|
Режим пониженного энергопотребления
Режим пониженного энергопотребления задается при закорачивании нижнего резистора цепи с использованием контактов реле.
Падение напряжения на токозадающем резисторе в этом режиме определяется выражением:
В результате действия стабилизатора на верхнем резисторе цепи делителя падение напряжения всегда равно 1,25 В. Поэтому
падение напряжения на среднем резисторе должно составлять: (1,31056 В — 1,25 В) = 55,63 мВ. Зная падение напряжения на
резисторе и величину протекающего по нему тока, можно найти величину его сопротивления:
Точное значение тока, задающего режим пониженного энергопотребления, не является существенным, поэтому можно использовать
ближайшее значение сопротивления из ряда номиналов, образующих серию Е24, то есть это будет 51 Ом.
После того, как контакты реле разомкнутся, по токозадающему резистору начнет протекать полный ток, равный 0,298908 А.
Падение напряжения при этом токе составит 1,6739 В. Падение напряжения на двух нижних резисторах в этом случае должно составлять:
(1,6739 В — 1,25 В) = 0,4239 В, что позволяет найти величину их суммарного сопротивления:
Вклад среднего резистора цепи делителя в это значение составляет 56 Ом, следовательно, сопротивление нижнего резистора
составит: (406,9 Ом — 51 Ом) = 355,9 Ом. Ближайшее значение сопротивления, входящего в серию Е24 и равное 360 Ом, задает
значение тока, превышающее номинальное на 0,2%, однако, значение сопротивления 357 Ом, входящего в серию Е96 уменьшит отклонение
от расчетного значения тока до +0,05%.
Погрешности и неисправности
На практике, основным источником гораздо погрешности является токозадающий резистор с сопротивлением 5,6 Ом. В рассматриваемой
схеме на этом резисторе выделяется мощность, равная 0,5 Вт. Даже находясь в абсолютно свободном воздушном пространстве, не
ограниченным никакими близкорасположенными деталями, узлами и корпусом, резистор, рассчитанный на мощность рассеяния 0,6
Вт, и на котором фактически выделяется 0,5 Вт мощности, нагрелся бы до достаточно высокой температуры, что привело бы к
отклонению его сопротивления от номинала. Поэтому, следует использовать резистор, рассчитанный на более высокую мощность
рассеяния. Очевидным кандидатом для такого выбора является плакированный алюминием резистор, закрепленный винтами на охлаждающем
радиаторе, однако, найти резистор подобного типа, имеющий допуск на точность изготовления менее 5%, оказывается весьма затруднительным.
Более простым (и обеспечивающим необходимую точность) решением является использование десяти более дешевых резисторов с
сопротивлением 56 Ом, имеющих допуск на точность изготовления 1 % и рассчитанных на мощность рассеяния 0,6 Вт, которые соединяются
параллельно, образуя, таким образом, компонент схемы, имеющий сопротивление 5,6 Ом с величиной отклонения ± 1 % и способный
рассеивать 6 Вт мощности.
Для того, чтобы скомпенсировать влияние погрешностей, вносимых при расчете схемы, а так же возникающих за счет существующих
допусков на точность изготовления компонентов схемы, можно было бы заменить нижний резистор цепью, составленной из последовательно
включенного постоянного резистора с сопротивлением 330 Ом и переменного резистора с сопротивлением 50 Ом. Это не только позволило
бы точно задавать величину тока подогревателей при наладке схемы, но также позволило бы упростить расчет схемы, позволяя
пренебрегать вкладом тока управляющей цепи в общий ток нагрузки. Однако, вопреки такому, на первый взгляд очевидному подходу,
использование переменного резистора категорически не рекомендуется. Переменные резисторы, как правило, отказывают, когда
контакты его движка оказываются разомкнутыми, а в данной схеме это привело бы к тому, что стабилизатор включился бы полностью,
в результате чего полное напряжение, имеющееся перед входом стабилизатора, оказалось бы приложенным к цепям подогревателей,
что вызвало бы в свою очередь катастрофическое увеличение анодных токов всех ламп усилителя.
Контакты реле переключения режимов из номинального рабочего в режим пониженного энергопотребления специально разрабатывались
так, чтобы их возможный выход из строя оказался безопасным для схемы. Они устроены таким образом, чтобы при возможной неисправности
контакты оказались бы разомкнутыми, что обеспечило бы дальнейшую работу подогревателей катодов при их номинальной рабочей
температуре. И наоборот, если бы номинальный рабочий ток подогревателей обеспечивался при замкнутых контактах реле, то
неисправность, приводящая к размыканию контактов, вызвала бы чрезмерный перегрев подогревателей катодов при приложении более
высокого напряжения, что вызвало бы их последующее повреждение.
Из-за сравнительно более высокой подверженности отказам с катастрофическими последствиями ламповых схем, в которых используется
последовательная схема включения цепей подогревателей катодов, стабилизаторы тока в таких цепях должны рассчитываться и собираться
с возможно большей тщательностью и аккуратностью.
Выбор силового трансформатора и дросселя низковольтного источника питания для схем с последовательным накалом ламп
При расчете параметров силового трансформатора удобнее рассматривать схему, что называется, с ее выхода, или с ее нагрузки,
напряжение на которой примем равным, например 25,2 В. На практике, это напряжение определяется суммой напряжений накала всех
ламп при последовательном способе питания подогревателей. Далее следует учесть, что на токозадающем резисторе цепи стабилизатора
тока падает напряжение 2 В, также необходимо учесть дополнительное падение напряжения 3 В на интегральном стабилизаторе
317 серии, то есть минимальное значение напряжение на входе схемы стабилизатора должно быть не менее 30 В. Выбранный для
схемы дроссель имеет внутреннее сопротивление 1,2 Ом и рассчитан на ток 0,6 А (исходя из требуемого питания двух параллельных
цепей последовательно включенных подогревателей катодов ламп). Падение
напряжения на дросселе составит 0,72 В, что в итоге потребует на выходе выпрямителя величины
постоянной составляющей напряжения порядка 31В. Мостовая схема выпрямления добавит падения напряжения на двух полупроводниковых
диодах, хотя использование диодов Шоттки для этих целей снизило бы общее падение напряжения на них до значения примерно 1
В, что в итоге приводит к значению необходимого напряжения 32 В. Учитывая, что постоянная составляющая выпрямленного синусоидального
напряжения составляет только 0,9 от среднеквадратического значения входного напряжения, Vin(RMS), на
выходных клеммах трансформатора необходимо будет иметь напряжение 36 В среднеквадратического значения. Однако, это значение
не будет учитывать возможные колебания напряжения в сети питания, а также возможные изменения напряжения питания цепей подогревателей
ламп, поэтому было бы лучше остановиться на величине напряжения 40 В среднеквадратического значения.
Гораздо проще проверить пригодность технических параметров потенциального кандидата на роль дросселя, чем задаваться
техническими характеристиками дросселя, который, возможно, так и не будет никогда найден, а потребует индивидуальной разработки.
Например, дроссель с переменной индуктивностью серии NOS имеет следующие параметры:
L = 180 мГн, постоянный ток 200 мА,
L = 90 мГн, постоянный ток 1,5 А.
Допуская, что небольшой по величине ток будет потребляться другими элементами схемы низковольтного источника питания,
максимальное значение общего тока Itotal peak current
Большей величине постоянного тока дросселя соответствует меньшее значение его индуктивности, следовательно, величина
постоянного тока iAC составит:
Это значение значительно меньше, чем максимально допустимое по паспорту дросселя значение 1,5 А, поэтому предлагаемый
дроссель удовлетворяет требованиям схемы.
Величина тока в соответствии с техническими характеристиками силового трансформатора относится к среднеквадратическому
значению тока (для напряжения синусоидальной формы), поэтому можно разделить амплитудное (или максимальное) значение тока
на величину √2, что дает значение 0,71 А. В силу этого использование трансформатора, рассчитанного на мощность 30 Вт,
могло бы оказаться вполне достаточным, однако, автор остановил свой выбор на трансформаторе с мощностью 50 Вт, так как последний
имел практически такую же стоимость, но при этом обеспечивал меньшую плотность магнитного потока в сердечнике и меньший
поток рассеяния, что в свою очередь, снижало наведенные шумы в расположенных рядом цепях схемы.
Требования к трансформатору и дросселю высоковольтного источника питания
Для питания схемы m-повторителя блока частотной коррекции RIAA (напомним, что в качестве примера рассматривается блок
питания именно этой аппаратуры) было необходимо напряжение 390 В и ток, примерно равный 80 мА. Для этих целей вполне подходил
трансформатор, имеющий вторичную обмотку со средней точкой и напряжениями 525 — 0 — 525 В (для двухполупериодной схемы выпрямления
со средней точкой), рассчитанную на токи 250 мА, а также дроссель с индуктивностью 20 Гн, которые когда-то использовались
в схеме усилителя Solatron Varipak. Так как схема усилителя Varipak характеризовалась номинальным значением тока 100 мА,
то не было никакой необходимости проверять пригодность дросселя по величине номинального тока.
Высоковольтный стабилизатор
В одной из ранних разработок автором использовалась схема параллельной стабилизации высоковольтного напряжения,
которая была очень похожа на ту, которая была использована Алленом Райтом (Allen Wright) в его схеме предусилителя, но которая
была практически полностью уничтожена в результате выхода из строя подогревателя лампы (и. вследствие этого, прекращения
анодного тока), со всей очевидностью подчеркнув важность рассмотрения целиком всей схемы при проектировании каждого отдельного
блока.
Параллельные схемы стабилизации являются защищенными от коротких замыканий, однако, они оказываются уязвимы к режиму
холостого хода. В случае отсоединения нагрузки параллельно включенный элемент стабилизатора вынужден пропускать по своим
цепям весь дополнительный к своему обычному значению ток нагрузки, при этом он должен быть способен рассеивать всю выделяющуюся
на нем значительную мощность. Отказ (обрыв) нити накала одной из ламп, подогреватели которых включены по схеме последовательного
питания, прекращает подачу питания на все остальные лампы, приводя к их выключению и полному отключению нагрузки высоковольтного
источника питания. Таким образом, параллельная схема стабилизации и последовательная схема включения цепей подогревателей
ламп не представляют приемлемое сочетание технических решений, особенно в тех случаях, когда необходимый ток высоковольтного
источника питания превышает 20 мА.
При изготовлении ламповых стабилизаторов требуются очень высокие затраты. Они могут обладать очень низким уровнем шумов,
однако в их схемах требуется применение нескольких источников питания подогревателей, а для усилителя рассогласования в
идеале требуется отдельный стабилизированный источник питания для уменьшения дрейфа постоянной составляющей, что еще больше
усложняет всю схему. Тем ни менее, ряд разработчиков присягнули на верность ламповым стабилизаторам, но это — дело их профессионального
выбора.
В настоящее время автор все еще предпочитает стабилизатор компании, разработчика Maida на интегральной схеме 317Т
(неоднократно рассмотренный выше), хотя в него и могут быть внесены незначительные улучшения в цепь делителя напряжений.
Ранее в этой цепи рекомендовался для использования металлизированный пленочный резистор с сопротивлением 220 кОм, так как
это значение обеспечивало минимизацию тока высокого напряжения и выделяющуюся на резисторе мощность. В настоящее время,
когда требуются более высокие значения тока, может использоваться проволочный резистор с сопротивлением 47 кОм (как и сделано
в схеме рассматриваемого блока питания, рис. 6.48), при том дополнительном преимуществе, что у него отсутствуют избыточные
токи.
|
