А. Черномырдин - Семь шагов в электронику

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!

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).