Рис. 8.2. Реальная схема фильтра в блоке питания
И если в этой схеме разорвать контакт S1, то какими бы короткими не были импульсы со стороны источника питания, рано или поздно конденсатор обязательно зарядится до максимально возможного напряжения, потому что накопленную энергию ему просто некуда девать! А ведь именно эта ситуация и имеет место при включении лампового усилителя: лампы холодные, прогреются еще нескоро, поэтому потребления тока по анодной цепи практически нет. Где здесь выход?
Выход подсказывает здравый смысл — поскольку такая ситуация будет иметь место только при включении усилителя и прогреве ламп, нужно подавать анодное напряжение на лампы не сразу, а только после прогрева нитей накала. Более того, такой режим питания ламп считается более благоприятным, чем одновременная подача анодного и накального напряжения. В некоторых ламповых устройствах тех далеких времен даже устанавливались два выключателя питания — «сеть» и «анод», и второй нужно было включать только после прогрева ламп.
Итак, первый, самый предварительный вариант функциональной схемы будущего блока питания (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Предварительная функциональная схема блока питания
Несколько очевидных пояснений:
♦ входной фильтр (I) нужен для того, чтобы защитить как наш блок питания от помех по сети, так и сеть от помех, создаваемых нашим блоком питания;
♦ выпрямитель (II) нужен для того, чтобы преобразовать переменное напряжение сети в постоянное;
♦ импульсный (III) конвертор нужен для преобразования постоянное напряжение сети в высокочастотное переменное;
♦ трансформатор (IV) нужен для получения необходимых выходных напряжений;
♦ выпрямитель вторичного напряжения (V) нужен для получения постоянного анодного напряжения;
♦ реле времени (VI) нужно для задержки подачи анодного напряжения на усилитель;
♦ выпрямитель низкого напряжения (VII) нужен для питания реле времени и организации обратной связи по напряжению, необходимой для стабилизации напряжения накала.
Для того, чтобы собрать стабилизированный источник питания, необходимо сначала выбрать схему конвертора (хотя мы, по сути дела, сделали это при расчете трансформатора). Выбирать однотактную схему в нашем случае не следует:
♦ во-первых, велика мощность;
♦ во-вторых, кольца с однотактными схемами не очень «дружат».
Схема со средней точкой, имея достаточно простую схему управления, помимо проблем с перенапряжениями, вчетверо увеличит число витков первичной обмотки по сравнению с полумостом, а мотать 280 витков на кольце, неустанно заботясь при этом о качестве изоляции — задача, достойная мазохиста.
Хотим ли мы использовать в схеме конвертора биполярные или полевые транзисторы? Вопрос далеко не праздный, ведь те же компьютерные блоки питания в большинстве своем собраны на биполярных транзисторах. Все так, но соображения, которыми руководствуется промышленность, вовсе не обязательно совпадают с радиолюбительскими.
А соображения эти, в первую очередь, экономические — высоковольтные биполярные транзисторы пока еще заметно дешевле, и будут таковыми еще достаточно долго. Но для управления биполярными транзисторами нужен дополнительный трансформатор, который нам придется мотать самим. Взять готовый (из тех же компьютерных блоков питания) не получится, потому что он намотан не на кольце, а от других магнитопроводов мы заранее и категорически отказались.
Итак, принимаем решение создать импульсный конвертор на полевых транзисторах по схеме полумоста. Теперь осталась самая малость — найти в Интернете подходящие микросхемы для управления стабилизированным полумостом.
Увы, просидев в Интернете не один час, мы обнаруживаем, что таких микросхем в природе нет. Есть микросхемы автогенерирующих полумостов, но они нерегулируемые. Есть микросхемы для регулируемых конверторов, но они однотактные. Есть, впрочем, и микросхемы для двухтактных регулируемых конверторов, но они пригодны только для схем со средней точкой. Вывод один — сделать устройство управления на одной микросхеме вряд ли возможно. И очевидное следствие из этого вывода — нужно делать устройство управления из комбинации микросхем. Например, так (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Вариант совместной работы микросхем UC3825 и IR2103
Заглядываем на сайты интернет-магазинов на предмет приобретения микросхемы UC3825 и входим в ступор. 110, 120, 150 рублей! Такое впечатление, что микросхема эта инкрустирована стразами. По сравнению со своим «напарником» IR2103 (в пределах 30 руб.) это просто земля и небо. В таком случае, нам осталась микросхема TL494, правда, ее выходные каскады еще нужно согласовать с IR2103, но 20 руб. вместо 150 руб. того стоят.
Каким образом мы собираемся питать эти микросхемы? Существует два варианта:
♦ от отдельного низковольтного источника питания;
♦ непосредственно от выпрямителя первичного напряжения через гасящий резистор.
Тут нам на помощь вновь спешит калькулятор. Потребление микросхемы IR2103 совершенно ничтожно — менее 0,5 мА, а вот микросхема TL494 потребляет аж 7,5 мА. Делаем простой расчет (310 В — 12 В)/(7,5 мА + 0,5 мА) = 43 кОм.
Вот такой резистор нам потребуется для того, чтобы запитать микросхемы непосредственно от источника первичного напряжения.
Еще небольшой расчет — (43 кОм х (7,5 мА + 0,5 мА)2) = 2,75 Вт — такая мощность будет впустую рассеиваться на нашем резисторе.
Очевидно, что его придется составлять либо из двух двухваттных на 22 кОм (последовательное включение), либо из двух двухваттных на 82 кОм (параллельное включение).
Что касается отдельного низковольтного источника, им может быть либо отдельный трансформатор, либо простейший выпрямитель с балластным конденсатором. Увы, ни первый, ни второй способ в нашем случае неприменим — от отдельного трансформатора мы сразу категорически отказываемся, а совместить балластный конденсатор с выпрямителем на «высокой» стороне невозможно.
Какой из данной ситуации выход? Смириться с напрасно рассеиваемой мощностью в замкнутом объеме шасси, которой та и так немало? Или попытаться как-то выкрутиться из этой ситуации. Мы вновь садимся за Интернет, ищем варианты, и вдруг — о, это вдруг! Как часто оно случается у радиолюбителя!
Возникает идея, простая до безобразия. А почему бы нам не взять однотактный драйвер, и не направить его выходной сигнал на обыкновенный D-триггер. На выходе триггера мы получим двухфазный сигнал, а затем с помощью нехитрой логики сделаем из него двухтактный. Быстренько лезем в Интернет на предмет стоимости этого варианта. Сам драйвер (UC3843) стоит в районе 50 руб., россыпь триггеров и логики — в районе 20 руб. Решено!
Пересчитываем величину резистора с учетом того* что теперь через него проходит ток всего 1 мА, получаем 300 кОм и мощность 0,3 Вт. Теперь можно нарисовать первый, прикидочный вариант принципиальной схемы (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Упрощенная принципиальная схема первого варианта блока питания
В ней еще нет реле времени — пока в его роли будем выступать мы, — но ее уже можно начать делать. Номиналы деталей в ней не проставлены (за исключением микросхем). Почему — будет понятно немного позднее.
Ну вот, все позади, детали приобретены, печатная плата изготовлена, вытравлена, рассверлена, запаяна. Устройство готово к тому, что его отправят в первый путь. Итак, мы смело подключаем к блоку питания ламповый усилитель, подаем сетевое напряжение, и нажимаем кнопку «Вкл.».