Зберегти і прочитати потім -

Повною мірою сказане стосується не тільки до лампових проектам, тому все, що буде описано нижче, стане в нагоді і для цифрових, і для аналогових трактів на напівпровідниках.

«А в чому, власне, проблема? Для напруження існують трехвиводние сільноточние стабілізатори, а анодні робляться або на тих же лампах, або на високовольтних MOSFET'ах », - такою була перша реакція більшості конструкторів аудіо, з ким я намагався завести розмову на цю тему. А життя, між іншим, не так проста, як здається на перший погляд. Улюблені всіма інтегральні стабілізатори серій LM78, LM79, LM317 і LM337 дуже зручні і коштують копійки, але в техніці класу High End застосовуються вкрай рідко через широкого спектру ВЧ-шумів, які у них взагалі не нормуються. Ці шуми не чутні, але, взаємодіючи з корисним сигналом, стають причиною інтермодуляції. А ось вона вже веде до зайвої жорсткості на верхніх частотах і часткової втрати дозволу. Якщо від такого стабілізатора живляться катоди прямонакальних ламп, особливо вхідних, ви можете взагалі втратити інтерес до проекту - вся грязь з мережі, неабияк приправлена ​​власним шумом мікросхеми, буде посилена і потрапить на вихід підсилювача. Тому серйозні розробники останнім часом все частіше віддають перевагу більш складну схемотехнику, але гарантує захист від ВЧ-неприємностей. Що ж стосується високовольтних стабілізаторів, то там ситуація ще гірше. По-перше, в якості джерел еталонного напруги використовуються або кремнієві, або газорозрядні стабілітрони, і включаються вони, як правило, в катод керуючої лампи (або емітер транзистора, що істоти справи не міняє). По-друге, в лампових підсилювачах, особливо однотактний, прохідний елемент стабілізатора знаходиться в ланцюзі звукового сигналу і вносить в нього свій неповторний акцент. Так що, крім конденсаторів, підсилюючих ламп і трансформаторів, ви будете ще слухати який-небудь MOSFET або 6С33С. У мене є підозра, що аналогічна ситуація спостерігається і в транзисторних підсилювачах, але сам не експериментував, брехати не стану.

Почнемо з харчування низьковольтних ланцюгів - напруження, зсуву і т.д. У каталозі будь-якого великого виробника напівпровідників обов'язково є малошумливі джерела опорного напруги, і деякі з регульованою напругою виходу. У цих стабилитронов тільки один мінус - струм через перехід обмежений кількома міліампер, тому для скільки-небудь серйозного навантаження їх доведеться доповнити зовнішнім прохідним транзистором. Найбільш широко поширений чіп TL431, що випускається фірмою Texas Instruments. Напруга шумів на його виході близько 7 мкв на частоті 10 Гц, коштує близько 16 руб. і виглядає, як звичайний малопотужний транзистор в пластмасовому корпусі ТО-92. Дуже вдала схема його застосування викладена на сайті www.klausmobile.narod.ru (рис.1).

Тут IC1 служить джерелом опорного напруги, а IC2 є датчиком схеми захисту від КЗ виходу. Гідність схеми в тому, що в якості прохідного елемента працює МДП-транзистор з ізольованим затвором, тому при будь-якому навантаженні (схема нормована до 5 А) струм через стабілітрон залишається в межах норми. R3 задає вихідна напруга, а R2 - струм спрацьовування захисту. MOSFET може бути будь-яким із серій IRF400 - 600 і встановлюється на тепловідвід. Розсіюється на ньому потужність підраховується за формулою P = (Uвх - U вих) x Iнагр. Якщо стабілізатор повинен забезпечувати фіксований напруга, то його теж легко розрахувати: U вих = (1 + R1 / R2) x Uref, де Uref - опорна напруга TL431, тобто 2,5 В. З цього легко бачити, що для отримання U вих = 5 В, наприклад, харчування цифрової частини ЦАПа, опору R1 і R2 повинні бути одного номіналу (приблизно 3,3 - 6,8 К).

Для слабкострумових ланцюгів, наприклад, сіткового зсуву або харчування ОУ в тракті CD-програвача, дуже гарні паралельні стабілізатори. У них регулюючий елемент включений паралельно навантаженні, що має незаперечні переваги - по змінному струмі його опір дуже мало, а по постійному - дуже велике. Вам це нічого не нагадує? Правильно, конденсатор, причому без будь-якої абсорбції, витоку, з мізерним ESR і індуктивністю. Коротше, майже ідеальний. Приклад такого стабілізатора показаний на рис. 2. Джерело опорного напруги тут той же - TL431, і вихідна напруга розраховується за тією ж самою формулою і підлаштовується тримерами R1. Стабілізація (якщо хто не знає) відбувається за рахунок падіння напруги на резисторі R0. Номінал R3 вибирається з тим розрахунком, щоб струм через TL431 був в межах 1 - 3 мА. Ще більш очевидні вигоди такої схеми для побудови високовольтних стабілізаторів, але про це нижче.

На тій же TL431 легко зібрати схему затримки включення анодного харчування (рис. 3). Час затримки задається параметрами ланцюжка R1 / С1 і при зазначених номіналах становить близько 25 секунд. Оптрон - 293КП9В або йому подібний.

Мал.3

У схемах диференціальних каскадів з т.зв. long tail негативна напруга для кращої симетрії слід подавати через джерело струму. Часто для цього використовують лампи. А якщо немає місця, або трансформатор харчування працює на межі і вже не потягне ще один напруження?

Стане в нагоді простенька схемку на польовому транзисторі (рис. 4). Єдиний елемент, на якість якого варто звернути увагу - електролітичний конденсатор в дільнику затвора. Він повинен бути або Black Gate, або Elna Cerafine. Збирається джерело струму на крихітній друкованій платі і може бути вбудований в будь-який підсилювач при апгрейді. Негативна напруга на «хвіст» можна отримати випрямленням напруги напруження.

Ще один можливий шлях апгрейда - зниження шумів стандартних джерел живлення. Спосіб приблизно той же, тобто шунтування шини харчування активним фільтром з певними параметрами (рис. 5). Без будь-якої настройки він пригнічує ВЧ-складову на 20 дБ, а якщо підібрати резистор в ланцюзі емітера, то можна дотиснути їх і до 40 дБ. Споживання струму самим шунтом близько 10 мА, так що він навряд чи перевантажить стабілізатор. Якщо струм в навантаженні понад 300 мА, то шунт доведеться умощніть (рис. 6). Для цього знадобиться складовою транзистор (КТ825 / 827 в залежності від полярності джерела), який буде забирати на себе вже близько 40 мА. Зате їм можна «чистити» сільноточние шини, наприклад накальную. Якщо в попередньому підсилювачі або Фонокоректори виносної блок живлення, то до мережевих перешкод і шумів стабілізатора додадуться ВЧ і СВЧ-наводки на з'єднувальні дроти. Частково ця проблема вирішується за допомогою феритових кілець, що надягають на джгут або окремі провідники, але набагато більш помітний ефект дає схема, показана на рис. 7. Вона ставиться на приймальному кінці, тобто в самому підсилювачі, і харчується від тієї ж шини, яку чистить. ОУ повинен бути по можливості малошумливим і широкосмуговим, до якості інших деталей особливих вимог не висувають. На рис. 8 видно, що ефективність придушення шумів на частоті 100 Гц досягає 24 дБ без точного підбору номіналів. Більш докладний опис цих шумоглушників можна знайти за адресою www.wenzel.com/documents/finesse.html.

Мал.5
Мал.6
Мал.7
Мал.8

Тепер про анодном харчуванні. У 1998 р компанія Technics почала випускати підсилювачі DVD Audio Ready, тобто з розширеним динамічним діапазоном. Для них довелося розробляти нові джерела живлення, оскільки при наявних неможливо було знизити шуми підсилювача до потрібної величини. Була запатентована схема т.зв. віртуальної батареї або, як її ще називають, схема з множенням ємності. Високовольтний варіант такої батареї показаний на рис. 9 (верхня частина схеми). Як бачите, тут взагалі немає стабилитрона, тому, строго кажучи, це не стабілізатор, а фільтр з складовим прохідним елементом. Суть ідеї в тому, що вхідний опір МДП-транзистора - кілька сотень мегаом, що дозволяє підключити його затвор до RC-ланцюжку з такою величезною постійної часу (4,7 мОм і 47 мкФ відповідно), що ніякі перешкоди через неї не проходять. Мінуси схеми - вже згадане відсутність стабілізації і дуже довгий заряд, час якого складає приблизно 20 хв. Апарат з таким джерелом живлення взагалі вимикати не рекомендується.

Мал.9

Серйозніші люди живлять аноди ламп від паралельних стабілізаторів. Крім перерахованих вище переваг, вони мають і ще одним - після вимкнення живлення швидко розряджають ємності фільтрів. До речі, про це чомусь мало хто піклується, але ж шкоди від цього нітрохи не менше, ніж при подачі напруги на анод холодної лампи. У перед, наприклад, конденсатори розряджаються кілька хвилин, а катоди остигають значно швидше. Крім того, шунти починають споживати струм миттєво після включення, завдяки чому фільтр застрахований від перевантажень по напрузі в режимі холостого ходу. Схема щодо простого і недорогого шунт-регулятора (рис. 10) містить потужний високовольтний MOSFET IRF820 і схему управління на малошумні ОУ TL-071. Опорна напруга задається подільником на вході інвертується, а напруга шини живлення контролюється через інтегруючу RC-ланцюжок 1,5 мОм і 1 мкФ. Між виходом ОУ і затвором транзистора варто режекторний ВЧ-фільтр, вирізує найшкідливіший ділянку шумового спектра. Зверніть увагу, що навантаження підключається до шин в тому місці, де припаяні елементи дільника, ще краще підключити верхню точку інтегруючого ланцюжка безпосередньо до споживача, наприклад, до анодної обмотці вихідного трансформатора. Між випрямлячем і стабілізатором має бути включено або опір, на якому буде падати різниця напруг, або, що значно краще, потужне джерело струму. Такий, наприклад, як на рис. 11 зліва. Це взагалі дуже цікава схема, її автор, Манфред Хубер (http://home.t-online.de/home/MHuber/bjtreg.htm) впевнений, що вона дає той же ефект, що і тефлоновий конденсатор ємністю 1000 мкФ, включений паралельно навантаженні. Я пробував живити від цього стабілізатора фонокоректор з вихідним трансформаторних каскадом на 4П1Л, різниця в порівнянні з віртуальної батареєю дійсно помітна на слух. По-перше, бас стає більш зібраним, помітно зменшується інтермодуляція, схема - менш чутливою до якості трансформатора. Очевидно, поворотний шлях сигналу на землю тут набагато коротше, та й вихідний опір джерела практично не залежить від частоти. Заодно кілька порад: якщо вихідна напруга не повинна регулюватися в широких межах, дорогі польові транзистори BSS135 (близько 120 руб. Кожен), що працюють як джерела струму стабилитронов LM4041 і ZPD30, можна замінити звичайними опорами. Їх номінал розраховують так, щоб через них протікав струм 1,3 мА. Транзистори ZTX458 / 558 фірми Zetex з напругою Uке = 450 В у нас знайти неможливо, зате є недорогі аналоги Philips і Motorola. Струм стабілізатора розраховується за формулою I = 1,23 / (P1 + R2), а напруга ось як: U вих = 30 (1 + (P2 + R9) / R8). Число 30 означає напругу стабілітрона D4, якщо буде інший, потрібно внести поправку. Стабілітронів тут боятися не треба - шум D4 гаситься ланцюжком R5-C2-C5, а D5 виконує суто захисні функції, і в нормальному режимі лавинного пробою в ньому немає. Транзистори Q2 і Q8 встановлюються на тепловідвід, здатні розвіяти 6 - 8 Вт.

Мал.10
Мал.11

Приємних вам експериментів, і будьте обережнішими з високою напругою!

Підготовлено за матеріалами журналу "Салон AudioVideo", лютий 2017 р www.salonav.com