Меломаны, которые ценят именно классическое, «ламповое» (а не транзисторное) звучание музыкальных записей, знают: анодно-накальный трансформатор для лампового усилителя является безусловно необходимым устройством. Не только потому, что устройство мультифункционально, но и затем, чтобы устранить проблемы, связанные с применением импульсных источников питания в аппаратуре для воспроизведения звука.
Задачи, решаемые анодно-накальным трансформатором
Электронный трансформатор для питания лампового усилителя отвечает за накал ламп. При наличии некоторых конструктивных недостатков – например, падения выходной мощности и необходимости в прогреве ламп – присутствие устройства в схеме лампового усилителя обеспечивает:
- Снижение чувствительности техники к перепадам питающего напряжения.
- Уменьшаются искажения сигнала, источники которых — каскады лампового усилителя.
- Ликвидируется опасная для человека и элементов схемы усилителя анодная составляющая напряжения (300 В).
- В цепи отсутствует подмагничивание.
- Улучшается качество звучания.
Указанные положительные особенности реализуются на фоне мощности лампового усилителя, которая достигает 4…6 Вт (и более, если используемая акустическая система — с хорошей чувствительностью). Коэффициент усиления варьируется за счёт использования ламп с иными характеристиками. Экранирования анодно-накальный трансформатор не требует, но повышает требования к качеству изоляции обмоток первичной и вторичной обмотки: там присутствует опасное для жизни напряжение.
Для реализации преимуществ потребуется подключение усилителей по симметричной мостовой схеме, что упрощает требования к трансформатору: в частности, не нужно фильтровать анодное напряжение, снижаются требования к синхронности накала ламп. Коэффициент трансформации устройства принимается в соотношении не более чем 1:2. Тогда трансформаторы питания для ламповых усилителей обеспечат не только инвертирование фаз, но и сыграют роль согласующих, гарантируя ту самую гальваническую развязку, отсутствие которой часто становится причиной появления неприятных помех и фона.
Важно! Для прогрева элементов схемы лучше начинать прослушивание музыкальных и звуковых фрагментов через 60 минут.
Особенности проектирования и расчёта анодно-накального трансформатора
Как сделать электронный трансформатор для лампового усилителя? Для успешного решения стоит вспомнить некоторые особенности работы ламповых усилителей. Эти усилители считаются устройствами более низкого уровня, чем несимметричные, но зато обеспечивают необходимую выходную мощность.
Проблема двухкаскадного усилителя — неидеальное затухание появляющихся искажений с подавлением четных гармоник. Но, если удается сохранить уровень искажений на низком уровне, то это обстоятельство в дальнейшем не будет влиять на работу схемы.
Другой характеристикой двухкаскадных ламповых усилителей является высокая общая обратная связь, которая используется для получения необходимых значений коэффициента демпфирования. Это важно, поскольку для увеличения выходной мощности часто используются анодные трансформаторы для ламповых усилителей с низким коэффициентом трансформации. Также стремятся любыми способами снизить число промежуточных компонентов, обеспечивающих прохождение сигнала, например, использовать только один межкаскадный конденсатор, а конденсаторы электролитического типа не применять вовсе.
Намоточные данные трансформатора питания для лампового усилителя определяются из тех соображений, что нити накала ламп часто работают при высоком напряжении постоянного тока и требуют обмотки с высоковольтной изоляцией.
Обычно невозможно объединить высоковольтные обмотки с низковольтными обмотками, когда высокое напряжение превышает 3000 вольт постоянного тока из-за опасности пробоя изоляции. Поэтому большие выпрямительные нити должны нагреваться отдельными трансформаторами. Исключение составляют многофазные выпрямители, где ламповые нити находятся под высоким напряжением, и некоторые вторичные обмотки могут объединяться.
Особенности расположения обмоток накаливания
Обмотки накаливания с низкой емкостью иногда требуются для высокочастотных цепей. при небольших номинальных напряжениях, например, для усилителей малой мощности. Здесь воздух занимает преимущественную часть пространства между обмотками. При больших номинальных значениях проблема усложняется, поскольку емкость увеличивается непосредственно по мере того, как растет средняя длина витка катушки для заданного промежутка между обмотками.
По мере увеличения напряжения наступает момент, после которого эффекты утечки потребуют обмотки с масляной изоляцией, после чего емкость возрастает. Существует предельное значение емкости, ниже которого анодно-накальный трансформатор использовать невозможно.
За исключением только что упомянутых отличий, намоточные данные трансформаторов питания для ламповых усилителей мало чем отличается от конструкции небольших силовых трансформаторов обычной частоты переменного тока. Нагрузка постоянна и имеет единичный коэффициент мощности. Реактивное сопротивление утечки не играет роли из-за его квадратурного отношения к нагрузке. Тем не менее, входное напряжение должно быть точно рассчитано, чтобы обеспечить надлежащий срок службы нити накала на лампах усилителя.
В мощных ламповых усилителях часто необходимо защищать нити накала от высокого начального тока, который они потребляют при номинальном напряжении накала. Это достигается путем автоматического снижения пускового напряжения за счет использования ограничивающего ток трансформатора, который имеет магнитное шунтирование между первичной и вторичной обмотками.
Важно! При выборе исполнения ламп необходимо помнить: когда трубчатая нить холодная, то сопротивление нити составляет небольшую долю от ее эксплуатационного значения.
Уменьшение электромагнитных помех от других обмоток
Часто вместо использования нескольких анодных трансформаторов питания используется одно аналогичное устройство, которое содержит несколько независимых обмоток для различных компонентов лампового усилителя.
Основной из них является обмотка блока питания в цепи накала ламп. В этих случаях возникают помехи между отдельными частями схемы. Например, при использовании импульсных источников питания, наличие коротких, но интенсивных импульсов тока усложняют условия функционирования первичной и вторичной обмоток.
Такие импульсы имеют частоту 50 Гц или 100 Гц, в зависимости от типа используемого выпрямителя. Они очень короткие и интенсивные, а также содержат достаточное количество высокочастотных компонентов, которые создают электромагнитные помехи. Эти помехи в дальнейшем распространяются через основные секции трансформатора. Когда помехи достигают обмотки нити накала, они одновременно создают помехи и в катодной цепи. Внешне они воспринимаются как низкочастотный шум, о котором уже упоминалось в начале статьи.
Помехи могут быть уменьшены путем замыкания их на землю с помощью конденсаторов низкой емкости, подключенных с двух концов устройства. Намоточные данные трансформатора питания для лампового усилителя при этом не изменяются.
Интересно, что любой вид трансформатора, встроенного в схему лампового усилителя, способен устанавливать иную частоту звука путем простой регулировки значений омического сопротивления динамиков.
