|
Классическая схема предусилительного каскада предусматривает использование источников переменного тока для цепей подогревателей
катодов, что вызывает связанную с этим проблему фона переменного тока. В схемах современных предусилительных каскадов используются
цепи питания накала ламп на постоянном токе, однако, в силу высоких значений токов (достигающих значения 1 — 2 А), которые
к тому же очень трудно сгладить до приемлемого уровня пассивными методами, во всех схемах практически безоговорочно используются
стабилизаторы напряжения, позволяющие снизить уровень фонового напряжения до уровня нескольких милливольт. Использование
стабилизированных источников для питания цепей подогревателей ламп в настоящее время дает заметное преимущество.
Практически любая попытка, предпринятая на этапе проектирования схем аудиоаппаратуры, призванная увеличить ее невосприимчивость
к шумам, вызванным источниками высоковольтного напряжения, увеличивает чувствительность этих схем к шумам, обусловленным
источниками низковольтного напряжения, так как она неизменно приводит к увеличению значения сопротивления rk.
Однако источники для цепей питания подогревателей ламп отличаются по своим характеристикам от источников высоковольтного
напряжения, а это приводит к значительной неразберихе. Пульсации напряжений низковольтного источника питания могут быть определены
в виде разностного (дифференциального) шума, так как они представляют разность напряжений между одним выводом подогревателя
катода и вторым выводом. При условии, что разностный шум является очень небольшим по величине, значительная тепловая инерционность
катодов с косвенным подогревом полностью исключает такого рода шум, в силу чего разностный высокочастотный шум оказывается
просто не относящимся к делу.
Однако все же предпринимались попытки использовать экзотические (и поэтому достаточно дорогие) схемы стабилизаторов для
питания цепей подогревателей в надежде, что они позволят получить от оконечных каскадов значительное улучшение качества звучания.
Если цепи подогревателей ламп были спроектированы для питания напряжением 6,3 В среднеквадратического значения пульсирующего
переменного тока, то с трудом можно принять предположение, что на них могут оказать какое-нибудь заметное влияние минимальные
колебания стабилизированного источника питания цепей подогревателей катодов, для которых напряжение пульсаций скорее всего
не превысит значения 10 мВ удвоенного амплитудного (пик-пикового) значения, и которое можно рассматривать почти идеальным
результатом. Естественно возникает вопрос, откуда берутся все обнадеживающие сообщения об улучшении качества звучания аппаратуры
при замене стабилизаторов напряжения, используемых в цепях подогревателей катодов ламп?
Лампы могут не быть особенно чувствительными к разностному шуму, создаваемому низковольтными источниками питания, однако,
они, без всяких сомнений, чувствительны к синфазному шуму. С точки зрения низковольтного источника питания, при синфазном
шуме разность потенциалов между концами подогревателя остается неизменной, однако оба напряжения на концах подогревателя
меняются вверх и вниз синхронно, и если рассматривать подогреватель, как единый проводник, то его напряжение относительно
катода изменяется, представляя ему, таким образом, прекрасную возможность для наводки сигнала шума в катодную цепь лампы.
Синфазные шумы подогревателя катода представляют проблему в маломощных приемо-усилительных лампах, так как шумовой ток
за счет емкостной связи подогревателя и катода попадает непосредственно на окружающий его катод. В случае отсутствия развязывающего
конденсатора на катоде, шумовой ток приводит к возникновению на катоде шумового
напряжения, определяемого, прежде всего, величиной rk, которое затем
добавляется к полезному сигналу и усиливается лампой. В схеме катодного повторителя величина rk меньше,
(однако, все-таки не равная нулю), тогда как в схеме дифференциального усилителя величина сопротивления rk
достаточно велика, поэтому становится очевидным, что необходимо предпринять все необходимые меры для исключения попадания
в усилитель сигнала синфазного шума с источника питания подогревателей катода.
В силу того, что стабилизаторы направленно проектируются против разностного шума, они, как правило, оказываются малоэффективными
против синфазного шума, хотя их вспомогательные цепи могут совершенно непреднамеренно способствовать снижению уровня синфазного
шума. Очень эффективная фильтрация синфазного шума только усиливается за счет использования ВЧ составляющих схемы, включая
последовательный ВЧ дроссель и шунтирующие конденсаторы, соединенные с шасси (рис. 6.34).
Рис. 6.34 Фильтрация синфазного шума в накальной цепи
Так как между катодом и подогревателем существует емкостная связь, а величина емкостного сопротивления Ch-k
на высокой частоте мала, то катод может оказаться особенно чувствителен к воздействию ВЧ сигнала по двум причинам:
• в каскаде с несимметричным выходом катод будет (точнее, должен) иметь развязку
на землю с использованием конденсатора большой емкости. Однако конденсатор не подключен непосредственно к эмитирующему покрытию
катода, поэтому индуктивность подводящих проводов снижает его эффективность на высоких частотах. Дополнительно к этому, конденсатор
(причем, неминуемо электролитический) сам по себе обладает некоторой собственной индуктивностью и последовательным эквивалентным
резистивным сопротивлением;
• в схеме дифференциального усилителя катод неотвратимо имеет очень высокое
сопротивление относительно земли (за счет сопротивления анодной нагрузки, а не за счет катодного сопротивления), поэтому
он не может образовывать совместно с емкостью Chk соответствующий CR фильтр. В силу этого, для подавления
высокочастотной составляющей при работе схемы приходится полагаться только на, обычно не очень хороший, баланс дифференциального
усилителя по высокой частоте, в силу чего схема, в которой используется дифференциальный усилитель, оказывается более
подверженной вызванным подогревателем ВЧ шумам по сравнению с каскадом с несимметричным выходом.
Источники синфазного шума в низковольтном источнике питания
Токи синфазного шума могут иметь емкостную связь с низковольтными обмотками силового трансформатора за счет любых соседних
обмоток, причем в самом худшем случае это может происходить за счет высоковольтных обмоток. Несмотря на то, что в большинстве
случаев используется электростатический экран между первичной сетевой обмоткой трансформатора и ближайшей вторичной обмоткой,
практически невозможно найти подобные экраны, отделяющий друг от друга вторичные обмотки. А этот фактор приобретает очень
большое значение, так как высоковольтные выпрямительные диоды генерируют весьма интенсивные по уровню ВЧ шумы при своем
переключении, которые в свою очередь легко наводятся в другие обмотки за счет межвитковой и межобмоточной емкостей. В качестве
примера можно рассмотреть одну из версий усилителя Bevois Valley, в котором в качестве
дополнительного использовалось шасси от усилителя Leak Stereo 20 (включающее, в основном, выпрямительный элемент типа GZ34
и трансформаторы). При первом же использовании этого гибридного выпрямителя в низковольтном источнике питания переменного
тока с напряжением 6,3 В были немедленно отмечены высокочастотные выбросы за счет переключений выпрямителя.
Типичный силовой трансформатор характеризуется величиной паразитной емкости между соседними обмотками порядка 1 нФ, поэтому
для высоковольтного источника питания идеально подошел бы отдельный трансформатор. Однако проблему можно несколько смягчить,
если такой вариант невозможно осуществить по каким-то причинам. В качестве первого шага для решения проблемы следует подключить,
используя очень короткие провода, небольшой конденсатор (емкость порядка 10 нФ обычно оказывается достаточной) между каждым
выводом источника питания подогревателей и шасси. Два конденсатора окажутся включенными параллельно, поэтому, как только
возникает сигнал синфазного шума, их суммарная емкость 20 нФ образует делитель напряжения совместно с межвитковой емкостью
1 нФ (рис. 6.35).
Следует отметить, что делитель напряжения, образованный однотипными элементами (резисторами, конденсаторами или катушками
индуктивности) имеет одинаковый для всего частотного диапазона коэффициент ослабления. Поэтому ВЧ шум на всех частотах ослабляется на 26 дБ, однако,
можно все-таки добиться лучшего результата. Если бы оказалось возможным добавить в каждое плечо источника питания подогревателей
по одинаковой индуктивности, то получившийся в итоге LC-фильтр еще сильнее увеличил бы ослабление. Так как стоит задача отфильтровать
синфазные, а не разностные шумы, то можно намотать на небольшом ферритовом сердечнике дроссель, имеющий бифилярную обмотку,
при этом не стоит беспокоиться относительно возможного насыщения сердечника, так как токи в бифилярно намотанных обмотках
образуют равные и противоположено направленные поля, взаимно уничтожающие друг друга, в силу чего результирующая намагниченность
будет равна нулю.
Так как величина емкостного реактивного сопротивления конденсатора обратно пропорциональна его емкости, то в формулу
для потерь (ослабления), используемую для данного делителя напряжений, в числителе записывается второе значение величины
емкости:
Рис. 6.35 Делитель напряжения, образованный межвитковой емкостью и конденсаторами, шунтирующие источник
питания подогревателей
Использование интегральной микросхемы 317 серии в качестве стабилизатора высоковольтного источника питания
Использование интегральной микросхемы 317 серии в качестве стабилизатора высоковольтного источника питания
Так как интегральная микросхема 317 серии представляет «плавающий» (относительно общего провода) стабилизатор, то отсутствуют
причины, по которым его нельзя было бы использовать в качестве стабилизатора в высоковольтном источнике с напряжением 400
В. Однако, так как перепад между входным и выходным напряжениями для интегральной микросхемы 317 серии может составлять
не более 37 В, то необходимо использовать вспомогательную схему защиты (рис. 6.36).
Перед интегральной микросхемой 317 серии в схеме стоит высоковольтный составной транзистор (высоковольтная пара Дарлингтона),
основная и единственная задача которого заключается в поддержании неизменного напряжения 6,2 В между входными и выходными
выводами интегральной микросхемы 317 серии, гарантируя, таким образом, ее длительный срок службы. Составной транзистор может
легко справляться с изменениями напряжения в цепи питания, однако, не стоит думать, что эта схема обеспечит защиту от короткого
замыкания, если ее использовать при типичных значениях рабочих напряжений электронных ламп.
Рис. 6.36 Принципиальная схема высоковольтного стабилизатора (приводится с любезного разрешения компании National
Semiconductors)
Случайное закорачивание стабилизатора напряжения подобного типа измерительным щупом осциллографа привело к жуткому хлопку
и выходу из строя полупроводникового прибора. Автор испытал это на собственном опыте.
Нижнее плечо делителя напряжения зашунтировано, однако, последовательно с шунтирующим конденсатором включен резистор
для улучшения переходных характеристик в области нижних частот за счет подъема нижней частоты f-3дБ
ступенчатого эквалайзера. Также в схему был добавлен диод, якобы предназначенный разряжать конденсатор при случайном закорачивании
выхода (хотя собственный опыт автора показал, что на самом деле это не спасает положение).
Данная исходная схема будет в дальнейшем проанализирована более подробно, когда будет рассматриваться расчет высоковольтного
и низковольтного источников питания.
|
