Содержание

Составление предварительной схемы блока питания

Исходя из всего вышесказанного, можно принять, что основной блок питания будет включать фильтр радиопомех, пару силовых трансформаторов (для обеспечения раздельного включения накальных и анодных цепей ламп с задержкой во времени), полупроводниковый блок высоковольтного выпрямителя-стабилизатора напряжения, по крайней мере два низковольтных стабилизированных источника питания, а также несколько выключателей сетевого питания. Таким образом, можно начертить примерную схему блока питания. Она показана на рис. 6.42.

При выборе конкретной принципиальной схемы источника питания рассматривается, как правило, большое количество вариантов. Критерии отбора большей частью основываются на том простом факте, какая именно элементная база оказывается доступной, поэтому выбор конкретной схемы зачастую не является ограниченным очень жесткими требованиями к техническим характеристикам и достаточно свободно привязан к требованиям, предъявляемым к источнику питания блока предусиления.

Прежде всего, представляется необходимым четко изложить и записать основные требования к техническим характеристикам, так как в противном случае невозможно будет рассчитать параметры стабилизаторов напряжения (табл.6.5). Приведенные ниже по тексту значения ряда величин позволяют впоследствии вводить в схему дополнительные лампы без необходимости полностью переделывать блок питания. Можно даже считать, что представленный вариант схемы является источником питания широкого назначения, от которого можно будет питать либо любую экспериментально собранную схему, либо же постоянно использовать его в качестве источника питания предусилительного блока.

Рис. 6.42 Предварительная схема блока питания

Расчет низковольтных источников питания

Расчет низковольтных источников питания представляет самую простую часть задачи, поэтому необходимо начать именно с них. Значение тока 1,5 А в рассматриваемом ниже примере, было выбрано потому, что это максимальная величина тока, который может обеспечить стабилизатор напряжения, выполненный на интегральной микросхеме 317 серии (см. примеры таких стабилизаторов выше). Существуют стабилизаторы напряжения, рассчитанные на более высокие значения тока, например серии LT1085, рассчитанные на токи 3 А, серии LM338 на ток 5 А, и серии LT1084, рассчитанные на ток 5 А и характеризующиеся низким значением напряжения выпадения из режима стабилизации. Однако линейные источники питания, рассчитанные на напряжения 6,3 В и высокие значения тока, оказываются в состоянии рассеивать в самом стабилизаторе практически такую мощность, которая оказывается сравнимой по величине с мощностью, отдаваемой в нагрузку. В целях увеличения эффективности следует обратиться к варианту последовательного включения цепей подогревателей, питаемых стабилизированным током, который будет более подробно рассмотрен в конце. В случае необходимости, можно применить в блоке питания и несколько стабилизаторов и даже несколько отдельных накальных обмоток, разделив накальные цепи ламп усилителя на группы, потребляемый ток каждой из которых не превышает указанного.

Расчет схемы источника питания, включающего стабилизатор напряжения, начинается с определения напряжения выпадения из режима стабилизации. Для интегрального стабилизатора 317 серии требуется поддерживать, по крайне мере, напряжение 2,5 В между его выводами, чтобы избежать выпадения из режима стабилизации при величине тока 1,5 А. Следовательно, на входе схемы стабилизации напряжения необходимо иметь, по крайней мере, напряжение 8,8 В, чтобы обеспечить на выходе необходимые для накала ламп 6,3 В.

Вторичные обмотки трансформаторов имеют тенденцию иметь на своих выводах стандартные значения напряжений, например 6 В или 9 В среднеквадратического значения. Если учесть, что будет использоваться емкостной входной фильтр (фильтрующий дроссель, возможно, потребовал бы выполнения намотки по специальному заказу), то напряжение составит (6 В * √2 ) = 8,5 В, что оказывается явно недостаточным. Поэтому необходимо будет использовать вторичную обмотку с напряжением 9 В, которая обеспечит общее напряжение 12,7 В. В источнике питания будет использована мостовая схема выпрямления, в которой всегда два полупроводниковых диода оказываются включенными последовательно, поэтому падение напряжения на них составит 1,4 В, что понизит общее напряжение до значения 11,3 В.

Если на выходе выпрямителя имеется выпрямленное напряжение синусоидальной формы с амплитудным значением 11,3 В, то это напряжение будет представлять то максимальное значение, до которого накопительный конденсатор, имеющий теоретически бесконечную величину своей емкости, мог бы зарядиться. Конденсатор же с конечным значением емкости будет достигать этого максимального значения напряжения только в момент действия амплитудного значения напряжения, но будет разряжаться до некоторого минимального значения, определяемого напряжением пульсаций. Минимально допустимое значения напряжения составляет 8,8 В, поэтому, максимальное значение напряжений пульсаций, которое можно допустить, будет составлять 2,5 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения.

Если воспользоваться ранее приведенным соотношением, связывающим величину напряжения пульсаций и тока, то:

Выполненные расчеты показывают, что необходимо использовать конденсатор с емкостью 6000 мкФ, следовательно, можно было бы использовать конденсатор с емкостью 6800 мкФ, однако, вряд ли удовлетворял бы требуемым допускам на величину емкости, или допустимым скачкам напряжения в сети питания. Поэтому выбор конденсатора с емкостью 10 000 мкФ обеспечил бы более высокую степень фильтрации, при этом напряжения пульсаций составляли бы 1,5 В.

Конденсатор с емкостью 10 000 мкФ и низким значением эквивалентного последовательного сопротивления способен отдавать очень большой ток в нагрузку с малым сопротивлением. Случайное короткое замыкание приведет к очень быстрому разряду конденсатора. Возникающая в момент разряда дуга в состоянии расплавить металл, который в виде капель брызнет во все стороны. Поэтому настоятельно не рекомендуется носить на руках ювелирные украшения при регулировках подобных схем!

Напряжение пульсаций 1,5 В составляет 13% от значения 11,3 В и если бы это значение характеризовало бы несглаженное напряжение источника питания для низкочастотного усилителя, то такой уровень пульсаций оказался бы просто неприемлемым. Однако так как в схеме будет использоваться стабилизатор напряжения, то можно допустить столь высокие значения напряжения пульсаций и извлечь выгоды от низкого значения токов пульсаций.

Уменьшенные значения токов пульсации несколько снижают требования к току выпрямителя, но при этом более серьезными становятся требования, предъявляемые к тепловым характеристикам. Если на мостовой схеме выпрямителя падает 1,4 В, а проходящий ток равен 1,5 А, то величина рассеиваемой мощности составит примерно 2,1 Вт (это приближенный расчет оказывается очень грубым, так как среднее значение тока I_average не будет равно среднеквадратическому значению тока I_RMS). Это значительная по величине мощность должна отводиться от стандартной сборки мостового выпрямителя, рассчитанной на ток 1,5 А, и которая окажется, без всяких сомнений, нагретой до достаточно высокой температуры. Потому следовало бы использовать дискретные диоды, такие, например, как входящие в серию IN54** и рассчитанные на токи 3 А, либо стандартную сборку выпрямительного моста, рассчитанного на выпрямленный ток 4 А.

Лучшим решением проблемы было бы использование в схеме мостового выпрямителя на основе диодов Шоттки, например, входящих в серию 31DQ**. Они имеют более низкое значение прямого падения напряжения, что уменьшает выделяемую на них мощность, однако, основным аргументом в пользу их использования является их гораздо более «чистое» выключение, без бросков тока, характерных для диодов с р-n переходом. Как уже указывалось ранее, бросок тока представляет собой импульс, который возбуждает резонансные явления в системе, образованной трансформатором, выпрямителем и накопительным конденсатором.

Величина напряжения на выходе выпрямителя составляет 11,3 В, поэтому величина необходимого напряжения V_RRM (максимального значения обратного напряжения) для каждого диода составит всего 12 В. Так как значение напряжения 50 В представляет, как правило, наименьшее значение стандартного рабочего напряжения для полупроводниковых диодов, то даже с учетом возможных кратковременных выбросов сетевого напряжения этого значения при выборе необходимых диодов окажется вполне достаточно.

Каждый диод в мостовой схеме будет шунтироваться пленочным конденсатором. Использование для этих целей конденсаторов с емкостью 100 нФ и рабочим постоянным напряжением 63 В, представляется вполне оправданным, а при условии, что рабочее напряжение будет превышать значение напряжения V_RRM для каждого диода, никаких дополнительных усложнений не понадобится.

Далее необходимо будет определить, какое максимальное значение мощности необходимо будет рассеиваться на интегральном стабилизаторе напряжения 317 серии, если нагрузочные цепи будут потреблять максимальный ток 1,5 А. Если не учитывать напряжения пульсаций, то напряжение, приложенное к стабилизатору, будет составлять 11,3 В, следовательно, падение напряжения на стабилизаторе составит 5 В, то есть на стабилизаторе будет выделяться 7,5 Вт. Из этого значения необходимо было бы вычесть небольшую величину, обусловленную пульсациями напряжения, но при любых расчетах теплового баланса всегда лучше быть немного консервативным т делать запас вверх.

Значение 7,5 Вт не представляет слишком высокого значения мощности, которое необходимо рассеять, для стандартной сборки ТО-220 (допустимая мощность рассеяния составляет 20 Вт) интегрального стабилизатора напряжения серии 317Т, (естественно, при использовании адекватного этой мощности теплоотводящего радиатора). Поэтому можно считать такой режим допустимым и продолжать расчет блока питания. Индекс «Т» обозначает использование в стабилизаторе сборки ТО-220, тогда как индекс «К» обозначает ранее выпускаемую микросборку ТО-3 в металлическом корпусе с «силовыми транзисторами», то есть представляет собой гибридную интегральную схему.

Следующим шагом будет определение сопротивлений резисторов, используемых в схеме делителя напряжения. Опыт показывает, что допуск на величину опорного напряжения интегрального стабилизатора 317 серии в действительности очень точный и что на практике нет необходимости включать в схему переменный резистор, чтобы подстраивать значение выходного напряжения. Может существовать различная точка зрения по этому поводу, но для напряжения 6,3 В автор просто использовал для верхнего плеча резистор с сопротивлением 150 Ом, а для нижнего — резистор с сопротивлением 600 Ом.

Сопротивление в эквивалентной схеме замещения Тевенина, состоящей из резисторов с сопротивлениями 150 и 600 Ом, будет составлять 120 Ом. Теоретически можно было бы использовать конденсатор с емкостью 13 мкФ для шунтирования вывода Настройка (AGJ) на землю, однако конденсаторы со стандартными значениями емкости 10 или 15 мкФ подойдут одинаково хорошо. В рекомендациях по применению производителя рекомендуется, чтобы выход интегрального стабилизатора 317 серии шунтировался на землю танталовым конденсатором с емкостью 1 мкФ через резистор с сопротивлением 2,7 Ом.

Таким образом, фактически уже имеется функционально законченная схема стабилизатора с напряжением 6,3 В. Однако требуется схемное решение для перевода каскада предусилителя в режим пониженного энергопотребления (или режим ожидания) и снижения напряжения цепей подогревателей до значения, равного примерно 4 В, чтобы избежать процесса отравления катодов. Самый простой способ достичь этого, это подключать параллельно с резистором нижнего плеча делителя напряжения дополнительный резистор, используя для этого нормально замкнутые контакты реле. Подключенный таким образом резистор с сопротивлением 750 Ом уменьшит выходное напряжение до значения 4,04 В.

Теперь можно нарисовать окончательную принципиальную схему источника питания цепей подогревателей. В общей схеме будут использоваться два подобных источника, питающихся от отдельной обмотки низковольтного трансформатора, обеспечивающей напряжение 9 В (рис. 6.43). Предпочтительнее было бы использовать стандартный Ш-образный тип силового трансформатора с электростатическим экраном, в котором двухсекционная катушка на сердечнике прямоугольного сечения оказалась бы вполне приемлемым вариантом, так как невозможно изготовить электростатический экран для трансформатора с тороидальным сердечником и намотанными на него обмотками, который имел бы тороидальную форму и не имел бы утечек.

Рис. 6.43 Используемая на практике схема стабилизированного источника питания цепей накала с напряжением 6,3 В

Информация

Продолжение