Речь пойдет о доработке кенотронного комбинированного блока питания для ламповой аудиоаппаратуры, о котором ранее был подробный обзор.
Суть доработки заключается в том, чтобы сделать этот модуль еще более тихим и энергонасыщенным и подавить пульсации сетевого напряжения по образу и подобию методик, предложенных в публикации про "Электронный дроссель".
А почему бы и нет, подумал я...
На данный момент применительно к этому модулю предусмотрены два типа фильтрации пульсаций анодного напряжения.
1. СRC-фильтр - с резисторами, расположенными непосредственно на модуле.
2. СLC-фильтр - с внешним дросселем, расположенным за пределами модуля.
В этом случае резисторы R14, R15 не устанавливаются, а вместо них подключается внешний дроссель с приличной индуктивностью (от 5 Гн и более). В случае применения дросселя мы выигрываем в качестве фильтрации, но проигрываем по массогабаритным показателям.
В дополнение к предыдущим типам фильтрации пульсаций я задумал третий.
3. Электронная фильтрация - а почему бы не попробовать убить двух зайцев?
Одновременно выиграть в качестве фильтрации и уместиться в рамках существующего модуля? Я решил, что стоит попробовать и разработать субмодуль электронного дросселя, который бы решил поставленную задачу.
На фото ниже красным полигоном отмечена область, на которой можно разместить субмодуль электронного дросселя для повышения эффективности фильтрации имеющегося блока питания.
Принципиальная схема субмодуля - электронного дросселя представлена ниже.
Объяснять назначение компонентов необходимости нет. Все уже рассказано здесь, в этом более упрощенном варианте схемотехники все по образу и подобию предыдущей публикации.
Субмодуль на этапе проектирования с разных ракурсов.
Внешний вид изготовленных печатных плат.
Полевой транзистор Т1 (IRF840) припаивается фланцем к открытому от маски полигону печатной планы, который выполняет роль своеобразного теплоотвода.
При работе с высоковольтным блоком питания следует проявлять особую осторожность и технику безопасности!
Область с открытой маской - это цепь входного напряжения регулятора, которая находится под высоким напряжением!
Внешний вид собранного субмодуля представлен на фотографиях ниже.
Установка субмодуля на основную плату осуществляется с помощью штырьевых вилок типа PLS.
Монтажные отверстия для установки субмодуля показаны на фотографии ниже.
Способ установки субмодуля электронного дросселя на основную плату представлен на фото.
При установке субмодуля электронного дросселя не забудьте пробросить проводок земляного провода (GND) как на фото ниже.
На этом доработка модуля закончена и сборка осуществляется согласно описанию, представленному в основной публикации "Комбинированный кенотронный блок питания (анодный, накальный) для предусилителя/фонокорректора".
Ниже представлены фотографии сборки анодной части модуля в разных ракурсах.
Ну а теперь настало время проверить на практике все то, что я тут напридумывал. В одинаковых условиях я сравню эффективность работы:
- CRC-фильтра;
- CLC-фильтра;
- электронного фильтра (субмодуль).
В качестве нагрузки анодного блока питания я буду использовать вот такую резистивную сборку, которую сделал универсальной для различных применений (как для маломощных БП, так и БП оконечных усилителей).
На мощном радиаторе установлены три пятидесятиваттных резистора (50 Вт) номиналами (5 кОм, 10 кОм и 30 кОм). Комбинируя подключения резисторов можно получить необходимое сопротивление, обеспечивающее желаемый ток нагрузки.
Я буду использовать только один резистор номиналом 30 кОм, создающий ток в нагрузке порядка 11 мА (выходное напряжение 330 В). Эти условия очень близки к реальному режиму работы будущего блока питания.
Анодно-накальный трансформатор мощностью 30 Вт на R-Core железе.
Параметры трансформатора хорошо читаются по наклейке на его корпусе.
Схема сборки №1. Тестирование эффективности работы CRC-фильтра.
В качестве "R" для CRC-фильтра были выбраны два резистора по 82 Ома с суммарным сопротивлением 164 Ома.
Тут требуется небольшое пояснение. Почему именно такое сопротивление?
Сопротивление выбрано для обеспечения одинаковых условий тестирования CRC-фильтра и CLC-фильтра.
Активное сопротивление дросселя, который я планировал подключить, составляет приблизительно 170 Ом.
Кстати, с историей этого дросселя вы может ознакомиться в отдельной публикации: "Дроссель - новая жизнь старого трансформатора".
Ну а теперь возвращаемся к нашей сборке с CRC-фильтром и смотрим пульсации на выходе нагрузки.
Я округлял в большую (читай - в худшую сторону), поэтому для CRC-фильтра мы имеем порядка 360 мВ пульсаций, что для выходного напряжения 330 В составляет всего 0,1%. Запомним эти цифры для будущего сравнения.
Такой уровень пульсаций обеспечит достаточно плохое соотношение сигнал/шум в аудиоустройстве.
По моему опыту это будет порядка 60-65 дБ.
Схема сборки №2. Тестирование эффективности работы CLC-фильтра.
Используемый дроссель имеет такое же активное сопротивление, как и CRC-фильтр (170 Ом), а вот индуктивность в 6.5 Гн добавляет нам еще 4 кОм реактивного сопротивления (для частоты пульсаций 100 Гц).
Поэтому с точки зрения фильтрации пульсаций напряжения, картина получается значительно лучше. Смотрим осциллограф.
Я снова округлял в большую (читай - в худшую сторону), поэтому для CLC-фильтра мы имеем порядка 90 мВ пульсаций при том же выходном напряжении 330 В.
Полученный результат в 4 раза лучше предыдущего! Но не забываем и про то, что дроссель имеет размер сопоставимый со всем комбинированным модулем анодного и накального напряжения, что, несомненно, минус.
Такой уровень пульсаций обеспечит вполне приемлемое соотношение сигнал/шум в аудиоустройстве.
По моему опыту это будет порядка 80-85 дБ.
Схема сборки №3. Тестирование эффективности работы электронного фильтра.
На всякий случай напоминаю, что все модули имеют идентичную схемотехнику и отличаются только типом примененного фильтра пульсаций. Все остальные параметры (ограничительные резисторы, входные, выходные емкости и др.) одинаковые.
Я снова округлял в большую (читай - в худшую сторону), поэтому для электронного фильтра мы имеем порядка 30 мВ пульсаций при почти таком же выходном напряжении 326 В.
Полученный результат в 3 раза лучше предыдущего и в 12 раз лучше первоначального CRC-фильтра!!!
Я исключил большой и тяжелый дроссель питания и разместил всю дополнительную схемотехнику в рамках имеющегося у меня пространства!Считаю, что поставленная цель более чем достигнута!
Меня бы даже устроил результат, если бы параметры фильтрации электронного дросселя были бы сопоставимы с результатами, полученными при применении CLC-фильтра. Отказ от большого и тяжелого дросселя при сохранении фильтрующих свойств - уже отличный результат, а снижение пульсаций еще в 3 и более раза делает результат просто потрясающим!
Такой уровень пульсаций обеспечит очень хорошее соотношение сигнал/шум. Скорее всего шум переменного тока не будет прослушиваться в аудиосистеме от слова совсем, даже при поднесении ушей вплотную к динамикам акустической системы!
Ожидаю ваши потенциальные вопросы и замечания.
1. Скорее всего вас интересует, а что у нас с нагревом регулирующего транзистора?
Входное напряжение получилось порядка 340 В, выходное 326 В, падение напряжения на регулирующем транзисторе 14 В при токе нагрузки 11 мА - это 0,2 Вт. Транзистор не греется совсем!
2. Уверен, что кто-то из читателей обязательно начнет громко возмущаться, что так близко к кенотрону нельзя располагать электронные компоненты, топать ножкой и вздыхая сообщать: "чему вас только в школе учили...".
Да, кенотрон греющийся элемент и если есть возможность, желательно отдалить его от всех остальных элементов конструкции. В данной ситуации имеем то, что имеем, и поэтому давайте объективно оценим ситуацию.
Не все кенотроны одинаково сильно греются и плавят все вокруг.
6Ц4П - малогабаритный слаботочный и несильно греющийся представитель семейства кенотронов.
Для объективной оценки температуры его корпуса я провел дополнительные измерения. Предварительные измерения я сделал с помощью своего малогабаритного точечного ИК-термометра (пирометра).
Для подобных измерений ИК-термометр (пирометр) не очень пригоден, так как точные измерения он дает только тогда, когда коэффициент излучения поверхности близок к единице.
К примеру, черный пластиковый корпус регулирующего транзистора IRF840 - это не то же самое, что стеклянная прозрачная колба кенотрона, поэтому я бы не стал верить показаниями ИК-термометра.
Я взял мультиметр с термодатчиком (термопара) и провел непосредственные измерения температуры в нескольких зонах колбы кенотрона, который работает под нагрузкой.
Верхняя часть колбы кенотрона не прогревается выше 45 градусов.
Боковая часть колбы кенотрона не прогревается выше 70 градусов.
В заключение измерений температуры колбы кенотрона - я просто потрогал ее пальцами. Она горячая, но не обжигающая! Нет эффекта ожога или отдергивания руки. Настоящие 70 градусов, не могу сказать, что приятно держать, но и не обжигает.
В общем, я не рассматриваю нагрев данного кенотрона как потенциальную опасность для расплавления, деградации и ухудшения свойств деталей, расположенных в его непосредственной близости.
Чтобы перестраховаться, я надел на металлопленочный конденсатор К73-17, у которого рабочий температурный диапазон до +85°С, металлический экран сделанный из канцелярского зажима шириной 40 мм. Он надежно отражает все то излучение, которое идет от кенотрона, работает как радиатор, отводя поступаемое тепло.
Я поместил термодатчик в полость между "экраном из канцелярского зажима" и конденсатором - регистрируемая температура не превышает 40 градусов, что более чем безопасно для долгосрочной работы электронных компонентов.
Большая работа была проделана!
На этом пока все, а доработанный модуль скоро займет свое почетное место в одном из интересных аудиопроектов!