Лампы, как известно, требуют для своей работы как минимум два источника напряжения — напряжения накала (обычно 6,3 В) при очень больших токах, и анодного напряжения (несколько десятков, а чаще — сотен вольт) при токах, обычно не превышающих полампера.
Примечание.
Чтобы задача не выглядела столь простой, давайте немного усложним ее — блок питания должен иметь такие габариты, чтобы его можно было легко установить внутрь шасси лампового усилителя.
Соображения просты — если блок питания будет иметь габариты, скажем, компьютерного блока питания, то они практически ничем не отличаются от габаритов обычного, «железного» силового трансформатора, испокон веков устанавливающегося в ламповые усилители. Конечно, весить устройство будет намного меньше, но размеры-то останутся! Для чего тогда было копья ломать?
Для начала определимся с параметрами, в первую очередь, с мощностью. Для этого нужно провести простейший расчет. Допустим, что мы собираемся питать от этого блока ламповый стереоусилитель выходной мощностью 2x25 Вт. Если этот усилитель сделан по двухтактной схеме, то общую мощность (2х25) = 50 Вт нужно умножить на 1,25, а если по однотактной — то увеличить вдвое. Это будет мощность, потребляемая усилителем по анодной цепи.
Выберем первый вариант (двухтактный усилитель), и получим в результате 62,5 Вт. Добавим теперь мощность, потребляемую цепями накала. Предположим для этого, что выходной каскад собран на лампах 6П14П, как это частенько бывает. Их номинальный ток накала — 0,75 А. Умножаем его на четыре (количество выходных ламп), и получаем общий ток потребления 3 ампера. Осталось умножить его на 6,3 В — и мы получим мощность накала (примерно 19 Вт). Итого 62,5 + 19 = 80 Вт, которую теперь можно смело округлить до 100 Вт — ведь мы не учли еще массу мелких потребителей энергии.
Дальнейшее совсем просто — типовое анодное напряжение для ламп 6П14П — 250 В. В результате этих простейших прикидочных расчетов мы уже можем внятно сформулировать технические требования к будущему блоку питания:
♦ мощность — до 100 Вт;
♦ напряжение накала — 6,3 В с током до 4 А (3 + непредвиденные расходы);
♦ анодное напряжение — 250 В с током до 0,3 А ((100 Вт — 6,3 В х 4 А)/250 В).
Первое, с чем необходимо определиться, — трансформатор блока питания. Мы потребовали, чтобы блок питания можно было бы размещать внутри шасси усилителя.
Примечание.
Но помните, что шасси усилителя — это очень уязвимое место в плане помех.
Наш блок питания, ни в коем случае, не должен воздействовать на остальные элементы схемы усилителя, а возможностей у него, к великому сожалению, даже слишком много. И первая из них — магнитные поля.
Уместно в связи с этим вспомнить принцип работы электронной лампы. Мы ведь все его хорошо помним — электроны из нагретого катода под действием электрического поля летят к аноду. Но на электроны воздействует не только электрическое, но и магнитное поле! Если трансформатор блока питания, не дай Бог, окажется вблизи входной лампы (а это может быть, в том числе, и потому, что ни в какое другое место нам блок питания пристроить не удалось), то наводка на входную лампу нам гарантирована. Спасти от нее может, разве что, железный экран.
Примечание.
Поэтому трансформатор нашего блока питания либо должен быть полностью экранирован, либо иметь минимальные наводки.
Все это однозначно предопределяет конструкцию трансформатора — он должен быть намотан на кольце, потому что кольцо имеет самые низкие поля рассеяния.
Теперь необходимо рассчитать параметры трансформатора. Ссылки на формулы и программу расчета у нас были на шаге 7.
Воспользовавшись ими (в предположении, что источник питания будет собран по полумостовой схеме), получим следующий результат:
♦ магнитопровод— М2000НМ К28х16х9, частота преобразования 80 кГц;
♦ первичная обмотка — 71 виток, диаметр провода 0,5 мм;
♦ анодная обмотка — 116 витков, диаметр провода 0,35 мм;
♦ накальная обмотка — 3 витка, диаметр провода 1,2 мм.
И вот тут настало время задуматься. Накальная обмотка имеет всего три витка. Однако, в этом есть доля лукавства — если мы «обратным счетом» вычислим напряжение на ней, оно будет равно не 6,3, а 6,6 В.
Конечно, можно сделать эту обмотку поменьше, чтобы он давала точно 6,3 В. Берем калькулятор, быстренько вычисляем 3х6,3/6,6 и обнаруживаем, что обмотка должна содержать 2,86 витка. А теперь попробуйте себе представить, как выглядит обмотка, содержащая 2,86 витка? Удалось? Мне — нет!
Ну вот, приехали. Каким образом мы собираемся мотать обмотку с точностью до сотых долей витка? Видимо, у нас есть три возможности:
♦ поиграться с высоковольтной обмоткой. На «высокой» стороне обмотка содержит аж 71 виток, там плюс-минус пара витков ничего радикально не изменит, а на «низкой» стороне мы получим то, что нам необходимо;
♦ намотать заведомо большее число витков, а излишек напряжения каким-либо образом погасить;
♦ сделать стабилизированный блок питания.
Первый путь больше похож на самообман. Да, мы можем отрегулировать число витков первичной обмотки, но как убедиться в том, что низковольтная обмотка содержит ровно три витка? Ведь достаточно при монтаже трансформатора просто посильнее прижать к нему выводы обмотки (добавив тем самым сотые доли витка) — и, пожалуйста, — проблема вновь всплыла!
Второй путь не совсем понятен. Мы можем погасить излишек напряжения, например, с помощью резистора. Но его нужно будет каждый раз пересчитывать под конкретные параметры того или иного усилителя. Даже простая замена лампы потребует такого пересчета.
Можно вместо резистора поставить какой-либо стабилизатор напряжения, но стабилизаторы напряжения не работают от переменного тока. Значит, необходим мощный выпрямитель напряжения накала, фильтр и прочие удовольствия. Нет, этот путь отпадает.
Стабилизированный источник питания — вот что нам требуется!
Для этого увеличим число витков всех вторичных обмоток, чтобы создать запас по напряжению для ШИМ: накальную обмотку — до четырех витков вместо трех, анодную — до 116х4/3 = 155 витков. Хм… И сколько же теперь у нас будет анодного напряжения?
Берем калькулятор, вычисляем 250х156/116 = 336 В!
Замечательно… И это притом, что максимально допустимое напряжение на аноде 6П14П всего 300 вольт. Но ведь в нашем источнике питания будет ШИМ, он все это срежет — ответит навскидку любой радиолюбитель. И, увы, окажется неправ.
Рассмотрим простейшую схему RC-фильтра (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Схема RC-фильтра
Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор (им может служить внутреннее сопротивление генератора) подключен к конденсатору. Среднее напряжение на конденсаторе зависит от соотношения длительностей импульса генератора к периода их следования.
Можно покрутить ручки генератора и убедиться — среднее напряжение на конденсаторе будет «следить» за вашим манипуляциями. Теория блестяще подтверждается. Беда здесь лишь в том, что в блоке питания ничего похожего на нашу схему нет! В блоке питания (рис. 8.2) цепи заряда и цепи разряда конденсатора разделены!
