Jest to strona hobbystyczna, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze.  Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.
 

        strona główna

                                   www.skarabo.net        

skarabo.net

audio - retro >> nie tylko lampy > zasilanie lamp

audio-retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I elementy elektroniczne I wzory, obliczenia I


Zasilanie lamp

Żarzenie lamp.

Różne lampy wymagają różnych napięć żarzenia. Diody prostownicze zasilane są zwykle napięciem 4 lub 5 V, lampy małej mocy 6,3 lub 12,6 V, lampy mocy z reguły zasilane są napięciem 6,3 V, chociaż są zasilane dużo wyższym napięciem, szczególne te, o bardzo dużej mocy.
 Lampy stosowane w telewizorach mają różne napięcie żarzenia - od 4,5 V do nawet 30 V - lecz powinny być żarzone prądem o niezmiennej wartości, z reguły jest to 300 mA, ze względu na szeregowe zasilanie żarzenia.  W systemie europejskim, lampy telewizyjne są oznaczane pierwsza literą "P", np. PCC, PCL, PL itp.
Większość lamp przystosowanych jest do zasilania prądem przemiennym, chociaż można je zasilać prądem stałym. Ma to poważną zaletę - tętnienia sieci nie przenikają przez katodę do obwodu i nie powodują przydźwięku sieciowego. Żarzenie prądem stałym stosuje się w lampach małej mocy, W przypadku lamp mocy, gdzie prądy żarzenia są bardzo duże, żarzenie prądem stałym stosuje się w zasadzie tylko w przypadku lamp (triod) bezpośrednio żarzonych.  
Dobrze skonstruowany wzmacniacz, mimo zasilania prądem przemiennym posiada minimalny przydźwięk sieciowy, także ten pochodzący od żarzenia. By go zminimalizować stosuje się symetryzację żarzenia poprzez odpowiednie nawinięcie transformatora zasilającego, lub użycie dwóch rezystorów (R2) symetryzujących.
(patrz rysunek z lewej)

Napięcie żarzenia nie musi być idealnie takie, jak podano w katalogu lampy. Producent dopuszcza wahania napięcia zasilania w granicach +/-5%, w katalogach rosyjskich lamp spotyka się nawet dopuszczalne wahania +/-10% - daje to różnicę napięcia zasilania od 5,7 do 7 V. Wychodzenie jednak poza podane przez producenta warunki zasilania nie jest wskazane, ponieważ tak niedożarzona jak i przeżarzona lampa  szybko traci swoje właściwości. 
Na schemacie powyżej "tradycyjny" zasilacz wzmacniacza lampowego i dwa sposoby symetryzacji napięcia żarzenia 6,3V - przez podzielenie uzwojenia na dwie dokładnie symetryczne części (2 x 3,15V) i środek uzwojenia dołączony do masy, lub za pomocą dwóch rezystorów o wartości 50-100 omów (oba rezystory o jednakowej wartości). Inna metodą wyciszenia brumu słyszalnego w głośnikach jest zastosowanie zamiast  rezystorów potencjometru o rezystancji 100-200 omów i po podłączeniu ślizgacza do masy, takie u jego ustawienie, by przydźwięk był jak najmniejszy. Można też użyć oscyloskopu. Jeżeli mamy solidny potencjometr, możemy go zostawić, unieruchamiając ślizgacz. Lepszym rozwiązaniem będzie jednak pomiar wartości rezystancji i wlutowanie oporników stałych o zmierzonej wartości (o ile to możliwe). 
Napięcie anodowe prostowane jest za pomocą diody lampowej, o dwóch anodach w bańce lampy, co przy zasilaniu symetrycznym daje prostowanie pełnookresowe. Kondensator C1 ma pojemność tylko 50 mikroF (zalecane), ponieważ podczas włączania zbyt duża pojemność powoduje przeciążenie diody prostowniczej i tym samym skraca jej żywotność. Kolejne kondensatory mogą mieć większą pojemność, ponieważ udar prądu zostaje złagodzony impedancją dławika. Dławik o dużej indukcyjności skutecznie tłumi tętnienia sieci, natomiast stanowi mały opór dla prądu stałego (np. mniej niż 50 omów). 

Można prostować napięcie anodowe za pomocą diod półprzewodnikowych (mostka), i najczęściej tak się robi, wtedy kondensatory elektrolityczne mogą mieć o wiele większą pojemność, bowiem prostownik z półprzewodników jest odporny na udar prądu. Prostowanie takie też ma inne zalety - jest energooszczędne (brak żarzenia diody) i tanie, bowiem koszt mostka prostowniczego to ok. 1 - 2 zł. Zwykle napięcie anodowe nie jest stabilizowane. Jeżeli wymagana jest stabilizacja napięcia, dokonuje się tego za pomocą specjalnych układów lampowych. W przypadku niskich napięć anodowych,  napięcie można stabilizować za pomocą układów półprzewodnikowych, o czym poniżej. 
Czasem w zasilaczach spotyka się dodatkowe uzwojenie i prostownik dający ujemne napięcie o wartościach -30-70V do zasilania siatek lamp końcowych tzw. "stałą polaryzacją" ("fixed bias"). Zwróć uwagę, w jaki sposób jest dołączony mostek prostowniczy do masy, by otrzymać ujemne napięcie na wyjściu układu. Także kondensatory elektrolityczne podłączone są "odwrotnie", jest to ważne, ponieważ musimy pamiętać by obudowa kondensatora nie dotykała do chassis wzmacniacza.

Punkt wspólny masy

Właściwe prowadzenie masy decyduje o braku zakłóceń i sprzężeń w budowanym układzie wzmacniacza. Masę można prowadzić na dwa sposoby:
- ze wspólną szyną,
- ze wspólnym punktem.
W praktyce szyna jest to kawałek grubego przewodu czy szeroka ścieżka druku, do którego dołączone są kolejno masy każdego stopnia wzmacniacza, ekrany przewodów wejścia/wyjścia itp. Szyna powinna mieć najniższy potencjał i przewodzić prąd z minimalnymi spadkami napięcia. Stąd zalecenie by był to gruby kawałek przewodu, szeroka ścieżka itd. 
Dobrym rozwiązaniem jest tzw. "wspólny punkt masy". Polega to na łączeniu wszystkich mas w jednym punkcie. Poszczególne stopnie wzmacniacza jak i zasilacz mogą mieć własne, "lokalne" punkty, które łączymy w jednym wspólnym punkcie "masy ogólnej" (punkt "B"). Tak punkty lokalne jak i masę ogólną łączymy grubymi, o niskiej rezystancji, przewodami. Musimy jednak pamiętać, iż odcinek A-B, (na rysunku zaznaczony na czerwono) charakteryzuje się największymi tętnieniami, wywołanymi doładowywaniem pierwszego kondensatora, dlatego do niego nie może być nic dołączone. Pamiętajmy o tym  także podczas projektowania płytki drukowanej.
Unikajmy zamykania pętli masy. Także koniecznie trzeba unikać mieszania silnych (prądowo) i słabych sygnałów. Dlatego najpierw zasilany jest stopień mocy, potem kolejno stopnie wzmacniacza, aż do stopnia wejściowego. 
Punkt wspólny masy w praktyce wygląda tak: 
- układ na tzw. "pajączku", czyli przestrzenny, na metalowym "chassis" - poszczególne elementy łączymy w jednym punkcie, dolutowując kolejno każdy element. 
- na płytce drukowanej stosujemy szerokie ścieżki masy, odpowiednio prowadzone - masy lokalne łączone z punktem wspólnym.

Nie zawsze możliwe jest poprowadzenie mas do jednego punktu (np. obwody drukowane). Równie dobre wyniki, a czasami lepsze, daje  układ z lokalnymi wspólnymi punktami mas. Zobaczmy na schemat - jest nieco podobny do powyższego, jedynie każdy stopień wzmacniacza ma własny punkt masy (C1, C2, B1) który jest połączony ze wspólnymi punktami w zasilaczu. Punkt B, znajdujący się na wyprowadzeniu pierwszego kondensatora filtra łączymy z punktem wspólnym masy stopnia mocy. Takie rozwiązanie ma tę zaletę, ze duże prądy płyną oddzielnym obwodem. Masy lokalne stopni wstępnych (C1, C2) łączymy w punkcie C, gdzie napięcie jest już dokładnie odfiltrowane.

Metalową obudowę łączymy z punktem poprzez opornik o wartości ok. 1 k, lub bezpośrednio, w zależności od wyniku  praktycznej próby. 
Oddzielnego omówienia wymaga uziemianie przewodów ekranowanych. Teoretycznie powinno być tak, że "masę" przewodu ekranowanego uziemia się tylko w jednym punkcie (z jednej strony), bliżej wzmacniacza, natomiast gniazda wejściowe/wyjściowe uziemia oddzielnie. Praktycznie nie stosuje się tego. Tak w rozwiązaniach fabrycznych, jak i z mojej praktyki wynika, że można ekran przewodu dołączyć do gniazda "cinch" z jednej strony i do masy we wzmacniaczu, z drugiej (jak na rysunku). Każdy przewód, który przesyła delikatne sygnały powinien być ekranowany i jak najkrótszy. W każdym wzmacniaczu (i nie tylko) obowiązuje zasada "krótkiej ścieżki". Kable sygnałowe powinny przebiegać daleko od kabli w których przesyłane są silne sygnały, by uniknąć modulacji. Także unikajmy prowadzenia ich w pobliżu transformatorów, dławika itp.
Unikamy mieszania silnych prądów ze słabymi, tak prowadząc zasilanie (żarzenie i anodowe) by  prądy nie mieszały się z prądami wejściowymi. Bardzo wrażliwy na zakłócenia jest obwód siatkowy lamp.

Odsprzęganie 

Każdy stopień wzmacniacza powinien być odseparowany układem odsprzęgającym. Zasilanie wzmacniacza wielostopniowego zaczynamy od "końca" czyli od wzmacniacza mocy. Każdy stopień wcześniejszy powinien być oddzielony (jego zasilanie napięciem anodowym) filtrem RC (na rysunku powyżej Ro,Co). Rezystor ma oporność kilka, kilkanaście kiloomów, natomiast pojemność kondensatora to 10-50 uF. Dodaje się także mały kondensator odsprzęgający o pojemności ok. 100 nF. Właściwe odsprzęganie stopni wzmacniacza pozwala na uniknięcie sprzężeń (i tym samym wzbudzania się wzmacniacza) poprzez źródło zasilania. 
No i należy pamiętać, iż układ odsprzęgający stanowi także filtr RC z wszelkimi tego konsekwencjami, dlatego wartości RC powinny być odpowiednio dobrane.

 
To okropne buczenie...

Przydźwięk sieciowy i zakłócenia "przydźwiękopodobne" mogą brać się  z trzech źródeł:

1. Źle odfiltrowane napięcie zasilające. Im wzmacniacz ma większe wzmocnienie, tym dokładniej powinno być napięcie odfiltrowane, bowiem jest ono wzmacniane wraz z sygnałem użytecznym. Typowa końcówka mocy  ma wzmocnienie napięciowe ok. 30x, do tego dochodzi przedwzmacniacz, zwykle jest to 1-5x, czyli wzmocnienie może dochodzić do 150x. 
Rada: należy zwiększyć pojemności kondensatorów filtrujących (ale bez przesady), zwiększyć ilość stopni filtrujących RC, zastosować kondensatory o mniejszym ESR (tzw. Low Impedance), które mając mniejszą impedancję lepiej zwierają do masy zakłócenia.
Często włókna żarzenia zasilane prądem zmiennym, wprowadzają zakłócenia słyszalne w postaci brumu, szczególnie jest to dokuczliwe w czułych przedwzmacniaczach. Radą na to może być żarzenie prądem stałym (zob. poniżej).
Czy przyczyną buczenia są zbyt małe pojemności łatwo się przekonać, dodając jeszcze jeden stopień filtrujący - jeśli buczenie się zmniejsza to jest właśnie to!

2. Wpływ pola magnetycznego transformatora zasilającego - wzbudza przydźwięk o częstotliwości 50Hz. Łatwo to wykryć, odsuwając po prostu trafo zasilające od układu i słuchając w głośnikach brumu. 
Rada chyba najprostsza - odsunąć trafo od układu. Jeśli nie ma miejsca to kłopot. Dodam - w zasadzie ŻADNE ekrany z blachy niewiele pomogą, bowiem blacha stalowa o grubości 5 mm zmniejsza natężenie pola magnetycznego (50Hz) zaledwie o połowę. Nieco zmniejsza pole odpowiedni kształt puszki ekranującej trafo i specjalny stop (tzw. mu-metal), ale w kraju jest on chyba niedostępny.
Lepszym rozwiązaniem jest stosowanie trafa toroidalnego, które ma mniejsze pole rozproszenia. Producenci dodatkowo zmniejszają to pole stosując odpowiednie nawijanie i stalową opaskę ekranującą, ale ZAWSZE jakieś pole jest.

3. Złe prowadzenie masy i ekranów. TO JEST najczęstszą przyczyną zakłóceń, które słychać w postaci brumu, który bierzemy za brum sieciowy. Temat rzeka, nie do opisania w kilku zdaniach. Wiedza teoretyczna, a szczególnie doświadczenie praktyczne pomogą w eliminacji tego problemu.
Generalnie:
- należy prawidłowo prowadzić ścieżki masy (zobacz powyżej "Punkt wspólny masy"),
- układy wejścia są bardzo wrażliwe, należy je oddalić od pól zakłócających (np. od transformatora , od ścieżek i przewodów wysokoprądowych),
- wszelkie kable doprowadzające sygnał należy prowadzić kablami ekranowanymi, prawidłowo podłączonymi do masy, lub w postaci skrętki, 
- należy odsprzęgać kolejne stopnie wzmacniacza. Ważną rolę odgrywają kondensatory odsprzęgające - powinny być możliwie blisko lampy, lepiej sprawują się niskoimpendancyjne (Low ESR) .
Jeżeli zbliżenie ręki do lampy czy płytki z układem zwiększa brum, to NA PEWNO przyczyną jest złe prowadzenie masy czy ekranu. Jeżeli dodanie kolejnego kondensatora do zasilacza nie zmniejsza brumu, to przyczyna - jak wyżej.

Zdarza się, że na zakłócenia składa się wiele przyczyn. Jest to trudne do zdiagnozowania i eliminacji, pozostaje wtedy tylko cierpliwe szukanie błędu i eliminacja drogą doświadczeń i dedukcji. Czasem trzeba przeprojektować wzmacniacz od nowa.


Żarzymy stałym prądem
1. W przedwzmacniaczach czy buforach  stosuje się lampy małej mocy, które pobierają stosunkowo mały prąd żarzenia. Daje nam to możliwość zbudowania  taniego zasilacza prądu stałego, którego zaletą, oprócz zmniejszenia przenikania tętnień sieciowych do układu, będzie jeszcze stabilizacja napięcia (i prądu) żarzenia. Ułatwi nam to uruchomienie układu, ponieważ będziemy pewni, że z tej strony przydźwięk sieciowy nam nie grozi, a stabilizacja napięcia poprawi warunki pracy lampy, uniezależniając zasilanie (i tym samym emisję elektronów) od wahań napięcia sieci. 
Zasilanie żarzenia prądem stałym było stosowane oczywiście od dawna - wszystkie przenośne i samochodowe radiowe odbiorniki lampowe były zasilane z baterii lub akumulatora. Nie miały zbyt dużej mocy, ponieważ baterie lub akumulator mają określoną, z reguły niedużą pojemność, co zmusza konstruktorów do stosowania specjalnych "oszczędnościowych" lamp. 
Kilka sposobów zasilania żarzenia:

a)  Jeżeli napięcie zmienne 6,3V wyprostujemy, otrzymamy napięcie stałe, ok. 1,4 razy wyższe (bez obciążenia, po obciążeniu jego wartość będzie zależała od spadków napięcia na uzwojeniach transformatora i na mostku prostowniczym). By zasilać lampy, musimy je zredukować. Najprostszym sposobem jest użycie rezystora o mocy 2-3W i rezystancji tak dobranej, by otrzymać napięcie 6,3 V z tolerancją +/-5%. Wartość rezystora zależeć będzie od zasilacza  a także od rodzaju i ilości lamp. Praktycznie to 0,1 - 1,5 oma, w przypadku "mocnych" lamp  może go nie być. Warto kupić kilka rezystorów o różnych wartościach, by precyzyjnie dobrać napięcie żarzenia. W przypadku trudności z zakupem rezystorów o wymaganej (i niskiej) wartości możemy go łatwo zrobić z kawałka drutu oporowego uzyskanego ze starego rezystora drutowego lub spirali grzejnej, np. od suszarki do włosów. Jedynym problemem jest przylutowanie takiego drutu, ponieważ materiał z którego jest zrobiony lutuje się z trudnością. Pojemności kondensatorów C5 i C8  w takim układzie zasilania powinny być bardzo duże (4700 mikroF), spotkałem (na schematach) po 10 000 mikroF a nawet 20 000 mikroF. 
Jeżeli potrafimy tak dobrać ilość uzwojeń w transformatorze, by po wyprostowaniu otrzymać żądane napięcie, będzie to lepszym rozwiązaniem (czyni tak np. firma Audio Note).

b) Użycie stabilizatorów też jest dobrym rozwiązaniem. W tym przypadku jednak, napięcie zmienne musi być wyższe niż 6,3 V i wynosić przynajmniej 7,5 V (dla  transformatorów o większej mocy), zwykle 8-9V. Można użyć stabilizatora serii 78XX. Stabilizator 7806 da napięcie 6V lecz należy sprawdzić czy prąd żarzenia będzie mieścił się w tolerancji. Jeżeli nie, należy włączyć diodę Schottky'ego pomiędzy nóżkę GND a masę, podniesie to napięcie do wartości ok.6,2V. Dlatego dioda Schottky'ego (ok. 1 zł), ponieważ spadek napięcia na złączu wynosi ok. 0,2V. Jeżeli zastosujemy stabilizator serii 7805 (5 V) to dwie diody krzemowe włączone szeregowo pomiędzy końcówkę 2 stabilizatora a masę podniosą nam napięcie do ok. 6,2V. Jeżeli da nam to zbyt wysoki prąd żarzenia, zastosujmy diodę krzemową i germanową, co da napięcie na wyjściu stabilizatora do ok. 6,10-6,2 V (patrz rysunek). Użycie stabilizatora regulowanego (np. serii 317) pozwoli nam na dokładne wyregulowanie napięcia (prądu) żarzenia. W każdym przypadku  musimy stabilizator izolować od masy za pomocą podkładek, lub przykręcić do oddzielnego radiatora. Stosujmy stabilizatory na odpowiedni prąd ( min 1A a lepiej - 2 A) w zależności od poboru prądu przez lampy i odpowiednio duże radiatory, pamiętajmy też, by były wentylowane. Lampy  serii ECC 81...83 mogą być zasilane napięciem 12,6 V, lub po odpowiednim połączeniu (żarniki połączone równolegle) - 6,3 V. Dla otrzymania napięcia żarzenia 12.6 V, stosujemy  stabilizator 7812 (12V) i diodę krzemową.
Dokładne napięcie uzyskamy stosując stabilizator LM 317 i dzielnik rezystorowy (ostatni schemat na rys. obok). Żądane napięcie obliczamy: Uwy =1,25+(1+R2/R1). R1 powinien mieć wartość niższą niż 1kom (200-300omów). Zamiast obliczać można w miejsce R2 zamontować potencjometr np. 5k i dokładnie ustawić napięcie wyjściowe, a potem wlutować rezystor o odpowiedniej wartości.
 Uwaga. Z moich doświadczeń wynika, iż czasami stabilizator w obwodzie żarzenia powoduje wzbudzanie się wzmacniacza.  Jeżeli słyszymy w głośniku buczenie, podczas poszukiwania przyczyny sprawdźmy czy nie jest nią stabilizacja żarzenia.

c) Gdy nie mamy stabilizatora na odpowiednio duży prąd, możemy zastosować łączenie równoległe dwóch lub więcej stabilizatorów i zasilać każdą lampę oddzielnie. Oczywiście, można stosować inne stabilizatory niż podane na schemacie. Uwaga - nie wolno łączyć WYJŚĆ ze sobą, tylko WEJŚCIA (IN) stabilizatorów, jak na schemacie. Układ sprawdzony, nie sprawia problemów.
d) Współczesne lampy przystosowane są do zasilania żarzenia prądem przemiennym, dlatego długotrwałe zasilanie prądem stałym może powodować niekorzystne zmiany w układzie żarzenia lamp. Zaleca się więc co kilka miesięcy zmianę biegunów zasilania żarzenia, np. poprzez odwrotne przelutowanie przewodów na podstawkach lamp. Można też zastosować przełącznik. Niektórzy konstruktorzy pomijają ten problem, tym bardziej że wiele lamp dostosowanych jest do zasilania tak napięciem zmiennym jak i stałym (AC i DC) - podane jest to zwykle w katalogu lamp.

2. Czasami, przy dużym obciążeniu a słabym transformatorze, spadki napięć na jego uzwojeniach i mostku prostowniczym są tak duże że "braknie" nam napięcia stałego do zasilania żarzenia. Jedyna rada to dowinąć nieco zwojów na transformatorze lub próbować zastąpić zwykły mostek prostowniczy, mostkiem zrobionym z diod Schottky'ego, co pozwoli nam "zaoszczędzić" ok. 0,8V. Diody te nie są drogie (za 1 A/40V zapłacisz ok. złotówkę/szt.)  i mają 2 zalety: są szybkie, tzn. wprowadzają mniej zakłóceń i cecha dla nas ważniejsza - mają niskie napięcie przewodzenia - ok. 0,2 V, w porównaniu do zwykłych które mają 0,6 V - daje nam to znacznie mniejszą moc strat na mostku, po prostu mniej się grzeją. Dzięki niższemu napięciu przewodzenia "oszczędzają" ok. 0,8V co czasem jest jedynym ratunkiem przy zbyt niskim napięciu wyjściowym transformatora.
Oczywiście można użyć też zwykły mostek lub diody prostownicze, pamiętając by miały odpowiedni prąd przewodzenia (min. 1A).
 Zwróćmy także uwagę na to, iż w przypadku poboru dużych prądów żarzenia  mostek mocno się grzeje i jeśli jest zainstalowany na płytce drukowanej, to ciepło przenosi się poprzez ścieżki na kondensatory elektrolityczne - dlatego powinny być zamontowane w pewnym oddaleniu od mostka (a także stabilizatora).
Jedna lampa serii ECC pobiera podczas pracy ok. 300 mA (dwie to 0,6A) przy napięciu 6,3 V, natomiast 150 mA przy 12,6 V. Podczas rozgrzewania się żarników prąd jest dwukrotnie wyższy, dlatego musimy pamiętać o odpowiednim chłodzeniu, tak mostka jak i stabilizatora. Użycie innych lamp wymaga większego prądu zasilania. Np. rosyjska  6N1P wymaga zasilania prądem 600 mA (jedna!) a 6N6P aż 750 mA.  Lampa 6SN7 (6N8S) pobiera 600 mA. Jeżeli chcemy eksperymentować z różnymi lampami, musimy zbudować zasilacz z odpowiednim zapasem mocy, tym bardziej że w przedwzmacniaczu  pracują przynajmniej 2 lampy. Przy dużych prądach żarzenia dają o sobie znać spadki napięć na przewodach zasilających, dlatego trzeba stosować przewody o odpowiednim przekroju, a ścieżki drukowane (o ile stosujesz płytkę) powinny być odpowiednio szerokie, lub  "wzmocnione" poprzez  dolutowanie gołego przewodu na ścieżce.
3.
Transformator zasilający powinien posiadać odpowiednią moc a uzwojenie żarzenia powinno być nawinięte przewodem o odpowiednim przekroju. Jeżeli chcemy stosować napięcie stabilizowane, musimy użyć transformatora o napięciu wyjściowym 7,5-9V, lub go przewinąć. Stabilizator wymaga by po wyprostowaniu napięcie stałe było o 2-3 V wyższe na wejściu (IN) stabilizatora niż na jego wyjściu (OUT), co wymaga  zasilania mostka prostowniczego napięciem zmiennym przynajmniej 7,5-9V.
Napięcie zmienne po wyprostowaniu zwiększa się ok. 1.4 razy, czyli gdy mamy napięcie zmienne na transformatorze np. 7V, po wyprostowaniu otrzymamy 7 x 1.4 = 9,8V. Wystarczy to do zasilania stabilizatora, pamiętać jednak musimy, że użycie transformatora zbyt małej mocy powoduje duży spadek napięcia na jego uzwojeniach. Spadki napięcia występują także na mostku prostowniczym (1-1,2V), co może spowodować że "braknie" nam napięcia potrzebnego do stabilizacji. Praktycznym napięciem wyjściowym na transformatorze jest 7,5-9V, to niższe przy zastosowaniu transformatora większej mocy (np. 60W) i użyciu przewodów o średnicy przynajmniej 1-1,2 mm, natomiast przy użyciu transformatora o mocy 15-25 W, zmienne napięcie wyjściowe powinno wynosić ok. 9V, ze względu na spadki napięć na uzwojeniach. Pamiętajmy o właściwym obliczeniu mocy transformatora, w zależności od ilości i rodzaju lamp (moc  prądu żarzenia + moc zasilania anodowego). 
4.
Pierwszy kondensator po mostku prostowniczym (C5 na rysunku powyżej) powinien mieć dużą pojemność, tym większą im większy prąd będzie pobierany. Zwykle stosuję 2200 - 4700 mF. Po stabilizatorze (C8) powinno wystarczyć 500-1000 mF. Tak przed, jak i po stabilizatorze stosuje się małe kondensatorki ceramiczne o pojemności 100 nanoF, by uniknąć wzbudzania się stabilizatora. Powinno się je zamontować w pobliżu nóżek stabilizatora. Ogólnie zaleca się częste stosowanie  kondensatorów o pojemności 50-100 nF do odsprzęgania poszczególnych stopni tak wzmacniacza jak i zasilacza. Lepiej jest dać o jeden czy dwa kondensatory za dużo, niż za mało.


W większości przypadków żarzenie prądem zmiennym daje doskonałe wyniki. Należy tylko dokładnie zsymetryzować układ żarzenia za pomocą rezystorów lub zastosować dzielone uzwojenie żarzenia. Zasilanie prądem zmiennym gorzej się sprawdza w przypadku lamp bezpośrednio żarzonych a także w układach przedwzmacniaczy które mają duże wzmocnienie, lub sygnał z przedwzmacniacza będzie jeszcze wielokrotnie wzmacniany (np. przez czułą końcówkę mocy). Należy wtedy stosować zasilanie żarzenia prądem stałym lamp przedwzmacniacza które mają największe wzmocnienie.

Zasilanie anodowe
Dobrej jakości prąd anodowy jest niezbędny do zasilania lamp. Tętnienia sieci nie dają się tak we znaki w przypadku żarzenia, jak w przypadku niedokładnego odfiltrowania napięcia anodowego. Oprócz odpowiedniego prowadzenia masy, co ma znaczny wpływ na sprzężenia i poziom zakłóceń, umiejętne skonstruowanie zasilacza może stanowić o sukcesie w naszej pracy.
Najstarszym, najczęściej stosowanym sposobem otrzymania napięcia anodowego jest jego prostowanie za pomocą lampowej diody prostowniczej i filtrowanie za pomocą kondensatorów elektrolitycznych i dławika o dużej indukcyjności, rzędu 10-20 Henrów (rys. u góry strony). Ma to zalety (i wady) i stosuje się we wzmacniaczach mocy, gdzie występują wysokie napięcia i dość duże (jak na lampy) prądy anodowe. W przypadku przedwzmacniaczy i buforów małej mocy, przy zasilaniu stosunkowo niskim napięciem  możemy stosować prostowanie a nawet stabilizację napięcia anodowego za pomocą układów półprzewodnikowych.
1. Prostownik półprzewodnikowy (mostek) powinien być dostosowany do wysokiego napięcia. Dzisiaj nie jest to problemem, mostek prostowniczy 1A/400V kosztuje mniej niż 1 zł. Nie stosujmy mostków (diod) o zbyt małym prądzie przewodzenia, bowiem w filtrach stosuje się duże pojemności kondensatorów, co w momencie włączania zasilacza powoduje przepływ dużego prądu przez prostownik! Można też zastosować w mostku diody tzw. "szybkie" na odpowiednie napięcie, co powinno zmniejszać zakłócenia i dawać "gładszy" prąd, lecz z mojej praktyki wynika, że nie zawsze jest to dobre rozwiązanie.
2.  Kondensatory wysokonapięciowe dużej pojemności są  droższe, mają większe wymiary i mniejsze pojemności, niż "zwykłe". Powinny mieć pewien zapas napięcia, tak by nie uległy przebiciu podczas jakichś zakłóceń spowodowanych naszymi eksperymentami. Dla uzyskania odpowiedniego napięcia pracy, można połączyć dwa jednakowe  kondensatory szeregowo, lecz musimy pamiętać, że pojemność wtedy będzie o połowę mniejsza. Powinno się je  zblokować rezystorami w dużej wartości (400-800 komów) dla wyrównania napięć i rozładowania po zakończeniu pracy (przykład na rys. poniżej z LM317). Nowe kondensatory elektrolityczne, lub długo nieużywane, powinny być uformowane. Polega to na kilkudniowym podłączeniu do zasilacza i stopniowym podnoszeniu napięcia, aż do zbliżonego do nominalnego. Spowoduje to powstanie (regeneracja) dobrej warstwy izolującej tlenku aluminium, likwidację mikroprzebić i zmniejszenie prądu upływu. By przekonać się w jakim stanie są nasze elektrolity możemy włączyć w szereg z zasilaniem miliamperomierz i dokonać pomiaru prądu upływu. Stwierdzimy, iż początkowo dość duży, po kilku dniach formowania zmniejszy się znacznie. Podobnie jak w zasilaczu żarzenia stosujemy kondensatory odsprzęgające 50-150 nanoF, o odpowiednim napięciu pracy.
3. By zmniejszyć tętnienia wyprostowanego prądu stosujemy filtrowanie. 

a) dobre efekty daje użycie dławika bardzo dużej indukcyjności i kondensatorów elektrolitycznych, wg rysunku. Opis dławika podaję na stronie "Transformatory". Zakup odpowiedniego dławika jest trudny, bowiem najczęściej spotykane w sklepach mają "mizerną" indukcyjność rzędu mikro, czasem miliHenrów. Dobry dławik  przypomina transformator sieciowy pokaźnych rozmiarów. Można go nawinąć samemu, lub użyć od starego telewizora lampowego. 

b) częstszym sposobem filtrowania jest użycie filtru RC, składającego się z szeregu kondensatorów i rezystorów odpowiednio połączonych (zob. rysunek). Zasada jest taka: większe wartości rezystorów i kondensatorów dają lepszą filtrację, lecz rezystory powinny mieć taką wartość, by nie powodowały zbyt dużych spadków napięcia anodowego, a tym samym nie ograniczały potrzebnej mocy zasilacza. Gdy zasilacz  wymaga większych prądów, muszą mieć mniejszą wartość i  większą moc (grzeją się). Dla polepszenia filtracji używa się "drabinki" rezystorowo-kondensatorowej, chociaż zwiększanie jej w nieskończoność nie daje dobrych efektów. Zwykle stosuję filtr składający się z 3 rezystorów i 4 kondensatorów elektrolitycznych.  Jakość kondensatora odgrywa dość dużą rolę. Te o dużym prądzie upływu powodują zwiększenie tętnienia, dlatego pamiętajmy o właściwym ich uformowaniu. Rezystory R1-R3 mogą mieć większą wartość niż na schemacie, daje to czasem lepsze efekty. Jednak zbyt duża wartość da duży spadek napięcia i ograniczy wydajność prądową zasilacza. Trzeba wybrać "złoty środek" 

c) aby zmniejszyć tętnienia sieci i jednocześnie stabilizować napięcie zasilania możemy użyć stabilizatora (dowolnego) serii 78xx lub LM 317. W przypadku stabilizatora serii 78 napięcie wyjściowe będzie sumą napięcia tego stabilizatora i użytej diody Zenera. Np. stabilizator 7808 (czyli na napięcie 8V) i dioda Zenera 82 V da nam napięcie wyjścia 88-92 V (diody Zenera mają pewien rozrzut parametrów). Możemy łączyć szeregowo wiele diod Zenera tak, aby uzyskać żądane napięcie - będzie ono sumą  napięć poszczególnych diod Zenera .
Diody Zenera o napięciu 39 V bocznikują stabilizatory tak, by podczas gdy lampy nie są jeszcze rozgrzane i nie pobierają prądu, różnica napięć pomiędzy napięciem na wejściu i na wyjściu stabilizatora nie przekroczyła 40V, co zwykle powoduje jego przebicie.

Jeżeli zamierzamy użyć stabilizatora LM317 musimy obliczyć dzielnik rezystorowy tak, aby napięcie na rezystorze było niższe od stabilizowanego o około 1.2 V. Rezystory R3, a szczególnie R4 powinny mieć większą moc. Osobiście polecam użycie stabilizatorów serii 78, jako mniej kłopotliwe i bardziej niezawodne, chociaż dokładność stabilizacji będzie mniejsza. Podczas prób z LM 317 zniszczeniu uległo kilka tych stabilizatorów. Natomiast stabilizatory serii 78 jak dotąd pracują bezawaryjnie. Stabilizatory powinny być większej mocy, chociaż  prąd płynący przez nie podczas pracy jest niewielki, to podczas włączania, kiedy kondensatory elektrolityczne nie są naładowane, udar prądu jest znaczny. Pamiętać trzeba o użyciu kondensatorów odsprzęgających, umieszczonych w pobliżu nóżek stabilizatora.
Największą zaletą użycia stabilizatora jest znaczne ograniczenie przydźwięku sieciowego, lepsze niż przy użyciu nawet rozbudowanego filtru RC. Ponadto prąd anodowy znacznie mniej "pływa" wraz ze zmianami napięcia czy obciążenia.
Bezawaryjnie udawało mi się stabilizować za pomocą stabilizatorów scalonych napięcia do ok. 100 V. Być może wyższe napięcia dają się stabilizować  za pomocą stabilizatorów, lecz w moim przypadku ze wzrostem napięcia wzrastała ilość "spalonych" układów, więc do stabilizacji wyższych napięć użyłem wysokonapięciowego tranzystora MOSFET.  
Można stosować stabilizatory LM317 AHV, które mają napięcie pracy wyższe - do 57 V ("zwykły" LM 317 może stabilizować napięcia do 37 V).
Są też dostępne stabilizatory na napięcie  do 125V - TL783. Ceny wyższe - zaczynają się od około 6 zł.


d) Najprostszy filtr zbudowany na wysokonapięciowym tranzystorze MOSFET przedstawia schemat obok. 
Jak widzimy składa się z jednego tranzystora mocy typu BUZ, IRF czy tp. o napięciu pracy dostosowanym do napięcia wyprostowanego (wyższym o  30-50%), diody Zenera  D2 (15V), która zabezpiecza bramkę tranzystora przed przebiciem, kilku rezystorów i kondensatów. Ten układ NIE stabilizuje napięcia, lecz znacznie zmniejsza tętnienia napięcia na wyjściu zasilacza.
Obszerniej temat omówiłem przy konstrukcji uniwersalnego zasilacza przedwzmacniaczy lampowych.

 

e) Lampy "od zawsze" były stosowane jako stabilizator, więc poniższy układ nie jest jakąś nowością.
W stosunkowo prosty sposób, za pomocą triody i pentody mocy lub triody-pentody w jednej obudowie można zbudować stabilizator do zasilania wzmacniaczy nie wymagających dużych prądów anodowych (np. przedwzmacniaczy).
Jaka jest zasada działania? 
Pentoda jest "zaworem" włączonym szeregowo w obwód prądu zasilania. Wyprostowane i wstępnie odfiltrowane napięcie podawane jest na anodę, natomiast napięcie stabilizowane "opuszcza" lampę katodą. Sterowanie tym zaworem odbywa się za pomocą triody (dwóch triod) o dużym wzmocnieniu. Napięcie wzorcowe uzyskuje się z diody Zenera włączonej w obwód katody triody sterującej. Do porównania napięcia z wzorcowym używa się dzielnika złożonego z rezystorów R4, R5 i R6 do których w punkcie P dołączona jest siatka.  Jeżeli  użyjesz potencjometru (R5), będziesz mógł w pewnych granicach regulować napięcie. Najwyższe napięcie na wyjściu uzyskamy, gdy w punkcie P, napięcie będzie niższe o ok. 2 wolty od napięcia na diodzie Zenera. Spadek napięcia (strata) na pentodzie będzie zależał od pentody, zwykle wynosi 50-70V i tyle napięcie stabilizowane jest niższe od wejściowego. Dokładność stabilizacji zależy od wzmocnienia układu sterującego, dlatego często stosuje się dwie triody w układzie kaskadowym który to układ daje bardzo duże wzmocnienie. Tym samym więc dokładność stabilizacji jest o wiele większa. Ale jeżeli głownie zależy nam na tłumieniu tętnień sieciowych, powyższe rozwiązanie w zupełności wystarczy.
Problemem jest duża różnica napięć pomiędzy katodą a żarnikiem pentody. Zauważ, że z katody "wychodzi" napięcie stabilizowane, natomiast żarnik ma jedną "nóżkę" uziemioną. Do takich zastosowań konstruuje się specjalne lampy o wysokim napięciu przebicia żarnik-katoda, lub łączy jedną nóżkę żarnika z katodą, a żarnik zasila napięciem zmiennym (jak na rys.).

Napięcia do 250 V i prąd do kilkunastu miliamper możemy stabilizować za pomocą popularnej "telewizyjnej" lampy, triody-pentody, PCL 86 (ECL86). Lampa ta zawiera triodę, o parametrach takich samych jak ECC83 i pentodę o mocy 9 W, dającą prąd anodowy do 36 mA. Trioda ma duży współczynnik wzmocnienia - 100, więc nadaje się doskonale do sterowania pentodą, która z kolei, jak na na tak małą lampkę daje spory prąd, wystarczający do wysterowania małego przedwzmacniacza czy bufora. Lampa serii ECL ma żarzenie 6.3V/0,7 A, natomiast PCL musi być żarzona prądem 0,3A przy napięciu ok. 13-14V. Ponieważ lampy w odbiorniku telewizyjnym zasilane są szeregowo, lampy  serii "P" charakteryzują się tym, że ważniejszy jest prąd żarzenia (0,3A), natomiast różną moc lamp otrzymuje się zasilając żarzenie różnym napięciem (7 - 30 V). Nie wiem jakie jest napięcie przebicia katoda-żarnik, niestety, nie znalazłem w katalogu lamp.
Do stabilizacji większych  prądów produkowane są specjalne lampy dające duży prąd anodowy. O dziwo, częściej spotyka się je we wzmacniaczach lampowych, jako doskonałe lampy mocy. Są to rosyjskie: 6N13S, 6S33S, 6S40S, 6S19P, czy inne, jak 6080. 
 e) Jeżeli nie mamy transformatora o odpowiednio wysokim napięciu wyjściowym do zasilania anodowego lamp, lub nie jesteśmy w stanie go przewinąć proponuję dwa wyjścia:
- zastosować drugi transformator  sieciowy niewielkiej mocy, lecz zasilany w "odwrotnym kierunku", jak na rysunku z lewej. Wartość napięcia wyjściowego transformatora głównego (Tr I) i wejściowego transformatora pomocniczego (Tr II) powinna być zbliżona (przykładowo, na rysunku 12 V). Na wyjściu tego transformatora uzyskamy wtedy napięcie ok. 220 V lub 2x 110 V, jeżeli ma uzwojenie dzielone. Oczywiście prostowanie i filtrowanie napięć według schematów omówionych powyżej. 
"Jeśli mam otrzymać 220 V na wyjściu to po co transformator?" - zapytasz. "Wystarczy przecież wyprostować napięcie sieciowe". Owszem, takie rozwiązania stosuje się, np. w starszych odbiornikach radiowych czy telewizorach. Ale ma jedną  wadę: na chassis (masie) może wystąpić niebezpieczne, zmienne napięcie sieciowe, które, przy niekorzystnym zbiegu okoliczności może Cię nawet śmiertelnie porazić! Natomiast nawet wysokie napięcia, lecz odseparowane transformatorem nie są tak niebezpieczne dla życia. No i ponadto, nieco mniej zakłóceń dostaje się z sieci do układu.
-  niskie napięcie wyjściowe z transformatora zasilającego można podwyższyć za pomocą prostego powielacza napięcia. Układ składający się z 3 diod (D1-D3) i 3 kondensatorów elektrolitycznych (C1-C3) podwyższy nam napięcie  4-5 razy, przy okazji je prostując. Do tego wystarczy prosty filtr RC i mamy gotowy zasilacz wysokiego napięcia. Diody D1-D4, np. prostownicze 1A/200-400V. Kondensatory C1-C3 50-470 mikroF. Im większa pojemność, tym większy prąd możliwy do uzyskania, chociaż wystarczającą wydajność prądową zapewni już 100 mikroF. Jednak większa pojemność kondensatorów, oprócz większej wydajności prądowej, zapewnia także lepsze filtrowanie, dlatego stosuje się kondensatory 470 a nawet 1000 mikroF. 
Jakie napięcie pracy kondensatorów? C1 i C2 powinny mieć ok. 2 razy większe napięcie pracy od napięcia na wyjściu transformatora, natomiast C4 - 4 razy. Dioda D4 pełni ważną rolę - separuje powielacz od filtrru RC zbudowanego  na R1 i C4-C5. Podłączenie filtru bezpośrednio do wyjścia powielacza powoduje, że płynie przez niego duży prąd zwarcia (nawet kilkadziesiąt  mA). 
Oczywiście napięcie wyjściowe transformatora może być inne, powielone napięcie wyjściowe będzie wtedy, jak już wspomniałem, ok. 4-5x wyższe (na biegu jałowym, bez obciążenia). Niestety, w powielaczach napięcie wyjściowe silnie zależy od obciążenia, przy zbyt dużym spada nawet do (prawie) zera. Trzeba  pamiętać o dobraniu odpowiednich napięć pracy kondensatorów tak w powielaczu jak i w filtrze RC. 
Jeżeli powielacz zbytnio podnosi napięcie,  możesz zbudować prosty podwajacz napięcia. 
Są powielacze, składające się z większej ilości diod i kondensatorów, powielające napięcie nawet do kilku tysięcy voltów (np. w telewizorze). 

Kilka rad

Jeżeli, mimo dołożenia kolejnego kondensatora elektrolitycznego przydźwięk sieciowy nie zmniejsza się, winne jest tutaj nie słabe filtrowanie napięcia, lecz niewłaściwe prowadzenie masy! Musisz zmienić konstrukcję zasilacza, wzmacniacza, lub poprawić prowadzenie masy (wspólny punkt, bardzo grube przewody masy, nie można mieszać dużych prądów, z małymi prądami np. wejścia, odpowiednie ekranowanie przewodów wejściowych i wyjściowych, itp.). Nie zdajemy sobie sprawy, że pętlę masy często tworzą interkonekty prawego i lewego kanału, gdy podłączymy je do wzmacniacza czy odtwarzacza CD. Wtedy masa jest "zwierana" w gniazdach wejścia lub wyjścia tworząc pętlę. W pętli masy, w różnych jej punktach, występują  niewielkie (rzędu miliwolt)  różnice potencjałów,  co powoduje powstawanie zakłóceń o charakterze przydźwięku sieciowego. 
W prawidłowym planowaniu płytki drukowanej lub łączeniu przestrzennym (tzw. montaż "na pajączku") dużą rolę odgrywa praktyka i doświadczenie.

Nie musimy starać się uzyskać idealnie "okrągłych" napięć anodowych. Lampy są odporne na znaczny rozrzut parametrów zasilania.  Ważniejszy jest prąd anodowy (punkt pracy lampy), a ten ustalamy przecież za pomocą rezystora katodowego i anodowego (jeśli jest).
Rada praktyczna - na początku, podczas prób, zamiast stabilizatora (w zasilaczu napięcia anodowego) wlutuj tymczasowo rezystor, np. 500 - 1000 omów, natomiast, gdy już przystąpisz do ostatecznych testów (np. odsłuchowych, czy nie "brumi") możesz wlutować stabilizator. Chodzi o to, że budując i uruchamiając układ często dochodzi do przypadkowych zwarć i wyładowań wysokiego napięcia - zniszczyłem w ten sposób niejeden stabilizator. 
Ponadto stabilizatory ulegają przebiciu wtedy, gdy różnica napięć na wejściu (IN) a na wyjściu (OUT) przekracza 40 V. Zapobiega temu bocznikowanie stabilizatora diodą Zenera o wartości 39V, ale tylko do pewnego momentu. Gdy różnica napięcia jest zbyt duża, dioda mocno się grzeje i może ulec "przepaleniu". Dlatego nie włączajmy zasilacza bez obciążenia go lampami, lampy bowiem pobierając prąd, powodują spadki napięć na rezystorach redukcyjnych filtra, tak ze różnica napięć między wejściem a wyjściem stabilizatora nie przekracza dopuszczalnej.

Kondensatory wysokonapięciowe podczas prób i przeróbek powinny być rozładowywane. Moja rada - wlutuj do + zasilania rezystor ok. 1 - 2 k, a do masy kawałek przewodu (lub zastosuj przycisk, przełącznik jest gorszym rozwiązaniem, bo często zapomina się go rozłączyć, co powoduje zwarcie zasilacza przy ponownym uruchomieniu), tak że będziesz mógł je łatwo zewrzeć i rozładować kondensatory. Uchroni Cię to przed nieprzyjemnym wstrząsem. Ponadto przypadkowe zwarcia kondensatorów dużej pojemności powodują błysk, huk, czasem uszkodzenie kondensatora.


Wysokie napięcie jest niebezpieczne!

Prąd elektryczny przepływając przez ciało człowieka może być przyczyną porażenia. 
Wartość prądu, która jeszcze nie wywołuje migotania komór serca wynosi ok. 30 mA przy prądzie przemiennym i ok. 70 mA przy prądzie stałym. Odpowiada to napięciu dotykowemu (dopuszczalnemu długotrwale) o wartości 50 V przy prądzie przemiennym i 120 V przy prądzie stałym.

W warunkach szczególnych zagrożeń (nietypowa wrażliwość danej osoby, mokre ciało, dotknięcie niektórymi, wrażliwymi częściami ciała) napięcia te są niższe i wynoszą 25 V, lub nawet 12 V dla prądu przemiennego i 60 V lub 30 V dla prądu stałego. 

Zachowaj ostrożność! 

Dotknięcie urządzenia pod wysokim nawet napięciem nie jest groźne pod jednym warunkiem - nie będzie przepływu prądu. Stąd doświadczeni elektronicy tak pracują z urządzeniami pod napięciem, by ciało nie tworzyło obwodu zamkniętego. Jednym słowem pracują "z jedną ręką w kieszeni".


 O transformatorach zasilających i dławikach przeczytasz na stronie "Transformator sieciowy"
 

Bibliografia


audio-retro  >> nie tylko lampy >  
I transformatory głośnikowe I transformatory zasilające I zasilanie lamp I elementy elektroniczne I wzory, obliczenia I


powrót do góry >

I strona główna I audio-retro I moje projekty I w wolnym czasie I warto odwiedzić I  

©  2000 - 2012 | Projekt strony: S.C.  |  Wszelkie prawa zastrzeżone