны и разные варианты смещения. С батарейкой, конечно – лучше всего получается, но с ней нужно ставить стабилизаторы напряжения на анод и вторую сетку. Такая переделка займет кучу времени и у меня для нее пока нет комплектующих.
Наконец решился на удаление батарейки и замены ее автоматическим смещением. В катод поставил резистор сопротивлением 150 Ом, параллельно ему электролитический конденсатор ELNA CERAFINE номиналом 220 мкФ на 25 В, зашунтированный Black Gate NX на 0.1 мкФ. Итого: смещение – 10 В. Ну и диоды заменил на кенотрон 5ц3с, и потом на косвенно-накальный 5ц4м. С 5ц4м играет заметно мягче, но пропала некая свежесть и атака. После добавления к анодным конденсаторам шунтов из МБГЧ, слюдяных КСГ и WIMA звук слегка потеплел и немного разукрасился. Похоже, это именно тот звук, который я долго искал, сейчас почти то, что надо.
Прослушивание 1
Сейчас пробую ставить новые конденсаторы (они на фото). Эффект с ними просто потрясающий! Все очень быстро, хлесткий удар и атака – просто бешеная. Все помещение наполнилось музыкой, сцена выросла в высоту и ширину… ее глубина просто поражает! Теперь я понимаю, что значат слово «вовлеченность». Все воспринимается очень эмоционально на чувствах, а не головой. Звучание просто захватывает с первых же нот и не оставляет тебя, пока играет МУЗЫКА! Наиболее сильные эмоции возникают на вокале – грусть, переживания, нежность и фонтан радости – все смешалось в доме… Ловлю себя на мысли, что звуки перестал слышать вообще, и просто слушаю гармонию музыки. Раньше обращал внимание на тарелочки, струны, удары по барабанам, сейчас же ничего этого нет даже близко. Музыка струится непрерывным потоком, как ниагарский водопад. Звучание наполнено теплом, оттенки голоса слышны в мельчайших подробностях. Большой симфонический оркестр имеет необычайный размах с огромным объемом. Кажется, что ударных в три раза больше, чем должно быть в БСЛО. Ритм – просто бешеный, как у поезда, летящего на полном ходу. Моща и сила в каждом ударе непередаваемая…
Гранд мерси Владимиру Пронину за: большую тумбочку с халявными компонентами, концепцию однотактника, постоянную помощь и дикое количество нужных советов. Ну и спасибки за вкуснейший кофе и умные речи, приведшие меня к реализации этой однокаскадной идеи!
Модернизация
Конденсаторы: Провел кучу экспериментов с конденсаторами. В итоге – убрал все электролиты и бумагу в масле, везде поставил полипропиленовые к78-17, которые зашунтировал серебрено/слюдяными КСГ, ССГ и фирменными – Wima и Mundorf. Анодное сделал на кенотроне 5ц4м по однополупериодной схеме. Звук у него в этом включении интереснее, чем у 5ц3с.
Параллельный стабилизатор: Параллельно аноду установил стабилизатор напряжения на лампе 6п3с. По рекомендации ua1ong в цепь накала 6П21С вместо интегральных стабилизаторов КРЕН установил LM-317. Саму схему взял у Евгения (Loki). Звучание при установке стабилизатора в накале стало более правильным, что первое пришло в голову – похоже на аналоговый звук, как у винила, хотя слушаю с компактов и компа. Звучание вроде то же, но – другое, настолько деликатное, что описать словами то не могу… Удовольствие от музыки я начал получать заметно больше.
Питание второй сетки: Как выражается Пронин Владимир Павлович «звучание прямонакального пентода живет в стабилизации накала и второй сетке. Вторая сетка – «голосовые связки» пентода, и питать ее качественным напряжением – крайне важно. Как накал со второй сеткой приготовишь, так пентод и запоет…».
Для питания второй сетки я применил стабилизатор на мощном полевом транзисторе IRFI-840G. Собрал его сначала с электролитом, потом с китайским полистирольным кондером на 30 мкФ 450 В. Со стабилизатором усилитель начал «плавать». Думаю, что придется поставить отдельный силовой трансформатор с кенотроном и ОППВ. Слова Пронина полностью подтверждаю – вторую сетку нужно «кормить» от своего – стабилизированного блока питания. Ну и куда его в моем усилителе ставить??? Про звук пока – промолчу.
Блок питания: Собрал рядом с усилителем на дощечке из фанеры. Для питания второй сетки применил кенотрон 5ц4м с однополупериодной схемой выпрямления. Конденсаторы пока такие, как на фото. В ближайшей перспективе хочу поменять их на полипропиленовые советские, либо импортные. С трудом втиснул платы стабилизаторов напряжения. Ужас конечно – но это макет.
Прослушивание 2
Предрассветная мгла, холодная роса на травинках и туман… Он свежий и легкий, врывается в легкие – хочется дышать, глотая кубометры… Туман обволакивает меня со всех сторон. На рассвете почти полная тишина, слышно абсолютно все, каждый шорох и вздох. Слышно, как под ногами шуршит трава, легкий ветерок ласково касается лица, все потихоньку пробуждается… туман почти исчез, поле заканчивается, и я вижу реку, бегу к ней и сходу ныряю в голубую и холодную воду. Брызги, слышно абсолютно все… течение, шелест ветра, бульканье где-то в глубине, течение меня сносит. Вкус и запах воды не передаваемы. Лето, трава, пряные ароматы… Наслаждение почти неземное, от отдыха – полный кайф (сорри). Простите за немузыкальные образы, но музыку не хочется выключать и меня переполняет детство…
Последняя реинкарнация
Сегодня мой однокаскадный усилитель выглядит так, как на последних фото… Страшноват он, признаюсь, но играет – мама не горюй… Он ламповый??? Ламповый! Тогда, что там делает стабилизатор напряжения на полевых транзисторах? Тем более, стабилизатор для питания второй сетки… Это же «голосовые связки» аппарата, а там каменные полупроводниковые ужасы (. Последуем концепции Пронина Владимира Павловича, и поменяем страшные «каменные» стабилизаторы, заменив их на параллельные – на лучевых тетродах 6п6с. Вот она супер-лампа из 50-х годов, специально разработанная для звука. Черненькая, совсем скромная и неказистая на вид (на фото – справа от 6п21с).
Да уж… концепция Пронина Владимира Павловича (UA1ONG) работает изумительно… Задал ему вопрос, как лучше организовать питание второй сетки? Ответ такой, как я и ожидал – отдельный БП с параллельным стабилизатором на лампе. И чего я сразу его не послушал? С параллельником на лампе звук поменялся очень сильно. Ушла в небытие напряженность и колкость, пропала вуаль, все засияло кристально чистыми красками. Появилась слитность и бОльшая точность в деталях. Музыка стала звучать более натурально и мелодично. Старый французский шансон от Патриссии Касс меня полностью очаровал. Хотя это и был мой «выученный наизусть» диск. Челентано удивил еще больше – телесность его голоса меня просто потрясла…
В общем – вырисовалась окончательная схема и компоновка усилителя, каким он должен в итоге стать. Не поленюсь и в ближайшее время поменяю силовой трансформатор на винтажный, мощностью в 2-3 раза больше того, который стоит в данный момент.
Последние режимы
- Анодное напряжение В: 325;
- Анодный ток мА: 55;
- Напряжение на 2-й сетке В: 250;
- Фиксированное смещение В: -16;
- КНИ при входном напряжении 1 В на 1 кГц %: 0,5;
- Сопротивление нагрузки Ом: 4;
Выходной каскад рассчитал В. Большаков. Выходные трансформаторы были намотаны так же по его расчетам. Однотактник на 6п21с сейчас мой основной усилитель и я его периодически довожу.
Один из вариантов режимов
- Анодное напряжение В: 388;
- Напряжение на второй сетке В: 180;
- Анодный ток мА: 53;
- Напряжение смещения В: — 8;
- Рассеиваемая мощность на аноде Вт: 20;
- КНИ при входном напряжении %: 1;
- S сердечника выходного трансформатора кв.см.: 8;
- Коэффициент трансформации: 31;
- Кол-во витков первичной обмотки: 4500;
- Провод первичной обмотки: ПЭЛШО 0,16;
- Сопротивление первичной обмотки Ом: 594;
- Кол-во витков вторичной обмотки: 144;
- Провод вторичной обмотки: ПЭВ-2 0,49;
- Сопротивление вторичной обмотки Ом: 1;
- емкость между обмотками пФ: 490;
- Сопротивление нагрузки Ом: 9;
Мнения про однокаскадник 6п21с
Юрий = Про аппарат на лучевом тетроде прямого накала 6П21С. Я когда-то делал однокаскадник на пентоде 6п9, на сей счет имеется 10 статей. Сейчас по стопам своего однокаскадного усилителя делаю аналогичный аппарат, но уже на лампе 4п1л. Так что про подобные аппараты знаю не понаслышке. Мое мнение такое:
В этом аппарате, по-моему, есть что-то от «горе от ума» – слишком все заумно. Конечно, хотели – как лучше, это понятно. Но накрутили Бог знает – чего, причем используя такие детали и провода, которые я никогда бы не стал применять. Я понимаю, что это макет, вид моего однокаскадного усилителя – еще страшнее. Но думаю, что у него и в основном усилителе будет то же самое, только приглаженное.
Полипропиленовые конденсаторы, шунтированные слюдой с серебром вместо бумага и бумага-масло – очень спорное решение. Сначала создаем себе проблемы в виде некоей жесткости звучания, а потом успешно с ними боремся всякими стабилизаторами напряжения – мне такой подход не очень нравится, не разумно как-то.
Понимаю, что хотелось больше воздуха, больше скорости, больше экспрессии. Ну а зачем больше то? Надо не больше, надо как в консерватории, лучше меньше – да лучше. Подобные усложнения, не мой путь. Мой путь – максимальное упрощение без потери консерваторского живого звука. Звучание усилителя и системы в целом должно быть ни в коем случае не лучше звука в консерватории (даже на 10 %), а хуже. В идеале – на те же 10 %.
Все это очень уж поэтичный человек писал. Сначала так разрисовал звучание, у меня слюнки потекли, и через несколько строк про это же звучание такое выдал – всех святых выноси. В итоге – веры у меня написанному особо нет, хоть все это и увлекающийся человек писал:
«Звук в очередной раз изменился. Первое, что заметил – ушла колкость, напряжённость, некая синтетическая вуаль. Появилась большая слитность и точность в прорисовке деталей. Вместе с тем натуральнее, мелодично зазвучала музыка…».
Это цитата автора после очередного усложнения конструкции. Плюс, нехорошие отзывы ходят по инету про звучание именно этой лампы. Так что – не верю я ему…
Aovox = Я сужу с конструктивной точки зрения. Парень сначала сделал корпус, а только после этого начал строить схему. В итоге в корпус ничего не вошло. Понятно, что это всего лишь макет, и в дальнейшем он возможно перекочует в нормальный конструктив. Но судя по настроению создателя сей «винигрет» будет у него всю жизнь). Сам же аппарат мне интересен т.к. я тоже люблю супер-короткие тракты.
Ссылки по теме