Technics C01 Tube Amp Project cz.2 -zasilacz

Wysokiej jakości wzmacniacz tranzystorowy z zasilaczem impulsowym w roku 1979? Takie „cuda” w tamtych latach można było znaleźć tylko w stajni Technics’a.

Opis zasilacza

Z perspektywy czasu konstrukcja zasilacza którą zastosowano w C01 jest zwyczajnie… prosta.

Jednak to co najbardziej lubię w dobrym sprzęcie to analiza tak profesjonalnie wykonanego urządzenia. Zarówno od strony produkcyjnej, ponieważ użyto najlepszych dostępnych w tamtym okresie elementów konstrukcyjnych jak i od strony projektowej. Konstruktorzy popisali się wiedzą i rozumieniem tematu w zakresie zasilaczy impulsowych i nawet po prawie 40 latach od momentu powstania nie jestem w stanie wskazać ani jednego słabego punktu czy błędu popełnionego na etapie projektu.

Jak już wspomniałem jest to prosta konstrukcja, napięcie sieciowe jest prostowane przez mostek prostowniczy, filtrowane a następnie podane na tranzystory kluczujące. Wzbudzenie następuje poprzez „rozrusznik” na skutek zwarcia diody trisil (D205) Jest to element. o charakterystyce napięciowo-prądowej zbliżonej do triaka, dzięki czemu przekroczenie zadanego napięcia (w tym przypadku ok. 30V) powoduje jego skokowe obniżenie (praktycznie zwarcie) oraz jednoczesny wzrost przepływającego prądu.

Prąd ten następnie przepływa przez bazę i emiter Q202 powodując przepływ prądu przez złącze kolektor-emiter i następnie uzwojenie transformatora który jest sprzężony dodatnio z tranzystorem Q201. Częstotliwość pracy układu jest wyznaczona przez ilość zwojów w transformatorze T203 wynosi w stanie jałowym ok 40kHz i zmienia się nieznacznie przy obciążaniu układu (spada). Wysoka częstotliwość kluczowania (powyżej pasma akustycznego) zapewnia wysoką sprawność zasilacza a przez to małe gabaryty i stosunkowo niewielką moc strat. Dodatkowo taki zasilacz sam w sobie izoluje od przydźwięku sieciowego (brumu) jednak w praktyce w tak małej gabarytowo konstrukcji niewielki przydźwięk „przechodzi” mimo zastosowania układów filtrujących i ekranowania jest on jednak na tak niskim poziomie, że spokojnie można stwierdzić, że wzmacniacz ostatecznie nie ma przydźwięku sieci.

Nie ma również nieprzyjemnego „buczenia” transformatora zasilającego w całkowitej ciszy, wzmacniacz jest totalnie bezgłośny co ma też jedną wadę. Nie raz zapomniałem o tym, że wzmacniacz jest włączony w konsekwencji czego przez kilka godzin „wygrzewał” się bez potrzeby 🙂

Dlaczego producent nie zdecydował się zwiększyć jeszcze bardziej częstotliwości zasilacza do 100-200kHz? Otóż odpowiedź jest prosta, głębokość wnikania pola magnetycznego w przewodnik. Im wyższa częstotliwość tym głębokość wnikania jest mniejsza, prąd płynie po powierzchni drutu nawojowego (naskurkowość) co zmusza do stosowania cieńszych przewodów i jest kłopotliwe w zasilaczach większej mocy. Producent oryginalnie zastosował w uzwojeniu wtórnym plecionkę.

Uzwojenie wtórne plecionka

Uzwojenie wtórne plecionka

Ten zasilacz to pionierskie rozwiązanie a mimo tego i mimo upływu lat większość egzemplarzy działa bezawaryjnie do dzisiaj (te które nie działają wymagają jedynie wymiany elektrolitów w filtrze wejściowym).

Tak to właśnie się robiło kiedyś, w czasach w których elektronikę projektowali inżynierowie a nie księgowi.

Wstęp

Zasilacz we wzmacniaczu tranzystorowym zazwyczaj jest obciążany w miarę zwiększania amplitudy sygnału źródła, tak ma większość konstrukcji. Co za tym idzie moc maksymalna zasilacza podczas codziennego użytkowania jest generowana sporadycznie. Oczywiście każdy producent szanujący swoich odbiorców odpowiednio oblicza zasilacz z dostateczną rezerwą a następnie wykonuje serię testów obciążeniowych pełną mocą aby mieć 100% pewność, że konstrukcja została wykonana poprawnie, również w zakresie odprowadzania ciepła.

Wzmacniacz musi przecież znieść nie tylko pracę w niskich temperaturach ale (co jest gorszym przypadkiem) bardzo ciepłe lub upalne dni.

Końcówka dostarcza moc 2x50W przy obciążeniu 8Ω, razem 100W plus kilka watów na zasilanie sterowania. Przyjmując, że producent założył rezerwę 20%, zasilacz powinien wytrzymać długotrwałe obciążenie ok 130-150W bez uszkodzenia, to tyle teorii a jak jest w praktyce?

Elementami mocy (kluczami) są tranzystory Q201, Q202 (2SC2335), jest to tranzystor przełączający NPN wysokonapięciowy.

Jak widać z powyższych danych całkowita moc tranzystora która nie spowoduje jego uszkodzenia to 40W, tak więc zasilacz pracując w naprzemiennym kluczowaniu może dostarczyć moc ciągłą ok 80W.

Bilans energetyczny

Wzmacniacz będzie zbudowany w oparciu o 8 lamp, cztery lampy sterujące 6N9S (6SL7) oraz cztery lampy mocy 6P6S (6V6). Tak więc bilans energetyczny będzie zawierał następujące składowe w kolejności od największego zapotrzebowania:

  1. moc anodowa
  2. żarzenie lamp
  3. dodatkowa moc potrzebna dla układów sterujących

Moc anodowa, potrzebna do ustawienia punktu pracy lamp sterujących. Punkt pracy lampy wyznaczamy poprzez ustawienie prądu anodowego w zależności od obciążenia czyli od impedancji uzwojenia pierwotnego transformatora wyjściowego.

Założyłem pracę wzmacniacza w  klasie A1 tak więc moc wydzielana w lampach wyjściowych będzie praktycznie zawsze maksymalna bez względu na poziom sygnału wejściowego.

Skupmy się na moment na zapotrzebowaniu energetycznym:

Jedna lampa 6N9S pobiera ok 2,375W mocy na którą składa się:

  • moc potrzebna na żarzenie włókien: 6,3V*0,3A=1,8W
  • moc anodowa: 250V*0,0023=0,575W

Jedna lampa 6P6S pobiera ok 27,3W mocy na którą składa się:

  • moc potrzebna na żarzenie włókien: 6,3V*0,45A=2,83W
  • moc anodowa: (Pa = Iamax * Ua) 0,092A*266V=24,47W

Czyli: (4*2,375W)+(4*27,3W)=9,5+109,2=118,7W, do tego trzeba doliczyć ok 10W na zasilanie układu sterującego oraz przekaźników oraz ok. 20% rezerwy mocy aby tranzystory sterujące nie pracowały na parametrach granicznych. 

Podsumowując aby wzmacniacz pracował stabilnie wydajność powinna wynieść 150-160W

Tak więc okazało się, że będzie niezbędna wymiana tranzystorów kluczujących, zdecydowałem się na tranzystory ST13007 które pracują przy mocy nawet 80W a więc w parze mogą dostarczyć 160W dokładnie tyle ile będzie potrzebne.

W pierwszym etapie który pomijam w poniższej fotorelacji nastąpiło oczyszczenie zasilacza ze zbędnych elementów, głównie przełączających do pracy przy niższym zasilaniu sieciowym (110/120VAC).

Następnie został dodany tymczasowy układ prostowniczy (mostek) oraz filtry pojemnościowy (dwa czarne kondensatory), oraz uzwojenie testowe które zostało obciążone żarzeniem lamp EL34.

Nawinięcie uzwojenia testowego 12V

Nawinięcie uzwojenia testowego 12V

Nawinięcie uzwojeń wtórnych 6,3V oraz 250V:

Uzwojenie wtórne wysokiego napięcia

Uzwojenie wtórne wysokiego napięcia

Powyżej widok uzwojenia wtórnego wysokiego napięcia, ponieważ walczyłem o każdy milimetr aby rdzeń transformatora fizycznie zmieścił się po nawinięciu, użyłem jako przekładki uzwojeń specjalnej cienkiej taśmy elektrycznej wytrzymałem również na wysoką temperaturę. Niestety w trakcie testów taśma została przebita i nawinięcie trzeba było powtórzyć z użyciem dodatkowo przekładki papierowej.

Ostateczny wygląd transformatora:

Wygląd ostateczny

Wygląd ostateczny

Wykonanie dodatkowego radiatora (obrysowany na czerwono) na diody prostownicze wysokiego napięcia oraz drobne zmiany w umiejscowieniu filtra wejściowego

Radiator mostka diód wysokiego napięcia (Schottky)

Radiator mostka diód wysokiego napięcia (Schottky)

Wygląd po zmontowaniu do testów obciążeniowych:

Opis według obrysowanych zaznaczeń kolorami:

  • różowy – mostek prostowniczy 230VAC oraz filtr wejściowy składający się z dwóch elektrolitów połączonych szeregowo (sztuczna masa) oraz symetryzowanych rezystorami
  • granatowy (ciemny niebieski) – tranzystory kluczujące
  • jasny zielony – mostek prostowniczy wysokiego napięcia
  • ciemny zielony – mostek prostowniczy napięcia żarzenia
  • jasny niebieski, żółty, czerwony – filtry wyjściowe

Wygląd ostateczny, elementy zostały unieruchomione specjalnym silikonem do zastosowań w elektronice:

Ostatnim etapem był test obciążeniowy przy pełnej mocy. Zasilacz w takim stanie pracował przez 48h bez przerwy. W międzyczasie sprawdzałem temperatury na poszczególnych elementach pirometrem oraz kamera termowizyjną.

Elementami wydzielającymi największą ilość energii cieplnej były (poza tranzystorami kluczującymi) kondensatory filtra wejściowego oraz transformator. Żaden z elementów nie przekroczył temperatury 60ºC.

Test obciążeniowy

Test obciążeniowy

Modyfikacja zasilacza była dla mnie sporym wyzwaniem, ze względu na brak praktycznego doświadczenia w realizacji takich konstrukcji oraz niewiadomą czy w ogóle zasilacz uda się zmieścić w tak niewielkiej przestrzeni nie projektowanej od zera tylko zmodyfikowanej.

Ostatecznie zasilacz powstał i działa bezawaryjnie.

Po uruchomieniu i sprawdzeniu zasilacza mogłem zabrać się za modyfikację oryginalnej obudowy którą opiszę w części trzeciej. Równolegle mając już gotowy zasilacz mogłem skupić się na dopracowaniu założeń i szczegółów dotyczących toru audio jednak o tym więcej w części czwartej.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.

6 + nine =