Do napisania tego wpisu skłonił mnie projekt wzmacniacza zbudowanego wokół lampy GM70 w ekstremalnym wydaniu: GM70 sterujące GM70 opisany na portalu audiostereo.pl
Konstruktor postanowił zbudować swoją konstrukcję jako jeden wzmacniacz stereofoniczny.
Przyznam, że to dość karkołomny pomysł.
Dlaczego?
Zastanówmy się na przykładzie moich monobloków GM70.
1. Waga
Każdy monoblock waży ponad 30kg. Waży oczywiście chassis, ważą dławiki, których jest wiele, ale i każdy transformator wyjściowy ważący ok 10kg, 3 transformatory zasilające na kanał itp...
Gdyby to ubrać w jedną obudowę i uprościć konstrukcję, może całość ważyłaby nie więcej niż 40kg, co nadal czyni ją niezwykle nieporęczną, co jest niezwykle ważne dla budowniczego DIY, który ciągle coś zmienia, musi go przenosić, odwracać, manipulować we wnętrzu.
2. Wydzielanie ciepła/ energii.
To jest kluczowa sprawa.
Zrobiłem mały eksperyment. Zmierzyłem temperaturę powietrza w pokoju, na poziomie ok 10cm - czyli tam gdzie zwykle stoją monoblocki na wózkach czy podstawkach i na wysokości ok 50cm - gdzie zwykle stawia się wzmacniacz stereofoniczny. W zalezności od tego czy było otwarte okno w pokoju czy nie, różnica wynosiła od 2 do 3 stopni. To ma znaczenie przy chłodzeniu. W moim przypadku to 21C lub 24C.
Zmierzmy teraz ile ciepła wydziala się w środku wzmacniacza.
W anodzie lamp / B+ mam rezystory wyrównujące napięcie pomiedzy szeregowo połączonymi kondensatorami 500V, aby obsłużyć napięcia do 1000V. Mam dwie takie sekcje na kanał. Każda ma w szeregu dwa rezystory 82k co daje 164k ohm. Przy 950V idzie przez nie do masy 950/164000=5.8mA
Moc wydzielana na nich: 5.8mA*950V=5.5W
Dwie sekcje wydzialają więc 11W.
Oczywiście można zwiększyć rezystancję i zmniejszyć moc. Rezystory spełniają jednak jeszcze inną rolę. W przypadku utraty lampy, spada obciążenie układu zasilania anody /B+ i napięcie wzrasta do 1.4x zasialnia i gdyby nie pewne przyjęte obciążenie rezystorami, przekroczyłoby 1000V i stanowiło zagrożenie dla kondensatorów. (można to policzyć np w PSU designer II). To samo dotyczy stopnia zasilającego lampy EML20B z kondensatorami na max 500V. 82k rezystor, zwany także bleederem, ma utrzymywać obciążenie B+ i nie dopuszczać do przekroczenia 500V. Oczywiście rezystory w B+ pełnią też niezmiernie ważną rolę rozładowywywania kondensatrorów w B+ po wyłączeniu zasilania.
Wracając do wydzielanego ciepła. Mamy więc 11W z anody GM70 i na rezystorze 82k w sekcji B+ EML20B mamy 2.5W (450V). W sumie więc 13.5W
W zasilaniu GM70 mamy mostek prostowniczy, przy 3A prawdopodobnie ok 6W wydzielanej mocy i wygładzający dławik o rezystancji 0.85ohm, co daje 7.65W przy 3A.
Dodajmy: 13.5+6+7.65=27.15W
Moduł zasilania lampy EML20B tentlabs ma podane napięcie AC 6.5V. Na wyjściu dostajemy 5V DC 1.4A. Wydziela się więc ok 3W mocy ciepła.
27.15+3=ok 30W
Teraz katody lamp w układzie autobias.
W EML20B mamy 13V i 30mA co daje 0.4W
W GM70 mamy 65V i 120mA co daje 7.8W
Podsumowując: 30W+0.4+7.8=ok 38W
Mozemy dodac do tego nagrzewające sie podstawki itp, czyli na stałe 40W energii się wydziela w środku JEDNEGO monoblocku!
Można to zredukować pewnie o połowę przy dobrej optymalizacji.
Jeżeli teraz mamy jeden wzmacniacz stereofoniczy mamy cały czas 80W mocy grzejące w środku!
Co się dzieje na zewnątrz?
Jeżeli stosujemy prostowanie napięcia grzania GM70, zwykle dajemy po prostowniku kondensator, duży, min 10000uF. Takie rozwiązanie czyli C-R-C lub C-L-C powoduje bardzo duże obicążenie transformatora zasilającego (w przeciwieństwie do obciążenia induckyjnego). Z prostych wyliczeń wydawałoby się, że wystarczy 60W transformator (20Vx3A). Nic bardziej mylnego. Żeby przy takim układzie prostowniczym nie brumił i nie nagrzewał sie zbytnio, potrzeba ok 150-200W trafo na jedną lampę GM70!
Dobry tekst na potwierdzenie moich słów:
www.jacmusic.com
Here is mistake #1 when people design a transformer. A mains transformer is always specified for a resistive load. if you load it purely with a very big capacitor as first element, you have to take a LARGER transformer. So you are going to pull for instance 150 Watt from the transformer, and ALL windings are connected to a rectifier bridge, and then come big capacitors. This is THE classical circuit. Most transformer manufacturers, Lundahl included, say for a capacitor loaded transformer, you must reduce the output capacity of the transformer with 1/3. This is completely normal for all transformers, and of course also for the Lundahls. There are no such transformers on the planet where this makes no difference! reasons is, the charge impulses into the capacitor will saturate the transformer core. Above a certain limit, mechanical hum will occur. So to avoid this, the mains transformer is advised to choose larger as you need. And still, even with the obligated 1/3 oversizing, you may be heading for some residual hum, because it is simpy not the best way.
Wyobraźmy sobie, że mamy małe transformatory (brumienie, ciepło) lub porządne zasilanie wg powyższej reguły, to do wzmacniacza stereo GM70-GM70 potrzebujemy do samego grzania lamp gm70 transformator 800W!!!!
Każda lampa GM70 oddaje ogrom energii. W moim przypadku jest to 870Vx120mA+60W na grzanie=165W! Energia jest promieniowana nie tylko do góry, ale także na boki. Trzeba minimum 5cm wolnej przestrzeni z każdej strony lampy, inaczej dojdą nam dodatkowe problemy z podgrzewaniem tego co obok, np pokrywy transformatorów. Jeżeli mamy 4 lampy, wypromieniowyjemy z samych GM70 4x165W=660W!
Jak widać jest to rozwiązanie dalece niepraktyczne...
Co z obudowami? Jak poradzić sobie z ciepłem dużych i mocnych wzmacniaczy lampowych pracujących w klasie A????
1. Budować monoblocki.
2. Obudowy metalowe, najlepiej miedziane. Wzmacniacz całą obudową oddaje ciepło jak radiatorem. Obudowy drewniane z górną blachą są może ładne ale niepraktyczne z wymienionych wyżej powodów.
Dlaczego miedź? Jest niemagnetyczna, świetnie przewodzi ciepło i nie rezonuje, dzwoni. Jest miękka i ciągliwa. Dość trudna w obróbce ale łatwiejsza od stali i nie pęka na zagięciach jak aluminium.
3. Rozważyć fixed bias.
4. Nawijać transformatory z odczepami z uzwojenia pierwotnego 0-220-230-240, gdzie pod 230V liczone są napięcia uzwojeń wtórnych. Pozwoli to na późniejsze dokładne dostosowanie napięć na wtórnych przez wybór odczepu na pierwotnym. Oszczedzimy sobie rezystorów zbijających napięcie lub problemów z za niskim napięciem.
5. O ile to możliwe wyjmowac radiatory na zewnątrz.
6. Stosować dużo otworów wokół postawek lamp, żeby dać ciepłemu powietrzu wyjść ze wzmacniacza.
7. Stosowac otwory w pokrywach transformatorów.
8. Dobrze izolować transformatory od obudowy. Ja stosuję standardowe okrągłe gumy plus filc.
To wszystko co napisałem odnosi się przede wszyskim do wzmacniaczy klasy GM70.
Do 300B i podobnych wzmacniacz STEREO sprawdza się znakomicie.
Jest jeszcze jeden aspekt przemawiający za monoblokami - krótsze kable głośnikowe, co szczególnie ważne w duzych pokojach jak mój (35m kw.). Wtedy prawie zawsze wystarczą kable głosnikowe o długości 2m.
1m kabel połączeniowy inteconnect wystarczy zwykle do podłączenia moblocków do źródła.
8.02.2013
No comments:
Post a Comment