Нарешті настає момент, коли можна приступити до розгляду закінчених і мають практичне застосування схем блоків високовольтного і низьковольтного джерел живлення. Так як до схеми підсилювача завжди пред'являються більш жорсткі вимоги, необхідно розгляд почати зі схеми джерела живлення, призначеного для предпідсилюючий каскад. Після цього можна буде просто використовувати вже розглянуті в деталях блоки для застосування в інших низькочастотних каскадах.
Однак, перш ніж почати розгляд конкретних схем, необхідно розібратися з технічними вимогами до джерел живлення і їх розумного вибору.
Вибір високовольтного напруги
Хоча параметри джерела живлення повинні задаватися таким чином, щоб відповідати вимогам навантаження (тобто в нашому випадку аудіо підсилювача), попередній розрахунок джерела живлення дає непогану можливість оцінити, як саме необхідно його спроектувати, щоб забезпечити необхідну величину напруги живлення і при цьому уникнути ситуації, коли пред'являються до технічних характеристик блоку живлення надмірні вимоги призведуть до надто великих витрат на етапі практичного втілення його схеми.
У сучасній апаратурі, включаючи як побутову техніку, так і комп'ютери, з метою зниження собівартості, зменшення масо-габаритних показників, на сьогоднішній день найбільш часто використовуються не лінійні, а імпульсні джерела живлення. В імпульсних джерелах живлення мережеве напруга випрямляється безпосередньо (без трансформації), на виході випрямляча використовується накопичувальний конденсатор. В Європі напруга живлення мережі варіюється від 220 до 240 В, що призводить до значення напруги на виході випрямляча близько 325 В постійного струму. В силу цього конденсатори, розраховані на робочу напругу 385 В і мають невелику власну індуктивність, виявляються цілком доступними як по їх номенклатурі, так і за вартістю, що робить їх застосування виправданим. Завдяки цієї причини, конденсатори, розраховані саме на робочу напругу 385 В є найбільш ходовими з відносно високовольтних.
Отже, саме вибір робочої напруги згладжує накопичувального конденсатора часто визначає верхній поріг вибору живильного анодного напруги підсилювача. Виходячи з вищесказаного, на початковому етапі проектування можна вважати, що в наявності є випрямлена напруга 230 В на вторинній обмотці трансформатора і електролітичний конденсатор на робочу напругу 385 В (як найбільш доступний) постійного струму в якості накопичувального. При такому виборі напруги живлення, цілком реалізовується найпростіша схема мостового випрямлення, навантажена на один з згладжуючих фільтрів, розглянутих вище. З урахуванням падіння напруги на стабілізаторах напруги і розв'язують демпферах, встановлених між окремими каскадами, можна припустити, що остаточне значення високовольтної напруги на лампах кожного каскаду можна прийняти рівним приблизно 285 В. Саме з цієї причини більшість схем, розраховувалися виходячи з значення високої напруги 285 В .
Час від часу при проектуванні підсилювачів виникає потреба застосовувати більш високі значення напруги живлення, проте, це викликає дорогі наслідки, що стане цілком очевидним з наступного розділу.
У випадках, коли необхідно використовувати більш високе значення високої напруги, наприклад напруги 430 В для пари ламп EL34, то згладжує конденсатор, розрахований на робочу напругу 450 В (такі конденсатори також доступні у продажу), часто буде надаватися під більш високою напругою в разі, якщо напруга мережі раптом зросте на 10% (значення, яке допускається існуючими нормами на електромережі). Існує два варіанти уникнути пробою конденсатора: або використовувати конденсатор, розрахований на більш високі значення робочої напруги, який, як правило, буде паперовим або плівковим пластиковим типом конденсаторів, що мають невисоке значення ємності, або використовувати послідовне включення однакових по ємкості електролітичних конденсаторів, щоб отримати необхідну значення результуючого робочої напруги такий конденсаторної батареї.
У разі, коли два конденсатора включені послідовно, струм, що протікає по ним, буде однаковим, а заряди, накопичені на їх обкладинках, також будуть рівні (так як Q = It). Якщо значення ємності конденсаторів будуть рівні, то будуть рівні і напруги на них (Q = CV).
На жаль, навіть якщо ємності конденсаторів будуть рівні, малоймовірно, що значення струмів витоку окремо взятих електролітичних конденсаторів виявляться рівними, тому падіння напруги на конденсаторах також виявляться не рівними один одному. З метою вирівняти падіння напруг і оберегти кожен конденсатор від перевищення допустимого робочої напруги на ньому, паралельно кожному конденсатору необхідно буде включити резистор (рис. 6.40), тому що утворюється ланцюг дільника напруги змусить падіння напруги на конденсаторах бути рівними.
Мал. 6.40 Стабілізуючі резистори вирівнюють падіння напруги на конденсаторах
Для того, щоб гарантувати правильну роботу, по ланцюгу подільника напруги повинен буде протікати струм, величина якого повинна, принаймні, в десять разів перевищувати очікуване значення струмів витоку конденсаторів. Для цих цілей найчастіше використовуються резистори з опором 220 кОм. Виходячи з цього, а також з необхідного струму дільника, необхідно розрахувати необхідну потужність розсіювання резисторів. Зрозуміло, - розсіювання цих резисторів є марними втратами енергії.
Набагато більш раціональним способом є використання двох роздільних високовольтних обмоток трансформатора з відповідними ланцюгами випрямлення і згладжування пульсацій, і послідовним включенням результуючих плаваючих вихідних напруг для отримання необхідного значення високовольтної напруги (рис. 6.41). Цей спосіб гарантує, що напруга на кожному з конденсаторів не перевищить допустимого робочого значення, однак, конструкція силового трансформатора при цьому свідомо ускладниться.
Необхідність розряду високовольтних конденсаторів
В обох попередніх схемах, що використовуються для отримання складеного високовольтного конденсатора, призначеного для роботи при напрузі, що перевищують значення робочої напруги кожного з окремих конденсаторів, виявилося, що у одного з конденсаторів його негативний висновок буде від'єднаний від шини з потенціалом землі. Ця обставина має дуже велике значення, так як потенціал металевого корпусу електролітичного конденсатора майже не відрізняється від потенціалу його мінусового виведення. Таким чином, корпусу при підвищеній напрузі повинні бути не тільки ізольовані від земляний шини (або шасі), але так само повинні бути ізольовані відповідним чином, щоб не допустити ураження електричним струмом при випадковому дотику до них.
Мал. 6.41 Схема високовольтного, що перевищує значення 340 В, джерела випрямленої напруги з електролітичними конденсаторами
Високовольтний джерело живлення являє собою джерело підвищеної електричної небезпеки, тому необхідно, щоб завжди робилися заходи для повного розряду накопичувального та інших згладжують конденсаторів після вимкнення живлення устаткування. Отже, в кожному високовольтному джерелі живлення повинна бути передбачена ланцюг з чисто провідникові, підключена до точки з нульовим потенціалом і забезпечує стікання заряду з конденсаторів. Найбільш простим способом здійснити цю мету є підключення резистора з опором 220 Ом і потужністю розсіювання 2 Вт паралельно висновків накопичувального електролітичного конденсатора (як це було зроблено в попередньому випадку), який не тільки розряджає цей конденсатор, але також розряджає послідовно включені високовольтні конденсатори.
У випадках, коли не використовується ламповий випрямляч, а застосований напівпровідниковий, високовольтна напруга при включенні подається в ланцюгу схеми миттєво, і якщо це відбувається до того, як приймально-підсилювальні лампи ще не прогріті, це напруга може скоротити термін служби їх катодів. Різкий стрибок напруги до номінального значення на електролітичних конденсаторах також є вкрай небажаним через, перш за все, високих протікають струмів заряду, тому стає вкрай необхідним розглянути можливі шляхи вирішення даної проблеми.
Якщо підігрівачі катодів будуть постійно перебувати під напругою, то високовольтна напруга могло б подаватися негайно, без небезпеки піддати катоди руйнування емісійного покриття (їх оголення). Підтримка ламп попередньо прогрітими також зменшує час, необхідний для досягнення підсилювальними каскадами номінального режиму роботи з максимальною потужністю. Однак, підтримання робочої температури катода без протікання анодного струму неминуче викликає отруєння катода, що призводить до збільшення шумів лампи. Компромісне рішення полягає в тому, щоб попередньо підігрівачі катодів працювали в режимі зниженого енергоспоживання (черговому режимі, економії) при величині напруги, що становить 60% від номінального значення, а повне значення напруги прикладалася до підігрівників тільки після повного включення апаратури.
Електролітичні конденсатори джерела живлення вимагають захисту від стрибка напруги. Якщо різко подати випрямлена напруга на накопичувальний конденсатор, то цілком ймовірно, що включення буде вироблено саме в ту мить, коли величина синусоїдальної напруги в мережі живлення буде дорівнює саме амплітудному, тобто максимальному, значенням. Миттєве збільшення напруги від значення 0 В до значення 325 В (перша похідна за часом, або швидкість наростання напруги dV / dt = ∞) на виводах конденсатора викличе нескінченно великий (з теоретичної точки зору) протікає струм заряду, який визначається виразом:
Однак, якщо установка увімкнеться знову в момент часу, коли напруга синусоїдальної сигналу буде одно не амплітудному значенням, а нульового, то незважаючи на те, що значення dV / dt для синусоїди буде максимальним для цієї точки, воно все ж матиме якесь кінцеве значення , що призведе до деякого зниження протікає в конденсаторі зарядного струму.
Саме за розглянутими вище причин, подавати високу напругу слід на лампи з заздалегідь прогрітими катодами. Наявність анодних струмів зменшить кидок струму в конденсаторах, а також запобіжить підвищений знос катодів ламп.
Прилади, здатні успішно протистояти цим процесам включення, вже відомі, найчастіше під назвою «включають реле з нульовим напругою», і не уявляють такий вже великий рідкості. Для харчування таких реле потрібно тільки низьковольтне постійна напруга, що дозволяє дистанційно включати джерело живлення анодних ланцюгів, використовуючи постійно включений джерело живлення підігрівачів катодів. Для поліпшення експлуатаційних властивостей апаратури, слід, звичайно, передбачити єдиний вимикач, а за допомогою реле і нескладної електронної схеми забезпечити включення анодного напруги з затримкою, необхідної для розігріву катодів ламп.