Лабораторный источник питания для лампового усилителя. Часть 1: подготовка.
Цель без плана - это просто мечта.
Антуан де Сент-Экзюпери
Мысль собрать ламповый УМЗЧ пришла пару лет назад, после того, как случайным образом попал мне в руки высоковольтный ТАН. С тех пор по теме было прочитано несколько книг, вагон статей, пройдены километры форумов, куплена гора ламп, трансформаторов и прочего барахла ... но в железе не было собрано ровным счётом ничего. В защиту лени всегда находилось тысяча оправданий, совесть в их окружении спокойно дрыхнет, а дело радостно топчется на месте. Такие ситуации обычно разруливаются хорошим пинком. Пришлось пообещать товарищу, с которым каждый вечер чищу зубы, начать строить!
За время жизни ламповой техники, было придумано множесво схемотехнических решений, тем не менее считается, что хороший усилитель должен быть простотым и c малым кол-вом каскадов. Зачастую это утверждение и хорошую линейность ламп приводят в качестве аргумента в пользу тёплого звука. Вместе с тем, когда я пытался выбрать схему, оказалось, что нюансов в построении даже простого однотактного каскада вагон и маленькая тележка. После вопроса выбора ламп, встаёт проблема выбора режима работы. Есть мнение, что для достижения большей линейности, допустимо повышать анодное напряжение сверх паспортных ограничений, но при этом не перегружая лампу по мощности. Другие источники категорически не советуют это делать. В общем, каждый выбирает свой путь джедая. Очевидно придётся самому попробовать различные режимы и определится какую сторону принять. Учитывая большой зоопарк купленных ламп для этого потребуется блок питания с широким диапозоном напряжений (далее по тексту БП). С него и решил начать конструирование.
Верхнее напряжени БП определила самая высоковольтная лампа из моей коллекции ГУ-50, по паспорту допустимое анодное напряжение до 1000В, по факту же эту лампу используют с напряжениями от 350 до 800 вольт. Нижний предел специально не ограничивал, но не более нескольких десятков вольт, для возможности тестирования газоразрядных и люминисцентных индикатиторов. По возможности должна быть стабилизация напряжения, ограничение по току (или триггерная защита), а также индикация выходного напряжения и тока. Поскольку БП будет иметь широкий диапазон выходных напряжений, для получения вменяемого КПД его схема обязательно должна содержать блок переключения вторичных обмоток трансформатора. Собственно, это и есть все требования.
Первая схема была самая очевидная и простая:
Два галетника использованы для гибкой регулировки напряжения, таким образом можно комбинировать вторички в разных вариантах. В планах был ещё третий переключатель в первичной обмотке (в трансформаторах ТА и ТАН она имеет дополнительные отводы). Для этой схемы был выбран трансформатор ТА181 и найдены галетники (ПГК, ПГ3, НПМ). Но перед тем как паять решил проверить на какую нагрузку расчитаны перключатели. И не зря, оказывается напряжение ограничено 250 вольтами, а ток половиной ампера. С учётом того, что ток подзарядки конденсатора БП имеет импульсный характер и в разы превышает номинальный ток нагрузки (для ТА181 - 0,5А), имеющиеся галетные переключатели категорически не подходили по току. Про напряжение и говорить нечего. Нужно было искать другие варианты коммутации. Не долго думая решил заменить галетники на реле и использовать одну из схем автоматического переключения обмоток, и в этом месте опять наступил на грабли - найти высоковольтные реле приемлемых габаритов за вменяемые деньги нереально. Пришлось гуглить ... в конце-концов остановился на схеме вольт добавки на симисторах, расмотренной в этой статье: Электронный коммутатор обмоток трансформатора лабораторных источников питания. Схема достаточно простая, её не сложно переделать под имеющиеся трансформаторы и нужные напряжения. И что немаловажно, купить высоковольтные симисторы на ток один-два десятка ампер не составляет проблем, стоимость более чем доступная. Принцип работы схемы можно пояснить на следующем рисунке:
При разомкнутом ключе SA1 верхняя U2 обмотка трансформатора и диоды VD1, VD2 никак не влияют на работу оставшейся части схемы, напряжение нижней обмотки U1 выпрямляется диодным мостом и фильтруется конденсатором С1. Замыкание SA1 подключают верхнюю обмотку U2 и диоды VD1, VD2 к схеме выпрямления. При этом выделенная часть диодного моста исключается из работы за счёт того, что на эти диоды всегда будет действовать запирающее напряжение. Аналогичным образом можно "достраивать" дополнительные этажи к исходному диодному мосту как сверку, так и снизу. В качестве ключей обычно используют симисторы. Что не маловажно, схема не боится одновременного замыкания нескольких ключей на разных "этажах". В этом случае работать будет самая верхняя и нижняя подключенная обмотка, остальные будут "запираться" обратновключенными диодами.
И так, считаем, что выпрямитель и фильтр у нас есть, на повестке дня встаёт следующий вопрос: стабилизатор напряжения. Здесь ситуация похожая: разнообразных схем пруд-пруди, однако не все они применимы для высоких напряжений. Тем не менее найти несколько подходящих вариантов не составило большого труда.
- Высоковольтный регулируемый стабилизатор
- Высоковольтный стабилизатор с широким диапазоном регулировки выходного напряжения. + Дополнение к статье.
- Простой высоковольтный стабилизатор
- Стабилизированный источник питания лампового усилителя.
- Высоковольтный стабилизатор с малым уровнем пульсаций.
- Двухтактный усилитель мощности. (статья содержит схему и кунструкцию стабилизированного БП для усилителя
Изучив эти статьи, решил остановиться на схеме из первой ссылки:
Во первых эта схема достаточно простая, даже с учётом необходимости "высоковольтной доработки", во вторых в ней конструктивно заложена возможномть ограничения тока. Исходная схема по ссылке не позволяет регулировать предельный ток, в этом плане также её также придётся дорабатывать.
С подготовкой пожалуй всё. Следующим шагом буду подбирать компоненты, собирать макет и тестировать.
Дополнительная информация:
Источники питания для ламповой High-End аудио аппаратуры