Aktywna Filtracja Napięcia Anodowego w Wzmacniaczu Lampowym
- Szczegóły
Budowa wzmacniacza lampowego to proces, który wymaga zrozumienia wielu aspektów technicznych. Wśród nich istotną rolę odgrywa zasilacz anodowy, a w szczególności filtracja napięcia anodowego.
Podstawowe założenia konstrukcyjne
Użytkownik buduje swój pierwszy wzmacniacz lampowy oparty na lampach 6P14P i ECC85 oraz transformatorach TG 5-53. Zastanawia się nad konstrukcją zasilacza, preferując projekt z opóźnionym załączaniem napięcia anodowego. Forumowicze sugerują uproszczenie zasilacza, wskazując, że stabilizacja napięcia anodowego jest zbędna dla prostych wzmacniaczy.
Stabilizacja napięcia anodowego, dla tak prościutkiego wzmacniacza, niepotrzebna, opóźnianie włączania napięcia anodowego można wykonać znacznie prościej, twierdzę, że jako początkujący lampmistrz, na zasilaczu masz szansę polec. Zdecydowany przerost formy nad treścią z tym zasilaczem. Podobna konstrukcja miałaby rację bytu w sprzęcie laboratoryjnym (np. testerze lamp), nie w takim uproszczonym do niezbędnego minimum wzmacniaczu.
Filtracja napięcia anodowego
Bateria elektrolitów o łącznej pojemności 250uF(!), plus jeszcze dwa filtry RC osobno dla każdego kanału, wraz z bardzo racjonalnym dodatkowym filtrowaniem napięcia zasilającego siatkę ekranującą pentody oraz anodę triody tak jak to występuje na oryginalnym schemacie wzmacniacza zapewnią filtrację i tak o wiele lepszą niż potrzeba, zaś znaczna rezystancja wewnętrzna takiego zasilacza nie ma znaczenia we wzmacniaczu SE klasy A.
Jedynie co miałoby rację bytu, jeżeli idzie o modyfikację zasilacza - to wstawić jeszcze dławik DFZK o ile taki posiadasz (stosowany w lampowych telewizorach) między pierwszy kondensator 47µF a pozostałe cztery. Wówczas filtracja będzie praktycznie idealna także przy zmniejszeniu liczby elektrolitów z pięciu do dwóch, zaś grzanie się transformatora oraz poziom zakłóceń generowanych przez prostownik wydatnie zmniejszone.
Przeczytaj także: Korzyści z Filtracji Harmonicznych
Zasilacz wykonany wg pierwszego schematu oferuje 4,5Vpp napięcia tętnień na wspólnym dla obu kanałów filtrze (i to przy założeniu zerowej rezystancji uzwojeń w transformatorze - założenie zupełnie nierealne z uwagi choćby tylko na zbyt wysokie napięcie wyprostowane; przy sensownej rezystancji tętnienia będą wyraźnie mniejsze). Po ogniwach RC tętnienia napięcia zasilającego anody poszczególnych stopnie mocy wyniosą już tylko 128mV.
128mV będzie występowało na zasilaniu anody pentody stopnia mocy. stopień triodowy to w sumie dzielnik rezystorowy - na anodzie będzie przy założeniu 5k (zaniżona) rezystancji wewnętrznej triody = już tylko 128 * 5 / (47 + 5) = 12,3mV. Teraz oszacujmy jakiemu napięciu na siatce triody odpowiada te 12,3mV na anodzie - po uwzględnieniu zawyżonego wzmocnienia stopnia (nawet zawyżonego do wartości współczynnika wzmocnienia) jest 12,3 / 60 = 0,205mV. Wg Ciebie to ni. To obliczmy odstęp sygnał szum dla pełnego wysterowania: załóżmy czułość na poziomie około 5,5V / 60 = 91,7mV. Oszacujmy odstęp w dB sygnał zakłócenia od zasilania od poziomu sygnału dla max wysterowania: 20 log (0,205/91,7) = -53dB. Rewelacyjny wynik, prawie nic. Zaledwie 53dB odstępu od zakłóceń i to dla max poziomu sygnału. Ten wynik to dla max wysterowania, dla muzyki średni poziom do -16dB poniżej maksymalnego. Czyli odstęp od zakłóceń maleje do zaledwie 37dB. Nadal uważasz że to prawie nic? dodam poziom zakłóceń nie zmniejszy się wraz z przykręcaniem gałki głośności. Czyli odstęp będzie się zmniejszał wraz ze ściszaniem wzmacniacza. Owszem USZ poprawi ten rezultat ale o niewielką wartość - 15dB - może 25dB (to już głębokie sprzężenie jak na wzmacniacz lampowy).
Stabilizacja napięcia żarzenia
Prostowanie, filtrowanie i stabilizacja napięcia żarzenia ma jakąś rację bytu w superczułych stopniach wstępnych współpracujących z mikrofonem lub adapterem magnetoelektrycznym, a nie we wzmacniaczu o czułości wystarczającej jedynie dla magnetofonu, odtwarzacza CD lub MP3, gdzie jedynym odczuwalnym skutkiem jej zastosowania będzie silniejsze grzanie się transformatora wyjściowego. Zwłaszcza że oryginalny projekt wzmacniacza przewiduje symetryzację napięcia żarzenia; można conajwyżej zastapić dzielnik z dwóch rezystorów stałych 2×100Ω - potencjometrem drutowym, np. typu RDX 100Ω 4÷6W, co umożliwi dokładną kompensację ewentualnych zakłóceń ze strony żarzenia.
Stabilizacja żarzenie - zbędna dla lamp mocy. Jedynie może mieć sens dla lampy wstępnej. Jeśli już to jest tani i naprawdę low-drop scalak LM2941 (bije na głowę drogie oryginalne LT1084) - dla 300mA spadek wyniesie mniej niż 0.4V, jeszcze lepszy rezultat będzie gdy zastosuje inną triodę np.
Opóźnienie załączania napięcia anodowego
Opóźnienie załączania napięcia anodowego - to z kolei bezmyślne wzorowanie się na urządzeniach gdzie jest to istotnie niezbędne, w szczególności prostownikach z lampami gazowanymi, urządzeniach nadawczych z lampami o mocy idącej w setki kilowatów, czy wzmacniaczami pracujacymi przy extremalnie wysokich jak na taki sprzęt napięciach anodowych, w granicach 1kV. Tu mamy zaś jedynie standartową aplikację lampy EL84/6Π14Π, która doskonale obywała się bez takiego gadżetu.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Wątpliwa jest ponadto celowość stosowania przełącznika standby: oszczędność energii przez tak niewielki wzmacniacz będzie miała wymier więcej niż symboliczny, za to długotrwałe żarzenie lamp pozbawionych napięcia anodowego tylko im szkodzi, chyba że się zastosuje lampy w wykonaniu specjalnym, np. Albo trzeba każdorazowo przed włączeniem sprawdzać czy przełącznik napięcia anodowego jest w położeniu standby, albo przekombinowywać zasilacz jeszcze bardziej dokładając układ opóźnionego załączania.
Przy takim wyłączaniu napięcia niestety na początku odłoży się na tranzystorze pełne napięcie wyprostowane. Zresztą: wciąż nie widzę w jaki sposób takie opóźnienie miałoby pomóc tranzystorowi? Bez względu na to czy lampy są zimne czy gorące - i tak do naładowania będą kondensatory za filtrem - od zera!
Dzielnik napięcia jako kompensator zakłóceń
W każdej lampie istnieje mniejsza lub większa pasożytnicza pojemność między siatką sterującą a końcówkami grzejnika (reszta grzejnika jest bowiem ukryta w ekranującej rurce katody, a obwód katody jest przeciwieństwie do obwodu siatki małooporowy, a więc odporny na tego rodzaju zakłócenia). Dzielnik wymusza symetrię napięć żarzenia na obydwu końcówkach, toteż zakłócenia w znacznej mierze się kompensują. Idealna kompensacja byłaby przy jednakowych pojemnościach między końcówkami grzejnika a siatką; gdy są one różne - można celowo zaburzyć symetrię napięć stosując potencjometr zamiast dzielnika w obwodzie żarzenia, tak aby wypadkowe napięcie na siatce sprowadzić do zera. W takim wypadku nawet dzielnik nie będzie potrzebny.
Wybór elementów i modyfikacje układu
W pierwszym stopniu znacznie lepiej się będzie sprawować ECC83. Zamiast 2 oporników 47k w anodzie (R3 i R4) i elektrolitu C2 (zbędny!) daj 1 opornik 100 ... 200k. Nie uruchamiaj wzmacniacza bez obciążenia!
Ewentualnie można zachować ten filtr odsprzęgający, zachowując "górny" opornik 47k, zwiększając oporność "dolnego" do 100k÷220k, zaś elektrolit 22µ zastąpić kondensatorem foliowym 220÷470nF 400V.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Im większa pojemność C2 tym głębiej będzie sięgać sprzężenie w zakres basów. Oznacza to że zmniejszając C2 można w pewnym zakresie podbić basy, ale lepiej tego nie robić i zastosować dostatecznie dużą. Podbicie tą metodą będzie bowiem w znacznej mierze niwelowane działaniem ogólnego sprzężenia zwrotnego.
ECC83 może pracować i z rezystancjami znacznie większymi, do 220kΩ. Nie zawsze jednak się to praktykuje, ponieważ przy takiej rezystancji daje już znać o sobie dynamiczna pojemność wejściowa kolejnego stopnia; w przypadku stopnia mocy z EL84 jest to około 50pF. Tylko w przypadku sterowania odwracacza fazy z dzielonym obciazeniem, który stanowi zarazem niezły bufor a jednocześnie sam ma znikomo małą pojemność wejściową spotyka się w stopniu napięciowym rezystancje jeszcze większe, nawet do 470k.
Natomiast zmniejszanie obciążenia triody ECC83 znacznie poniżej 100kΩ jest również niecelowe, gdyż wtedy bardzo traci się na wzmocnieniu, rosną też zniekształcenia nieliniowe przy określonej amplitudzie napięcia wyjściowego. Skoro więc uznać 100kΩ optymalnym obciążeniem dla ECC83 w tym zastosowaniu - dla lampy 6H2Π mającej nieco tylko mnieszy opór wewnętrzny (50kΩ zamiast 62,5kΩ) można przyjąć że będzie to 68kΩ lub 82kΩ. A nawet i 100kΩ nie zaszkodzi, jest to bowiem wystarczająco mało aby nie trzeba było obawiać się szkodliwego wpływu pojemności wejściwej stopnia końcowego.
Małe oporności obciążenia, takie jak 22kΩ lub 47kΩ mają jakikolwiek sens jedynie wtedy gdy istotna jest mała oporność wyjściowa stopnia, np. obciążonego regulatorem barwy.
Filtr aktywny jako alternatywa
Filtr aktywny to dobry zamiennik za dławiki. Przy okazji, tańszy, mniejszy i nie sieje wokół polem magnetycznym.
W Twoim przypadku warto rozpatrzyć filtrację aktywną - aby ją uzyskać wystarczy usunąć diody zenera, a w ich miejsce włożyć kondensator, który będzie dodatkowo wygładzał napięcie wyjściowe.
Kondensator już tam jest - wystarczy usunąć diody Zenera. Mały jakiś tam on zaledwie 22uF, dałbym do 47-100uF i stała czasowa wzrośnie i nie trzeba będzie dodatkowych filtrów na zewnątrz.
Stabilizowany zasilacz anodowy - zasada działania
Jest to zwykły wtórnik źródłowy z ograniczeniem prądu. Diody Zenera dają stałe napięcie, które tranzystor powtarza na swoim wyjściu (źródle). Opornik R1 dobierasz tak, aby przez diody płynął prąd nie większy od dopuszczalnego prądu diod (parametr katalogowy) przy maksymalnym przewidywanym napięciu za prostownikiem. Opornik R5 ogranicza prąd - jak napięcie na nim wzrośnie ponad 0,7V to odtyka się T2, zmniejszając napięcie bramka-źródło T1, zatykając go i przez to ograniczając prąd.
Wpływ wahań napięcia w sieci
Układ C-L-C nie ma stabilizacji a u mnie w gniazdku napięcie waha sie od 230 - 250V w zależności od dnia.
Owszem ale w przypadku wahań sieci nie bedzie aż takich skoków spadku napięcia jak dla stabilizatora.
Podsumowanie
Budowa wzmacniacza lampowego to złożony proces, w którym kluczową rolę odgrywa odpowiedni dobór elementów i konfiguracja zasilacza. Aktywna filtracja napięcia anodowego może być skuteczną alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań z dławikami, oferując lepszą filtrację i mniejsze zakłócenia. Ważne jest jednak, aby uwzględnić specyfikę układu i dobrać odpowiednie parametry elementów, aby osiągnąć optymalne rezultaty.
tags: #aktywna #filtracja #napięcia #anodowego #schemat
