Радиолампы широко применялись в электронных устройствах прошлых лет, но с появлением твёрдотельной электроники ушли на второй план. Однако, электронные лампы ещё не исчерпали свой потенциал. Более того, у них есть уникальные преимущества перед кремниевыми транзисторами. Поскольку они работают в миллиметровом диапазоне длин волн, их сигнал труднее заглушить и они значительно более устойчивы к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Неудивительно, что в ведущих армиях мира сейчас используются приборы на радиолампах в критически важных устройствах связи и радарах. Немалый интерес к радиолампам проявляют и радиолюбители-конструкторы усилителей низкой частоты (УНЧ). Особенно для использования с аналоговыми носителями информации – грампластинками, спрос на которые с каждым годом возрастает.
При конструировании усилителей низкой частоты (УНЧ) на радиолампах перед радиолюбителями обычно встает задача максимального снижения уровня шумов на выходе усилителя. Особенно важно обеспечение минимального уровня шумов для УНЧ работающих от микрофона, головки магнитного звукоснимателя.
Под напряжением шумов УНЧ обычно подразумевают переменное напряжение звуковой частоты на выходе усилителя при отсутствии напряжения полезного сигнала на его входе. Одной из причин появления этого напряжения вызывается различного рода наводками переменного тока (фон) промышленной частоты (50 Гц). Сюда относится фон, обусловленный плохой фильтрацией анодного напряжения в выпрямителе.
Борьба с фоном переменного тока может вестись по направлению устранения самих причин появления фона (улучшение качества фильтрации анодного напряжения, перевод питания накала ламп предварительного усилителя на постоянный ток).
Недостаточная изоляция между нитью накала и катодом, а также малая тепловая инерция катода первой лампы предварительного усилителя являются причинами того, что даже при питании анодов ламп строго постоянным током (например от аккумуляторов) на выходе усилителя все же имеется фон переменного тока. При сравнительно небольшой чувствительности усилителя (порядка 0,5-1 В) этот фон почти незаметен, однако при повышении чувствительности, до 0,01-0,005, фон усилителя становится значительным.
Для высококачественных усилителей низкой частоты уровень фона должен быть не выше -60 дБ. Это значит, что при напряжении полезного сигнала на входе усилителя порядка 0,5 В уровень фона должен быть не более 0,5 мВ. В этом случае весьма действенной мерой является перевод питания нитей накала ламп предварительного усилителя на постоянный ток [1].
Узел нить накала – катод является основным элементом, определяющий надежность и долговечность ламп. Нагреватель представляет наиболее горячую часть лампы, поэтому он чаще всего выходит из строя вследствие перегорания либо обрыва, так как механические характеристики нагретого метала значительно хуже холодного. Причинами отказов ламп являются, как правило, перегорание нити накала, короткое замыкание между катодом и подогревателем и существенное ухудшение параметров ламп.
Нередко замыкание катода с нитью накала происходит вследствие большого пускового тока в момент включения напряжения накала (холодная нить накала имеет малое сопротивление). При больших токах между нитями накала возникают большие электродинамические силы, которые деформируют катод и способствуют коротким замыканиям [2].
Современная элементарная база позволяет собрать несложный блок питания радиоламп обладающим плавным включением нитей накала, задержкой и фильтрацией анодного напряжения и т. п. Схема блока питания (ПБ) радиоламп представлена на рис. 1.
Накальное напряжение выпрямляется быстродействующими диодами VD1-4. Прямое падение напряжения на таких диодах (0,6 В) меньше, чем на обычных (1,2 В), а значит, потери в выпрямителе будут меше и больше напряжение уйдет на питание интегрального стабилизатора VR1 (минимальное входное напряжение которого должно превышать желаемое на 2 В м более). Входного напряжения в 6,3 В может быть недостаточно, в таком случае следует аккуратно домотать 20 витков провода сечением 1,16 мм, можно и без разборки трансформатора.
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная блока питания радиоэлектронных ламп УНЧ
Выходное напряжение интегрального стабилизатора LM-317T задается резистивным делителем на R7, R8. Для ориентировочного расчета резисторов удобно использовать программу -калькулятор StabDesign. Более точной величины требуемого напряжение добиваются подбором резистора R8.
При включении стабилизатора на выходе микросхемы появляется напряжение. Поскольку конденсатор C8 начинает заряжаться, транзистор VT1 будет открыт и в начальный момент выходное напряжение будет заметно ниже требуемого, около 2,5 В. По мере зарядки конденсатора транзистор закрывается и напряжение на его коллекторе увеличивается. Следовательно, возрастает и выходное напряжение. Когда конденсатор зарядится, выходное напряжение достигнет установленного значения 6,3 В. Транзистор полностью закроется и не будет оказывать влияния на работу стабилизатора.
После отключения устройства конденсатор C8 быстро разряжается через диоды VD1 и VD2, резистивный делитель R7, R8 и нагрузку.
Время нарастания выходного напряжения зависит, в первую очередь, от емкости конденсатора C8 и сопротивления резистора R11 и в меньшей степени - от коэффициента передачи тока транзистора [3].
Анодное напряжение выпрямляется диодами VD5, VD6, сглаживается конденсаторами С3, С4 и фильтруется полевыми транзисторами VT2, VT3 для каждого канала усилителя независимо. Напряжение нарастает плавно, что не маловажно. Длительность нарастания напряжения зависит от величины конденсатора С5 (С6) и резистора R3 (R6). Для нормальной работы каскада нужно задать напряжение на затворе при помощи резистивного делителя R3, R4 (R5, R6). Слишком большая разница между входным и выходным напряжением нежелательна из-за неизбежного нагрева транзистора. Разумным компромиссом будет значение 10...15 В. Резистор R3 (R4) делителя рассчитывают с помощью он-лайн калькулятора делителя напряжения, предварительно задав номиналы напряжения и резистора R3 (R5) [4]. Поскольку возможен случай, когда нагрузка отсутствует (например, проверка анодного напряжения при вынутых лампах), транзистор нагружается резистором (R13, R14), для протекания небольшого тока истока [5].
Плата БП подключают к вторичным обмоткам трансформатора Уа.4.709.013, специально разработанного для питания радиоламп в электронных усилителях ЭУ-109 и других – рис. 2. Трансформатор располагает несколькими вторичными обмотками различного напряжения. Обмотка для анодного напряжения имеет вывод от средины. Каждая полуобмотка выдает напряжение в 200 вольт, чего вполне достаточно для радиоламп первичного каскада усиления. В случае, когда возникает надобность в более высоком напряжении, обмотки следует подобрать, соединяя последовательно. В таком случае двухполупериодную схему выпрямителя следует изменить в однополупериодную или в однофазную мостовую. Или применить другой трансформатор.
Рис. 2. Трансформатор Уа.4.709.013
Сетевое подключение напряжением 220 В осуществляется через первичную обмотку на зажимах 1, 3. Для питания накала ламп используют вторичную обмотку на зажимах 16, 17. Для анодного напряжения – вторичную обмотку на зажимах 13, 14, 15.
Детали монтируют на печатную плату – рис. 3. Полевые транзисторы впаивают с замкнутыми ножками. После перемычку удалят. Мощные транзисторы и интегральный стабилизатор устанавливают на небольшие радиаторы. Под транзисторы подставляют слюдяные подкладки, радиаторы соединяют с корпусом. Для удобства монтажа на плату устанавливают резьбовые клеммы. Плату со стороны проводников после сборки тщательно вымывают от флюса и покрывают цапон-лаком.
а)
б)
Рис. 3. Печатная плата: а – топология печатных проводников; б - размещение элементов
Рис. 4. Плата блока питания в сборе
На видео демонстрируется рабочий вариант схемы:
В схеме применены металлопленочные резисторы: R1, R2 мощностью 2 Вт, R13, R14 – 0,5 Вт, остальные по 0,125 Вт. Электролитические конденсаторы: С1, С8, С9 рабочим напряжением 25 В, С3, С4 – 450 В. Конденсаторы С2, С7 – пленочные, возможна замена на керамические, рабочим напряжение 50 В. Конденсаторы С5, С6 пленочные рабочим напряжением 400 В. Транзистор КТ315 можно заменить на КТ3102, ВС547 и другими, IRF830 – IRF740.
Печатную плату в расширении .lay можно скачать здесь.
Источники:
- Григоров В. Снижение уровня шумов в усилителях низкой частоты – М. 1956.
- Зайцев В. Срок службы радиоламп. – М. "Энергия", 1966.
- Нечаев И. Плавное включение нагрузки интегрального стабилизатора напряжения. – Радио № 5, 2003.
- http://cxem.net/calc/divider_calc.php
- Иванов О. Электронный дроссель для лампового усилителя. - http://r-lab.narod.ru/drossel01.htm
Автор: В. Марченко, г. Умань, Украина