Redukcja zakłóceń w lampowych wzmacniaczach m.cz. cz. 1

105ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010 Redukcja zakłóceń w lampowych wzmacniaczach m.cz. Podczas konstruowania wzmacniaczy niskiej częstotliwości przed elektronikiem pojawia się problem maksymalnego obniżenia pozio- mu szumów na wyjściu wzmacniacza. Jest to szczególnie ważne we wzmacniaczach zapisu i  odczytu magnetofonów, wzmacniaczach niskiej częstotliwości z  wejściem mikrofonowym, różnego rodzaju wzmacniaczach studyjnych itp. Z tego powodu opis niektórych me- tod i rozwiązań układowych dających możliwość obniżenia poziomu szumów własnych na wyjściu wysokiej jakości wzmacniacza niskiej częstotliwości może wzbudzić pewne zainteresowanie radioamatorów, zajmujących się konstruowaniem wzmacniaczy podobnych typów. Pod pojęciem napięcia szumów wzmacniacza niskiej częstotli- wości przeważnie rozumiemy pewne zmienne napięcie obecne na wyjściu wzmacniacza przy braku napięcia sygnału na jego wejściu. Szumy na wyjściu wzmacniacza można podzielić na wewnętrzne, po- wstające w samym wzmacniaczu i zewnętrzne, tzn. takie, które trafiły na wejście wzmacniacza razem z napięciem sygnału. Jest oczywiste, że w wypadku idealnego, ?nieszumiącego? wzmac- niacza, przy zerowym napięciu wejściowym (wejście jest zwarte do Redukcja zakłóceń w lampowych wzmacniaczach m.cz. (1) Wydawać by się mogło, że lampy już dawno odeszły do lamusa, a  jednak konstrukcje wysokiej klasy lampowych wzmacniaczy małej częstotliwości cieszą się rosnącą popularnością. Z  tego powodu postanowiliśmy wyjść naprzeciw potrzebom konstruktorów zajmujących się wzmacniaczami lampowymi i  opisać metody redukcji zakłóceń pozwalające na uzyskanie dobrej jakości brzmienia. masy) napięcie wyjściowe wzmacniacza także powinno być równe zeru. Jednak na wyjściu rzeczywistego wzmacniacza zawsze istnie- je pewne napięcie szumu wewnętrznego. Istnienie tego napięcia jest spowodowane następującymi zjawiskami: ? Różnego rodzaju zakłóceniami prądu zmiennego o częstotliwości 50 Hz (przydźwięk sieciowy). Chodzi tutaj głównie o przydźwięk sieciowy wywołany złą filtracją napięcia anodowego w prostow- niku. W przydźwięku obecne są pierwsza i (przeważająco) druga częstotliwość harmoniczna. ? Zakłóceniami innych częstotliwości z  zakresu słyszalnego, nie- związanych bezpośrednio z częstotliwością napięcia zasilającego. ? Wewnętrznymi szumami lamp elektronowych i elementów skła- dowych. W sumarycznym napięciu szumów na wyjściu wzmacniacza lam- powego zwykle ponad 80% energii szumów przypada na zakłócenia spowodowane przez przemienny prąd zasilania i jego częstotliwości harmoniczne (przydźwięk sieciowy). We wzmacniaczach m.cz., przy ich względnie niskiej czułości (rzędu jednostek lub setek miliwoltów) wewnętrzne szumy lamp elek- tronowych nie mają aż tak decydującego znaczenia, jak np. w ukła- dach wzmacniaczy wysokiej częstotliwości pracujących na zakresach fal krótkich i ultrakrótkich. Jednak przy konstruowaniu wzmacniaczy m.cz. o szczególnie wysokich parametrach i dużym współczynniku wzmocnienia, nie sposób zlekceważyć parametrów szumowych lamp pracujących w stopniu wejściowym. notatnik konstruktora Literatura: W.B. Grigorov ????????? ?????? ????? ? ?????????? ?????? ???????? (Sniżienie urownia szumow w  usilitieliach nizkoj czastoty), Moskwa 1956. 106 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010 notatnik konstruktora Rys. 3. Rezystor RX poprawiający dolny próg pasma przenoszenia Rys. 4. Zastosowanie dławika przeciwsob- nego ? zastosowaniu metody kompensacyjnej polegającej na sztucznym wprowadzeniu w skład sygnału napięcia o tej samej częstotliwo- ści i amplitudzie, co napięcie przydźwięku, ale o fazie przesunię- tej o 180°. Przyjrzymy się bardziej szczegółowo wymienionym wyżej me- todom likwidacji przydźwięku sieciowego. Poprawa jakości filtracji napięcia anodowego Znaczne podwyższenie jakości filtracji napięcia anodowego może być osiągnięte poprzez zwiększenia indukcyjności tłumika filtra do 30...40 H, zwiększenie pojemności kondensatorów filtra, zastosowanie filtra typu p itd. W  tym samym celu jest stosowa- ne bocznikowanie anod lamp prostow- niczych do ziemi kondensatorami o pojemności rzędu 0,01...0,02 mF. N i e r z a d k o zwiększenie pozio- mu przydźwięku jest wywołane podwyższonym upływem elektrolitycznych kondensato- rów filtra, co może być wywołane pracą kondensatora przy podwyższonej temperaturze (np. po umieszczeniu kondensatora zbyt blisko lampy pro- stowniczej lub wyjściowej lampy dużej mocy). Znaczne polepszenie filtracji można osiągnąć poprzez zamianą, wyj- ściowego kondensatora filtra na dwa stabiliwolty (gazowe stabilizatory napięcia) typu SG-3S i SG-4S (rys. 1). Zastosowanie stabiliwoltów zamiast wyjściowego kondensatora filtra jest równoważne podłączeniu dużej pojemności (około 500 mF), co oprócz dobrej filtracji napięcia anodowego umożliwia znaczne polepszenie charakterystyki fazowej wzmacniacza w zakresie niskiej częstotliwości (rys. 2). We wzmacniaczach z głębokim sprzężeniem zwrotnym wymaga- nia odnośnie do liniowości charakterystyki fazowej w  zakresie niskich częstotliwości wzrastają. W tym wypadku nie należy pod- łączać napięcia anodowego bezpośrednio do wyjścia dławika-filtra zasilania, używając zamiast tego rezystora (RX na rys. 3). Daje to możliwość obniżenia dolnej granicy pasma przenoszenia do około 20...30 Hz. Tym sposobem można zasilać wszystkie stopnie jakościowego wzmacniacza, oprócz wyjściowego, ponieważ stabiliwolty typu SG-3S i SG-4S mogą stabilizować napięcie we względnie niedużym zakresie prądo- wym, od 5 do 30 mA. Zasilanie wyjściowego stopnia mocy realizuje się tradycyjnie, używając dławika z odczepem, do którego jest podłączony do- datkowy kondensator filtrujący (rys.  3), co W wysokiej jakości wzmacniaczach przy czułości rzędu 0,2...1 mV już zakłócenia o poziomie kilku mikrowoltów tworzą słyszalny przy- dźwięk na wyjściu wzmacniacza. Za dopuszczalny w  praktyce po- ziom przydźwięku można uważać ?60  dB, chociaż w  niektórych wzmacniaczach szczególnie wysokiej jakości wymagany i  osiągany jest poziom przydźwięku rzędu ?80 dB. Sposoby usunięcia przydźwięku Przy konstruowaniu wzmacniaczy wysokiej jakości zwalczanie przydźwięku sieciowego jest zadaniem dość złożonym. Przy czułości wzmacniacza 0,1...0,6  mV zaburzenia rzędu 4...5  mV indukowane w pierwszym stopniu wzmacniacza stwarzają tak silny przydźwięk na wyjściu wzmacniacza, że normalna praca głośników staje się niemożli- wa. Głównymi przyczynami wyniknięcia przydźwięku sieciowego są: ? niedostateczna filtracja napięcia anodowego (przydźwięk pierw- szej harmonicznej 100 Hz po prostowniku dwupołówkowym); ? niedostateczna izolacja między włóknem żarzenia i  katodą w pierwszych lampach wzmacniacza, a także niedostateczna bez- władność cieplna katod tych lamp (przydźwięk 50 Hz i 100 Hz); ? indukowanie zmiennego napięcia i jego harmonicznych na ele- mentach składowych położonych w pobliżu transformatora, dła- wika filtra itp.; ? zastosowanie w pierwszych stopniach wzmacniacza nie dość dobrze ekranowanych elementów, mających wysoką rezystancję i dlatego szczególnie podatnych na indukowanie prądu zmiennego (oporniki rzędu 1 MV i większe, dławiki o wysokiej oporności i innne); ? niesymetryczne uziemienie przewodów żarzenia lub wykorzysta- nie jako jednego z nich korpusu. Zwalczanie przydźwięku sieciowego polega na podjęciu działań w dwóch głównych kierunkach: ? likwidacji przyczyn pojawienia się przydźwięku (np. polepsze- nie jakości filtracji napięcia anodowego, zasilanie żarzenia lamp przedwzmacniacza prądem stałym, bardziej racjonalny montaż i ekranowanie pewnych węzłów wzmacniacza itp.); Rys. 1. Zastąpienie kondensatora wyjściowego stabiliwoltami Rys. 2. Przykład praktycznej realizacji zasilacza wzmacniacza lampowego 107ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010 Redukcja zakłóceń w lampowych wzmacniaczach m.cz. R E K L A M A Rys. 5. Schemat bloku zasilania wzmacniacza lampowego wysokiej jakości znacznie poprawi parametry zasilania. Wysoka jakość filtracji i dobra charakterystyka fazowa w zakresie niskich częstotliwości mogą być też zrealizowane przez specjalny sposób włączenia dławika. Pokazano go na rys. 4. Dławik składa się z dwóch jednakowych uzwojeń W1 i W2, włączonych przeciwsobnie. Przy takim połączeniu strumienie magnetyczne wytwarzane przez składową stałą prądu przepływają- cego przez uzwojenia dławika wzajemnie się kompensują, co stwarza możliwość przepuszczania przez dławik prądu stałego o dużym natę- żeniu, bez zagrożenia nasycenia się rdzenia. Składowa zmienna jest odfiltrowywana przez cewkę W1. Na rys.  5 pokazano schemat bloku zasilania wzmacniacza wy- sokiej jakości, w  którym zastosowano podobne włączenie dławika. Do zasilania przedwzmacniacza i  wyjściowego stopnia mocy użyto dwóch osobnych filtrów z dwucewkowymi dławikami L3 i L4. Wypro- wadzenia ich cewek są połączone przeciwsobnie. Użycie osobnych filtrów, oprócz wysokiej jakości filtracji, zapewnia bardzo dobrą sepa- rację przedwzmacniacza i stopnia wyjściowego. Elementami wyjściowymi każdego z filtrów są odpowiednio cew- ki W3-2 i  W4-2. Kondensator C11 na wyjściu dławika L4 służy do separacji w zakresie wysokich częstotliwości. Dławik L4 ma jeszcze cewkę kompensacyjną W4-3 z  uziemionym środkowym odczepem. Do tej cewki podłączony jest potencjometr R5, na którym otrzymujemy napięcie o odpowiedniej amplitudzie i fazie, przezna- czone do doprowadzenia na katodę pierwszej lampy przedwzmacniacza. Zbudowany według schematu z rys. 5 zasilacz zapewnia dosta- tecznie wysoką jakość filtracji przy około dwukrotnie mniejszych roz- miarach rdzenia, jeśli porównać je z tradycyjnie stosowanymi dławi- kami jednocewkowymi. Uwzględniając nieduże zużycie prądu przez przedwzmacniacz (zwykle około 10...20 mA), dławik L4 można wykonać jako mający znacznie większą liczbę zwojów niż dławik L3. Aby zabezpieczyć dobre warunki pracy lamp prostowniczych, na wejściu filtrów są włączone rezystory R3 i R4. Inną ich rolą jest niwelowanie gwałtow- nych skoków napięcia na kondensatorach elektrolitycznych filtra przy włączeniu prostownika, gdy lampy wzmacniacza jeszcze nie zaczęły pobierać prądu. Do tego samego celu służą rezystory R1 i R2 na sche- matach prostowników z rys. 3 i rys. 4. Uzwojenie pierwotne transformatora sieciowego T1 jest włączone do sieci przez dławiki L1 i L2 o indukcyjności 60 mH. Wspólnie z konden- satorami C3 i C4 chronią one obwody zasilania przed wpływem różnych zaburzeń wysokiej częstotliwości pochodzących z sieci energetycznej. Te same dławiki zapobiegają przedostawaniu się do sieci zaburzeń związa- nych ze stanami nieustalonymi przy włączaniu i wyłączaniu zasilania prostownika. Tę samą funkcję pełnią obwody R1-C1 i R2-C2 boczniku- jące włącznik Wł. Ponadto, zapobiegają one uszkodzeniu styków włącz- nika. Jerzy Grnaderjan jurekl4@gazeta.pl