Устранение фона переменного тока в ламповых усилителях

Одной из главных проблем, с которой приходится бороться при разработке и создании высококачественных ламповых УНЧ, является фон переменного тока. При этом под фоном переменного тока понимается существующее на выходе усилителя помимо полезного сигнала напряжение, которое имеет частоту, равную или кратную частоте напряжения сети питания. Наличие рассматриваемого фона переменного тока в любом звуковоспроизводящем устройстве является очень серьезным недостатком, поскольку такой фон сужает динамический диапазон усилителя и резко ухудшает субъективное впечатление от воспроизводимого сигнала.

Основные причины, вызывающие появление фона в ламповых усилителях НЧ, условно могут быть разделены на несколько групп, две из которых являются основными: пульсации питающих напряжений и наводки переменного тока на различные цепи в усилителе. Поэтому устранение фона должно вестись соответственно в двух направлениях, а именно улучшением фильтрации питающих напряжений и снижением влияния наводок.

Одной из основных причин появление фона в ламповых УНЧ являются пульсации выпрямленного напряжения, питающего цепи анодов и экранных сеток ламп. При этом влияние пульсаций тем меньше, чем выше внутреннее сопротивление лампы. Как известно, внутреннее сопротивление пентодов больше, чем у триодов, поэтому с данной точки зрения в первых каскадах лампового усилителя лучше применять пентоды. Помимо этого добиться уменьшения фона, возникающего из-за пульсаций напряжения, можно усовершенствованием схемы и улучшением параметров выпрямителя.

При использовании дросселя в фильтре источника питания этот элемент в значительной степени определяет уровень фона. Индуктивность дросселя обычно имеет порядок 5-20 Гн и должна мало зависеть от тока нагрузки. Для улучшения фильтрации полезно зашунтировать дроссель конденсатором, величина емкости которого выбирается с таким расчетом, чтобы образовался контур, настроенный на частоту пульсаций (100 Гц при двухполупериодном выпрямлении). Принципиальная схема фильтра с контуром такого типа показана на рис. 1.

Причины возникновения фона переменного тока могут заключаться и в том, что или экранные сетки ламп питаются недостаточно сглаженным напряжением, или анодный ток излишне нагружает элементы сглаживающего фильтра. Так, например, в оконечных каскадах усилителей анодные и экранные цепи ламп часто питаются напряжением с одинаковыми пульсациями. Однако допустимые пульсации экранного напряжения для большинства оконечных пентодов и лучевых тетродов в 20-30 раз меньше, чем пульсации напряжения анода. Поэтому цепи экранных сеток должны питаться через дополнительную сглаживающую цепь.

С целью уменьшения влияния утечки между катодом и нитью накала иногда для первых каскадов усилителя рекомендуется вместо цепей автоматического смещения использовать отдельный выпрямитель с фильтром, с помощью которого формируется постоянное напряжение смещения, подаваемое на сетку лампы. Принципиальные схемы возможных вариантов таких выпрямителей приведены на рис. 2. В качестве источника входного переменного напряжения могут использоваться как обмотка накала (рис. 2, а), так и специальная обмотка (рис. 2, б) силового трансформатора.

В процессе разработки, создания и налаживания высококачественных ламповых усилителей низкой частоты основное внимание следует уделять выявлению и устранению наводок. Дело в том, что в настоящее время в любительских конструкциях УНЧ обычно применяются схемы источников питания, практически не отличающиеся от промышленных образцов, подробно описанных в литературе и проверенных в эксплуатации. Поэтому при исправных элементах и отсутствии ошибок во время сборки выпрямителя влияние пульсации питающих напряжений значительно снижается, а причиной появления шумового фона на выходе усилителя обычно бывают наводки переменного тока.

Наводимые в цепях усилителя паразитные напряжения чаще всего невелики и обычно не превышают нескольких милливольт. Поэтому влияние наводок наиболее ощутимо проявляется в первых каскадах усилителя, где напряжения полезного сигнала соизмеримы с наводимым напряжением фона. Все возникающие в ламповых УНЧ наводки переменного тока условно можно разделить на статические и магнитные.

Обычно статические наводки возникают за счет появления паразитной емкости между какими-либо цепями усилителя, чувствительными к фону, и проводами, по которым протекает переменный ток. Особой чувствительностью к статическим наводкам отличаются, например, цепи сеток ламп входных каскадов. При этом, чем больше сопротивление в цепи сетки, на которую происходит наводка, и чем выше разность потенциалов между этими проводами, тем сильнее наводка. Поэтому наводки переменного тока резко усиливаются, если происходит обрыв в цепи утечки сетки какой-либо из ламп первых каскадов.

Для определения каскада, на который действует наводка, достаточно поочередно замкнуть на корпус управляющие сетки всех ламп усилителя, начиная с первой. Прекращение или резкое уменьшение фона при замыкании сетки одной из ламп свидетельствует о том, что происходит наводка переменного тока на сеточную цепь именно этой лампы. Если наводки в усилителе не обнаружены, но при воспроизведении прослушивается фон, это указывает на то, что напряжение фона поступает на усилитель с устройства, подключенного к его входу.

По сравнению со статическими наводками переменного тока магнитные наводки, как правило, оказывают меньшее влияние, за исключением тех случаев, когда источником наводки является поле силового трансформатора, а объектом — какой-либо элемент усилителя, имеющий обмотку.

Довольно часто создателям любительской ламповой звуковоспроизводящей аппаратуры приходится бороться с наводками, причиной которых является наличие общих цепей для переменного тока и сигнала или же использование общих цепей для переменного и постоянного питающего напряжения. Так, например, не рекомендуется использовать в качестве одного из проводов, подводящих сигнал к входу усилителя, оплетку экранированного провода. Для подведения сигнала лучше всего применить два экранированных провода или двойной провод в общем экране, а общую оплетку соединить с шасси усилителя. При несоблюдении этого правила фон может иметь значительную величину, так как напряжение, наводимое на оплетке, будет подаваться на вход вместе с сигналом.

По этим же соображениям в высококачественных ламповых усилителях НЧ не следует использовать общий минусовой провод или шасси в качестве одного из проводов накала. На рис. 3. приведены примеры неправильного (а) и правильного (б) монтажа первого каскада усилителя, в котором шасси служит одним из проводов накала.

При использовании в первом каскаде усилителя, например, пентода 6Ж1П, неправильный монтаж цепи накала может привести к тому, что увеличение переходного сопротивления контакта на шасси до 0,05 Ом вызовет появление на выходе усилителя значительного фона, эквивалентного подаче на его вход напряжения 3 мВ.

Одним из самых простых и, в то же время, самым эффективным методом предотвращения наводок является применение экранов. Необходимо отметить, что электрические и магнитные экраны должны быть тщательно заземлены, иначе их использование может привести к противоположному результату — усилить, а не ослабить фон. В первую очередь, специальная экранирующая обмотка наматывается между первичной и вторичными обмотками силового трансформатора источника питания. Помимо этого лампы входных каскадов должны размещаться на ламповых панельках со специальными экранами. Тщательно экранировать следует все разветвленные сеточные и анодные цепи первых каскадов, например, какие-либо корректирующие фильтры, помещая все детали данной цепи с монтажными платами в общий экран.

Для подключения источника сигнала к входу усилителя рекомендуется использовать экранированные провода и коаксиальные разъемы, поскольку обычные штыревые гнезда и вилки, имея довольно большие незащищенные поверхности, могут явиться причиной сильного фона.

Все детали, используемые в цепях, чувствительных к фону, для уменьшения наводок должны иметь как можно меньшие габариты. При этом их металлические корпуса также следует заземлять. Необходимо надежно заземлять и массивные металлические элементы конструкции, расположенные вблизи входных каскадов. Особое внимание следует уделять заземлению корпусов переменных сопротивлений, поскольку чаще всего они не соединены с осью потенциометра.

Один из методов, часто используемых для уменьшения фона переменного тока, нередко называют компенсационным. Его сущность состоит в том, что к управляющей сетке одного из каскадов усилителя подводится переменное напряжение, равное по величине напряжению фона, действующему на этой сетке. В результате, если фазы напряжений фона и добавочного сигнала будут точно противоположны, то суммарное напряжение будет равно нулю, а фон окажется скомпенсированным. Главным недостатком этого метода является то, что со временем вследствие старения могут изменяться параметры ламп и других элементов, что приведет к нарушению компенсации. Поэтому применение подобных методов устранения фона в высококачественных усилителях нежелательно.

Компенсационный метод может применяться и для уменьшения пульсаций переменного тока в блоках питания. Так, например, при большом выпрямленном токе сердечник дросселя фильтра значительно намагничивается, что вынуждает увеличивать его сечение для сохранения прежней индуктивности. Однако для уменьшения пульсаций можно намотать на дроссель компенсационную обмотку. Принципиальная схема фильтра с компенсационной обмоткой приведена на рис. 4. К сожалению, полной компенсации получить таким способом не удается, однако уровень фона заметно снижается.

Необходимо отметить, что резкое увеличение уровня фона с одновременным понижением выпрямленного напряжения происходит в случае каких-либо неисправностей элементов выпрямителя, например при повышении утечки электролитических конденсаторов фильтра, потере эмиссии кенотрона или перегорании нити накала одного из диодов кенотрона. Поэтому прежде чем включать компенсационную обмотку, следует убедиться в исправности всех элементов выпрямителя.

Одним из вариантов применения компенсационного метода является подача противофазного сигнала на катод лампы последнего каскада предварительного усилителя. Принципиальная схема такого каскада приведена на рис. 5.

В этом случае с движка подстроечного потенциометра R5, включенного между выводами обмотки накала силового трансформатора по схеме с искусственной средней точкой, снимается управляющий сигнал. Данный сигнал через цепочку R4C2 подается на катод лампы последнего каскада предварительного усилителя. В процессе работы с усилителем регулировкой потенциометра R5 можно на слух установить минимальный уровень фона.

Одним из вариантов уменьшения компенсации фона переменного тока в оконечном каскаде лампового усилителя НЧ с трансформаторным выходом является использование дополнительной обмотки дросселя сглаживающего фильтра выпрямителя. Эта обмотка подключается последовательно со звуковой катушкой и вторичной обмоткой выходного трансформатора. В результате фон переменного тока компенсируется вследствие того, что на звуковую катушку низкочастотного динамика акустической системы подается переменное напряжение, фаза которого противоположна фазе напряжения фона, наводимого во вторичной обмотке выходного трансформатора. Принципиальная схема выходного каскада с подключением дополнительной обмотки дросселя приведена на рис. 6.

Количество витков дополнительной обмотки дросселя зависит от сопротивления звуковой катушки динамика и обычно составляет от 20 до 40 витков медного лакированного провода диаметром 0,8-1,0 мм. Фаза снимаемого с этой обмотки напряжения подбирается опытным путем с помощью изменения порядка подключения выводов.

Естественно, такой способ компенсации можно применять только в том случае, если в схеме источника питания используется сглаживающий дроссель. К тому же с помощью рассмотренной схемы компенсируется лишь та составляющая фона, которая возбуждается в выходном каскаде. Поэтому данный способ компенсации фона переменного тока широкого распространения не получил.

Источник

Избавиться от фона лампового усилителя

Усилители Music Angel

XD500MKIII XD800MKIII XD845MKIII XD845LE XD850MKIII XD8502AIII XD900MKIII T24 фонокорректор

Ламповый усилитель XD500MKIII: EL34, 2х50 Вт Ламповый усилитель XD800MKIII: KT88, 2х65 Вт Ламповый усилитель XD845MKIII: 845, 2х20 Вт Ламповый усилитель XD850MKIII: 300B, 2х9 Вт Ламповый усилитель XD8502AIII: 300B, 2х9 Вт Предварительный ламповый усилитель XD900MKIII: 12AU7, 12AX7

MINI 6 MINI 5.1 MINIP1 MINIL3 MINIP14

Ламповый усилитель MINI 6: KT88, 2х60 Вт Ламповый усилитель MINIP1: 6AQ5, 2х10 Вт Ламповый усилитель MINIL3: EL34, 2х35 Вт Ламповый усилитель MINIP14: 6P14, 2х10 Вт

AZUR H2 HA-02 HA-03B HA-03B2 HA-03M Lunch Box Pro

Ламповые усилители LACONIC HA-02,03B/B2/M: 6N6P, 2х1,2 Вт на 300 Ом

Music Angel One Music Angel 2.5 Music Angel TK-10 DIVA 5.2

Акустическая система Music Angel One: 20 — 100 Вт, 38 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel 2.5: 20 — 200 Вт, 20 Гц — 30 кГц, 86 Дб/Вт/м Акустическая система Music Angel TK-10: 10 — 250 Вт, 45 Гц — 22 кГц, 8 Ом, 97 дБ/Вт/м Акустическая система DIVA 5.2: 10 — 150 Вт, 36 Гц — 20 кГц, 90 дБ/Вт/м

Лампы Кабели

КТ 88: Filament Voltage 6.3 V Filament Current 1.6 A Plate Voltage (max) 800 V Plate Current (max) 230 mA Plate Dissipation (max) 40 W 845: D.C. Plate Voltage 1250 D.C. Grid Voltage -98 Peak A.F. Grid Voltage 93 D.C. Plate Current (ma.) 95 Power Output (watts) 15 21 300B: Filament Voltage 5 V Filament Current 1.2 A Plate Voltage (max) 450 V Plate Current (max) 100 mA Plate Dissipation (max) 40 W

Зарубежные и международные стандарты и определения.

ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ФОНА В УСИЛИТЕЛЯХ

Из числа собственных шумов усилителя наиболее опасным и нежелательным является фон переменного тока с частотой 50 и 100 Гц. Прочие шумы бывают заметны только в очень чувствительных усилителях, с которыми радиолюбитель, как правило, не сталкивается. Если усилитель собран без ошибок и тем не менее имеет значительный уровень фона, то прежде всего следует выяснить, по какой причине этот фон возник. Фон может создаваться накальными цепями, выпрямителем и наводками со стороны сети переменного тока. Чтобы выяснить, какая из причин наиболее существенна, нужно поочередно устранять или ослаблять каждую из них. Исследование цепи накала и выпрямителя производится при замкнутом накоротко входе усилителя. Влияние сети исследуется как при замкнутом, так и при разомкнутом входе.
Снижение уровня фона лучше всего начинать с проверки влияния цепи накала. Для этого нужно отсоединить от трансформатора питания один из проводов накала, а именно тот, который не соединен с шасси. Если в первый момент после отсоединения провода, когда катоды ламп еще не успевают остыть, фон резко снижается, значит, его причиной является цепь накала. В этом случае нужно кратковременно отсоединить один из накальных проводов от панельки первой лампы. Если фон пропадает, то достаточно принять меры по питанию накала только этой лампы. Иногда (очень редко) приходится принимать меры по уменьшению фона от накальных цепей двух первых ламп. Предположим, что отсоединение провода накала первой лампы дало удовлетворительный результат. В этом случае остается еще выяснить, каким образом накал этой лампы создает фон. Одна из возможных причин заключается в том, что анодный ток образуется электронами, вылетающими не только из катода, но и из нити накала, температуру которой (а следовательно, и эмиссионный ток) колеблется значительно сильнее, чем у катода. За счет-этого создается пульсация анодного тока, вызывающая появление фона. Чтобы электроны, вылетающие из нити накала, не попадали на анод, нужно сообщить катоду отрицательный потенциал по отношению к нити накала. Практически это достигается за счет подачи на нить накала положительного потенциала относительно шасси величиной 20-30 В. В этом случае соединение цепи накала с шасси производится через конденсатор большой емкости. Лучше всего применять электролитический конденсатор емкостью около 10-20 мкф с рабочим напряжением не менее 30 В. Постоянное напряжение для цепи накала снимается с делителя напряжения, подключаемого к источнику анодного напряжения (рис. 1). Второй причиной фона от накальной цепи первой лампы могут быть наводки со стороны проводов накала в цепь катода или сетки. Для уменьшения наводок в цепи катода желательно применять конденсатор Ск возможно большей емкости (до 100 мкф). Чтобы уменьшить наводки в сеточной цепи, сопротивление Ro должно быть настолько малым, насколько это позволяет характер источника входного напряжения. Кроме того, нужно попытаться уменьшить фон за счет отсоединения от шасси одного накального провода и присоединения другого. Если все эти меры не дают желаемого результата, то оба провода отключаются от шасси и между ними включается потенциометр сопротивлением порядка 100 Ом. С шасси соединяется движок потенциометра. Это соединение может быть непосредственным или через конденсатор в случае подачи положительного потенциала в накальную цепь. Оба варианта уменьшения фона показаны на рис. 2.
При включении потенциометра переменные потенциалы накальных проводов по отношению к шасси оказываются противоположными по фазе. Поэтому наводимые этими проводами напряжения взаимно ослабляются. Положение движка потенциометра подбирается по минимуму фона. В тех случаях, когда принятие всех перечисленных мер не дает желаемого результата, питание цепи накала первой лампы нужно производить постоянным током. Для этой цели делается низковольтный выпрямитель. Возможная схема его показана рис. 3. На трансформатор питания наматывается отдельная обмотка, дающая напряжение около 10 В. Число витков этой обмотки почти в два раза больше, чем накальной. Конденсатор фильтра должны иметь емкость 500-1000 мкф при рабочем напряжении 12-20 В. Сопротивление фильтра проволочное, такой величины, чтобы на лампе, питаемой постоянным током, было напряжение 5,7—6,3 В. Диоды выбираются в соответствии с током накала лампы и с учетом обратного напряжения. Для большинства ламп достаточно четырех любых диодов серии Д7, например Д7Г, Д7Ж и др. В усилителях с не очень высокой чувствительностью (около 0,2 в) к питанию нити накала постоянным током прибегать не приходится.
Рассмотрим теперь случай, когда повышенный уровень фона вызывается выпрямителем. Для установления причины параллельно выходу выпрямителя нужно подключить дополнительную емкость порядка 40 мкф, которая улучшает фильтрацию. Если фон уменьшается, значит причиной его является плохая фильтрация. Тогда дополнительная емкость подключается поочередно в развязывающую цепь первого, второго и последующих каскадов, чтобы установить, в каком из них нужно улучшить фильтрацию. Нужно также проверить дроссель фильтра и электролитические конденсаторы, так как фон может вызываться недостаточной фильтрацией выпрямленного напряжения. Для уменьшения фона, создаваемого сетью переменного тока, выключатель сети в усилителе не нужно располагать вместе с регулятором громкости. Лучше использовать для этой цели потенциометр, регулирующий низкие частоты, который менее подвержен наводкам, или даже поставить отдельный тумблер. Сетевые провода, идущие к выключателю, должны быть свиты и экранированы общей оплеткой. Для уменьшения фона полезно также каждый из сетевых проводов соединить с шасси через конденсатор емкостью примерно 5000 пф с рабочим напряжением не ниже 400-600 В.
——

Источник