Ламповый усилитель. Электролиты блока питания

Опубликовано: 06.09.2018

видео Ламповый усилитель. Электролиты блока питания

Ламповый усилитель для наушников своими руками

Блок питания лампового усилителя. Последовательное включение электролитов. В заметке изложены элементарные сведения, которые могут пригодиться при конструировании блоков питания ламповых усилителей с лампами повышенного анодного напряжения. При необходимости получения высокого постоянного напряжения приходится прибегать к применению электролитических конденсаторов на сотни вольт. Нужно заметить, что это не дешёвые компоненты. Даже китайские электролиты на высокие напряжения 400-450 вольт стоят значимых денег. Конечно же, это не критические затраты. Тем не менее, бывает проще использовать б/у электролиты, из компьютерных блоков питания или компьютерных ЭЛТ-мониторов. А наиболее распространённые (условно бесплатные) номиналы там 470-680 мкФ, на напряжение +200 вольт DC или на +400-450 вольт. Такого напряжения явно маловато для добротного блока питания к ламповому усилителю на ГИ-30. Поэтому есть смысл применить последовательное их включение, и получить неплохие конденсаторные батареи. Следует помнить, что для последовательного соединения применяют только конденсаторы на одинаковое номинальное напряжение и конечно же одинаковой ёмкости. Речь здесь о традиционном понятии здравый смысл. Изложение посвящено не разбрасыванию понтов и не применению дорогущих фирменных электролитов. Такое занятие оставим для обеспеченных дурней. Выполним практическое испытание конкретной БК от трансформатора с выпрямителем на высокое напряжение, как показано на картинке. Регулирование напряжения на входе трансформатора выполняют при помощи Латра.



Стандартного напряжения +400 вольт и даже напряжения +450VDC в батарее конденсаторов нередко оказывается маловато при построении БП для таких ламп как 6П3С или Г807. Ведь при напряжении на аноде в номинальном нагруженном режиме +350 вольт (6П3С), напряжение холостого хода батареи конденсаторов может оказаться больше в корень из 2 раз. Ну или немного поменьше, а это +493 вольта. А даже китайские электролиты на 500 вольт найти сложно и они совсем не дёшевы. Зачем тогда стучаться в эту дверь? Любые электролиты с типовым допустимым напряжением в таком случае придётся включать последовательно. Предельное допустимое напряжение при этом суммируют, а ёмкость делят пополам.


Ламповый усилитель Класс-А. Made in USA.

Однако не всё обстоит так просто. Чтобы не получился большой взрыв, нужно иметь ввиду некоторые особенности последовательного включения силовых электролитов. Во-первых, нужно помнить, что для оксидных конденсаторов следует ограничивать предельное допустимое превышение напряжения уровнем 5%, даже кратковременно. Во-вторых, следует понимать, что электролиты силового узла находятся в работе постоянно, и ток через конденсатор пульсирует, т.е. имеет импульсный характер, следовательно, перенапряжения на участках цепей с электролитами также импульсные (быстрые). В-третьих, разброс номиналов конденсаторов довольно большой и в последовательные цепочки нельзя включать электролиты с разными напряжениями. Не следует включать последовательно конденсаторы, разной емкости и изготовленные по разным технологиям. А те, что имеют одинаковые надписи, желательно предварительно проверить по факту распределения напряжений. Ну и конечно же, очевидно, что электролиты должны быть совершенно исправными. Для Г807 в аноде под нагрузкой желательно иметь +550 вольт. А холостой ход чреват перенапряжением +775 вольт DC. Здесь потребуется батарея конденсаторов на повышенное напряжение.


Какой ламповый усилитель лучше звучит, двухтактный или однотактный

В ходе эксперимента с построением высоковольтной батареи испытана цепочка из трёх одинаковых конденсаторов 680мкФ на 200 вольт. При плавном повышении напряжения от Латра, оказалось, что в цепочке 200-вольтных электролитов, во всех промежуточных точках на каждом конденсаторе было разное напряжение. Пришлось ограничить регулятор повышением до уровня +520 вольт, поскольку на одном из них оказалось 199 вольт. На остальных было 150 и 170. Следовательно, такую батарею применять сравнительно небезопасно. Такой разброс статических напряжений обусловлен, конечно же, разной емкостью. Значит нужно отнестись к последовательному соединению конденсаторов более внимательно.

Возня с инструментальным подбором конденсаторов, конечно же, позволяет достигнуть лучшего результата. Для этого нужно иметь измеритель ёмкости, большой запас электролитов и резерв времени. Но можно решить эту задачу несколько иначе. Можно установить выравнивающие резисторы. Но это не просто резисторы, а резисторы определённого номинала и несколько увеличенной мощности. Для выбранных емкостей понадобились 1-2 ваттные резисторы по 56кОм. Легко подсчитать, что в предельном случае при 200 вольтах на каждом их них выделится 0,7 ватта балласта. В реальности потери мощности оказываются несколько меньше. Однако оказалось, что на такие дополнительные потери мощности блока питания приходится идти, чтобы обеспечить выравнивание напряжений в высоковольтной батарее. Именно резистивные токи выравнивают напряжения на конденсаторах, при использовании БК на напряжениях, близких к предельно-допустимым. Любопытно, что потребляемый от анодного источника питания ток оказывается существенно больше расчётного. Казалось бы, для заявленного номинала 56кОм, потребляемый ток должен быть на уровне 3,5 мА. Однако в реальности, потребляемый от анодного источника ток оказывается 8-12 мА! Причиной повышения тока оказывается непрерывный, пульсирующий с частотой 100 Гц, режим работы БК. Это следствие постоянного колебания напряжения сети. Потребляемый от анодного источника батареей конденсаторов ток оказывается динамическим! БК находится в непрерывном переходном процессе. Значение эквивалентного постоянного тока плавает вблизи указанных миллиампер. Чем хуже качество электролитов, тем больше разброс статических напряжений на конденсаторах и больше динамический (балластный) ток. Именно резисторами удаётся выправить распределение напряжений и повысить полное допустимое напряжение на БК. В нагрев же самих резисторов уходит значительно меньший ток, и рассеяние оказывается вполне приемлемым.

Для случая применения в усилителе последовательных БК нужно обратить серьёзное внимание на потери напряжения анодного источника. Если высоковольтных БК в двухканальном усилителе установлено 4-6 штук, то потребляемый от анодного источника балластный ток может составить 48 мА и более. Это засоряет шину постоянного тока источника питания. В частотных преобразователях именно по этой причине применяют конфигурацию БК с копланарной пластиной и максимально короткие провода. В ламповом усилителе в положительной шине применяют электромагнитные или электронные дроссели. Нередко приходится наблюдать погоню удифилов за индуктивностями в 10 Генри и даже больше. Простейшая оценка показывает, что сопутствующим большой индуктивности дросселя является его большое резистивное сопротивление. Если у дросселя в 2 Генри резистивная составляющая имеет значение 50 Ом, то для больших дросселей это 300-400 Ом. Легко прикинуть, что указанный выше балластный ток БК скушает 15-20 вольт анодного напряжения безо всякой пользы! Дополнительную потерю анодного напряжения создаст ток покоя выходных ламп.

А что же при таком раскладе останется в анодах для динамического режима двухканального усилителя? Если же при проектировании высоковольтного усилителя заложить в анодные обмотки силового трансформатора побольше запас напряжения, то и батарею придётся городить на завышенный уровень. Получается замкнутый круг. Указанные соображения заставят разумного человека задуматься о последствиях паранойи в виде погони за дросселями огромной индуктивности. Ниже показаны батареи конденсаторов, у которых разного качества электролиты и соответственно разная величина предельного допустимого напряжения 580 и 560 вольт.

Для уменьшения потерь мощности в БК номинал выравнивающих резисторов можно попытаться увеличить, однако их выравнивающее влияние при этом уменьшится. Граничное значение сопротивления можно рассчитать, учитывая требуемые постоянные времени источника питания. В любом случае для трёх электролитов по 200VDC придется ограничить аппетит на уровне 580 вольт предельного допустимого напряжения БК. Такие же меры следует применять при последовательном включении конденсаторов на +400VDC или +450VDC при построении источника питания на напряжения, по величине существенно больше. Аналогично следует поступать при построении источников питания для высоковольтных ламп, например ГК-71. Вместо создания источника с общим выпрямителем на 1,5кВ лучше построить 3 дискретных источника питания по +500VDC, которые надо включить последовательно. Для такого источника питания потребуется три трансформатора меньшей мощности, или три раздельные обмотки одного трансформатора.

На самой первой картинке показан пример модуля БК на печатной плате, где видны остатки канифоли и результаты очистки канифоли спиртом. На второй картинке рядом расположены два блока, причём средняя плата очищена от остатков канифоли. Вот на нее и нужно напаивать выравнивающие резисторы и прочее. А затем снова подвергать плату тщательной очистке. Любопытно на примере печатного монтажа показать полную абсурдность утверждения некоторых авторов, о трудностях модификации печатных плат при изменении конфигурации схемы или доработке устройств. Можно срезать любую дорожку или применить соединение прямо выводами самого радиоэлемента. Нет ничего проще, чем перерезать канцелярским ножом ненужные дорожки и изменить коммутацию перемычками, например МГТФ. Ниже показана картинка, на которой удалены боковые дорожки печатной платы и батарея конденсаторов сконфигурирована так, как нужно в конкретном изделии. 

По картинке даже пиндосу упрямому станет видно и понятно, что фрагменты печатных дорожек представляют собой крепежные пятна на плате. Прямо на дорожки можно напаивать подстроечные резисторы. При этом не требуется никаких вспомогательных креплений. А чтобы удифила не пробило на паранойю, нужно просто не забыть тщательно промыть плату после переделок и творческого «обрезания». Возникает вопрос, почему нередко здравый человек несёт бредятину о невозможности модификации печатных плат? Глупость? Вряд ли. Коньюнктура? Заказ? Возможно.

Другие примеры блоков силовых конденсаторов показаны ниже. Для создания модулей с произвольной конфигурацией БК разработаны универсальные печатные платы, на 4-6-8-10 конденсаторов, в которых при помощи перемычек или срезания дорожек, на той же самой плате формируют параллельные, последовательно-параллельные или последовательные схемы соединения конденсаторов. Прямо поверх дорожек напаивают резисторы и другую шнягу. Ну и где здесь можно найти неудобство применения и модификации печатных плат? Блок из четырёх конденсаторов с напряжениями по 200 вольт модифицирован для последовательного включения, таким образом, что предельное допустимое напряжение увеличено до 780 вольт. 

Есть ещё несколько поразительных примеров внесения современными авторами в умы телезрителей, рекомендаций, построенных на личностном опыте, субъективных представлениях о качестве звука, о его прозрачности, чистоте, звонкости и т.п., но никак инженерно не мотивированных. Многие гуру удифильства предлагают шунтировать электролиты плёночными конденсаторами. Не лучше ли просто применять качественные электролитические конденсаторы? Пусть это будут качественные совдеп-конденсаторы. В применении плёнки есть некоторая вероятность увеличения достоверности звукопередачи в верхней области диапазона. А попробуйте шунтировать электролит резистором вместо плёнки. Вот это будет реальное разумное применение электронных компонентов. Тут всё понятно и очевидно. Кондёр будет демпфирован, быстроходность цепочки из параллельного соединения резистора и конденсатора гарантирована, поскольку дифференциатор именно для сигнального ускорения и предназначен. Польза резистора очевидна, конденсатор автоматически разряжается после отключения. В целом же, по результатам математического моделирования на симуляторах, можно заключить, что применение демпфирующих резисторов удаётся скорректировать характер колебательного процесса в системе электропитания лампового усилителя. Дело в том, что без резисторов в блоке питания с мощными электролитами и дросселями есть вероятность повышенной колебательности, особенно при неудачном выборе емкостей, при высокой результирующей добротности цепей. Резисторы блокируют избыточную реактивность в переходном режиме и поэтому их называют демпфирующими. Но если качественных плёночных кодёров в запасе много, то никто не запретит ставить их везде, где захочется.

Нужно заметить, что при испытании высоковольтных конденсаторов следует быть осторожным. Каждый раз после заряда БК и проведения измерений следует разряжать батарею, не дожидаясь, пока долбанёт током, когда забудете про заряженное состояние. Для разряда конденсаторов удобно применять блоки резисторов ПЭВ, обычно используемые при настройке БП. Просто замыкать конденсаторы железякой и слышать мощные щелчки разряда, неприятное занятие. Да и плата повреждается от регулярного выгорания участков. Показанные ниже на рисунке блоки резисторов удобно включать последовательно при настройке мощных блоков питания.

Напомню вводный раздел теории цепей, в котором показывают последовательные и параллельные RC-звенья, более подробно изучаемые в теории автоматического управления. В простейшей схеме замещения для электролита получается соединение идеализированного конденсатора Сэ и резистора эквивалентных потерь. Однако оба эти элемента на самом деле нелинейные. По сути, схема не что иное, как интегратор, который обычно предназначен для замедления сигналов управления. Рядом на картинке показаны примеры соответствующих схем замещения. Введение идеального плёночного конденсатора Сп изменяет её структуру, однако это не дифференциатор. Для получения классического ускоряющего звена нужен ещё один элемент. Именно введение резистора Rд превращает звено в дифференциатор, который и предназначен для ускорения сигналов управления. Нужно заметить, что последовательный резистор Rвн, имитирующий потери в звуковом диапазоне имеет весьма маленькое значение. Только на высоких частотах потери мощности от звуковых токов становятся ощутимыми. Ведь токи и мощности звуковых сигналов сравнительно не велики, однако нелинейность есть нелинейность, желательно её обходить.

В завершении публикации можно отметить несколько фактов, касательно технологии изготовления компонентов для лампового усилителя. Возьмём, например, конструирование блока питания. Совершенно очевидно, что наилучшей технологией здесь является применение печатного монтажа. Но следует обратить особенное внимание на культуру производства. Дело в том, что печатные платы после монтажа электролитов следует тщательно промывать, удаляя остатки флюса. Лучше применять канифоль или спирто-канифоль. Кислотные флюсы можно применять только для лужения отдельных компонентов. А после завершения монтажа печатную плату очищают шильцем, скалывая наплывы канифоли. Затем плату тщательно отмывают этиловым спиртом, орудуя крупненькой кисточкой, и сушат. Еще лучше применить для очистки ультразвуковую ванну. Если такого не сделать, то есть вероятность увидеть, как в блоке питания на плате возникают красивые, но вонючие, дуговые перемычки. Это выгорают участки загрязнённой кислотными остатками печатной платы между дорожками, при подаче выпрямленного напряжения. При конструировании высоковольтных устройств, залогом успешного результата является тщательное исполнение поставленной задачи и хорошо вымытые руки. Никакой мистики и никаких барабашек в электронике нет.

Также тщательно следует отнестись к проектированию и изготовлению печатных плат сигнальных модулей лампового усилителя. К сожалению, даже в статьях квалифицированных авторов встречается бредятина о вредности применения печатного монтажа для звука. Если скатываться к такому мракобесию, то каких успехов можно ожидать в области конструирования космической техники или компьютеров? Может проектировать платы нужно тщательно? Проектировать платы это инженерная работа, квалифицированная. Проектировать надо с учётом электромагнитной совместимости, а также тепловых и механических нагрузок. А монтаж всего комплекса настоящие грамотные специалисты выполняют только комбинированный. Там где это выгодно, делают навесной монтаж, например для крупногабаритных деталей, для высоковольтных узлов с повышенной изоляцией. Сигнальные же модули и звенья усилительного комплекса профессионально делают исключительно печатным монтажом. Полной чушью выглядит ссылка на влияние емкости «плоских» дорожек печатного монтажа на звук. Как можно услышать в звуке влияние добавочных емкостей в доли пикофарад при использовании разделительных конденсаторов в 0,5мкФ? Результаты математического моделирования нельзя заменять манипуляциями Алана Чумака. Микрофарады и пикофарады разделяют шесть порядков! Этого участия практически невозможно выявить при помощи измерительных приборов, ибо не хватит разрешающей способности. Тоже самое касается влияния на звук резистивных утечек через изоляцию печатной платы в 50 мегаом. Возможно, просто руки нужно помыть этому мальчику, - как говорил Жванецкий. Причем помыть ему в его же присутствии. В результате использования недорогих конденсаторов при соответствующей компоновке получают БК с приемлемыми характеристиками и предельно возможными уровнями напряжения, как показано на картинке ниже. Печатные платы обычно удаётся заготовить пачками, применяя универсальную разводку. Место на печатной плате нужно использовать экономно, максимально компактно распаивая элементы. 

Дальнейшая доработка печатных плат связана с применением клея герметика, которым заполняют пространство между конденсаторами, образуя монолитную конструкцию. Для крепления используют жестяные скобы с резиновыми прокладками. Использование для крепежа достаточно громоздких и увесистых блоков штатных отверстий в печатной плате просто неразумно. Точно также поступают со всеми крупногабаритными деталями, котрые приходится монтировать на платы. Это может касаться например конденсаторов К75-10 или К74-1, имеющих здоровенные размеры. Если же приходится ставить крупные детали на печатную плату, то для их закрепления используют силиконовый герметик, или обыкновенный прозрачный клей Момент.

Есть в статьях удифилов и разумные сведения. Но когда заканчиваются инженерные расчёты и начинаются личные рекомендации, сразу становится заметна переоценка значимости субъективного опыта и огромная самонадеянность, а возможно и совести элементарной нет у авторов такого изыска. Совершенно очевидно, что рукопашный навесной монтаж применяют самодельщики, применяют начинающие, применяют от безысходности и безграмотности, от неумения проектирования и изготовления, от малоквалифицированности или некомпетентности. А рекламируют эталонность навесного монтажа, скорее всего по соображениям ангажированности или это рекламно-маркетинговые уловки. Утверждения о неприемлемости в ламповом усилителе печатных плат есть собачий бред или продажная конъюнктура. Есть еще одно любопытное наблюдение, которое опровергнуть невозможно. Авторы нередко склонны «простодушно» излагать восторженно-позитивный опыт применения конкретной торговые марки, например конденсаторов. Здесь остается предположить лишь откровенную глупость и непонимание своего участия в бесплатной рекламе. Вряд ли торговые компании оплачивают добровольные услуги таких сердобольных агентов.

                Евгений Бортник, Красноярск, Россия, январь 2018

rss