Питание
Очередной этап работы над проектом модернизации проигрывателя «Арктур-006» - это система питания. Ее основой является силовой трансформатор. Основные требования к трансформатору - отсутствие механических вибраций и минимальное поле рассеяния. Вибрации могут передаваться на иглу звукоснимателя через корпус проигрывателя, а поле рассеяния может стать причиной наводок на головку. Тогда в выходном сигнале проигрывателя будет присутствовать помеха, чего требуется избежать.
Вибрации трансформатора в основном определяются его конструкцией и качеством изготовления. Пакет пластин должен быть хорошо стянут, а пластины склеены между собой лаком. Лучше, если будет пропитан весь трансформатор целиком, например, парафином. Как правило, у всех трансформаторов гудение хоть немного слышно, что позволяет сравнивать трансформаторы между собой.
Поле рассеивания определяется в основном конструкцией трансформатора. В этом плане преимущество имеют тороидальные трансформаторы. Но их тоже надо наматывать правильно, равномерно распределяя обмотки по всему кольцу. Для исследования поля рассеивания трансформаторов незаменимая вещь - кассетный плейер. Магнитная головка чувствительна к переменному магнитному полю, а поскольку сетевая частота лежит в звуковом диапазоне, то наводки можно послушать с помощью наушников. Перемещая плейер относительно трансформатора, можно исследовать конфигурацию поля рассеивания. Можно, конечно, сделать какую-нибудь рамку с обмоткой и подключить ее к осциллографу. Но на слух, как мне кажется, более информативно. Точные замеры здесь делать нет необходимости, нужно лишь сравнивать разные трансформаторы или разное их расположение и экранировку.
Штатный трансформатор оказался очень тихим, гудение еле-еле слышно, и то если его сильно прижать к уху. Наверное, потому что он хорошо обжат и пропитан парафином. Ток холостого хода 6.4 мА, что не так мало для трансформатора такой мощности. Поле рассеивания этого трансформатора вполне заметное, хотя и терпимое.
Второй трансформатор, который рассматриваю в качестве возможной замены, это стандартный тороид ТТП-100-0.02-УХЛ4 мощностью 20 Вт. Вторички при необходимости можно перемотать. Ток холостого хода составляет 1.68 мА, что заметно лучше, чем у штатного трансформатора. Зато гудение немного сильнее, что явилось неожиданностью - тороиды обычно очень тихие. Поле рассеивания заметно меньше, хотя характер наводок другой. У штатного трансформатора это практически синусоида 50 Гц, а у тороида форма наводок более сложная с множеством гармоник. Тороид, при своей кажущейся осевой симметрии, дает сильно разный уровень наводок при повороте вокруг своей оси.
Третий трансформатор - это фирменный герметизированный тороид. Напряжения вторичек, конечно, совсем не те, и перемотать их нет возможности, но проверил его просто ради любопытства. Ток холостого хода составляет 1.48 мА. Гудения почти не слышно, оно практически на уровне штатного трансформатора. Поле рассеивания практически отсутствует, закралось даже подозрение, что внутри имеется экран. Этот трансформатор очень хорош, но поставить его сюда нет никакой возможности.
По результатам этой проверки вполне возможно оставить штатный трансформатор. Главное зло трансформатора в проигрывателе - это вибрации. У штатного трансформатора с этим все прекрасно. Ну а наводки можно уменьшить экранировкой. В проигрывателе имеется штатный экран трансформатора из трех витков ленты из электротехнической стали. Этот экран оказался довольно эффективным, наводки снижает в несколько раз. Сверху трансформатор закрывается стальной перфорированной пластиной, которая оказалась совершенно неэффективной. Впрочем, над трансформатором нет ничего чувствительного.
Экран из стальной ленты установлен с некоторым зазором относительно сердечника трансформатора, в этой связи я приведу цитату из книги М. Л. Волин «Паразитные процессы в РЭА»:
Во всем диапазоне низких частот 50…4000 Гц хорошо действует экран из пермаллоя и других специальных сортов ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и малым удельным сопротивлением. По результатам Густафсона [17] экранирующая коробка не должна плотно прилегать к сердечнику трансформатора. При зазоре примерно в 3 мм эффективность экранирования получается на 15 дБ выше. В такой конструкции имеется двойной экран: первым, внутренним экраном является сердечник трансформатора, а остаточное поле рассеивания экранируется наружной коробкой. Так же действуют многослойные экраны с воздушными зазорами, дающие высокую эффективность экранирования.
Еще одна эффективная мера - поворот трансформатора вокруг вертикальной оси. Но, к сожалению, со штатным трансформатором это не пройдет - ниша в корпусе прямоугольная. В самодельном деревянном корпусе планировал сделать круглую нишу для возможности поворота трансформатора, но этому корпусу не суждено появиться.
Из смешного - провода, заделанные в штатный трансформатор, изначально все белого цвета. Некоторые из них снаружи покрашены в другие цвета (один зеленый, два оранжевых), но эта краска легко смывается. Это советские реалии - цветные провода были дефицитом. Помню в те времена в лаборатории были огромные бухты белого МГШВ. Им разводили и плюс, и минус, и все остальное. Выбирать цвет проводов было непозволительной роскошью.
Часто можно видеть, что трансформаторы обернуты замкнутой медной лентой. Это хорошая мера для уменьшения поля рассеяния, но эффективна она на сравнительно высоких частотах, на которых работают импульсные источники.
Опять приведу цитату из книги М. Л. Волин «Паразитные процессы в РЭА»:
Для трансформаторов и дросселей, работающих на частоте 50 Гц, отдельный медный или алюминиевый экран совершенно не эффективен. Несмотря на это, Н. И. Амосенко и Д. М. Мурин [60] применили алюминиевый короткозамкнутый виток из ленты толщиной 3 мм и шириной 65 мм для экранирования силового трансформатора в телевизорах.
Вот и я «несмотря на это» применил экран в виде короткозамкнутой полоски медной фольги. Как и ожидалось, на практике я не заметил никакого влияния этого витка. Зато вид у трансформатора стал более солидным.
Часто ортодоксальные аудиофилы категорически не рекомендуют устанавливать трансформатор внутрь проигрывателя. Но этот вопрос не является принципиальным, он исключительно количественный. При проектировании устройств нельзя ставить целью полностью исключить влияние того или иного фактора. Это влияние можно лишь уменьшить ниже какого-то предела, когда оно потеряет практическую значимость. Так и с трансформатором - можно принять конструктивные меры, когда помехи от него станут ниже других видов помех. У меня есть опыт эксплуатации этого проигрывателя с трансформатором внутри. Основной помехой при воспроизведении является рокот двигателя (если не считать помехи самого винила), а вибрации и наводки трансформатора совершенно незаметны. Делал сравнение при питании проигрывателя от внешнего источника. Если же трансформатор выносить в отдельный корпус, то вместе с ним нужно выносить и выпрямитель с частью фильтра, так как между трансформатором и выпрямителем циркулируют импульсные токи зарядки емкостей фильтра, которые могут стать причиной помех.
Чтобы перестраховаться и что-то улучшить (иначе, что это за доработка?), решил трансформатор установить на резиновые амортизаторы, как обычно сделано в фирменных проигрывателях. Для этого увеличил крепежные отверстия до 6 мм и вставил туда резиновые втулки от подвеса механики CD-ROM.
Для крепления трансформатора подобрал саморезы длиной 12 мм и изготовил металлические трубочки длиной 5.5 мм, которые играют роль ограничителей сжатия резиновых амортизаторов. Трансформатор прикручивается к стойкам, которые вклеил в корпус.
Для моделирования источника питания требуется составить более-менее точную модель трансформатора. Для этого измерил ряд параметров трансформатора: индуктивность первичной обмотки L1 = 14 Гн, ее активное сопротивление 337 Ом, индуктивность вторичной обмотки L2 = 0.12 Гн, ее активное сопротивление 5.4 ом, приведенная к первичной обмотке индуктивность рассеяния Ls = 1.3 Гн. Паразитная емкость между первичкой и вторичкой около 45 пФ, емкость с первички на магнитопровод - около 60 пФ. Паразитные емкости заменил сосредоточенными, хотя это довольно грубое приближение. С другой стороны, паразитные емкости очень незначительные. На основе индуктивности рассеяния вычислил коэффициент связи между обмотками (k = 1 - Ls/L1) и внес его в модель.
В модели использую только одну вторичную обмотку, которая питает привод и с которой снимается почти вся мощность. Еще одна обмотка, которая питает усилитель-корректор, относительно маломощная и ее можно не учитывать.
схема
Для проверки адекватности модели включил трансформатор в сеть и нагрузил на несколько разных резисторов, при этом замерил выходное напряжение. Затем проделал то же самое в симуляторе. Результаты хорошо совпали. Теперь можно заняться схемой сетевой части.