5.1 Джерело живлення для ламп лампових підсилювачів
Різні каскади підсилювача вимагають різної напруги, поглинають різну кількість струму і є більш-менш чутливими до шуму (наприклад, гулу), що створюється самим джерелом живлення. Блок живлення повинен враховувати ці відмінності.
Блок живлення складається з силового трансформатора, а потім випрямляча та послідовності згладжуючих фільтрів, призначених для різних ступенів, як показано на малюнку 34.
Рисунок 34: Основні компоненти блоку живлення.
Блок живлення складається з ланцюга компонентів, що містить трансформатор живлення, випрямляч і послідовність згладжуючих фільтрів.
Трансформатор приймає в якості вхідного сигналу при своїй первинній обмотці мережу змінного струму V і повертає від своєї вторинної обмотки змінну напругу Vs, що подається на випрямляч. Випрямляч перетворює отриману змінну напругу в постійну напругу Vdc плюс залишкову змінну напругу Vripple, яка називається напругою пульсацій. Це пов’язано з тим, що немає ідеального випрямляча, а залишкова напруга пульсацій змінного струму завжди залишається поверх бажаної напруги постійного струму. Послідовність згладжування фільтрів, що слідують за випрямлячем, має на меті як зменшення постійної напруги до значення, необхідного для відповідної ступіні, так і зменшення напруги пульсацій до значення, допустимого самим каскадом.
Далі ми спочатку обговоримо схеми випрямлячів, потім - згладжувальні фільтри.
5.1.1 Випрямлячі
Напруга мережі повинна бути адаптована до необхідної вакуумних трубок. Наприклад, мережева напруга в Європі становить 230 В. Як правило, цього недостатньо для більшості ламп, які часто потребують більшої напруги. Крім того, напруга мережі є змінним, тоді як вакуумні трубки потребують постійного струму. Тому спочатку необхідний підвищувальний силовий трансформатор, щоб підвести напругу мережі до необхідної напруги. Потім випрямляч перетворює струм змінного струму, який виробляє трансформатор, в струм постійного струму.
На рисунку 35 показана схема трьох дуже поширених типів комбінацій трансформаторів та випрямлячів. На малюнку RL представляє навантаження джерела живлення.
Усі типи випрямлячів усувають негативну напругу, що надходить від сигналу VS. Однак вихідна напруга має форму імпульсу із значним компонентом пульсацій змінного струму. Пульсаційна напруга змінного струму має частоту, рівну частоті мережі, для напівхвильового випрямляча і вдвічі більшу частоту мережі для повновимірних випрямлячів. Випрямлена напруга коливається від нуля до пікової напруги. Пікова напруга, що досягається імпульсами, дорівнює піку змінної напруги Vs. Якщо Vs задано як середньоквадратичну напругу, тоді напруга вигляду дорівнює .
Пульсаційна напруга змінного струму вносить у вихідний сигнал, що виробляється підсилювачем, неприйнятний гуд. Потрібна стабільніша напруга постійного струму, яку можна отримати, розмістивши після випрямляча резервуарний конденсатор і використовуючи послідовність згладжуючих фільтрів, як обговорюється в наступних розділах.
5.1.2 Резервуарний конденсатор
Дуже важливим компонентом для комплектації випрямляча є резервуарний конденсатор CR, з'єднаний між плюсом і землею, як показано на малюнку 36. Він значно зменшує напругу пульсацій і повертає стабільнішу напругу постійного струму.
Пояснюємо використання пластового конденсатора з використанням випромінювача з повною хвилею. Однак це обговорення також можна поширити на інші типи випрямлячів.
Рисунок 36: Конденсатор пласта.
Резервуарний конденсатор CR, з'єднаний між плюсом і землею, значно зменшує пульсації випрямленої напруги.
Ефект резервуарного конденсатора показаний на малюнку 37. Синя форма сигналу відображає вихідну напругу випрямляча, коли не використовується конденсатор резервуара і до джерела живлення не підключено навантаження. Червона пунктирна форма сигналу представляє позитивну імпульсну напругу двох половин вторинного трансформатора з конденсатором резервуару та навантаженням. Спочатку конденсатор заряджається майже до пікової напруги, як зображено червоним твердим сигналом. Коли імпульсна напруга вторинного трансформатора (форма сигналу з червоною крапкою) зменшується нижче напруги конденсатора, струм більше не проходить через діод. У цей момент конденсатор подає навантаження і повільно розряджається. Коли наступна імпульсна напруга перевищує напругу конденсатора, інтенсивний пік струму проходить діод, і конденсатор знову швидко заряджається. Отримана напруга має форму сигналу зубця пилки. Він швидко піднімається під час фаз зарядки. Він повільно опускається під час фаз розряду. Частота така ж, як частота імпульсів, що надходять від випрямляча.
Рисунок 37: Пульсаційне зменшення напруги за допомогою резервуарного конденсатора.
Конденсатор резервуара заряджається майже до пікової напруги протягом кожного напівцикла. Його напруга зображена суцільною червоною формою хвилі. Напруга, що виробляється вторинним трансформатором із резервуарним конденсатором, представлена червоною пунктирною формою сигналу. Коли ця напруга нижче напруги конденсатора пласта, конденсатор подає навантаження і починає розрядку. Коли випрямлена напруга знову досить висока, вона заряджає конденсатор резервуара. Напруга конденсатора резервуара має форму пила, схожу на форму сигналу. Він швидко піднімається під час фаз зарядки. Він повільно опускається під час фаз розряду.
На малюнку видно, що пікова напруга, досягнута конденсатором, як зображено на червоному твердому осцилограмі, нижча за пікову напругу випрямляча без резервуарного конденсатора та навантаження. Це залежить від швидкості, з якою конденсатор заряджається, що, в свою чергу, залежить від
- ємність пласта,
- імпеданс трансформатора,
- і імпеданс навантаження.
З резервуарним конденсатором напруга пульсації все ще виникає, навіть якщо вона набагато менша, ніж напруга, яку виробляє випрямляч. Напруга пульсацій обумовлена фазами зарядки та розрядки конденсатора пласта. З одного боку, зарядка залежить від вихідного опору трансформатора та ємності резервуара. Низький вихідний опір трансформатора та низька ємність збільшують пульсації пікової напруги та зменшують час зарядки конденсатора резервуара. З іншого боку, розрядка конденсатора резервуара залежить від імпедансу навантаження, частоти пульсацій і знову ємності резервуара. Великий опір навантаження, висока частота пульсацій та велика ємність резервуара зменшують падіння напруги розряду.