Семь шагов в электронику - А. Черномырдин

Дело в том, что емкость этого конденсатора нельзя увеличивать выше определенного предела. Практически во всех микросхемах, где в том или ином виде реализован «мягкий старт», параллельно этому конденсатору внутри микросхемы подключен транзистор, предназначенный для экстренного разряда конденсатора (например, при срабатывании токовой защиты). В этом случае после устранения перегрузки микросхема вновь сможет выполнить «мягкий старт». Но если емкость этого конденсатора окажется слишком большой, такой экстренный разряд может просто-напросто вывести транзистор из строя! И в результате у нас возникает дилемма — нужно ставить конденсатор большой емкости и нельзя ставить конденсатор большой емкости. Как быть?

Ну, самое очевидное в нашей ситуации — попытаться поискать что-либо на эту тему в Интернете. Хотя с изрядной долей уверенности можно сказать, что готового решения в нем на этот счет, скорее всего не найдется. Не найдется по той простой причине, что выполнить устройство, к которому одновременно предъявляются несколько взаимоисключающих требований — это уже не инженерная, а изобретательская задача! И при решении этой задачи важно четко определить саму проблему, в этой задаче скрытую.

В нашей книге не время и не место углубляться в теорию изобретательского творчества, скажем только, что одним из основоположников научного подхода к решению изобретательских задач является Г. С. Альтшулер и его интереснейшую книгу «Алгоритм изобретения» (которая, увы, давно стала библиографической редкостью) мы вам настоятельно советуем прочитать.

Отмечу только, что любое решение изобретательской задачи состоит, в первую очередь, в выявлении в этой задаче т. н. «технического противоречия», которое в нашем случае будет звучать так:

♦ для того, чтобы обеспечить как можно более плавное нарастание выходного напряжения стабилизатора, емкость конденсатора должна быть как можно большей;

♦ для того, чтобы не вывести из строя микросхему при срабатывании защиты, емкость конденсатора должна быть как можно меньше.

Инженерный подход к решению задачи подразумевает, что мы с вами должны выбрать конденсатор такой емкости, чтобы он уже был бы достаточен для выполнения первого требования, но еще не настолько большим, чтобы вывести микросхему из строя.

Изобретательский подход к задаче подразумевает совсем другое решение, а именно: нужно сделать так, чтобы заряжался конденсатор как большой-большой, а разряжался как маленький-маленький! И, как только мы сумеем сформулировать задачу именно таким образом, становится очевидным и решение ее — нужно сделать так, чтобы заряд и разряд конденсатора происходил разными путями.

И тут же память наша услужливая подскажет нам очень простенькую схемку (рис. 8.15). Несмотря на простоту, ее следует внимательно изучить.

Рис. 8.15. Вариант решения цепочки плавного пуска

При заряде конденсатора ток в этой схеме проходит по пути «эмиттерный переход транзистора», «конденсатор». Время заряда конденсатора определяется при этом током вывода микросхемы и емкостью конденсатора. Но ток вывода микросхемы идет не только через конденсатор, он проходит и через транзистор, и, вполне очевидно, через транзистор проходит большая его часть (в В раз больше, чем через конденсатор). А это значит, что и время заряда конденсатора в этой схеме будет в В раз больше, чем время заряда «отдельно стоящего» конденсатора. Если учесть, что современные составные транзисторы имеют коэффициент усиления, измеряемый десятками тысяч, то и конденсатор будет заряжаться так, как-будто он имеет емкость в десятки тысяч раз больше его реальной емкости. Разряд же конденсатора происходит по цепи «диод» «конденсатор», где никакого транзистора нет, а значит, и разряжаться он будет обычным образом.

Ну а теперь осталась включить только что рассмотренное схемно-техническое решение в основную схему (рис. 8.16), заново развести плату, спаять устройство и вновь его проверить.

Рис. 8.16. Новый вариант схемы стабилизатора напряжения накала

Да, прогон действительно последний. Напряжение на выходе плавно нарастает, лампы плавно нагреваются, каких-то не в меру горячих компонент в стабилизаторе не обнаружено. Остается самая малость — собрать блок питания и стабилизатор в одну кучу и проверить их совместную работу с нагрузкой.

Блок питания и стабилизатор подсоединены к усилителю. Теперь остается только нажать кнопку «Вкл.» и, наконец, посмотреть (а точнее, послушать), что у нас получилось. Нажимаем кнопку «Вкл.» и ждем, когда лампы прогреются.

Услышанное можно описать только одним словом — «ужас»! Усилитель явственно шипит и шуршит, хотя, надо признаться, столь часто присутствующего фона практически не слышно. Что же является источником столь жутких призвуков при работе усилителя?

Вполне очевидно, что источником этих призвуков является только что изготовленный блок питания, потому что раньше усилитель вел себя вполне пристойно.

Как в нашем случае найти причину такой не вполне нормальной совместной работы усилителя и блока питания? Самый правильный способ нам уже известен — нужно взять осциллограф, и, покаскадно просматривая прохождение сигнала в усилителе, найти место, где рождается этот шум.

Однако, в нашем случае, для того, чтобы локализовать проблему, мы можем воспользоваться более простым и быстрым способом. Сначала снова включим усилитель, дождемся, когда он выйдет на рабочий режим, а затем быстро отключим от него цепи накала.

 Примечание.

Горячие лампы без накала успеют нормально проработать еще несколько секунд. По изменению уровня шума мы сможем определить, какую часть этого шума в усилитель привносят анодные цепи, а какую — накальные. Итак, включаем, ждем нагрева и отключаем накал!

Результат проверки получился весьма впечатляющий — шум почти исчезает, т. е. львиную долю шума в работу усилителя вносят именно накальные цепи. И почти сразу же можно сформулировать гипотезу — шум по цепи накала обусловлен проникновением высокочастотной составляющей через емкость катод-подогреватель. Гипотеза кажется вполне правдоподобной — цепи накала ламп всегда питались либо постоянным током, либо переменным током с частотой 50 Гц. Емкость же катод-подогреватель на лампах, предназначенных для усиления низкочастотного сигнала, никогда не была сколь-нибудь критична для нормальной работы в силу своей малости.

 Примечание.

Но то, что на частоте 50 Гц — малость, на частотах в десятки и сотни килогерц превращается во вселенскую проблему!

Итак, первое, что требуется — улучшить фильтрацию напряжения на выходе стабилизатора. Сейчас у нас на выходе стабилизатора стоит обыкновенный электролитический конденсатор. Но электролитический конденсатор — достаточно низкочастотный прибор, поэтому частоты в десятки килогерц фильтрует достаточно плохо. Обычное в таких случаях решение — зашунтировать его высокочастотным керамическим конденсатором. А еще лучше — собрать полноценный фильтр электромагнитных помех. Например, по схеме рис. 8.17.

Рис. 8. 17. Вариант схемы фильтра ЭМП для стабилизатора напряжения накала

Поскольку переделывать заново плату стабилизатора нас уже просто коробит, выполним пока этот фильтр на навесных элементах «летучим» монтажом. Снова подаем питание на усилитель и слушаем его работу.

Да, фильтр ЭМП явно помог — шум стал значительно тише, хотя еще достаточно слышен. Это по-прежнему именно шум цепей накала, потому что при отключении накала уровень шума вновь снижается, хотя гораздо в меньшей степени, чем прежде. Теперь нужно найти в нашем усилителе «слабое звено», которое сильнее всего реагирует на помехи со стороны цепей накала. Для этого попробуем сначала вынуть из усилителя входные лампы — из того очевидного соображения, что сильнее всего одну и ту же помеху будет «чувствовать» именно входной каскад. Снова подаем питание на усилитель, и снова проделываем все те же самые манипуляции.

Да, шум по цепям накала практически пропал. Выводы таковы, что даже фильтр ЭМП оказывается недостаточным препятствием для помех во входном каскаде усилителя. Выход один — питать цепи накала входных ламп не от ключевого, а от линейного стабилизатора напряжения. Конечно, это потребует разделения цепей накала в усилителе, но во многих высококачественных ламповых усилителях эти цепи и так разделены — из соображений борьбы с фоном.