Электронное
периодическое издание

Параллельный стабилизатор

Приступая к разработке (повторению) лампового устройства, многие основное внимание уделяют самой схеме, часто забывая о том, что источник питания – это сердце вашего детища, и от того, как оно работает, зависит результат ваших трудов.

Помехи и шумы источника питания имеют высокую степень корелляции со спектром сигнала, это вызвано работой конденсаторов в П-фильтре. Заряд конденсаторов, подключенных к выпрямителю, особенно, если это полупроводниковый выпрямитель, происходит очень быстро, вызывая короткий мощный импульс тока заряда, достигающий в мощных устройствах десятков ампер. Ширина этого импульса зависит от потребляемого устройством тока, чем он больше, тем шире импульс, а, учитывая, что трансформатор не идеален, то происходит еще и амплитудная модуляция импульсов тока. В результате по цепям питания начинают гулять мощные короткие широтно-амплитудно-фазомодулированные импульсы тока, сильно кореллированные с входным сигналом. Избавиться от этого в некоторой степени можно, используя Г-образный фильтр с дросселем на входе. Но самой проблемы это не решает. Вообще-то, абсолютного решения этой проблемы не существует, можно только какими-то методами в той или иной степени ослабить ее воздействие на усилительный тракт. Отсюда и рекомендации по использованию ламповых выпрямителей: они, обладая относительно высоким внутренним сопротивлением, ограничивают амплитуду зарядного тока конденсаторов фильтра и т.д. Одной из таких мер является использование параллельных стабилизаторов. Ток, потребляемый устройством от выпрямителя, постоянен и не зависит от нагрузки. Этим самым мы исключаем корелляцию шумов источника питания с выходным сигналом. Это - не единственное преимущество параллельного стабилизатора. Не менее важным его свойством является создание наикратчайшего пути замыкания на землю тока звуковой частоты от нагрузки. Попыток построения схем параллельных источников для ламповых усилителей довольно много, и в интернете их можно найти целую пачку.

В основном, стараются применить полупроводники, к которым у многих возникла стойкая аллергия. Одна из наиболее удачных схем принадлежит John Camille из Chimera Laboratories* и представлена на рис.1.

* интересующиеся могут обратиться к журналу Sound Practices номера Summer 1993 и Summer 1994

Прекрасно работающая схема. Но имеет один недостаток: для создания начального смещения на регулирующей лампе используется мощный стабилитрон, который сильно шумит в диапазоне до единиц мегагерц, что не прибавляет звуку прелести. Решение этого вопроса заключается в использовании в качестве регулирующей лампы триодов с большим коэффициентом усиления, например, Г811, SV811-10, SV572-10, ГИ15, и им подобных. Но можно использовать и обычные лучевые тетроды 6П42С, 6П45С, 6П14П, EL34 и т.д., соединив управляющую и экранную сетки вместе, тем самым получив триод с большим коэффициентом усиления. В результате схема принимает следущий вид (рис.2).

В ней исключен стабилитрон из катода регулирующей лампы, это сокращает путь регулирующего воздействия, и добавлен транзистор VT1. Он необходим для усиления тока при заходе регулирующего смещения в положительную область. У некоторых типов ламп ток потребления по управляющей сетке, при положительном смещении, может доходить до сотен миллиампер. Резистором R3 устанавливается выходное напряжение стабилизатора. Входное воздействие от нагрузки на вход усилителя А1 передается через конденсатор С1 (медленные входные воздействия поступают по цепи R1, R2, R3, R5 - являющееся и ФНЧ). Диод D1 ограничивает входное напряжение на входе А1 при зарядке конденсатора С1 во время включения. D2 – источник опорного напряжения, от его стабильности и шумов зависит качество стабилизированного напряжения на выходе. Здесь можно использовать стабилитрон КС106 на МОП структуре или аналогичный от фирм Analog Devices, Linear Technology и др. В крайнем случае - КС109, КС113 или зеленый светодиод.

R1, R2 - 510 КОм (подбирается в среднем положении R3, на его движке напряжение должно быть 2,5 В при номинальной нагрузке и номинальном выходном напряжении); R3 - 1 КОм; R4 - 3,3 КОм; R5 - 100 КОм; R6 - 1 КОм; R7 - 4,3 КОм; R8 - 100Ом; R9 - 49 КОм; R10, R13 - 1 КОм; R11 - 10 КОм; C1 - 1 МкФ х 600В (К73-11); C2 - 470 МкФ х 6,3В(К52-1); C3 - 0,22 МкФ x 350~1000В (в зависимости от напряжения стабилизации); VT1 - КТ 635 А; A1 - AD845 (или любой другой с малым током смещения и полосой усиления не менее 10МГц).

Коэффициент усиления усилителя А1 определяется соотношением резисторов R8, R9, и выбирать его больше 500 не следует. Конденсатор С3 должен обладать малым внутренним сопротивлением. Анод регулирующей лампы, верхний вывод С3 и правый С1 должны подключаться непосредственно к нагрузке, а катод и нижний вывод С3 - непосредственно к отрицательному выводу нагрузки.
Теперь о выборе лампы. Ток анода регулирующей лампы должен быть равен току потребления каскада, на котором регулируется напряжение, а ее мощность рассеивания анодом должна быть не менее двойной мощности потребляемой нагрузкой, т.е. при сбросе нагрузки регулирующая лампа берет на себя двойной ток. Оптимальное напряжение на сетке управляющей лампы 0 ~ -5В. Рабочая область ±10В. Напряжение падения на R12 выбирается в пределах 50~100В, т.e., если Вы хотите получить 300В, при токе 100мА, на вход вы должны подать порядка 350~400В, т.е. величина R12 будет 0,5~1КОм.
При регулировке выходного напряжения учтите, что постоянная времени цепи заряда конденсатора С1 достигает нескольких секунд, поэтому на это время происходит задержка реакции стабилизатора на вращение движка подстроечника R3. Подождите несколько секунд, пока на выходе установится напряжение и т.д.
Для подбора регулирующей лампы можно воспользоваться графическим методом. Проводим линию нагрузки выходной лампы на графике ее анодно-сеточной характеристики.
Итак: АВ – линия нагрузки выходной лампы, где точка О – ее рабочая точка. Тогда линия СД будет линией нагрузки регулирующей лампы. Максимальная рассеиваемая на аноде регулирующей лампы мощность будет: Ра max = Ua * Imax.

В качестве регулирующей лампы можно использовать: триоды с высоким коэффициентом усиления, пентоды, тетроды. Причем, у двух последних надо соединить вместе управляющую и экранную сетки для увеличения их коэффициента усиления. Кстати, этот режим работы является штатным, и на некоторые лампы в справочниках даже приводятся их анодно – сеточные характеристики. Например, у “Светланы” - 6П45С. Коэффициент усиления у них становится 50 ~ 150. В этом отношении очень удобны металлокерамические лампы: ГИ11, 12, 13, 15, 21, ГИ6, 7, ГС35 и т.д. У этих ламп высокий коэффициент усиления (70 ~ 110) и высокая крутизна. Чем больше эти параметры – тем проще управлять лампой. Регулирующее воздействие у них ограничивается напряжением на сетке в пределах +10 ~ -10В. Работать с ними очень легко. Единственный недостаток – на них надо дуть. Хороши для этих целей 6П45С и ГУ50. Причем у ГУ50, для повышения крутизны усиления, защитную (третью) сетку надо через резистор 100 Ом соединить с анодом. К сожалению, из-за малого коэффициента усиления не подошла ГУ72. Хотя, можно приспособить и ее, но об этом ниже.

И так, приступаем к настройке.

1. Включаем усилитель на полную мощность, подавая на его вход синусоиду нижней рабочей части. Подключаем осциллограф на сетку лампы. И увидим регулирующее воздействие, вызванное выходным каскадом усилителя (все это для SE). Сигнал должен повторять синусоиду. Правда, она не совсем синусоида, но очень на нее похожа. Если это так, то все прекрасно, и переходим к пункту 2. Если синусоида ограничена сверху, это означает, что регулятор не справляется с токовой нагрузкой, и надо увеличить балластный резистор в ее аноде. Если происходит ограничение сигнала снизу, значит, тока в цепи не хватает, и надо уменьшить балластный резистор. Самый тяжелый случай – это когда ограничение происходит и сверху, и снизу. Это говорит о недостатке коэффициента усиления или крутизны у регулирующей лампы. И необходимо повысить размах управляющего сигнала. Это можно достичь применением Rail-to-Rail операционников, операционников с напряжением питания ±18В (есть ±24В), питанием транзистора эмиттерного повторителя от отдельного источника ±18В, а не от операционника. Это повысит выходной сигнал на величину напряжения насыщения Б-Э. Если это не поможет, то придется применить лампу с более высоким коэффициентом усиления или крутизной. Это можно достичь параллельным соединением регулирующих ламп. При достижении положительного результата приступаем к пункту 2.

2. Подаем на вход усилителя музыкальный сигнал с резкими динамическими контрастами. Включаем максимальную мощность и смотрим там же, где и в пункте 1. Если на динамических контрастах есть ограничения – повторяем все тоже самое, что и в пункте 1, но на музыкальном сигнале. Если успешно пройдем этот пункт – все, приехали, расслабьтесь, уберите приборы и наслаждайтесь музыкой.

P.S. Я использовал операционный усилитель LM6361. При монтаже следует соблюдать обычные предосторожности: входные и выходные цепи должны быть максимально разнесены. Успехов.

Сергей Васянин