А. Черномырдин - Семь шагов в электронику
Конечно, можно сделать эту обмотку поменьше, чтобы он давала точно 6,3 В. Берем калькулятор, быстренько вычисляем 3х6,3/6,6 и обнаруживаем, что обмотка должна содержать 2,86 витка. А теперь попробуйте себе представить, как выглядит обмотка, содержащая 2,86 витка? Удалось? Мне — нет!
Покатился снежный ком!
Ну вот, приехали. Каким образом мы собираемся мотать обмотку с точностью до сотых долей витка? Видимо, у нас есть три возможности:
♦ поиграться с высоковольтной обмоткой. На «высокой» стороне обмотка содержит аж 71 виток, там плюс-минус пара витков ничего радикально не изменит, а на «низкой» стороне мы получим то, что нам необходимо;
♦ намотать заведомо большее число витков, а излишек напряжения каким-либо образом погасить;
♦ сделать стабилизированный блок питания.
Первый путь больше похож на самообман. Да, мы можем отрегулировать число витков первичной обмотки, но как убедиться в том, что низковольтная обмотка содержит ровно три витка? Ведь достаточно при монтаже трансформатора просто посильнее прижать к нему выводы обмотки (добавив тем самым сотые доли витка) — и, пожалуйста, — проблема вновь всплыла!
Второй путь не совсем понятен. Мы можем погасить излишек напряжения, например, с помощью резистора. Но его нужно будет каждый раз пересчитывать под конкретные параметры того или иного усилителя. Даже простая замена лампы потребует такого пересчета.
Можно вместо резистора поставить какой-либо стабилизатор напряжения, но стабилизаторы напряжения не работают от переменного тока. Значит, необходим мощный выпрямитель напряжения накала, фильтр и прочие удовольствия. Нет, этот путь отпадает.
Стабилизированный источник питания — вот что нам требуется!
Для этого увеличим число витков всех вторичных обмоток, чтобы создать запас по напряжению для ШИМ: накальную обмотку — до четырех витков вместо трех, анодную — до 116х4/3 = 155 витков. Хм… И сколько же теперь у нас будет анодного напряжения?
Берем калькулятор, вычисляем 250х156/116 = 336 В!
Замечательно… И это притом, что максимально допустимое напряжение на аноде 6П14П всего 300 вольт. Но ведь в нашем источнике питания будет ШИМ, он все это срежет — ответит навскидку любой радиолюбитель. И, увы, окажется неправ.
Рассмотрим простейшую схему RC-фильтра (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Схема RC-фильтра
Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор (им может служить внутреннее сопротивление генератора) подключен к конденсатору. Среднее напряжение на конденсаторе зависит от соотношения длительностей импульса генератора к периода их следования.
Можно покрутить ручки генератора и убедиться — среднее напряжение на конденсаторе будет «следить» за вашим манипуляциями. Теория блестяще подтверждается. Беда здесь лишь в том, что в блоке питания ничего похожего на нашу схему нет! В блоке питания (рис. 8.2) цепи заряда и цепи разряда конденсатора разделены!
Рис. 8.2. Реальная схема фильтра в блоке питания
И если в этой схеме разорвать контакт S1, то какими бы короткими не были импульсы со стороны источника питания, рано или поздно конденсатор обязательно зарядится до максимально возможного напряжения, потому что накопленную энергию ему просто некуда девать! А ведь именно эта ситуация и имеет место при включении лампового усилителя: лампы холодные, прогреются еще нескоро, поэтому потребления тока по анодной цепи практически нет. Где здесь выход?
Выход подсказывает здравый смысл — поскольку такая ситуация будет иметь место только при включении усилителя и прогреве ламп, нужно подавать анодное напряжение на лампы не сразу, а только после прогрева нитей накала. Более того, такой режим питания ламп считается более благоприятным, чем одновременная подача анодного и накального напряжения. В некоторых ламповых устройствах тех далеких времен даже устанавливались два выключателя питания — «сеть» и «анод», и второй нужно было включать только после прогрева ламп.
Первая функциональная схема
Итак, первый, самый предварительный вариант функциональной схемы будущего блока питания (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Предварительная функциональная схема блока питания
Несколько очевидных пояснений:
♦ входной фильтр (I) нужен для того, чтобы защитить как наш блок питания от помех по сети, так и сеть от помех, создаваемых нашим блоком питания;
♦ выпрямитель (II) нужен для того, чтобы преобразовать переменное напряжение сети в постоянное;
♦ импульсный (III) конвертор нужен для преобразования постоянное напряжение сети в высокочастотное переменное;
♦ трансформатор (IV) нужен для получения необходимых выходных напряжений;
♦ выпрямитель вторичного напряжения (V) нужен для получения постоянного анодного напряжения;
♦ реле времени (VI) нужно для задержки подачи анодного напряжения на усилитель;
♦ выпрямитель низкого напряжения (VII) нужен для питания реле времени и организации обратной связи по напряжению, необходимой для стабилизации напряжения накала.
Первая принципиальная схема
Для того, чтобы собрать стабилизированный источник питания, необходимо сначала выбрать схему конвертора (хотя мы, по сути дела, сделали это при расчете трансформатора). Выбирать однотактную схему в нашем случае не следует:
♦ во-первых, велика мощность;
♦ во-вторых, кольца с однотактными схемами не очень «дружат».
Схема со средней точкой, имея достаточно простую схему управления, помимо проблем с перенапряжениями, вчетверо увеличит число витков первичной обмотки по сравнению с полумостом, а мотать 280 витков на кольце, неустанно заботясь при этом о качестве изоляции — задача, достойная мазохиста.
Хотим ли мы использовать в схеме конвертора биполярные или полевые транзисторы? Вопрос далеко не праздный, ведь те же компьютерные блоки питания в большинстве своем собраны на биполярных транзисторах. Все так, но соображения, которыми руководствуется промышленность, вовсе не обязательно совпадают с радиолюбительскими.
А соображения эти, в первую очередь, экономические — высоковольтные биполярные транзисторы пока еще заметно дешевле, и будут таковыми еще достаточно долго. Но для управления биполярными транзисторами нужен дополнительный трансформатор, который нам придется мотать самим. Взять готовый (из тех же компьютерных блоков питания) не получится, потому что он намотан не на кольце, а от других магнитопроводов мы заранее и категорически отказались.
Итак, принимаем решение создать импульсный конвертор на полевых транзисторах по схеме полумоста. Теперь осталась самая малость — найти в Интернете подходящие микросхемы для управления стабилизированным полумостом.
Увы, просидев в Интернете не один час, мы обнаруживаем, что таких микросхем в природе нет. Есть микросхемы автогенерирующих полумостов, но они нерегулируемые. Есть микросхемы для регулируемых конверторов, но они однотактные. Есть, впрочем, и микросхемы для двухтактных регулируемых конверторов, но они пригодны только для схем со средней точкой. Вывод один — сделать устройство управления на одной микросхеме вряд ли возможно. И очевидное следствие из этого вывода — нужно делать устройство управления из комбинации микросхем. Например, так (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Вариант совместной работы микросхем UC3825 и IR2103
Вторая принципиальная схема
Заглядываем на сайты интернет-магазинов на предмет приобретения микросхемы UC3825 и входим в ступор. 110, 120, 150 рублей! Такое впечатление, что микросхема эта инкрустирована стразами. По сравнению со своим «напарником» IR2103 (в пределах 30 руб.) это просто земля и небо. В таком случае, нам осталась микросхема TL494, правда, ее выходные каскады еще нужно согласовать с IR2103, но 20 руб. вместо 150 руб. того стоят.
Каким образом мы собираемся питать эти микросхемы? Существует два варианта:
♦ от отдельного низковольтного источника питания;
♦ непосредственно от выпрямителя первичного напряжения через гасящий резистор.
Тут нам на помощь вновь спешит калькулятор. Потребление микросхемы IR2103 совершенно ничтожно — менее 0,5 мА, а вот микросхема TL494 потребляет аж 7,5 мА. Делаем простой расчет (310 В — 12 В)/(7,5 мА + 0,5 мА) = 43 кОм.
Вот такой резистор нам потребуется для того, чтобы запитать микросхемы непосредственно от источника первичного напряжения.
Еще небольшой расчет — (43 кОм х (7,5 мА + 0,5 мА)2) = 2,75 Вт — такая мощность будет впустую рассеиваться на нашем резисторе.
