Даешь народное анодное! Малогабаритный БП для ламповой аппаратуры

Данная статья адресована радиолюбителям, занимающимся построением малогабаритных конструкций на электронных лампах. Тем, кто делает микрофонные предусилители, винлкорректоры, приставки для гитары, усилители для наушников и другие устройства с использованием электронных ламп. В общем, тем, кому требуется высокое постоянное напряжение.

↑ Суть проблемы

Перспектива намотки компактного трансформатора для лампового устройства, способна охладить пыл самого старательного радиолюбителя, и причин тому несколько.
К трансформаторам питания ламповых устройств предъявляется ряд требований, соблюсти которые непросто. Необходима обмотка с хорошей электрической прочностью, способная отдавать относительно малый ток при высоком напряжении и обмотка для питания накала. Ток, потребляемый нитью накала, обычно находится в пределах 300-600 мА. Для начала необходимо обзавестись сердечником с малой габаритной мощностью, и эта первая проблема, может стать и последней. Но допустим, что сердечник найден, есть и тонкий провод с хорошей изоляцией. Все равно, намотать трансформатор будет очень непросто. С проводом малого сечения надо обращаться деликатно, не допускать перегибов, а тем более повреждения изоляции и обрывов. Выбрать более толстый провод не позволит окно «железа».

↑ Выходы из положения

Я не буду рассматривать широко известные методы, поскольку все они хорошо описаны в «сети». Ограничусь простым перечислением с указанием основных «подводных камней».

Обратное включение трансформатора, так называемый «перевертыш».
«Повышающий» трансформатор работает неэффективно, потери велики.
Вторичная обмотка, ставшая теперь первичной, потребляет существенный ток, нагружая первый трансформатор, на котором и так «висит» накал. Тем не менее, решение распространенное и вполне приемлемое.

Умножитель.
Для получения низкого уровня пульсаций, необходимы конденсаторы значительной емкости, как следствие увеличение «жилой площади» БП.
Появление «нехарактерных» загрязнений питающего напряжения, за счет увеличения количества переходных процессов, на звуке отражается не самым лучшим образом.
И, наверное, главный недостаток, низкая нагрузочная способность источника питания.
При этом точно рассчитать, на сколько уменьшится под нагрузкой напряжение, и возрастут помехи, весьма затруднительно. Я никогда не участвую в спорах на тему: «Какой Закон Ома самый правильный», а по сему напомню, что даром бывает только сыр в мышеловке. Иными словами, во сколько раз умножите напряжение, во столько и проиграете в токе, плюс потери, куда без них.

Дальнейшее изложение будет происходить на примере построения блока питания для гибридного (ОУ + электронная лампа) Овердрайва для гитары. Принцип можно использовать и для любых других устройств, он общий. В итоге, у меня получился напольный ламповый гитарный предусилитель. Сначала я воспринимал его просто как макет, и хотел разобрать, но он мне так понравился, что я оставил его «в живых». Для наглядности, его БП и будем рассматривать.

↑ Как это было

Мне хотелось иметь напольный девайс, без внешних блоков питания с максимумом стандартных недефицитных и недорогих деталей, с низким уровнем собственных помех (с детства не люблю устройства фонящие первой гармоникой сети). О самом преампе, позднее будет рассказано в разделе «Звук для музыкантов», если кому интересно, можно будет в этот раздел заглянуть.

↑ Из 36 «переменки» - 136 «постоянки», это реально!

Читатель воскликнет: «Только что хаял умножители, про Закон Ома толковал, и на тебе!»
Но обо всем по порядку. Иной раз недостатками можно пользоваться, каждый это знает из жизненного опыта. Вот отталкиваясь от этого постулата, я и начал конструировать свой блок питания. Мое изложение было бы не полным, без описания портрета моего главного героя, точнее антигероя, современного малогабаритного - трансформатора.

Небольшое путешествие в прошлое. Конечно, самыми лучшими из доступных, были трансформаторы серии «ТАН», военной приемки. Были еще трансформаторы мощностью около 15 Ватт от индикаторных цепей станков с напряжениями обмоток 6,3 и 120В. Питали они лампы накаливания и неоновые лампочки. Качество тоже было нехилым, надежная стяжка, пропитка бакелитовым лаком. А может их, и делали специально для преампов? Шутка. К великому сожалению, они ушли в историю вместе с советским прошлым. На этом с лирикой заканчиваю и приступаю к физике.

Все началось с появления в далеком уже ХХ веке, трансформаторов серии «Т» с заложенными «просадками» напряжения. Тогда они ласково назывались «трансформаторы с уменьшенным расходом меди и стали». Чуете, куда ветер дует? Сейчас об уменьшенном расходе меди стало писать неполиткорректно, вот и создается впечатление, что падение напряжения под нагрузкой, это вещь само собой разумеющаяся, как восход Солнца. Где восходит Солнце, мы знаем, там же предположительно и делают трансформаторы, перегревающиеся при заявленной номинальной нагрузке. Для защиты от очень вероятного возгорания и придумана вся «муть» со встроенными предохранителями. Наличие этой, «защиты» позиционируется как достоинство когда вам «втирают» про трансформаторы с «уникальными» характеристиками. Но если мы рассматриваем трансформатор с позиции качества и надежности блока питания, то падение напряжения в его обмотках должно быть минимальным, а холостой ход стремиться к нулю. Все остальное - лукавство. Естественно, что при соблюдении этих требований, трансформатор не может сильно нагреваться, и термопредохранитель ему нужен как в бане лыжи.

Вы спросите, почему я так долго «источаю яд» по поводу трансформаторов? А вот почему. Трансформатор это основа блока питания. От него зависит качество и безопасность устройства в целом. Поэтому подходить к оценке параметров трансформатора, надо вполне осознано, это экономит нервы деньги и бережет здоровье.

Я провел финансово и душевно затратную лабораторную работу по теме «электричество». Не стану утомлять читателя всеми подробностями, скажу только, что несколько «пациентов» ваще нагревались до неприличия на холостом ходу. При подключении номинальной нагрузки, напряжения «радостно проседали» до заявленного уровня. Правда, в виду появления зловещей вони, по настоятельной просьбе жены, испытания были свернуты и один трансформатор «получил прописку» в мусорном ведре.

↑ Голливудский хепиенд

Данная схема построена по принципу разделенного питания для накальной и анодной цепей. Такое решение имеет ряд преимуществ, ранее оно реализовывалось соответственно на трансформаторах серий «ТН» и «ТА».

Первое. Разделение «обязанностей», обеспечивает хороший запас, поскольку не надо закладывать в мощность потери как в «перевертыше», где без двух трансформаторов тоже не обойтись, однако используются они неэффективно.
Второе. Нелишне помнить, что трансформатор с малым количеством меди и стали, при номинальной нагрузке излучает помехи по интенсивности отличающиеся, от трансформатора, в котором медь и сталь не экономили. Поэтому запас по току не помешает.
Третье. Можно, не трогая анодное питание, изменить напряжение накала с 6 на 12 Вольт. Во втором случае, если устройство гибридное, мы можем питать операционный усилитель и накал от одной цепи.
Четвертое. В отличие от умножителя, удвоитель обладает более хорошей нагрузочной характеристикой меньшими пульсациями и другим их спектром. Я умышленно не стал строить утроитель, учетверитель и т.п. С увеличением количества звеньев, растет внутреннее сопротивление источника питания, и потери. Все это ставит под сомнение целесообразность построения умножителей. Может форумчане, используя мои наработки, построят блок с другими характеристиками, это будет интересно! Мне нужно было 120 Вольт при токе 2 мА, и отсутствие фона, блок питания с этой задачей справился.

↑ Элементная база

Монтаж навесной, конденсаторы крепятся в зажимах.

Все детали самые распространенные. Использованы трансформаторы ТП-132-3 и ТП-132-14, производителя не указываю, т.к. не могу быть уверен полностью в их происхождении, внешний вид виден на фото.

Трансформатор, питающий накал, ощутимо нагревается при менее чем половине нагрузки, трансформатор анодного питания чуть теплый, правда и куплен он в 2006 году. Конечно, вы можете использовать тороидальные или герметизированные трансформаторы. В любом случае необходим предохранитель, что продиктовано соблюдением мер противопожарной безопасности. Не пугайтесь только, это требование, просто должно быть выполнено по умолчанию, при использовании указанных трансформаторов запас более чем 50%. Диодный мост «D3SB60» выбран по способу крепления, и типу корпуса.

Стабилизатор «7806» на 6 Вольт. Добавлять лишние детали для получения 6,3 Вольта, смысла не имеет, оптимальное напряжение накала именно 6 Вольт. Еще ниже его делать уже нельзя, упадает усиление лампы, «поплывут» и все остальные параметры. Если напряжение накала 12 Вольт, соответственно используется стабилизатор «7812», даташит аналогичен «7806». Не забудьте увеличить рабочее напряжение C4 и С5! Трансформатор можно взять ТП-112-12. Диоды «1N4007» намного перекрывают требования надежности, просто они были под рукой. Современные технологии позволяют делать хорошие диоды, падение напряжения на них минимально, нагрева нет вообще. С1 и С2 взяты с существенным запасом т.к. от них зависит нагрузочная характеристика удвоителя. С3 также максимально возможной емкости (у меня С3 220 мкФ, резистор R1, 10 кОм). Если вы ограничены размерами модуля питания, то можно емкости пересчитать, исходя из потребностей. Сопротивление R1 лучше брать отечественное МЛТ на 1 Ватт, если резистор от неизвестного производителя, ставьте на 2 Ватта. Теперь несколько слов о монтаже. Монтаж довольно компактен, но температурный режим это позволяет.

Мост и стабилизатор установлены на КПТ-8, (я предпочитаю отечественную пасту и считаю ее вообще самой лучшей). Микросхема стабилизатора изолирована от шасси, это облегчает, последующую разводку «земли». Если вы твердо уверены, что помех не будет, можете не изолировать. Я изолирую всегда, если радиатор электрически связан с корпусом. Таким образом, отрицательные шины низкого и высокого напряжения в БП разделены.

Конденсаторы С4 и С5, должны быть подключены в непосредственной близости к выводам стабилизатора, иначе он может работать нестабильно или вообще не запустится.

Диод D3 (в цепи стабилизатора) выполняет защитную функцию и если исключено нештатное отключение нагрузки, его можно не ставить.

Не советую питать индикаторный светодиод стабилизированным напряжением, лучше сделайте отдельный вывод, как это указано на схеме. Светодиод возьмите экономичный, это особенно важно, если от низковольтного канала питается еще и ОУ. Токоограничивающий резистор R2 светодиода, рассчитывайте после измерения напряжения с подключенной основной нагрузкой. В качестве фенечки у меня переключатель Standby, можете его упразднить, хотя ради сбережения «здоровья» лампы я бы его оставил.

P.S. Про зажимы для крепления конденсаторов, можно прочитать в моем сообщении: «Поклонникам навесного монтажа ламповых УЗЧ посвящается».


Всем удачи, Михаил.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации