Лучшие конструкции ламповых усилителей звука. Двухтактные ламповые усилители

При конструировании ламповых усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) многие авторы используют выходные каскады, работающие в классе А. Аргументируют они свое решение минимальным коэффициентом нелинейных искажений подобных каскадов. Однако каскады, работающие в классе А, имеют достаточно приличный начальный ток анода (рабочая точка лежит на середине линейного участка характеристики лампы). Следовательно, КПД лампы будет весьма низким. Постоянный ток, протекающий через лампу, будет разогревать ее электроды. Если не предусмотреть принудительного охлаждения ламп, то их электроды будут интенсивно разрушаться. Следует отметить, что при построении усилителей класса А с выходной мощностью 10…20 Вт, еще можно создать компактную систему охлаждения. Но если усилитель рассчитывать, например, на 100 Вт, то придется сооружать весьма громоздкий «охладитель».

Поэтому выгоднее использовать более экономичный режим работы ламп в классе В. Недостатком данного режима является повышенный уровень нелинейных искажений. Связано это с тем, что в данном режиме рабочая точка лампы лежит в более нелинейном начальном участке характеристики лампы. При двухтактной схеме включения ламп это вызывает искажения в виде «ступеньки». Существует весьма простой способ компенсации подобных искажений. Для этого усилитель необходимо охватить глубокой отрицательной обратной связью.

Предлагаемый усилитель питается от двухтрансформаторного источника питания (рис. 1). Трансформатор ТЗ обеспечивает питанием анодные цепи всей схемы и сеточные цепи выходных ламп усилителя, Т4 формирует накальные напряжения, напряжения смещения на сетках выходных ламп и напряжение для питания вентиляторов, охлаждающих усилитель. Для уменьшения уровня фона накал ламп предварительного усилителя осуществляется от источника постоянного тока.

Рис. 1. Двухтрансформаторный источник питания

Принципиальная схема усилителя изображена на рис. 2. На малогабаритном двойном триоде VL1 собран предварительный усилитель. Уровни входных сигналов регулируются переменными резисторами R1 и R2. Сигналы левого и правого каналов подаются на трехполосные регуляторы тембра. Далее сигналы через компенсирующий усилитель на двойном триоде VL2 поступают на фазоинверторы на двойном триоде VL3. Корректирующие RC-цепи, подключенные к катодам триодов VL2, снижают нелинейные искажения усилителя и предотвращают его самовозбуждение на инфранизких частотах. На анодах VL3 получаются противофазные сигналы, необходимые для работы двухтактных выходных каскадов. Противофазные сигналы «раскачиваются» предварительными усилителями на двойных триодах VL4, VL5 до уровней, необходимых для возбуждения выходных ламп VL6…VL9. Оба тетрода в каждой лампе для увеличения отдаваемой мощности включены параллельно. Нагрузкой ламп служат выходные трансформаторы Т1, Т2.

Рис. 2. Принципиальная схема усилителя (нажмите для увеличения)

Трансформаторы согласуют высокое сопротивление ламп с сопротивлением акустических систем.

Усилитель собирается в дюралюминиевом корпусе. Вентиляторы М1 и М2 располагают таким образом, чтобы они обдували выходные лампы. XS1 — гнездо «JACK» или «miniJACK». R1, R2, R11, R13, R15, R17, R19, R21 — любые переменные резисторы подходящего типа. SA1 должен выдерживать ток до 6 А при напряжении питания 220 В. Для Т1 и Т2 используют Ш-образные сердечники с сечением 32×64 мм. Обмотки I, III содержат по 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,4 мм, а обмотки IIа и IIб — по 100 витков того же провода. Обмотка IV содержит 70 витков провода ПЭВ-2 d1,2 мм. ТЗ и Т4 наматываются на тороидальных сердечниках сечением 65×25 мм (Т3) и 40×25 мм (Т4). Т3 имеет первичную обмотку, состоящую из 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм, и вторичную, состоящую из двух обмоток по 570 витков того же провода. Первичная обмотка Т4 состоит из 1600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,31 мм, обмотка II — 500 витков того же провода, III и IV — 52 и 104 витка провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2 показан на рис. 3.

Рис. 3. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2

Налаживание усилителя начинают с источника питания. Снимают с панелек лампы VL6…VL9 и включают питание. При этом должен загореться HL1, а М1 и М2 должны заработать. Измеряют постоянные выходные напряжения, которые должны отличаться от указанных по схеме не более чем на ±10%. Движки регуляторов громкости устанавливают в крайнее правое, а регуляторов тембра — в среднее положение. Временно отключают цепи ООС (R52, С46, С47, R75, С38, С51). На входы ЛК и ПК подают синусоидальные сигналы частотой 1 кГц и амплитудой 250 мВ. Двухканальным осциллографом контролируют противофазные сигналы на анодах ламп VL4, VL5 (их амплитуды должны быть одинаковыми, а форма неискаженной). Устанавливают на место VL6…VL9, а к выходам подключают либо акустические системы, либо (лучше) эквиваленты нагрузки (резисторы 8 Ом х 150 Вт). На выходе также должен наблюдаться неискаженный сигнал. Восстанавливают цепи ООС. Если усилитель будет самовозбуждаться, следует подобрать емкости С38, С47 или резисторы R52, R75. При этом нельзя сильно уменьшать ООС, поскольку соответственно увеличится коэффициент нелинейных искажений. На этом настройка усилителя заканчивается.

В целях правильной эксплуатации усилителя следует помнить, что включение усилителя без нагрузки категорически воспрещается. Несоблюдение данного требования приведет к выходу из строя выходных ламп и трансформаторов.
Смотрите другие статьи
раздела .

Раньше я с предубеждением относился к звучанию двухтактных ламповых усилителей, полагая, что однотакт даст им «сто очков вперед». Почему? Когда-то у меня был двухтактный ламповый усилитель, собранный «по не знаю какой схеме», на лампах EL34. Не звучал он. Но тогда я ещё не собирал усилители. И решил я для себя закрыть этот вопрос, собрав PP на EL34. Тем более, что у меня в загашнике была пара выходных трансформаторов, подаренных одним очень хорошим человеком! Вот таких:

Схема усилителя

Схему выбрал «по Манакову»:
Начал, как всегда, со сборки корпуса. Останавливаться подробно на технологии его изготовления не стану, я подробно рассказал об этом в Как всегда, я собирал усилитель на отдельном металлическом шасси, укрепленном внутри корпуса на стойках. Это позволяет минимизировать количество отверстий в верхней крышке усилителя. Для изготовления корпуса использовал алюминиевый уголок 20×20х2,0, дюралевые листы, толщиной 1,5 мм (для верхней крышки) и 1 мм (для нижней крышки и шасси). Обшивка выполнена из бука, покрашенного морилкой и лаком в несколько слоев. Дюраль покрашен из баллончика. Колпаки для трансформаторов на этот раз использовал готовые, заказав их заранее.

Все механические работы были выполнены на балконе. Использовал раскладной верстак, дрель, электрический лобзик, дисковую шлифовальную машинку ручной фрезер, дремель и профессиональное стусло. За годы радиолюбительства я солидно «оброс» хорошими инструментами. Это позволяет мне выполнять многие сложные работы гораздо быстрее и точнее. Но большую часть из этих работ можно выполнить и вручную. С большей затратой сил и времени, конечно.

Радиодетали, в общем, самые обычные. В качестве разделительных использовал конденсаторы К78-2 и К71-7, все остальное – «солянка сборная».

Лампы EL34 покупал уже подобранными в «четверку».

Трансформатор питания: тор, 270Вх0,6А – анодная вторичка, 50Вх0,1А – вторичка для смещения, 2×6,3×4А – для питания накалов.

Я внес в схему некоторые изменения

Вместо лампы 6Н9С я сначала самонадеянно попробовал применить 6Н2П (ЕВ). В результате получил… «мертвый» звук. Не то! Совсем не то. А отверстия-то под панельки просверлены, и шасси уже установлено. Что делать? Начал искать замену этой лампе. Оказалось, что лампа ECC85 (по отзывам коллег на форумах) «очень даже». Приобрел пару. Изменил номиналы резисторов «обвязки». В анодах 36 кОм (2Вт), катодные резисторы – 180 Ом, смещение при этом около 1,5 В. Сразу скажу, что звуку это очень пошло на пользу!

Селектор входов

Организовал селектор входов на трех реле TAKAMISAWA (по количеству входов), которые коммутируют слаботочный сигнал. Печатную плату для коммутатора не делал, собрал все на макетке. Схема примерно такая:
Красоты ради поставил стрелочные индикаторы. Управляются индикаторы отечественной микросхемой К157ДА1. Схема переделана на однополярное питание, печатная плата прилагается.

Коммутатор, микросхема К157ДА1 и диоды подсветки индикаторов питаются от одного источника стабилизированного напряжения.

Настройка усилителя

Тут я полностью цитирую Манакова:
Первый каскад настраивается по падению постоянного напряжения 1,8-2 В в контрольной точке на катодном резисторе подбором номинала этого резистора. Второй каскад настраивается по падению постоянного напряжения в контрольных точках на катодных резисторах 1 Ом ламп выходного каскада, путём регулировки напряжения смещения на управляющих сетках этих ламп. Падение напряжения на них должно быть 0,035-0,04 В, что соответствует току анода каждой лампы 35-40 мА. Наиболее «экономные» могут снизить токи выходных ламп до 25-30 мА. Я думаю, излишне напоминать о том, что все эти настройки нужно производить в режиме молчания. По переменному напряжению фазоинверсный каскад настраивается при подаче переменного напряжения около 0,5 В с частотой 3 кГц на сетку левого триода лампы 6Н9С, подстроечным резистором в цепи сетки правого триода лампы выставляется одинаковое по величине переменное напряжение на анодах лампы. При этом нужно пользоваться вольтметром с входным сопротивлением не менее 1 мегОм.

Добавлю лишь, что при использовании ламп EL34, токи покоя можно (и нужно!) смело поднимать примерно до 56 — 60 мА, при анодном напряжении около 350 В.

Схемотехническая разработка фазоинвертора

Кажущаяся слишком простой, она все же требует пристального внимания к себе, поскольку имеет несколько «секретов». Первый из таких — это правильный выбор транзисторов по параметрам. Транзисторы VT1 и VT2 не должны иметь значительных утечек между электродами (имеется в виду переходы затвор-исток). Кроме того, транзисторы должны иметь близкие параметры, особенно это касается начального тока стока — сюда наиболее подходят экземпляры с I с.нач. 30-70 мА. Напряжения питания должны быть стабилизированы, правда коэффициент стабилизации блока питания существенной роли не играет, к тому же, отрицательное напряжение можно взять и со стабилизатора усилителя мощности. Чтобы электролитические конденсаторы поменьше вносили своих искажений, они зашунтированы неэлектролитическими — типа К73-17.

Немного подробнее рассмотрим особенности изготовления главного узла в этой схеме — фазорасщепительного (фазоинверсного) трансформатора. От аккуратности его изготовления зависит как индуктивность рассеяния, так и диапазон эффективно воспроизводимых частот, не говоря уже об уровне различных искажений. Так вот, два основных секрета технологического процесса изготовления этого трансформатора таковы. Первое — необходимость отказаться от простой намотки обмоток. Суть метода такой намотки заключается в следующем. Каждая из обмоток состоит из нескольких обмоток, содержащих строго одинаковое количество витков. Необходимо избегать какой бы то ни было ошибки в количестве витков, т.е. разницы в витках между обмотками. Поэтому решено было производить намотку трансформатора давно проверенным способом: используется шесть проводов (например, ПЭЛШО-0,25). Заранее рассчитывают необходимую длину обмоточного провода (не всегда же и не у каждого радиолюбителя окажется под рукой шесть бухт провода одного диаметра), складывают шесть проводов вместе и производят намотку всех обмоток одновременно. Далее необходимо лишь найти отводы нужных обмоток и соединить их попарно-последовательно. И еще, мотать необходимо так, чтобы провода одного витка не расходились в разные стороны далеко-широко один от другого, а держались общего рулона вместе. Мотать же отдельными проводами недопустимо, трансформатор будет буквально «звенеть» во всем диапазоне звуковых частот, индуктивность рассеяния увеличится, возрастут и искажения усилителя мощности из-за асимметрии сигналов на выходах трансформатора. Да и ошибиться очень легко можно при отдельных способах намотки симметричных обмоток. А ошибка в несколько витков дает о себе знать несимметричностью противофазных сигналов. Еще раз хочется сказать о том, что не трансформаторы виноваты в плохой работе некоторых схем, а их конструкторы . Во всем мире весьма расширилось производство ламповых усилителей мощности, их подавляющее большинство содержит разделительные трансформаторы (вернее, согласующие), без которых ламповый каскад (типовая схема двухтактного выходного каскада содержит 2-4 лампы) просто невозможно согласовать с низкоомными акустическими системами. Есть, конечно же, и экземпляры «суперламповых» усилителей мощности, где нет выходных трансформаторов. Их место заняли либо мощные комплементарные пары полевых транзисторов или … батарея мощных ламповых триодов, соединенных параллельно. В нашем случае все гораздо проще. Транзистор VT1 фазоинвертора МОП-типа, включенный по схеме с общим стоком (истоковый повторитель) работает на генератор тока (источник тока), выполненный на транзисторе VT2. Применять мощные полевые транзисторы типа КП904 не следует, у них повышенные входные и проходные емкости, что не может не сказаться на работе этого каскада.

Еще один камень преткновения, серьезная проблема в создании широкополосного трансформатора ожидает конструктора при выборе магнитопровода. Если ваш усилитель мощности будет работать на частотах выше 1 кГц, то можно смело использовать ферритовые сердечники. Но отдавать предпочтение следует экземплярам магнитопроводов с наибольшей магнитной проницаемостью, очень хорошо работают сердечники от строчных трансформаторов телевизоров. Если же усилитель мощности используют в качестве басового варианта, то смело можно применять традиционные Ш-образные пластинчатые варианты магнитопроводов. Необходимо подчеркнуть, что экранировка всех таких трансформаторов почти везде была необходимостью и потребностью. На НЧ хорошо работают и тороидальные сердечники. Кстати, их использование упрощает уничтожение всевозможных наводок со стороны сетевых трансформаторов. Здесь сохраняется «обратимость» преимущества тороидального сердечника — в сетевом варианте он отличается малым внешним полем излучения, во входных же (сигнальных) цепях — он малочувствителен к внешним полям. Что же касается широкополосного варианта (20 — 20 000 Гц), то наиболее правильным будет применение двух разных видов сердечников, размещенных рядом, в одном окне каркаса для намотки обмоток трансформатора. При этом устраняется завал как на высоких частотах (здесь работает ферритовый сердечник), так и на низких частотах (здесь работает трансформаторная сталь). Дополнительного улучшения звуковоспроизведения в области 1-15 кГц добиваются покрытием пластин стального сердечника лаком, как это делают в ламповых усилителях мощности. При этом каждая пластина «работает индивидуально» в составе сердечника, чем и достигается уменьшение всевозможных потерь на вихревые токи. Нитролак высыхает быстро, тонким слоем его наносят простым окунанием пластины в посуду с лаком.

Многим может показаться слишком кропотливой такая технология изготовления трансформатора в фазоинверторе, но поверьте на слово — «игра стоит свеч», ибо «что посеешь, то и пожнешь». А насчет сложности, «нетехнологичности» можно сказать следующее — за один выходной день удавалось без спешки изготовить два таких трансформатора, да и распаять их обмотки в необходимом порядке, что не скажешь о выходных трансформаторах для ламповых усилителей мощности.

Теперь несколько слов о количестве витков. Теория требует увеличения индуктивности первичной обмотки (I), с ее увеличением расширяется диапазон воспроизводимых частот в сторону более низких частот. Во всех конструкциях вполне достаточной была намотка обмоток до заполнения каркаса, диаметр провода применялся 0,1 — для 15 жил, 0,15 — для 9 жил и 0,2 для 6-жильного варианта. В последнем случае использовался и имеющийся ПЭЛШО 0,25.

Для тех же, кто не переносит трансформаторы, есть и бестрансформаторный вариант:

Файлы

Чертежи печатных плат эл. дросселя и уровнемера: ▼ В качестве силового трансформатора был выбран трансформатор МЕ–225 фирмы ISO Танго . Рис. 3.
Трансформатор МЕ–225со следующими параметрами:Напряжение на первичной обмотке (действующее значение) U1 AC = 230V Паспортные напряжения на вторичных обмотках (действующие значения) U2 AC = 400V–360V–0–100V–360V–400V (для питания анодных цепей используются отводы 360V). Номинальный ток анодной обмотки, протекающий через отвод 400V I2 AC = 0.225A.Паспортная мощность трансформатора (расчитанная по вторичным обмоткам):P2 = 2 x 5.0V х 3.3A + 6.3V х 3.3A + 10V x 3.3A + 400V x 0.225A = 177VA
Расчёт потребляемой мощности анодных и накальных цепейАнодная обмотка
ток покоя выходных ламп: 2 х 65мА = 130мА ток покоя драйверной лампы: 27мА ток покоя входного каскада: 3.8мА ток делителя смещения (bias) накала » верхней» лампы входного каскада: 2.5мАСуммарный ток покоя (ток, протекающий через половину анодной обмотки трансформатора в течение полупериода): 130 + 27 + 3.8 + 2.5 = 163.3мА (164мА).Напряжение, приложенное к аноду кенотрона в течение полупериода: U2 AC = 360VМощность, потребляемая с анодной обмотки: 2 х I2 AC х U2 AC = 2 х 0.164 х 360 = 118VA.
Накальные обмотки
ток накала кенотрона GZ34: 1.9A (два кенотрона – 3.8А) ток накала выходной лампы КТ88: 1.6А (две выходные лампы – 3.2А) ток накала драйверной лампы EL38: 1.4А ток накала входной лампы 6J5G: 0.3А (в расчёт принимается только одна «верхняя» лампа, поскольку накал «нижней» лампы запитывается от отдельного трансформатора)Суммарный ток накальных обмоток: 3.8А + 3.2А + 1.4А + 0.3А = 8.7А.Мощность, потребляемая с накальных обмоток: 5.0V х 3.8А + 6.3V x 3.2А + 6.3V x (1.4А + 0.3А) = 19 + 20.6 + 10.7 = 50.3VA.Суммарная потребляемая мощность со вторичных обмоток трансформатора: Р 2 = 118VA + 50.3VA = 168.3VA.
Особенности подключения трансформатора
Накальные обмотки 0–5V 3.3А запаралелены для питания накала 2х кенотронов.Обмотка 0–5.0V–6.3V 3.3A с отводом от 6.3V используется для питание накалов «верхней» лампы входного каскада и драйверной лампы. Нижний по схеме вывод этой обмотки подключен к делителю напряжения, так что половина анодного напряжения входного каскада (постоянное смещение) «поднимает» потенциал накала этих ламп с целью убрать разность потенциалов между катодами и нитями накала.Обмотка 0–6.3V–10.0V 3.3A с отводом от 6.3V используется для питания накалов выходных ламп.Поскольку к «нижней» лампе входного каскада не подводится постоянное смещение, то для питания накала «нижней» лампы, а так же схемы задержки подачи анодного напряжения, используется отдельный накальный трансформатор Т2 266JB6 от Хаммонда.Измеренное активное сопротивление одной половины анодной обмотки трансформатора = 41.3Ω (отвод 400V) или 37.2Ω (отвод 360V), второй половины – 43.3Ω (отвод 400V), или 39Ω (отвод 360V) можно считать среднее значение сопротивления половины анодной обмотки трансформатора R ТР2 = 42.3Ω (отвод 400V) или 38.1Ω (отвод 360V).Коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки ко вторичной или отношение напряжения на первичной обмотке к напряжению на вторичной обмотке) для анодной обмотки 2 х 360V:n Р = U А / U2 АС = 230V / (2 х 360V) = 0.32.Измеренное сопротивление первичной обмотки трансформатора R ТР1 = 4.4Ω.Приведенное ко вторичной обмотке сопротивление трансформатора R ТР = R ТР2 + R ТР1 / n Р = 90Ω.

Работа выпрямителя на статическую нагрузку

При отсутствии входного звукового сигнала, для выпрямителя усилитель является статической нагрузкой с потребляемым от источника питания анодным током I Р = 164мА и накальным током I F = 8.7А.
Рис. 4.
Падение напряжения на анодной обмотке трансформатора.
Потребляемый статический ток I Р = 164мА, протекающий через половину анодной обмотки трансформатора с активным сопротивлением 90Ω / 2 приведёт к падению напряжения на ней, равному 0.164А х 45Ω = 7.4V. Поэтому напряжение U Р, подаваемое на анод кенотрона, будет равно U2 АС – 7.4V = 352V.
Падение напряжения на кенотроне.
Предполагается использовать два запараллеленных кенотрона, поэтому через один диод будет протекать только половина тока, т.е. 164 мА / 2 = 82мА. Для лампы GZ34 определяется из паспортных данных (см. ) для тока 0.082А падение напряжения на одном диоде составит 13.5V.
Рис. 5.
Анодная характеристика кенотрона GZ34 (описание лампы (by Philips Data Handbook) взято с сайта frank.pocnet)Таким образом суммарное падение напряжения на активном сопротивлении половины анодной обмотки трансформатора и кенотронах ΔU = 8V + 13.5V = 21.5V.Прямое напряжение, приложенное к анодам кенотрона на холостом ходу выпрямителя U P0 = √2 х U2 AC = √2 х 360V = 509V. До этого напряжения должен зарядиться первый конденсатор фильтра при отсутствии нагрузки.Рабочее напряжение первого конденсатора фильтра должно быть примерно на 10% больше, чем расчётное напряжение, т.е. 509 + (509 х 0.1) = 560V (600V).Поскольку анодная обмотка и первый конденсатор фильтра включены по отношению к кенотрону последовательно, то в момент отрицательного полупериода напряжения, приложенного к аноду (кенотрон заперт), катод кенотрона находится под положительным напряжением первого конденсатора фильтра Uс. Таким образом, между анодом и катодом кенотрона появляется удвоенное амплитудное напряжение вторичной обмотки (Peak Inverse Voltage) Uобр = 2 х U P0 = 2 х 509 = 1018V.Амплитудное значение напряжения на катоде кенотрона:U К = √2 x (U2 AC – ΔU) = √2 x (360V – 21.5V) = 479V.Амплитуда пульсаций напряжения на конденсаторе С1 ёмкостью 47μF:U C1 ~ = Iвых / (2 x f C x C) = 0.164 / (2 x 50 x 47e –6) = 35V (p–p).Выпрямленное напряжение на конденсаторе U С1 = U К – U C1 ~/2 = 479 – 35/2 = 461V.При этом можно считать нагрузку выпрямителя активным сопротивлением R Н = Uвых / Iвых = 461 / 0.164 = 2811Ω. (с учётом активного сопротивления дросселя – 40Ω нагрузочное сопротивление выпрямителя станет равным 2851Ω).

Расчёт индуктивного фильтра (Блок «B»)

Для дальнейшего снижения пульсаций использован индуктивный фильтр (см. рис 6), построенный на дросселе LC–3–350D фирмы ISO Танго со следующими параметрами:L = 3Гн. I НОМ = 350мА I MAX = 450мА R = 40Ω
Рис. 6.

Индуктивный фильтрПоскольку дроссель обладает активным сопротивлением, то напряжение на выходе фильтра (U C2) будет меньше входного напряжения (U С1) на величину I Р х 40Ω. Для статической нагрузки 164мА это падение составит 6.6V, таким образом напряжение на конденсаторе С2 при токе нагрузки 164мА составит 454.4V.Коэффициент фильтрации индуктивного фильтра К Ф = 4 х π 2 х f 2 x L x C2, гдеf – частота пульсаций фильтруемого напряжения (для двухполупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна 100Гц). L – индуктивность дросселя, Гн. С – ёмкость следующего за дросселем, конденсатора (С2), Ф. показывает во сколько раз напряжение пульсаций на выходе фильтра меньше напряжения пульсаций на входе фильтра, т.е. К Ф = U C1 ~ / U C2 ~.Таким образом, для выбранного конденсатора С2 = 470μF, К Ф = 4 х π 2 х 100 2 x 3 x 470e –6 = 556.6 и напряжение пульсаций на выходе фильтра U C2 ~ = U C1 ~ / К Ф = 35 / 556.6 = 0.063Vp–p.Рабочее напряжение конденсатора на выходе дросселя в силу незначительного напряжения пульсаций, может быть выбрано примерно на 5% больше выходного напряжения фильтра = 454.4V + 0.05 х 454.4V = 477V (представляется возможным использование конденсатора со стандартным рабочим напряжением 550V).Дополнительная фильтрация пульсаций может быть достигнута фильтром — пробкой, состоящим из дросселя L1 и подключенного параллельно ему конденсатора С3. Если вход и выход дросселя фильтра шунтировать конденсатором, то получится паралельный резонансный контур (резонанс токов), имеющий для резонансной частоты максимальное сопротивление. Такой контур можно рассчитать для резонансной частоты 100 Гц исходя из следующего условия:Условие резонанса токов: Y C = Y L (где Y — проводимость) откуда ωC = 1/ωL, откуда ω = 1/√(LC). При том, что ω = 2π f, получаем f (100 Гц) = 1/(2π √(LC)). Для индуктивности дросселя 3 Гн значение шунтирующей ёмкости будет равным: C ш = 1/(L x (2 x π x f) 2) = 1/(3 x ((2π x 100) 2)) = 0.844μF (выбрано стандартное значение 0.82μF).Минимальное значение тока, протекающего через дроссель: I МИН = 2 x √2 x U C2 / (6 x π 2 x f x L) = 2 x √2 x 461V / (6 х π 2 х 100 x 3) = 73мА. Если величина потребляемого нагрузкой тока меньше этого минимально допустимого значения, то сглаживающий конденсатор, включенный после дросселя будет заряжаться импульсами напряжения до амплитудного значения напряжения на катоде кенотрона под нагрузкой (т.е. до 479V).

Расчёт гасящих резисторов для анодных напряжений каскадов усилителя (Блок «B»)

Расчётное значение анодного напряжения выходного каскада усилителя U B1 = 452V при токе I B1 = 130мА.Заданное значение анодного напряжения драйверного каскада усилителя U B2 = 320V при токе I B3 = 27мА, таким образом, величина гасящего резистора будет равна (U B1 – U B2) / (27мА + 4мА + 3мА) = 3.9кΩ. Рассеиваемая мощность на этом резисторе будет равна (U B1 – U B2) х (27мА + 4мА + 3мА) = 4.5WЗаданное значение анодного напряжения входного каскада усилителя U B3 = 250V при токе I B3 = 4мА, таким образом, величина гасящего резистора будет равна (U B2 – U B3) / (4мА + 3мА) = 10кΩ. Рассеиваемая мощность на этом резисторе будет равна (U B2 – U B3) х (4мА + 3мА) = 0.5WЗаданное значение тока через делитель напряжения смещения I = 3мА, поэтому величина общего сопротивления делителя будет равна U B3 / 3мА = 83кΩ.

Расчёт цепи задержки подачи анодного напряжения (Блок «С»)

Постоянная времени цепи задержки τ = C x (R1 x R2 / (R1 + R2)).при значениях С = 100μF, R1 = 470кΩ, R2 = 680кΩ имеем τ = 28 секунд.

Расчёт выпрямителя фиксированного сеточного смещения (Блок «D»)

Диапазон изменения U BIAS = {–35 … –70}V, т.е. падение напряжения на резисторе, регулирующем сеточное смещение, составит 30V.Входное переменное напряжение выпрямителя U ~ = 100V.Выпрямленное напряжение U = = √2 х 100V – U диода = 141V – 1.0V = 140V.Резистор фильтра выпрямленного напряжения R F = 10кΩ.Общий ток двух делителей I 0 = 6мА, поэтому падение на резисторе фильтра U R = 10кΩ x 6мА = 60V.Таким образом, напряжение, подаваемое на два делителя, U 0 = √2 x 100V – U диода – U R = 141 – 1.0 – 60 = 80V, а общее сопротивление одного делителя R = U 0 / (I 0 / 2) = 80V / 3мА = 27кΩ.Ток через каждый делитель I 1 = I 2 = 6мА / 2 = 3мA.Нижний по схеме резистор делителя выбирается из условия ограничения нижнего значения напряжения смещения –35V: 35V / 3мА = 11.7кΩ (используется стандартное значение 12кΩ, при этом нижнего значения напряжения смещения составит –36V).Потенциометер делителя должен обеспечивать изменение напряжения от 36V до 70V, поэтому падение напряжения на нём составит 70V – 36V = 34V, что при токе 3мА определит его сопротивление равным 34V / 3мА = 11.3кΩ. (использован потенциометр на 10кΩ, при этом диапазон регулировки напряжений сеточного смещения составил 10кΩ х 3мА = 30V).Верхний по схеме резистор делителя равен 27кΩ – (12кΩ + 10кΩ) = 5кΩ (выбрано стандартное значение 5.1кΩ).Мощность, рассеиваемая на сопротивлении фильтра R F составит 10кΩ х 6мА 2 = 0.36W.

Экрон — ламповый усилитель с управлением по экранирующим сеткам

Р/л технология

Главная Радиолюбителю Р/л технология

Авторы знакомят читателей с оригинальной схемой двухтактного лампового усилителя, в котором инвертирование фазы в одном из плеч происходит с использованием экранирующей сетки в качестве управляющей. Относительно мощные лампы выходного каскада (6П3С или Г-807) также управляются по экранирующим сеткам. В таком усилителе максимальная выходная мощность достигает20…30 Вт.

Двухтактный усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) относительно прост, практически не требует налаживания и может развивать максимальную выходную мощность до 20…30 Вт на канал. Интересной особенностью усилителя является фазоинвертор, осуществляющий поворот фазы сигнала с управлением по экранирующей сетке. УМЗЧ благодаря линейности характеристик можно использовать для прослушивания и оценки качества музыкальных произведений в домашних и в студийных условиях.

Функциональная схема фазоинвертора на основе тетродов (или пентодов) представлена на рис. 1. На экранирующей сетке лампы VL1 присутствует переменная составляющая усиливаемого сигнала, которую можно использовать для управления другой лампой VL2 по экранирующей сетке, чтобы усиливать и инвертировать сигнал.

Функциональная схема фазоинвертора на основе тетродов

Рис. 1. Функциональная схема фазоинвертора на основе тетродов

На рис. 2 показана принципиальная схема одного канала двухтактного УМЗЧ.

Принципиальная схема одного канала двухтактного УМЗЧ

Рис. 2. Принципиальная схема одного канала двухтактного УМЗЧ

Схема драйверного каскада усилителя мало отличается от традиционных схем этого типа (так называемая структура SRPP, часто выполняемая на одинаковых триодах), с той разницей, что вместо нижних триодов применены пентоды (VL1.1, VL2.1), а их вторые сетки приспособлены к работе в режиме фазоинвертора. Триоды VL1.2 и VL2.2 служат динамически управляемой нагрузкой пентодов. Выходной каскад, как и инвертирующее плечо драйвера, работает с управлением по вторым сеткам, а катоды входных и выходных ламп непосредственно соединены с общим проводом.

Опишем работу каскадов усилителя подробнее. Входной сигнал поступает на управляющую сетку пентода VL1.1 и усиливается им. Вторые сетки пентодов VL1.1 и VL2.1 соединены через резисторы R4 и R5 с плечами фазоинвертора и между собой через конденсатор СЗ, которые одновременно являются нагрузкой и динамической вольтодобав-кой указанных экранирующих сеток. В свою очередь, сигнал с экранирующей сетки пентодной части VL1 поступает через конденсатор СЗ на экранирующую сетку пентода VL2.1,усиливается и инвертируется им. Таким образом, конденсатор C3 предназначен как для развязки плеч по постоянному току, так и для нормальной работы пентодов. Катоды пентодов VL1. 1 и VL2.1 соединены с общим проводом (лампы работают с малым сеточным током), это способствует уменьшению фона и шумов усилителя. Сопротивления резисторов R4 и R5 подобраны так, чтобы получить максимальное усиление по напряжению, а сопротивление резисторов R3 и R6 выбрано таким, чтобы обеспечить необходимый ток покоя выходных тетродов VL3 и VL4.

С выхода фазоинвертора сигнал поступает на экранирующие сетки ламп выходного каскада, где постоянная составляющая напряжения имеет такое значение, что не требует дополнительного смещения. Это позволяет отказаться от катодных резисторов и увеличить КПД усилителя. С анодов ламп VL3 и VL4 усиленный по мощности сигнал через выходной трансформатор поступает в нагрузку (громкоговоритель).

Ниже приведены параметры УМЗЧ с лампами 6П3С.

Основные технические характеристики

Полоса усиливаемых частот

по уровню -3 дБ, Гц……………………………….10…25000

Коэффициент нелинейных искажений (Rн = 8 Ом, f = 1 кГц), %,

при мощности Р = 1 Вт ……0,4

Рном = 12,5 Вт, %……………1,2

Максимальная мощность, Вт ………………20

Неравномерность АЧХ (по уровню -3 дБ) в полосе частот 20…20000 Гц, дБ …………….2

Чувствительность, В………………….0,77

Уровень шума, дБ…………..-82

На рис. 3 приводится АЧХ предлагаемого усилителя при номинальной мощности Рном = 12,5 Вт.

АЧХ усилителя

Рис. 3. АЧХ усилителя

В таблице приведены возможные типы и режимы ламп выходного каскада и достигаемые с ними параметры усилителя.

Таблица

Тип лампы и её аналог Напряжение питания, В Ток источника питания, А Ток покоя выходных ламп, мА Максимальная выходная мощность, Рмакс, Вт
0П6С (6V6) 300 0,15 37 9
6ПЗС (6L6) 340 0,2 63 20
Г-807 (807) 400 0,2 63 30

Усилитель фактически не нуждается в налаживании, за исключением случаев, когда выходные тетроды имеют значительный разброс параметров. Тогда, с целью сохранения номинального уровня нелинейных искажений, в небольших пределах подбирают сопротивление резистора R5, добиваясь равномерного ограничения при увеличении входного синусоидального сигнала.

Радиоэлементы усилителя, за исключением блока питания и переменного резистора R1, размещают на печатной плате. Печатная плата УМЗЧ может быть выполнена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. В усилителе применены ламповые панели для навесного монтажа, которые, как правило, имеют одинаковые установочные размеры, в отличие от ламповых панелей для печатного монтажа. Для лампы Г-807 нет варианта ламповой панели для печатного монтажа.

На рис. 4 и рис. 5 приведены чертежи печатных плат со стороны проводников и радиоэлементов. Малая печатная плата (рис. 4) — размерами 120×120 мм, предназначена для ламп 6П3С; большая — размерами 200×160 мм (рис. 5 — в масштабе М1:2), предназначена для ламп Г807.

Чертёж печатной платы

Рис. 4. Чертёж печатной платы

Чертёж печатной платы

Рис. 5. Чертёж печатной платы

На печатной плате площадки для распайки выводов ламповых панелей получили соответствующие обозначения: например, VL1/7 — это седьмой вывод лампы VL1. Ламповые панели устанавливают на плате со стороны печатных проводников. Провода, подходящие к анодам выходных ламп, пропускают через отверстия в печатной плате и припаивают непосредственно к ламповым панелям (или к колпачку на вывод анода). Провода накальной цепи распаивают аналогично, только попарно свивают. Расположение печатных проводников и радиоэлементов, прокладка и распайка проводов позволяют свести к минимуму паразитные ёмкости и наводки. Отметим, что при соблюдении цоколёвки ламп на малую плату можно установить лампы Г-807, а на большую — 6П3С.

В сглаживающих фильтрах каждого канала блока питания УМЗЧ могут быть применены либо дроссели, либо резисторы сопротивлением около 200 Ом (мощностью 10 Вт). Уровень фона низкой частоты зависит от ёмкости конденсаторов в фильтрах, рекомендуем устанавливать оксидные конденсаторы ёмкостью 220 мкФ на напряжение 450 В (по два на каждый канал), например, К50-27, ECAP (Epcos).

В конструкции применены постоянные резисторы МЛТ-0,5 с допуском ±10 %, кроме резисторов R4 и R5 (с допуском ±5 %). Конденсаторы в позициях С1 и С4 желательно использовать на номинальное напряжение 400 В, независимо от типа; конденсаторы С2, С5 — плёночные или керамические. Конденсатор С3 — К73-16 на напряжение 160 В.

Выходной трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе от сетевого трансформатора ТСА-70-1 (ПЛ22х32); в нём две катушки. Первичная обмотка I проводом диаметром 0,23 мм в каждой катушке имеет пять секций, соединённых последовательно — всего 1800 витков (в двух слоях каждой секции 360 витков). Вторичная обмотка II в каждой катушке имеет 141 виток проводом диаметром (с изоляцией) 0,35 мм, на каждой катушке — четыре однослойные секции в параллель. Чередование секций обмоток в следующем порядке: I-II-I- II-I-II-I-II-I. Соединение вторичных обмоток — параллельное, фазировка обязательна. Между слоями обмотки — калька 0,05 мм, а между секциями — два слоя кальки.

Для минимизации нелинейных искажений можно предварительно подобрать лампы с одинаковым током покоя. Впрочем, усилитель работает достаточно линейно и без подбора.

Экспериментальная оценка выходного сопротивления предложенного УМЗЧ проводилась на уровне сигнала, близкого к номинальной мощности при сопротивлении нагрузки 16 и 8 Ом. На графике рис. 6 показана частотная зависимость выходного сопротивления усилителя.

Частотная зависимость выходного сопротивления усилителя

Рис. 6. Частотная зависимость выходного сопротивления усилителя

Качество звучания с усилителем оценивалось с использованием АС в закрытых корпусах (от одной до трёх полос) с динамическими головками 10ГД-36К, Peerless и др. Наилучший эффект отмечается с АС KEF Calinda английского производства с пассивными излучателями, а также АС с легендарными французскими широкополосными головками Audax. Надо заметить, что АС с фазоинверто-ром и открытого типа мы не использовали.

Термины «ровность» и «естественность» скорее связаны не с АС, а с линейностью УМЗЧ, которую мы, однако, не возводим в ранг абсолюта, а ищем свои схемотехнические и звуковые компромиссы. Мы использовали управление по экранирующим сеткам, чтобы не подгонять работу управляющих сеток под токовый режим менее «податливых» вторых сеток.

Звучание с УМЗЧ на основе выходных каскадов с управлением по первой сетке субъективно воспринимается некоторыми как более живое и динамичное в сравнении с УМЗЧ с управлением по экранирующим сеткам. Тем не менее достоинством предложенного усилителя является «мониторный», нейтральный характер звука, благодаря которому, как мы надеемся, такая схемотехника может найти своё применение и своих ценителей.

В заключение отметим, что ровность и естественность музыкальной картины, достигаемые с этим УМЗЧ, являются, по нашему мнению, следствием использованного принципа управления анодным током.

Автор: С. Ахматов, В. Краюшкин, Д. Санников, г. Ульяновск

Дата публикации: 16.02.2017

Мнения читателей
  • сергей / 02.08.2019 — 21:26 собрал на 6п44с работает хорошо интересует применение других выходных ламп

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Расчёт выходного каскада

Поскольку выходной каскад включен по ультралинейной схеме на трансформатор с известными параметрами — XE-60-5 фирмы ISO Танго, то расчёт сведётся к определению тока покоя и мощности рассеивания каскада.
Рис. 7.

Графический расчёт режима работы лампы КТ88 в двухтактном выходном каскаде (описание лампы (by The General Electric CO. LTD of England) взято с сайта frank.pocnet)Первая точка линии нагрузки I А (UА = 0) = E А / R А, где R А определяется по заданному сопротивлению R А–А выходного трансформатора Tango XE–60–5 (5кΩ), пересчитанного для одного плеча: R А = R А–А / 4 = 1.250кΩ. Тогда I А (UА = 0) = 452 / 1.250 = 362мА.Вторая точка линии нагрузки U А(IА = 0) = E А = 452V.Точку «Р» определим на пересечении линии нагрузки с характеристикой при U С = 0, при этом I А макс = 328мA, U А мин = 42V.Ток покоя лампы I А0 = ~(1/3 … 1/5) I А макс / 2 = 65мА (точка «Т») находится на пересечении линии нагрузки с характеристикой при U С примерно равном -43V это и будет напряжение смещения лампы в режиме холостого хода.Точка «Т» определяет напряжение на аноде в режиме холостого хода U А0 = 370V, соответствующему току покоя лампы I А0 .Сопротивление в цепи анодов двух ламп: R А–А = 22 x (U А0 – U А мин) / (I А макс – I А0) = 4 x (370 – 42) / (0.328 – 0.065) = 5кΩ.Мощность рассеивания на аноде P A = U А0 x I А0

Рис. 8.

Построение сеточной характеристики одной лампы КТ88 двухтактного выходного каскада (описание лампы (by The General Electric CO. LTD of England) взято с сайта frank.pocnet)Особенностью данного каскада является обратная связь, подаваемая с выходного трансформатора в катоды ламп (т.н. «супертриодное» включение). Подробнее об этой схеме можно прочесть на сайте Menno van der Veen»а .

Типовые узлы ламповых схем

Узлы ламповых усилителей. Схемотехника ламповых УМЗЧ (ЛУМЗЧ) отличается от схемотехники УМЗЧ на полупроводниках, вследствие иного, чем у транзистора, принципа действия лампы. Если в полупроводниковом приборе поток заряженных частиц действует в твердом кристалле, то в лампе электроны, эмитированные катодом, перемещаются в вакууме. Поэтому усилительные лампы относят к классу электровакуумных элементов. Отличие ламп от полупроводниковых элементов в существенно меньшем разбросе характеристик. Обычный разброс характеристик может достигать всего 100%. Это конечное не мало, но с транзисторами дело обстоит значительно хуже и разброс может достигать 1000%. Практика показала, что однотипные лампы из одной партии в силу симметрии применять выгоднее, нежели разнобойные экземпляры, выпущенные разными заводами. Между половиками сдвоенных ламп также есть разброс, иногда до 50%, а бывает и больше. Но на режимы усиления, такое различие сказывается мало, поскольку все каскады проектируют с большим запасом. В любом случае, на слух уловить количественное различие характеристик, для ламп, настроенных без превышения режима, физически невозможно. Для идеального усилителя лампы нужно подбирать по анодному току и крутизне, включая половинки, по условию симметрии. Важным обстоятельством, определяющим ламповую схемотехнику, является разогрев катодов до температуры 700…900°С. Поэтому изменение температуры окружающей среды от -30 до +50°С практически не оказывает влияния на режим работы лампы. Следовательно, принимать схемотехнические меры для температурной стабилизации режима лампы, необходимости нет.

Примечание. Здесь в статье были абсурдные рассуждения об идентичности характеристик однотипных ламп разных заводов. Транслированное заблуждение сразу показывает, что автор преимущественно теоретик и имеет отдалённое представление о практике ламповой схемотехники. Поэтому слова про абсолютную идентичность характеристик я удалил. Далее заменю лихие рассуждения на сведения, полученные опытным путём, по результатам измерения более 3000 экземпляров отечественных ламп совершенно разных наименований. Среди меломанов и конструкторов ламповых УМЗЧ существует мнение (плохо обоснованное), что для усиления звукового сигнала наиболее подходят триоды или пентоды&тетроды, в триодном включении. Есть многочисленные разговоры удифилов и нет фактических доказательств. Поэтому все толкования по мотивам сравнения субъективных слуховых ощущений лучше снести в раздел маркетинговых уловок. Без строгого количественного обоснования, утверждения о том, УМЗЧ в триоде вносит меньшие искажения во входной сигнал, чем УМЗЧ в пентоде, следует игнорировать. Пентоды на то и придумали эволюционно, следом за триодами, чтобы улучшить звук. Если рассуждать наоборот, то прогресс следует просто отменить и скатиться к мракобесию. Дело в том, что анодные характеристики триода и пентода значительно отличаются, поэтому режимы усилителей и вся комплектуха должны быть совершенно разными. Для того, чтобы лучше понимать особенности работы конкретного лампового УМЗЧ или разработать такой УМЗЧ самостоятельно, необходимо учитывать особенности работы ламп в различных схемах их включения, т.е. знать достоинства и недостатки каждой из схем. Кроме того, нужно иметь навыки расчёта и настройки схем по условию минимального уровня искажений. Евгений Бортник

Рассмотрим некоторые типы усилительных каскадов на триодах, используемые в УМЗЧ.

Каскад с общим катодом (ОК). В ламповых УМЗЧ, причём как в предварительных, так и в выходных однотактных каскадах схему (OK) применяют часто. В каскаде с ОК элемент нагрузки R включают в цепь анода (рис.1). В качестве нагрузки в таком каскаде может использоваться: в выходных каскадах — трансформатор; в драйверах — дроссель; в предварительных каскадах УМЗЧ – резистор. Можно заметить, что применением в нагрузке трансформатора легче достичь меньшие искажения (КНИ) в схеме ОК. При использовании резистивной нагрузки отыскание минимума КНИ несколько сложнее. Можно предположить, что стоимость такого усилителя с трансформатором или дросселем окажется выше, чем с резистором нагрузки. Однако наряду с условной хорошестью, для усилительных каскадов с трансформатором или дросселем есть другие сложности, связанные с правильным расположением элементов усилителя на шасси. Сигнал на выходе каскада с ОК противоположен по фазе входному сигналу, т.е. это инвертирующий усилитель. Достоинства каскада ОК: простая методика расчёта и готовые схемотехнические решения для ламп разных типов; минимум элементов; простота создания смещения; низкая стоимость. В каскаде вместо автоматического смещения посредством элементов Rк и Cк можно использовать фиксированное смещение, если вместо Rк включить стабилитрон. При этом, из-за высокого уровня шумов стабилитрона, придется использовать высококачественный Ск. Недостатки каскада ОК: высокая входная емкость; усиление каскада ОК, всегда ниже паспортного коэффициента усиления лампы; каскад требует применения высококачественного Ск значительной емкости (470-1000 мкФ). Из каскада можно удалить конденсатор Ск. При этом произойдет увеличение выходного сопротивления каскада, т.е. его будет сложнее согласовывать как с нагрузкой, так и с последующим каскадом. Одновременно удаление Ск приведет к снижению КНИ каскада, так как при этом в каскаде образуется местная обратная связь по току. Одновременно уменьшится коэффициент усиления такого каскада.

Каскад с общим анодом (ОА). Этот каскад (рис.2) ещё называют катодным повторителем. Такой каскад не инвертирует фазу входного сигнала. При использовании в каскаде лампы с высокой крутизной можно получить минимальное выходное сопротивление каскада. Это может быть важно при работе на мощные выходные лампы, которые работают в режиме с токами первой сетки. Каскад ОА вытянет и нагрузку со значительной входной емкостью. Чтобы уменьшить КНИ, желательно чтобы сопротивление нагрузки такого каскада было больше 5-1Rк. Достоинства каскада ОА: низкое выходное сопротивление (теоретически оно равно 1/S); высокое входное сопротивление; широкая полоса пропускания; малая входная емкость. Недостатки каскада ОА: при большом падении напряжения на резисторе R в некоторых схемах напряжение между катодом и подогревателем, может оказаться великоватым. В этом случае накал следует питать от индивидуальной, для этой лампы, накальной обмотки; каскад с ОА не усиливает напряжение входного сигнала – он только усиливает его мощность; каскад охвачен 100-% местной ООС, а это, по мнению ряда разработчиков, вносит искажения в звуковой сигнал.

Каскад с общей сеткой (ОС). Его ещё называют каскадом с заземлённой сеткой (рис.3). Каскад характеризуется невысоким входным сопротивлением и является самым высокочастотным из ранее рассмотренных. Дело в том, что внутриламповая емкость «управляющая сетка-анод» в таком каскаде включена параллельно нагрузке, а значит, не образует частотно-зависимую обратную связь между управляющей сеткой и анодом. Схема, показанная на рис.3, часто используется в выходном каскаде УМЗЧ, работающего с токами управляющей сетки. В этом случае КНИ выходного каскада будет меньше, чем при использовании схемы, в которой входной сигнал драйвера подают на управляющую сетку (т.е. при использовании схемы с общим анодом или с общим катодом). Каскад с общей сеткой является неинвертирующим. Достоинства каскада ОС: большая линейность при использовании такого включения в выходных каскадах УМЗЧ, работающих с токами сетки. Недостатки каскада ОС: низкое входное сопротивление.

Анодный повторитель АП (anode follower). Такой каскад (рис.4), как и каскад с общим анодом, имеет низкое выходное сопротивление, малый уровень КНИ и широкую рабочую полосу частот. По сравнению с каскадом с ОК, анодный повторитель охвачен обратной связью (ОС) через резистор R2. Изменяя соотношение номиналов резисторов R1 и R2, можно регулировать коэффициент усиления каскада, в том числе сделать его равным 1. Достоинства каскада такие же, как у каскада с ОК. Недостатки: низкое входное сопротивление.

Фазоинверсный каскад с разделением нагрузки ФРН. Для работы двухтактных УМЗЧ на их вход надо подавать сигналы, противоположные по фазе. Для этого можно использовать, например, или трансформатор, или фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой (рис.5). Достоинства ФРН: схема содержит минимум элементов; хорошая балансировка выходных сигналов, зависящая, от точности подбора одинаковых номиналов резисторов Rа и Rк. Недостатки ФРН: коэффициент усиления по напряжению такого каскада примерно равен 1; ФРН обеспечивает сравнительно небольшую амплитуду выходного напряжения; каскад отличается малой перегрузочной способностью, поэтому уровень поступающего на него сигнала должен быть невелик; выходные сопротивления каскада по выходам «-» и «+» различные.

Дифференциальный усилитель ДУ: Его ещё называют балансный каскад (рис.6). Используется в схемах драйвера двухтактного выходного каскада УМЗЧ. Сигнал на него может поступать, например, с фазоинверсного каскада (рис.5). Балансный каскад может быть использован и в качестве фазоинвертора с повышенной нагрузочной способностью.

Достоинства ДУ: одинаковое входное сопротивление и выходное сопротивление по выходам «-» и «+»; низкий уровень собственных шумов; невысокие требования к фильтрации питающего напряжения. Недостатки ДУ: необходимо два источника питания с положительным и отрицательным напряжением, необходим подбор лампулек, и никакие сказки про симметричные по умолчанию половинки здесь неприемлемы. Только тщательный подбор ламп.

Каскодный усилитель КУ. В этом усилителе использованы два последовательно включенных триода (рис.7). Отсюда и его название — каскад на триодах. Этот каскад обеспечивает гораздо больше усиление амплитуды входного сигнала, чем каскад на одиночном триоде. Теоретически коэффициент усиления такого каскада равен произведению коэффициентов усиления входящих в его состав триодов. Достоинства КУ: низкий уровень шумов, который определяется уровнем шумов триода VL1; высокий коэффициент усиления по напряжению; хорошая линейность при больших выходных амплитудах сигнала; широкая полоса пропускания;

Каскад с динамической нагрузкой (ДН) или µ-повторитель (рис.8). Название каскада связано с тем, что его коэффициент усиления практически равен паспортному коэффициенту усиления µ лампы, т.е. значительно выше, чем у каскада с общим катодом. Это делает возможным применение каскада для раскачки мощных ламп, с малым входным сопротивлением, большой входной емкостью и плохой чувствительностью. Нередко применяют другое название представленной схемы — СРПП-каскад.

Достоинства ДН: невысокий КНИ; низкое выходное сопротивление (примерно 0,25Ri лампы VL1); высокий коэффициент усиления; большой размах выходного напряжения; низкая чувствительность к пульсациям питающего напряжения. Недостатки ДН: высокое напряжение между катодом лампы \/1_2 и подогревателем.

Каскад с катодной связью КС. Этот каскад (рис.9), по сути, представляет собой последовательно включенные каскад с общим анодом и общей сеткой. При этом между каскадами имеется гальваническая связь. Каскад также может быть использован в качестве фазоинвертора. Достоинства КС: высокая линейность амплитудной характеристики; широкая полоса пропускания; малая входная емкость; большое входное сопротивление. Недостатки КС: необходимо два разнополярных источника питания; могут быть сложности в реализации смещения ламп.

Каскодный катодный повторитель ККП. В зарубежной литературе по аудиотехнике такой каскад (рис. 10) также называют «катодный повторитель Уайта». Такой каскад напоминает некий гибрид каскада с общим катодом и каскодного усилителя. Особенность каскада рис.10 — это наличие обратной связи через конденсатор Сос, что ограничивает нижнюю рабочую частоту каскада. Благодаря использованию двух ламп, каскад обеспечивает очень низкое выходное сопротивление. Коэффициент усиления по напряжению у такого каскада практически единица, и он не изменяет фазу входного сигнала. Достоинства ККН: низкий КНИ; очень низкое выходное сопротивление; низкая чувствительность к пульсациям питающего напряжения. Недостатки ККН: высокое напряжение между катодом и подогревателем лампы VL2; наличие ООС.

Новые тенденции в схемотехнике ламповых УМЗЧ. В 50-60-е годы 20 века УМЗЧ строили на электронных лампах (мощные высокочастотные транзисторы тогда ещё не выпускали). Если посмотреть на типовые схемы УМЗЧ тех лет, то бросается в глаза стремление разработчиков не только обеспечить серийно пригодность УМЗЧ, без использования тщательного подбора элементов, но и их стремление экономить как за счёт стоимости, так и за счёт габаритов УМЗЧ. Поэтому в те годы использовали более экономичные, но обеспечивающие худшее качество звучания, двухтактные УМЗЧ (собачий бред! Е.Б.). В выходных двухтактных каскадах использовался «класс» (режим, Е.Б.) работы ламп АВ1, АВ2 и даже В. Для «сокращения» (уменьшения, явная гипербола, Е.Б.) количества ламп в УМЗЧ широко использовались тетроды и пентоды, которые имеют больший КНИ (разница копеечная), но обеспечивают больший коэффициент усиления каждого каскада (верно). В итоге, такие усилители звучали немногим лучше современных УМЗЧ, выполненных целиком на ИМС, но стоили, по меркам тех времен, довольно дешево.

Примечание. Уважаемые телезрители, я с трудом перетерпел абсурдные рассуждения о превосходстве триодного звучания над пентодным и тетродным. И еще мелькнула одна глупость, по элитарную крутость однотактных усилителей. Подобные заблуждения нередко хочется просто выбросить из статьи, но тогда не будет ясности, куда следует добавить здравого смысла. По-человечески желание обновления старых дедовских разделов электроники, поросших мхом, вполне понятно. Но вряд-ли его следует превращать в фарс. Евгений Бортник

Продолжение. В настоящее время тенденции в разработке ламповых УМЗЧ коренным образом изменились — выходной каскад УМЗЧ (как и все остальные) работает в чистом «классе А» (режим А, Е.Б.). Чаще всего используются однотактные выходные каскады с трансформаторным выходом (однотактный хлам используют дети и престарелые дети, Е.Б.). Во всех каскадах УМЗЧ используются только триоды или в триодном включении пентоды и тетроды, что обеспечивает значительное улучшение качества звучания (набор понтов, Е.Б.). При этом для разработчиков УМЗЧ определяющим фактором является именно качество звучания, а не КПД и не конечная стоимость УМЗЧ (ну-ну, богатенький Буратино).

Примечания. Рассуждений много, а понятие «качество звучания» – осталось в глубоком тумане. Описания критериев качества звучания просто нет. Есть рассуждения про минимум КНИ, но без приборных измерений это мечтания чрезмерно эмоционального автора. Исследования на экстремум не приведено. И приведено быть просто не может, поскольку это крайне сложный и многокритериальный эксперимент. Минимум искажений слишком общее понятие. А вот сравнение настроенного пентодного и триодного усилителя провести можно. Но это будет однократное частное решение. Во время такого частного исследования меньшее значение величины искажений КНИ, ИМД можно получить в каждой из схем, применяя разные экземпляры ламп, как по заказу. Для этого нужно поднабрать квалификации и помыть перед экспериментом руки. Выходной каскад, к сведению автора, это не только и не столько лампы, здесь имеет место древне-классическое заблуждение. Выходной каскад это в первую очередь согласующий трансформатор. Так вот явная современная тенденция – это двухтактные выходные каскады с дифференциальным включением согласующих трансформаторов и разнообразными трансформаторными обратными связями, резко повышающими линейность усилителя. Но, кроме того, применение схем с выходом на А-режим для ламп выходного каскада резко ограничено по часто неприемлемому условию огромной рассеиваемой мощности. Поэтому при построении сравнительно мощного двухтактного ЛУМЗЧ высокой верности нередко приходится ограничиваться режимом АВ1. Евгений Бортник.

Продолжение. Типовой усилитель звука 1950-60-х. Это схема УМЗЧ радиолы «Ригонда» разработки рижского . Она была рассчитана на прием широковещательных станций в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. Воспроизведение звука могло быть стереофоническим и монофоническим, в зависимости от комплектации радиолы. В данном усилителе, кроме усиления входного сигнала, реализована также регулировка тембра НЧ и ВЧ, которая позволяла улучшить качество звучания звукозаписи или радиопередачи. В настоящее время регулировка тембра в УМЗЧ, тем более класса High-End, не используется из-за наличия высококачественных источников сигнала.

Основные характеристики этого УМЗЧ, приведенные в паспорте радиолы: Диапазон воспроизводимых частот 60… 15000Гц. Номинальная выходная электрическая мощность УМЗЧ — 2Вт, максимальная неискаженная -3,5Вт. Регулировка тембра НЧ, ВЧ — в пределах 14…18дБ. Уровень фона с входа УМЗЧ — 56…60дБ. Акустическая система радиолы состоит из четырех громкоговорителей: двух 4ГД-28 (с резонансными частотами 60 и 90Гц) и двух 1ГД-28 (с резонансной частотой 100 и 140 Гц), последние два подключены к трансформатору TP1 через конденсатор С10. В усилителе НЧ (рис.11) используются два каскада на двойном триоде 6Н1П. Регулировка громкости осуществляется тонкомпенсированным регулятором R1. Для регулировки тембра НЧ используется частотно-зависимый делитель напряжения и переменный резистор R3. Особенностью данного УМЗЧ является использование для регулировки тембра ВЧ дифференциальной схемы с положительной и отрицательной обратной связью. Это обеспечивается путем включения переменного резистора R4, по переменному сигналу, между катодом и анодом триода Л1.2.

Выходной каскад выполнен на лампе Л2 типа 6П14П (специально разработанный «звуковой» пентод) по ультралинейной схеме. Тем не менее, для уменьшения КНИ УМЗЧ используется общая отрицательная обратная связь с вторичной обмотки трансформатора Тр1 через резистор R14 на катод лампы Л2. При этом назначение конденсатора С12 (его номинал 2200пф) — предотвращение возбуждения УМЗЧ на высоких частотах.

Примечание. Поразительно кашеобразные рассуждения. Автор верно говорит, что пентод 6П14П специально разработан как звуковой. И тут же в статье выносит приговор – непригодность пентодов ввиду плохого качества звука и отдаёт приоритет триодам. А чего стоят слова даже такого грамотного человека, в противоречии к делам создателей матчасти, в противоречии профессиональному конструкторскому бюро и заводу изготовителю. И чего такого создал сам этот человек? Кроме демонстрации законов стаи, ничего здесь я больше не замечаю. Видимо маркетинг настолько ядовит, что приводит к физическому поражению разума. Евгений Бортник.

Продолжение. Если говорить об обратных связях, то в данном усилителе есть еще местная отрицательная обратная связь по переменному току, а именно в первом усилительном каскаде номинал конденсатора С5 выбран 0,033мкФ вместо 10…20мкФ, для того чтобы обеспечить большее усиление ВЧ каскадом на Л1.1. Для анализа работы такого усилителя используют вольтамперные характеристики (ВАХ) лампы 6Н1П (рис.12). Номинальный паспортный ток анода лампы 6Н1П составляет 8мА. В данном случае он равен всего лишь 2,5мА, т.е. более чем в 3 раза меньше. При напряжении смещения -2В и напряжение на аноде +80В лампа будет работать на начальном, крайне нелинейном участке её ВАХ. И хотя лампа Л1 работает в классе А, это приведет к значительному росту КНИ такого каскада. Чтобы увидеть это, надо на рис.12 отметить рабочую точку лампы при напряжении смешения -2В и напряжении на аноде +80В.

Всё это вызвано неправильным выбором номинала анодного нагрузочного резистора R4 — он слишком завышен. Существуют рекомендации для работы триода на линейном участке характеристики: «каскад с общим катодом должен иметь номинал R4 равный 5… 10R». Для лампы типа 6Н1П Rі равно 11кОм, т.е. оптимальный номинал R4 составляет от 55 до 110кОм, т.е. он более чем в два раза меньше, чем в схеме, показанной на рис.11. Да и в паспортных данных на лампу указан режим: la=8 мА, Ua=250В.

Примечание. Здесь рассуждения в вычисления правильные, браво. Анодное сопротивление следует уменьшить до 39-56 кОм. Желательно также повысить общее анодное напряжение, чтобы на каждую лампу пришлось по 130-150 вольт и закрыть тему. Вычислениями на калькуляторе минимум КНИ всё равно не будет достигнут. Поиск возможного меньшего значения КНИ выполняют только путём измерений, только путём применения приборов. Углубляться в дебри повышения напряжения до неразумных значений это избыточная бессмысленность. Ну не надо далее изощряться в поисках 568 вольт, не следует транслировать ахинею. Здесь вполне достаточно иметь коэффициент усиления одиночного триода. Евгений Бортник.

Продолжение. Для обеспечения минимума КНИ рабочая точка триода должна располагаться в середине линейного участка его ВАХ. Как видно из рис.12, при напряжении смещения -2В этому условию соответствует точка с напряжением на аноде 160В и током анода 8мА, т.е. напряжение на аноде Л1 надо поднять почти в 2 раза. Однако для того, чтобы обеспечить это, придется значительно увеличить напряжение питания каскада. Итак, при токе анода 8 мА выбираем минимальное значение номинала R4 равное 51кОм. При этом падение напряжения на R4 составит 408В, т.е. напряжение питания каскада (напряжение на аноде Л1 + падение напряжения на Р4) должно быть: 160+408=568 В.

Аналогично обстоит дело и с каскадом на Л2. И это притом, что напряжение питания выходного каскада УМЗЧ составляет всего лишь 270В. В связи с этим возникает вопрос: «Следует ли усложнять конструкцию УМЗЧ, чтобы обеспечить минимальный КНИ первых двух каскадов УМЗЧ, когда КНИ трансформатора Тр1 весьма велик?». Именно так и думали разработчики ламповой аппаратуры 1950-60-х годов. При этом они не забывали, что источник питания с выходным напряжением 568В будет очень громоздким и дорогим, в первую очередь, из-за используемых в нём высоковольтных электролитических конденсаторов.

Улучшение параметров входного каскада. Рассмотрим, как можно улучшить параметры входного каскада на лампе 6Н1П без значительного увеличения напряжения источника питания. Для этого можно, например, использовать каскад с динамической нагрузкой, рассмотренный ранее (рис.8).

Примечание. Очень странная рекомендация по самой сути. Противоречие налицо, поскольку выходная лампа 6П14П очень чувствительна, и для её раскачки достаточно одного хилого триода. Зачем тащить в такую дохлую однотактную схему СРПП каскад на двух лампах? Каскад с динамической нагрузкой предназначен для мощных и тяжёлых ламп, тупых на раскачку. И мусора от двух лампы всяко больше, чем от одной. Граждане, не следует думать, что буксировать Хаммером трехколёсный велосипед, это круто. Это похоже на галлюцинацию воспалённого сознания вольного художника или очередной собачий бред. Евгений Бортник.

Продолжение. Схема УМЗЧ с напряжением питания 360В (что значительно меньше оптимальных 568В для усилителя, показанного на рис.11) и входным каскадом с динамической нагрузкой, в котором используется лампа 6Н1П, показана на рис.13. Достоинства и недостатки такого каскада рассмотрены ранее. Отметим, что резистор фильтра R6 желательно заменить дросселем.

Примечание. Странное пожелание применить дроссель, поскольку в описании динамического каскада сказано, что он малочувствителен к пульсациям по цепям питания. Резистивного продольного элемента в фильтре здесь вполне достаточно. Евгений Бортник.

Продолжение. В этом случае напряжение на аноде VL2.1 составит около 355В. Для обеспечения оптимального режима работы обоих триодов VL1.1 и VL1.2 желательно чтобы это напряжение делилось между ними поровну, т.е. анодное напряжение каждого триода составит 177,5В при заданном Uсм = -3В ток анода составит 9мА (рис.12). Такой режим близок к оптимальному, для данного типа лампы. Для уменьшения КНИ каскада можно попробовать подобрать номинал резистора R4 в диапазоне (0,5…2)RЗ. Ещё один вариант предварительного усилителя, с большим коэффициентом усиления (около 35), показан на рис.14. В нём разделена нагрузка в цепи анода VL1.1, т.е. нагрузкой по переменному току для При этом падение напряжения на резисторе Р6 используется как напряжение смещения для VL1.2, а управляющая сетка VL1.2 соединена по переменному току с анодом VL1.1 через конденсатор С1. При этом каждая лампа работает с анодным напряжением 100В, что не является оптимальным для данного типа лампы. Как видно из ВАХ, показанных на рис.11, в данном случае, при Ua = 100В, Uсм = -3В ток анода VL1.1 составит 2,8мА, т.е. рабочая точка каскада находится на нелинейном участке ВАХ, и такой каскад будет иметь довольно значительный КНИ. Выход из этого положения — увеличить напряжение на аноде VL1.2 хотя бы до 350В, чтобы увеличить как напряжение анод-катод, так и анодный ток каждого из триодов.

Расчет выходного каскада УМЗЧ. Ниже показан пример расчета классического выходного однотактного каскада на пентоде, представленного на рис.11 (он собран на Л2). Отметим, что существуют таблицы типовых режимов для ламп при их использовании в однотактном выходном каскаде с выходной мощностью 0,1…5,5Вт. Особенностью такого каскада является наличие трансформатора, что позволяет обеспечить согласование УМЗЧ с нагрузкой практически с любым сопротивлением. Если в УМЗЧ используется типовой режим работы для данной лампы, то её параметры, такие как UС0, І0, µ, S, Ri, Ra, можно найти в паспортных данных на лампы. В случае использования не типового режима работы лампы, для расчёта надо воспользоваться ВАХ лампы.

Последовательность расчета: Задается постоянное напряжение на экранирующей сетке. Как правило, UЭ=UА0. По анодным характеристикам лампы (рис.15) задаются: максимальный ток анода IAмакс — он определяется для режима UC=0. Как правило, этому току соответствует напряжение UA=(0,1…0,25)UA0; Минимальный ток анода IАмин=0,1·IAмакс. При этом напряжение на управляющей сетке, соответствующее IAмин, будет максимальным отрицательным значением этого напряжения – UСмакс.

Постоянное отрицательное напряжение на сетке составит: UC0=UCмакс/2, т.е. рабочая точка на ВАХ выбирается на пересечении кривой для UC=UC0 и вертикальной линии для UA0 (точка «0» на рис.15). Поскольку предполагается, что данный каскад работает в режиме без токов сетки (в противном случае его КНИ резко возрастет), то амплитуда входного сигнала не должна превышать UC0.Таким образом, получаем рабочий участок динамической характеристики между точками А и В на рис.15. Ток анода лампы будет максимальным в точке А и минимальным в точке В. Проверяется, что в выбранной рабочей точке максимальная мощность, рассеиваемая на аноде, не превышает допустимую: РАдоп = UA0·IA0, где: РАдоп — максимально допустимая мощность рассеивания на аноде лампы данного типа; UA0 — анодное напряжение в рабочей точке [В]; IA0 — анодный ток в рабочей точке [А]. Автор: Андрей Семёнов, г. Киев, Источник: Радиоаматор №1, 2 2015

Заключение. Капец, столько слов, чтобы построить классную Hi-End-однотактную пукалку. Рассуждения вполне квалифицированные, но итог печальный. Рассуждения из разряда «гора родила мышь». В дополнение приведу пример из практики. Обратился ко мне человек, желающий собрать усилитель на 6П13С. Уровень убеждённости в крутости однотактной схемы Манакова был просто поразительным. Пришлось помочь ему, укомплектовать проект качественными лампами и деталями. Трансы на 30 генри парень сам намотал. При сборке, при помощи молоточка, подогнал симметрию трансформаторов с зазором (по рекомендациям Игнатенко). Затем усилитель был собран, настроен и испытан на акустику 10МАС. Прошла неделя, вторая… Трудно передать глубину разочарования конструктора, когда он пришёл ко мне вновь. Мучительно выстраданные им 4 Вт мощности показались ему крайне малозначными. Человек (перфекционист) с горечью поведал мне о своем легкомыслии и раскрыл меру своей доверчивости к публикациям матёрых авторов. Человек осознал ошибку, когда не прислушался к моим словам и потратил год из жизни на химеру. А ведь я рекомендовал ему не делать однотактный усилитель. И здесь в статье снова воспроизведено столько квалифицированных рассуждений про однотакт, снова очередная порция яда в душу телезрителя. Люди, прекращайте заниматься глупостями, не тратьте жизнь впустую.

Евгений Бортник, Красноярск, Россия, март 2018

Расчёт входного каскада

Входной каскад выполнен по схеме параллельно управляемого двухлампового усилителя (SRPP).
Рис. 9.

Рис. 10.

Семейство анодных характеристик лампы 6J5G (описание лампы (by RCA) взято с сайта frank.pocnet)При заданном токе покоя 4мА через нижнюю лампу, получаем напряжении на сетке лампы = 4V, тогда сопротивление автоматического смещения в цепи катода нижней (а так же верхней) лампы = 4V/4мА = 1кΩ.Коэффициент усиления каскада при условии, что в качестве «верхней» и «нижней» применяются одинаковые лампы, а так же что катодный резистор нижней лампы шунтирован конденсатором:А = μ х (r А2 + R К2 х (μ + 1)) / (r А1 + r А2 + R К2 х (μ + 1)) = 20 х (8000 + 1000 х (20 + 1)) / (8000 + 8000 + 1000 х (20 + 1)) = 15.7.Где:r А1 – внутреннее сопротивление «нижней» лампы r А2 – внутреннее сопротивление «верхней» лампы R K2 – сопротивление смещения в цепи катода «верхней» лампыμ – коэффициень усиления лампыУсилитель рассчитан на номинальное входное напряжение звукового сигнала ~1.0V P–P поэтому при таком уровне сигнала, выходное напряжение каскада составит 1.0 х 15.7 = 15.7V P–P . Поскольку связь между входным и драйверным каскадом непосредственная, то значение напряжения на сетке драйверной лампы составит U К + 15.7/2 = 125+7.85 = 133V.

↑ Детали

Несколько слов о применяемых деталях.

. Очень хорошие результаты получаются с лампой
6Н3П
, но она имеет другую цоколевку, и если вы захотите собрать усилитель на ней — обратите внимание на расположение выводов. Можно воспользоваться более мощной лампой 6Н6П. При ее использовании необходимо обратить внимание на мощность трансформатора накала. Он должен обеспечивать напряжение 6в при токе не менее 2А или 12в при токе 1А. Все эти лампы, за исключением
6Н6П
, всегда есть любом старом ламповом телевизоре, так что с приобретением проблем не возникнет.

Все резисторы (кроме одного в цепи питания) рассчитаны на мощность 0.25Вт (можно больше, но тогда они будут занимать гораздо больше места). Номиналы можно посмотреть на схеме. Электролитические конденсаторы в цепи питания используются на номинальное напряжение 350-400в. В стабилизаторе питания усилителя я использовал конденсаторы 470мкФ на напряжение 200в, взятые из горелых компьютерных блоков питания. Конденсаторы соединены последовательно по две штуки, в параллель каждому из конденсаторов подключен резистор сопротивлением 470кОм. Эти резисторы выравнивают падение напряжений на конденсаторах и служат для разрядки емкостей после отключения питания. В цепи катода нижней лампы можно использовать конденсатор емкостью от 1000 до 10000 мкФ на номинальное напряжение 6-16 Вольт . Качество этого конденсатора непосредственно влияет на качество звука, поэтому маститые аудиофилы посоветовали бы воспользоваться в этой цепи конденсатором марки BlackGate. Но по причине его высокой цены (более 100 $ за штуку) мы обойдемся чем-нибудь более дешевым и не менее качественным. Лучший подручный вариант — это взять конденсатор марки Rubycon с неисправной материнской платы. Такие конденсаторы устанавливают в цепи питания процессора. Параллельно всем электролитическим конденсаторам настоятельно рекомендуется включить небольшой (0.1 — 1.0 мкФ) неполярный пленочный конденсатор. Из отечественных могу порекомендовать конденсаторы марки К78. Добавка таких конденсаторов улучшит воспроизведение усилителем высоким частот.

В качестве регулятора громкости для начала подойдет практически любой сдвоенный переменный резистор сопротивлением 22-47кОм. Главное перед установкой проверить его качество, чтобы при повороте рукоятки у него не нарушался контакт и он не шуршал и не трещал. Входные и выходные гнезда используются любые, какие вам понравятся. Главное, чтобы они были совместимы с имеющимися у вас кабелями и разъемами на наушниках.

Расчёт драйверного каскада

Как было отмечено ранее, напряжение смещения U К драйверной лампы (падение на катодном резисторе) должно быть не менее 133V. При выбранном анодном токе драйверной лампы I А0 = 27мА, катодное сопротивление драйверной лампы R К =133/27 = 5кΩ. Мощность, выделяемая на этом резисторе P RК = U К х I А0 = 133V x 0.027мА = 3.6W.
Рис. 11.

Принципиальная схема драйверного каскадаВ качестве промежуточного трансформатора был выбран трансформатор NC–14 фирмы ISO Танго. Полное сопротивление параллельно соединённых анодных обмоток трансформатора равно 1.25кΩ (активное сопротивление 82.5Ω), допустимый ток — 30 мА. Полное сопротивление последовательно соединённых анодных обмоток этого трансформатора равно 5кΩ (0.33кΩ), допустимый ток — 15 мА.

Рис. 12.

Трансформатор NC–14Постоянное напряжение на сетке драйверной лампы в режиме покоя U C0 = 125V, сопротивление в цепи катода драйверной лампы R К = 5кΩ (напряжение смещения при выбранном токе покоя I А0 = 27мА, U К = 133V), таким образом на сетке лампы присутствует постоянное напряжение смещения сетки относительно катода U C =125 – 133 = –8V (рабочая точка лампы).Линия анодной нагрузки (см. рис 13) для постоянного тока, определяющую разделение анодного напряжения между лампой (R i) и сопротивлениями в анодной (R А) и катодной (R К) цепях, построена исходя из следующих соображений: Если анодный ток равен нулю, то напряжение на аноде лампы равно напряжению источника Е А = 320 V. Если падение напряжения на лампе равно нулю, то ток через лампу ограничен величиной I Амакс = Е А /(R А + R К). При заданном R А = 0.0825кΩ (активное сопротивление параллельно соединённых анодных обмоток трансформатора) и R К = 5.0кΩ, приближённое значение максимального тока I Амакс = 320 / (0.0825 + 5.0) = 63мA.

Рис. 13.

Семейство анодных характеристик лампы EL38 в триодном включении (по Tom Schlangen)

схемопедия

Артур Фрунджян

Все, кто хоть немного знаком с ламповой схемотехникой, знают, что ламповые усилительные каскады отличаются, как правило, предельной простотой и малым количеством элементов. Этот фактор наряду с природной линейностью ламп обычно и приводится в качестве аргумента при попытке объяснить феномен превосходства лампового звука над транзисторным. Надо признать, что подобное объяснение весьма убедительно с точки зрения здравого смысла. Кроме того, оно настолько часто подтверждается на практике при схемотехническом анализе самых лучших ламповых аудиокомпонентов, что мало кому приходит в голову пытаться его оспаривать. Основной девиз у разработчиков ламповой техники таков: чем проще, тем лучше и надежнее (к сожалению, понятие «дешевле» сюда не входит, хотя по логике вещей вроде бы напрашивается само собой). Итак, посмотрим на обычный маломощный резистивный усилительный каскад на триоде с общим катодом. Резистор анодной нагрузки, резистор катодного автосмещения, резистор утечки сетки да сам триод — вот, собственно, и весь каскад. Точнее, его базовый вариант (рис.1).

Рис. 1

Остальное — это уже либо элементы связи с другими каскадами, либо блокировка местной отрицательной обратной связи по току (шунтирование катодного резистора конденсатором), либо делитель в катодной цепи для более сложной организации смещения, либо развязывающие фильтры по цепям питания, либо цепи коррекции. Обычно даже наличие всех этих дополнительных компонентов не делает ламповый каскад усиления намного сложнее, чем то, что мы видим на рис.1. Все предельно понятно и просто (на первый взгляд). Известно, что коэффициент усиления каскада в середине частотного диапазона равен (при отсутствии местной отрицательной обратной связи): K=-Ra/(Ri+Ra) (с учетом входного сопротивления следующего каскада Rвх.2 вместо Ra используется Rн.экв=Ra||Rвх.2, а выходное сопротивление Zвых=Ri, где =SRi — коэффициент усиления лампы по напряжению; S — крутизна; Ri — внутреннее сопротивление лампы; Ra — сопротивление анодной нагрузки.

Известно, что для такого триодного каскада реальный коэффициент усиления обычно составляет (0,6-0,8) и зависит от величины Ra, как и другие параметры каскада: ток покоя, полоса частот, скорость нарастания выходного напряжения, линейность, максимальное неискаженное выходное напряжение, максимальный выходной ток. Обычно Ra в несколько раз превышает Ri, при этом удается получить приемлемые величины перечисленных параметров. Но возможности каскада на триоде ограничены, и поскольку в погоне за каким-то одним параметром обычно страдают другие, не менее важные, то степень свободы варьирования величинами сопротивлений анодной нагрузки и катодного автосмещения невелика. То же самое можно сказать в отношении напряжения анодного питания и тока покоя, поскольку почти все лампы лучше всего «звучат» на грани допустимой мощности рассеяния на аноде (хотя и не всегда). Впрочем, даже в этих относительно узких «пределах творчества» не так легко бывает найти оптимальный режим работы конкретной лампы в конкретном каскаде с учетом предыдущего и последующего каскадов. Под оптимальным в данном случае понимается тот режим, который обеспечит наилучшее звучание, а не рекордные параметры или красивые осциллограммы. Может быть, именно взаимное противоречие различных параметров усилительного каскада и неоднозначность их зависимости от одних и тех же факторов и являются причиной слабой корреляции между цифровыми значениями этих параметров и качеством звука. Так, если гнаться за максимальной линейностью, приходится повышать величину анодной нагрузки, что, начиная с некоторого ее значения, будет отрицательно сказываться на ширине полосы частот, динамических свойствах каскада, да и коэффициенте усиления, который при непомерно большом сопротивлении нагрузки начинает уменьшаться, поскольку уменьшается ток покоя и крутизна лампы. Кроме того, и перегрузочная способность каскада при этом резко падает. Таким образом, цена за сверхвысокую линейность оказывается также непомерно высокой, поскольку приходится платить качеством звучания устройства в целом. Получается, что мы платим качеством звука за линейность, а не наоборот, как это должно быть. Это напоминает басню Крылова «Лебедь, рак и щука», только лебедь в данном случае — не птица (и не генерал), а коэффициент усиления, рак — линейность каскада, а щука… Одним словом, воз и ныне там. Там, где эти несговорчивые персонажи находятся в относительном мире и согласии. Поэтому если один каскад на триоде не может обеспечить необходимого усиления, приходится ставить второй. А с целью получения хороших динамических свойств иногда приходится довольствоваться скромным усилением, уменьшая величину анодной нагрузки и увеличивая ток покоя каскада. Даже в самом простом усилительном каскаде всплывает очень много тонкостей и трудно объяснимых явлений , когда дело доходит до «страшного суда» — прослушивания.

Итак, обобщим: в усилительном каскаде на ламповом триоде различные параметры, каждый из которых оказывает ощутимое влияние на качество звука всего устройства, находятся во взаимном противоречии, и излишнее рвение при «вытягивании» какого-то одного из этих параметров неизбежно приводит к ухудшению других. Однако есть способ вырваться из этого замкнутого круга. Ведь до сих пор речь шла о каскаде усиления на одном триоде. А если объединить два триода в одном и том же каскаде? Это, конечно, идет в разрез с концепцией максимальной простоты, но иногда вместо того, чтобы пойти на увеличение количества простейших каскадов, можно решить ту же проблему путем усложнения (причем не очень значительного) одного каскада. В зависимости оттого, какая именно ставится задача, можно выбрать один из вариантов такого усложненного каскада на двух триодах. Надо сказать, что всего их существует достаточно много и придумали их давным-давно. Например, каскод (рис.2) позволяет резко повысить усиление и одновременно широкополосность, в связи с чем, наряду с пентодами, нашел широкое применение в теле- и радиоприемных устройствах. Отдельные известные во всем мире High End’ фирмы применяют каскоды и в устройствах усиления звуковых частот (например, Sonic Frontiers).

Рис. 2

Можно спорить о целесообразности применения каскодов в аудиоаппаратуре, и противники этого обычно ссылаются на то, что выходные характеристики каскодов вырождаются из триодных в пентодные. Да, это так. Но ведь и пентоды не всегда плохи — это вопрос скорее не что применять, а как и где. Несомненно, что в большинстве случаев триод предпочтительнее, но в отдельных цепях (чаще всего вспомогательных) пентод не имеет себе равных. Так, например, благодаря высоким и Ri пентод не имеет себе равных в источниках стабильного тока, если не считать полевые транзисторы с изолированным затвором. Но это уже совсем другой мир, и хотя такие фирмы, как Audio Research, достигли определенного успеха в разработке и внедрении гибридной топологии, у меня лично нет сомнений по поводу того, что если бы вместо MOSFET’ов применялись пентоды, многие изделия этой фирмы звучали бы намного музыкальнее. А вспомним профессиональные магнитофоны золотой эры магнитной звукозаписи 50-х и 60-х годов (например, Telefunken). Многие из них в первом каскаде усилителя воспроизведения имели пентод EF86 (аналог 6Ж32П).

Но вернемся от попыток амнистирования осужденных пожизненно многими аудиофилами пентодов к непорочным триодам. Следующий каскад, который мы рассмотрим, во многом напоминает каскод. Это также два триода, один из которых «взгромоздился» на плечи другого. Да, этот «ламповый цирк» вызывает у многих скептическую ухмылку, и, наверное, за ней может последовать поток нравоучительных реплик типа «человек — прошу прощенья, триод — по земле ходить должен!» Но так или иначе, каскад этот заслуживает внимания, поскольку он обеспечивает одновременное ощутимое улучшение нескольких важных параметров: стабильности режима, линейности, выходного сопротивления, широкополосности, перегрузочной способности и чувствительности к помехам и пульсациям анодного напряжения питания. А что касается звука, то все знают, что усилители Audio Note и Сагу Audio Designs совсем не так уж плохо звучат! Именно эти фирмы чаще других применяют в качестве входного или драйверного каскад, изображенный на рис. 3а. Называется он чаще всего СРПП (SRPP — Shunt Regulated Push Pull).

Рис. 3a

Пусть вас не вводит в заблуждение расшифровка этой аббревиатуры: «пушпул» здесь выражен только в противофазности сигналов верхнего и нижнего триодов. С таким же успехом «пушпулом» можно было бы назвать классическую схему из двух триодов, соединенных каскадно — там тоже имеет место противофазность сигналов. Таким образом, СРПП — это не совсем корректное название, укоренившееся в литературе. Можно встретить также аббревиатуру TTSA (Two Tube Series Amplifier — двухламповый усилитель с последовательным включением), хотя она скорее может служить общим ярлыком для всех каскадов вертикальной конфигурации, в том числе и каскодов. По-русски же наш каскад называется просто и понятно: усилительный каскад с динамической нагрузкой. И именно это название наиболее точно отражает его сущность (тот редкий случай, когда русский язык оказался лаконичнее английского). Встречается и более экзотическое русское название — каскад с «электронными резисторами» в цепи анодной нагрузки (Т.В.Войшвилло. Усилительные устройства. М., Связь, 1975).

Итак, вместо обычного резистора анодной нагрузки каскад СРПП имеет в цепи анода второй триод, смещение на сетке которого задается резистором Rк2. При появлении положительной полуволны сигнала на сетке V1 ток нижнего триода увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе Rк2, а это, в свою очередь, уменьшает ток верхнего триода V2. Наблюдается тенденция стремления к стабильности анодного тока, который зависит теперь от изменений входного сигнала в меньшей степени, чем в обычном резистивном каскаде усиления. Комбинированная нагрузка — триод V2 и резистор Rк2 — по своим свойствам начинает приближаться к источнику стабильного тока. Что же в этом хорошего? Известно, что источник стабильного тока обладает высоким внутренним сопротивлением, которое у идеального источника тока равно бесконечности (это, конечно, математическая абстракция). А теперь вспомним, что триодный каскад тем линейнее, чем выше его сопротивление нагрузки. Решить эту проблему «в лоб», как уже говорилось выше (путем произвольного увеличения анодной нагрузки), не представляется возможным, поскольку страдают другие, не менее важные параметры каскада. Остается только «обмануть» доверчивый триод V1, при этом его сопротивление нагрузки «раздваивается»: по постоянному току оно невелико и равно (Rк2+Rivк2), что обеспечивает нормальный режим каскада без увеличения напряжения анодного питания, а по переменному току (или динамическое сопротивление нагрузки) может быть намного больше, и определяется величиной Rк2 и коэффициентом усиления по напряжению верхнего триода: Rн. дин.=Rк2(1+)+Ri(V2). Это дает возможность получить несколько больший коэффициент усиления каскада СРПП по сравнению с обычным усилительным каскадом. А поскольку выходной сигнал снимается с катода V2, то и выходное сопротивление оказывается значительно ниже. Реально в случае, когда такой каскад работает на относительно низкоомную нагрузку, можно получить очень значительный выигрыш и по усилению, и по полосе пропускания. Да и динамические свойства при условии достаточного тока покоя каскада могут быть получены весьма впечатляющие (здесь важно учесть не только быстродействие каскада, но и насколько большой ток сигнала может отдаваться в нагрузку). По этим причинам каскад СРПП нашел применение в схемах видеоусилителей, где необходимо было обеспечить максимальную величину произведения , a также в схемах быстродействующих триггеров (А.П.Ложников, Е.К.Сонин. Каскодные усилители. М., Энергия, 1964), наверное, задолго до того, как кому-то пришла в голову идея попробовать его в схемах усиления звуковых частот. Особенно ярко его преимущества проявляются при работе в схемах, где паразитная емкость нагрузки достаточно велика (к такой категории относятся некоторые схемы драйверов, работающих на большое количество параллельно включенных выходных ламп либо на одиночные лампы, имеющие высокую динамическую входную емкость). На рис. 3б показана зависимость коэффициента усиления каскада СРПП на двойном триоде 6Н3П (=35, Ri=5,8 кОм) от эквивалентного сопротивления нагрузки при различных величинах Rк2 (кривая 1 соответствует обычному каскаду с общим катодом, остальные — СРПП: 2 — при Rк2=360 Ом; 3 — Rк2=560 Ом; 4 — Rк2=820 Ом) На рис. 3в показана зависимость выходного сопротивления каскада СРПП от величины Rк2. На рис. 3г приводятся для сравнения переходные характеристики каскада СРПП (вверху) и обычного каскада (внизу) на 6Н3П (кривая 1 — при Cн=5 пФ; 2 — Cн=15 пФ; 3 — Cн=30 пФ; 4 — Cн=55 пФ).

Рис. 3b

Рис. 3в

Рис. 3г

Однако СРПП — это еще не предел мечтаний. И вот по какой причине: хотя комбинированная анодная нагрузка каскада, как уже говорилось, приобретает некоторые свойства источника стабильного тока, но из-за относительно небольшого , свойственного триодам, у V2 не хватает «усилительной способности» для того, чтобы в достаточной степени компенсировать падение напряжения на Rк2, вызванное изменением тока сигнала. Решить эту проблему можно двумя путями: либо в качестве V2 применить не триод, а пентод, либо увеличить уровень сигнала на сетке V2. Первый путь приводит к схеме, изображенной на рис.4, а второй — к так называемому «усиленному СРПП», который получается к тому же и усложненным (рис.5).

Рис. 5

Дело в том, что значительно поднять уровень сигнала на сетке V2 просто путем увеличения резистора Rк2 не удается, так как от величины этого же самого резистора зависит и положение рабочей точки каскада, и если увлечься этим способом сверх меры, можно растерять все плюсы каскада СРПП (в первую очередь ухудшится перегрузочная способность). Зато можно пойти дальше по пути обмана легковерных триодов, «одурачив» теперь уже и V2: организовать ему требуемое сеточное смещение с помощью делителя (Rк2 Ra), который заменит Rк2, что даст больше свободы в варьировании уровнем сигнала на его сетке (который будет пропорционален нижнему резистору делителя), а сигнал этот подать через конденсатор Ca. Коэффициент усиления такого каскада можно сделать уже довольно близким к нижнего триода (не надо забывать, что именно он остается главным «действующим лицом», определяющим работу каскада, а все остальное служит лишь для того, чтобы создать ему наилучшие «условия труда»). Поэтому усиленный каскад СРПП в зарубежной литературе называется «Mu Follower» — «повторитель ». И опять это эффектное название в некоторой степени условно, так как усиленный СРПП хотя и подбирается довольно близко по коэффициенту усиления к величине нижнего триода, но все же не «повторяет» его. К тому же он оставляет возможность путем применения пентода в качестве верхней лампы и дополнительного усложнения схемы еще больше сократить дистанцию между реальным коэффициентом усиления и значением нижней лампы, одновременно понизив и так уже достаточно низкое выходное сопротивление и расширив динамический диапазон. Этот каскад (рис. 6) на страницах журнала «Glass Audio» назван «(-каскад» (Allan Kimmel. The Mu Stage//Glass Audio, 1993, N2).

Рис. 6

Особенности строения этого каскада предоставляют широкие возможности выбора токов покоя верхней и нижней ламп. Токи в данном случае могут быть разными, поскольку смещение пентода задается отдельным делителем (Rк2, R’к2), который также способствует дальнейшему понижению выходного сопротивления (и, очевидно, выравниванию его для положительной и отрицательной полуволн сигнала достаточно большого уровня, когда может проявляться «пушпульный» эффект, т.е. крутизна переднего и заднего фронтов прямоугольного импульса в общем случае может быть разной). Величиной анодной нагрузки триода Ra также можно варьировать в некоторых пределах. Пентод же можно рассматривать в качестве катодного повторителя с очень близким к единице коэффициентом передачи. Таким образом, любое изменение мгновенного значения напряжения на аноде, или нижнем выводе резистора Ra, с высокой точностью отслеживается катодным повторителем на пентоде V2, появляясь на верхнем выводе Ra, в связи с чем падение напряжения на Ra практически постоянно и не зависит от сигнала — это и есть настоящий (не идеальный, конечно, но очень близкий к нему) источник стабильного тока. Конечно, те, кто страдает пентодной аллергией, могут применить и триод в качестве V2, но при этом они получат более скромные параметры. Катодный повторитель на триоде обычно имеет коэффициент передачи K порядка 0,9, в то время как пентод может легко обеспечить значение 0,995 и даже больше. А теперь примем величину Ra равной 6,8 кОм и посчитаем динамическое сопротивление анодной нагрузки каскада: Rн. дин.=Ra/(1-K). В нашем примере Rн. дин. триод.=68 кОм, а Rн. дин. пент.=1,36 MОм. Разница — в 20 раз! Катодные повторители, кстати, тоже пользуются далеко не безупречной репутацией у технически грамотных аудиофилов. Но, тем не менее, как утверждает тот же Аллан Киммел, в такой схеме катодный повторитель на пентоде — это как раз то, что надо. И вообще пентоды в катодных повторителях дают много лучшие результаты как по параметрам (меньшее выходное сопротивление и затухание), так и по звучанию. К тому же Аллан Киммел пишет, что он долго экспериментировал со всеми описанными выше ламповыми каскадами во всех возможных вариантах, и все они, будучи грамотно реализованы, звучат очень хорошо, а лучше всех — именно -каскад. Особо хорош он в качестве драйвера, «раскачивающего» выходные триоды с малым , требующие большого размаха напряжения сигнала. Полученные Киммелом параметры его -каскада (рис.7) весьма и весьма впечатляют: выходное сопротивление 100 Ом, размах выходного сигнала 215 В при коэффициенте гармоник 0,7% и напряжении анодного питания 300 В, диапазон частот по уровню (—3дБ) 0,28Гц — 1МГц.

Рис. 7

Триод — хорошо известный всем 6DJ8 (аналог 6Н23П), обе половинки которого запараллелены, что благоприятно сказывается на выходном сопротивлении (как пишет Киммел, он это сделал еще и потому, что не мог смириться с тем, что одна половинка триода «болталась без дела»). Пентод — 12GN7 (аналог неизвестен, но это вряд ли важно: здесь подойдет любой пентод с достаточно высоким , способный работать при требуемом токе покоя, который нетрудно определить исходя из рекомендованного режима по току 6Н23П; наверняка хорошо покажет себя 6Ж9П). Но это еще не конец истории. В N5 журнала «Glass Audio» за 1996 год Аллан Киммел опубликовал статью под названием «A Direct-Coupled Mu Stage» (-каскад с непосредственной связью), в которой привел еще более совершенное произведение схемотехнического искусства (рис.8).

Рис. 8

Трудно сказать, принадлежит ли ему идея создания этого каскада, или он позаимствовал ее из старой ламповой литературы (ведь часто бывает, что многие новшества на деле оказываются раза в два старше своих «изобретателей»). Как бы там ни было, идея очень оригинальна: если предыдущие каскады напоминали «живую пирамиду» на цирковой арене, то этот тянет на воздушных акробатов слетающей трапецией. Исчез конденсатор Ca, связь между анодом триода и управляющей сеткой пентода теперь гальваническая; одновременно введен плавающий стабилизированный источник питания экранной сетки, от него же получает питание и анод триода. Изначально в этой схеме ставилась цель исключить «подгружающую» выход каскада цепочку Rэ Cэ, хотя ее влияние не было сколь-нибудь драматическим. Так или иначе, рекорды параметров предыдущего каскада (рис.7) были побиты: выходное сопротивление снизилось до 80 Ом, максимальный размах неискаженного выходного напряжения достиг 269 В при коэффициенте гармоник 0,9% и прежнем анодном питании (300 В), частотный диапазон за счет отсутствия переходного конденсатора Ca теперь начинается с Fн(-3дБ)=0,15 Гц, Fв(-3 дБ) осталась прежней: 1 МГц. Чтобы не перематывать силовой трансформатор, Киммел нашел очень остроумное решение организации плавающего источника: он установил небольшой накальный трансформатор и включил его «задом наперед», подав на вторичную обмотку переменное напряжение накала 6,3 В, а к первичной подключил выпрямительный мост и простейший транзисторный стабилизатор, с которого снимаются требуемые 75 В. Этот нестандартный способ хорош еще и тем, что такой компактный источник питания можно разместить в непосредственной близости от нашего каскада, не дав тем самым сигналу «разгуливать» по длинным соединительным проводам, ведущим к общему источнику питания. Хотя при наличии хорошей развязки этот вопрос, наверное, может быть решен и традиционным способом — применением силового трансформатора с отдельной обмоткой.

Итак, мы рассмотрели несколько ламповых схем, каждая из которых характеризуется вертикальной конфигурацией. Существуют и другие вертикальные каскады, в первую очередь сложные катодные повторители (например, катодный повторитель Уайта). Поскольку в данном случае речь шла о каскадах усиления напряжения, касаться катодных повторителей в этой статье мы не будем. Это — отдельная жизнь со своими болячками и лекарствами от них. Кроме того, рассмотренные типы усилительных каскадов во многих случаях вообще исключают необходимость применения катодных повторителей, сочетая в себе свойства усилителя и буфера (прямо как знаменитый шампунь «Пантин Про-Ви» с кондиционером — два в одном!). Как часто бывает, каждый последующий каскад обладает лучшими параметрами, чем предыдущий, но при этом становится сложнее. Дальше в лес — больше деталей. Поэтому хочется посоветовать тем читателям, которые решат попробовать «на звук» что-то из этой статьи, не быть максималистами и не замахиваться сразу на самый «крутой» вариант приведенных выше схем, а начать с простого. Как знать, возможно, в какой-то конкретной конструкции усилителя или другого устройства лучше всех зазвучит какая-нибудь промежуточная по сложности и параметрам схема. Лично мне на первый взгляд ближе всего (пока только умозрительно) схема СРПП с пентодом.

Перечень деталей усилителя

Механические элементы

Шасси: Hammond Chassis WalnutP-HWCHAS1310AL2 шт
Hammond Bottom PanelP-HHW1310ALPL2 шт
Монтажные панельки (расстояние между лепестками — 9.525 мм):
47.6 мм 6 лепестковP-0602H10 шт
57.2 мм 7 лепестковP-0702H10 шт
66.6 мм 8 лепестковP-0802H10 шт
Фиксаторы для электролитических конденсаторов MPSA 35 – 50 ммMUNDORF-752176 шт
Ручки регулятора напряжения смещенияP-K3104 шт
Панельки для ламп (CNC)14шт
СтойкаМ4 30мм F-F8 шт
СтойкаМ4 10мм M-F16 шт
СтойкаМ3 10мм M-F8 шт
СтойкаМ3 10мм F-F8 шт
ВинтМ4 х 6мм100 шт
Винт, потайная головкаМ4 х 6мм100 шт
ВинтМ3 х 6мм100 шт
Винт, потайная головкаМ3 х 20мм100 шт
Стопорящая шайбаМ4100 шт
Стопорящая шайбаМ3100 шт
ШайбаМ4100 шт
ШайбаМ3100 шт
ГайкаМ4100 шт
ГайкаМ3100 шт
Алюминиевый лист 2.3 мм304 мм х 914 мм1 шт

Электромеханические элементы

21.5 AWG1 катушка
Монтажный провод одножильный изолированный16.5 AWG1 катушка
Тефлоновая изоляция внутренний ø 1.5мм внешний ø 1.8мм7.5м
Клеммы для подключения колонок (длинные)12 шт
Разъёмы RCA тип «D» (входы)NF2D-B-02 шт
Клемма анодного напряжения (Pomona)2142-02 шт
Штекер анодного напряжения (Pomona)3690-02 шт
Анодный колпачок (Yamamoto Plate Caps) 6мм320-070-912 шт
Стрелочный индикатор (Yamamoto Precision Panel Meter) 100мА320-059-182 шт
Сетевой разъём (IEC) + предохранитель2 шт
Сетевой выключатель (Nikkai)2 шт
Переключатель измерения тока покоя оконечного каскада (Nikkai)2 шт

Электроника

Силовой трансформатор (Танго)МЕ–2252 шт
Накальный трансформатор (Хаммонд)266JB62 шт
Силовой дроссель (Танго)LC–3–350D2 шт
Промежуточный трансформатор (Танго)NC–142 шт
Выходной трансформатор (Танго)XE–60–52 шт
КенотронGZ–344 шт
Лампа (GEC)6J5GT4 шт
Лампа (Mullard)EL382 шт
Лампа (Gold Lion)KT884 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-TubeCap47μF х 600V2 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-Lytic HV470μF х 550V2 шт
Электролитический конденсатор, Mundorf, M-Lytic MLSL HV100μF + 100μF x 500V2 шт
20кΩ 12W4 шт
Гасящий резистор, Mills, MRA–123.9кΩ 12W2 шт
Гасящий резистор, Mills, MRA–510кΩ 5W2 шт
Электролитический конденсатор, Elna Silmic II

) усилитель мощности звука использует лампы выходного каскада, работающие в классе «А» , ультралинейное включение, и собран в виде моноблока — лампового усилителя. В схеме может быть использовано несколько различных ламп, в том числе KT77

/
6L6GC
/
KT88
с драйвером на
12SL7
. Вне зависимо от того, что за типы ламп используются для выхода — звук получается «бархатный» и изысканный.

В драйвере (предварительном усилителе звука) лампа работает в режиме динамической нагрузки — SRPP. Альтернативный драйвер можно сделать с применением 5751

. Не исключаются и другие варианты, такие как
12AU7
,
12AT7
и
12AX7
. Выходная мощность этой схемы может достигать 50 ватт.

Схема совсем простая, как для лампового УМЗЧ, но если вы не знакомы с ламповым оборудованием или не имеете опыта монтажа высоких напряжений, то это не совсем подходящий проект для дебюта . Для полного исключения взаимного влияния отдельных каналов (левого и правого), конструктивно всё выполнено как моноблоки — каждый с собственным блоком питания. С одной стороны такой вариант является более сложным и дорогостоящим, но и имеет свои преимущества.

На нижнем рисунке показан простейший . В блоке питания может быть использован обычный трансформатор, выпрямитель, фильтр. Обмотка накаливания 6 вольт и 4 ампера. Используя только 6,3 — вольтовые лампы, на накал соответственно снижается напряжение до вышеуказанного уровня.

Более чувствительные цепи схемы размещаются как можно дальше от силовых трансформаторов. Конденсаторы фильтра были приклеены к шасси. Использование земли в виде толстой большой голой медной проволоки хорошо зарекомендовало себя по минимизации гула, шума и возможности оптимизации контуров заземления. При правильном подключении всех элементов схемы, ток равен 1.25 деленное на значение резисторов. Таким образом, 10 Ом приведет к 0.125 амперам текущего тока (при использовании ламп KT88 надо 180 мА).

Сразу оговорюсь — данная антология никоим образом не претендует на звание пособия по ламповой схемотехнике. Схемы (в том числе исторические) отбирались по сочетанию технических решений, по возможности с «изюминками&quot. А вкусы у всех разные, так что не взыщите, если не угадал… В старых схемах ряд номиналов приведен к стандартным.

Для повышения выходной мощности усилителей кроме «запараллеливания» ламп еще в 30-е годы применяли двухтактные каскады (push-pull)

. Для возбуждения двухтактного каскада необходимы два противофазных напряжения, которые проще всего получить при помощи трансформатора. Так до сих пор и поступают в самых бескомпромиссных конструкциях, но степень влияния междулампового трансформатора на качество сигнала едва ли не больше, чем выходного. Поэтому в подавляющем большинстве двухтактных усилителей для получения противофазных напряжений используется специальный фазоинверсный каскад.

    Основные типы фазоинверсных каскадов
  • отдельный инвертирующий каскад в одном из плеч усилителя
  • автобалансный фазоинвертор
  • фазоинвертор с катодной связью
  • фазоинвертор с разделенной нагрузкой

Каждому из решений свойственны достоинства и недостатки. В пору расцвета высококачественных ламповых усилителей наибольшее распространение получили фазоинверторы с разделенной нагрузкой и катодной связью.

Фазоинвертор с катодной связью дает некоторое усиление, но идентичность выходных сигналов зависит от степени связи. Глубокую связь можно получить только при использовании большого сопротивления связи (за это схему назвали long tail

— «длиннохвостая») или источников тока в цепи катода (а это тогда вообще не приветствовалось). Кроме того, выходные сопротивления плеч такого фазоинвертора значительно различаются (один триод включен по схеме с общим катодом, второй — с общей сеткой).

Фазоинвертор с разделенной нагрузкой позволяет получить идентичные сигналы, но несколько ослабляют их. Поэтому приходится увеличивать усиление до фазоинвертора (что чревато его перегрузкой) или использовать двухтактный предоконечный каскад. Однако именно этот тип фазоинвертора получил наибольшее распространение в промышленных конструкциях, поскольку обеспечивает хорошую повторяемость при серийном производстве.

Вопрос экономии в те годы был первоочередным. И радиолюбителей, и конструкторов очень смущала лишняя лампа. Поэтому неудивительно, что в начале 50-х годов на страницах радиотехнических изданий появились схемы двухтактных усилителей, не содержащих отдельного фазоинвертора. Выходной каскад таких усилителей был выполнен по схеме с катодной связью и работал в «чистом» классе А. Предлагались как новые схемы, так и переделка существующих однотактных усилителей в двухтактные. По нашу сторону «железного занавеса» этот тип усилителей не прижился в силу малой экономичности, а по ту сторону они были в ходу еще долго.

Предельно простая схема такого усилителя, предназначенная для повторения любителями, приведена ниже (спасибо Клаусу, приславшему схему — без нее картина была неполной). Обратите внимание на дату…

рис.1. Простой двухтактный усилитель Pвых = 6 Вт. Выходной каскад выполнен по схеме с катодной связью. Приведенное сопротивление нагрузки — 8 кОм. Конструктивные данные трансформатора неизвестны. В источнике питания использован двухполупериодный выпрямитель на прямонакальном кенотроне 5Y3GT и LC-фильтр. / Melvin Leibovitz Hi-Fi Power Amplifier (Electronic World, June 1961)

Интересно включение регулятора громкости на входе оконечного каскада и всего один переходной конденсатор. Степень катодной связи невелика, так что характер звучания, скорее всего, будет как у однотактника (с четными гармониками). Общей ООС нет, поскольку запас усиления невелик.

Однако введение ООС в пентодный усилитель крайне желательно — без нее выходное сопротивление очень велико. Это хорошо только для полосы СЧ (ибо снижает интермодуляционные искажения в динамике), а для всех остальных применений противопоказано. Глубокую ООС в усилитель можно ввести только при непосредственной связи каскадов.

рис.2. Двухтактный усилитель класса А. Усилитель выполнен по схеме с непосредственной связью каскадов и охвачен глубокой ООС (~30 дБ). Двухтактный выходной каскад работает в классе А. Он выполнен по схеме с катодной связью и не требует отдельного фазоинверсного каскада. Сетка VL3 заземлена по переменному току. Часть напряжения с катодов выходных ламп подана на экранирующую сетку VL1, что стабилизирует режим по постоянному току.

Налаживание сводится к подбору R1…R3 так, чтобы напряжение на управляющих сетках ламп составило -12 В относительно их катодов.

Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш-22х50. Первичная обмотка содержит 2х1000 витков провода d=0,18 мм, вторичная — 42 витка провода d=1,25. Обмотки секционированы, вторичная обмотка размещена между слоями первичной. (В. Павлов. Высококачественный усилитель НЧ (Радио, №10/1956, с.44)

Усилители в режиме A обеспечивают высокое качество звучания, однако переход к режиму AB при той же мощности рассеяния на аноде позволяет получить в два-три раза большую выходную мощность. Выходной каскад в режиме AB уже не может работать с катодной связью, поэтому без отдельного фазоинверсного каскада не обойтись.

Желание сократить если не число ламп, то хотя бы число баллонов, привело к появлению схемы усилителя на двух триод-пентодах. Низкочастотные триод-пентоды были в свое время специально разработаны для однотактных усилителей приемников и телевизоров (триодная часть использовалась в драйвере, пентодная — в выходном каскаде). Однако в двухтактном применении они тоже не подкачали. У публикуемой ниже схемы было немало воплощений. Ультралинейный вариант, например, был в самом первом издании книги Гендина «Высококачественные любительские УНЧ» (1968 г.)

рис.3Двухтактный усилитель на триод-пентодах. Pвых = 10 Вт. Фазоинвертор по схеме с разделенной нагрузкой, связь с первым каскадом непосредственная. Выходной каскад пентодный с фиксированным смещением. Известны также варианты этой схемы с ультралинейным включением выходных ламп, с комбинированным и автоматическим смещением. Конструктивные данные трансформатора неизвестны. Цепь R3C2 обеспечивает устойчивость усилителя с замкнутой петлей ООС.

Кстати, об ультралинейном включении выходных пентодов. В двухтактном варианте у них появляется еще один плюс — дополнительная компенсация гармоник, возникающих в выходном каскаде. Поэтому подавляющее большинство любительских конструкций выполнены именно по ультралинейному варианту. В промышленных конструкциях отечественного изготовления ультралинейные усилители опять-таки не прижились из-за сложности выходного трансформатора. Для получения высоких характеристик необходима полная симметричность конструкции, секционирование обмоток, сложная коммутация. При использовании трансформаторов массового изготовления выигрыш от применения ультралинейной схемы незаметен.

Следующая схема стала классикой и послужила основой для бесчисленного множества конструкций.

рис.4. Ультралинейный усилитель Pвых = 12 Вт, Кг< 0,5% Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш 19х30 мм. Первичная обмотка содержит 2х(860+1140) витков проводом d=1,3 мм. Схема практически не нуждается в налаживании, что снискало ей популярность в промышленных и любительских конструкциях. Фазоинвертор выполнен по схеме с разделенной нагрузкой. В. Лабутин — Ультралинейный усилитель (Радио, №11/1958, с.42-44)

Несмотря на высокие характеристики и обычные пентодные, и ультралинейные усилители редко использовались без общей ООС. Применение ООС снижает выходное сопротивление усилителя и улучшает условия работы низкочастотных головок. Но для снижения выходного сопротивления усилителя можно использовать не только отрицательную, но и положительную ОС. В схеме следующего усилителя использована комбинированная обратная связь.

рис.5. Ультралинейный усилитель Основная особенность усилителя — комбинация ООС по напряжению и ПОС по току, улучшающая согласование усилителя с динамической головкой в области основного механического резонанса Сигнал ПОС снимается с датчика тока (R19), включенного в «земляной» вывод выходного трансформатора. Глубина обеих обратных связей регулируется синхронно, что исключает самовозбуждение усилителя. Первый каскад-усилитель напряжения. Фазоинвертор выполнен по схеме с катодной связью. Выходной каскад выполнен по типовой ультралинейной схеме и дополнен регулятором балансировки RP1 На втором триоде VL1 выполнен микрофонный усилитель Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш25х40 Первичная обмотка содержит 2х(1100+400) витков провода d=0 18мм, вторичная — 82 витка провода d=0,86мм (60м) В. Иванов — Усилитель НЧ (Радио №11/1959 с.47-49)

Триодный выходной каскад обладает низкими искажениями и малым выходным сопротивлением даже без общей ООС. Характеристики каскада слабо зависят от приведенного сопротивления нагрузки. Это позволяет снизить индуктивность выходного трансформатора. Далее приведены два варианта схемы усилителя с выходным каскадом на двойном триоде.

рис.6. Триодный усилитель Рвых=2,5Вт (+250В) Рвых=3,5Вт (+300В) Кг=3% (без ООС) Первый каскад-усилитель напряжения на пентоде (Kv=280 350). Фазоинвертор с разделенной нагрузкой. Выходной каскад с фиксированным смещением. Для снижения фона на обмотку накала подан потенциал +40В. Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш12 (окно 12х30мм), толщина набора 20мм. Первичная обмотка 2×2300 витков провода d=0,12мм, вторичная — 74 витка d=0,74мм. Силовой трансформатор выполнен на сердечнике Ш16 (окно 16х40мм), толщина набора 32мм. Сетевая обмотка содержит 2080 витков провода d=0,23мм, анодная — 2040 витков провода d=0,16мм, накальная — 68 витков провода d=0,84мм, обмотка смещения — 97 витков провода d=0,12мм Е. Зельдин — Триодный усилитель класса В (Радио № 4/1967, с.25-26)

рис.7. Триодный усилитель Рвых = 2,5 Вт, Кг =0,7…1% В выходном каскаде применено комбинированное смещение (использована накальная обмотка). Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш12 (окно 12х26мм), толщина набора 18мм. Первичная обмотка содержит 2×1800 витков провода d=0,1Змм, вторичная — 95 витков провода d=0,59мм (13 Ом) Е. Зельдин — Триодный усилитель класса В (Радио № 4/1967, с.25-26)

Автор: А.И.Шихатов

Вас может заинтересовать:
  1. Ламповоый усилитель в стиле Entry Level
  2. PP услитель на WE-366A и WE-VT52
  3. Гибридный усилитель мощности ЗЧ Джеффа Маколэя (80 Вт)
  4. Отечественный вариант немецкого лампового двухтактного усилителя SENHIZER
  5. Ламповый усилитель мощности с многопетлевой ООС
Радиолампы, использованные в статье:
  1. 6П14П
  • Все статьи с данной радиолампой
  • Справочные данные
  • 6П6С
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Ж8
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Ф3П
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Н2П
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Н1П
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Н6П
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные
  • 6Ф1П
    • Все статьи с данной радиолампой
    • Справочные данные

    Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.

    Настройка и испытания усилителя

    Сразу предупреждаем, что есть смертельные напряжения в этой схеме, соблюдайте крайнюю осторожность при проведении каких-либо измерений. Вначале включите питание и проверьте напряжения. Должно быть 12 вольт постоянного тока между накалом 12SL7 и около 475 вольт на блоке конденсаторов фильтра. Вставьте лампы. Следите за возможными проблемами (внутри ламп пластины, светящиеся красным, искры, дым, шум и другие интересные вещи, которые указывают на плохие новости). Проверьте напряжение снова. Они должны быть в надлежащих диапазонах. Если они будут сильно отличаться, значит что-то подключено неправильно.

    Если все ОК, выключите питание и прикрутите динамики на выход. Снова включите питание. Должно быть мало или вообще отсутствовать любых звуков (шум или шум). Если вы можете услышать лёгкое гудение на 10-20 см от АС, то, наверное, есть проблемы с монтажём (экраном, массой…).

    Подайте на вход усилителя сигнал и посмотрите, что получится. Звук должен быть теплым и мягким, без заметных искажений. Теперь самое время сделать баланс тока на выходных лампах — подстроечным резистором на 25 Ом. Разрешите усилителю поработать по крайней мере 20 минут и проверьте настройки еще раз. Они, вероятно, немного изменились — подстройте. После окончательной сборки лучше накрыть горячие и опасные лампы защитной сеточкой (особенно если у вас есть домашние животные или дети). Приятного вам прослушивания!

    ↑ Трансформаторы питания

    Теперь перейдем к самому главному. К трансформаторам питания. Сложность изготовления трансформаторов для ламповой техники является еще одним препятствием, которое останавливает начинающих (и не только начинающих) радиолюбителей. Для питания радиоламп требуются высокое напряжение (как правило это 200-300вольт) в цепи анода и низкое, но с большими токами, напряжение на накал. В нашем случае лампы имеют напряжение накала 6.3 вольта. Анодное напряжение на них подается 300вольт.
    Можно найти специализированный унифицированный трансформатор для питания ламповых схем марки ТАН (трансформатор анодно-накальный). Но они дороги и не всегда их можно найти. Можно воспользоваться трансформатором взятым от старой радиолы или телевизора. Такие трансформаторы подойдут по всем параметрам, кроме одного — размера. Я для своего усилителя трансформаторы сделал сам. Точнее переделал под свои нужды готовые трансформаторы от недорогих китайских БП, которые вставляются непосредственно в розетку.

    Сердечник трансформатора состоит из отдельных пластинок — пластинки типа «Ш» или «Е» кому как больше нравится, и перемычки типа «I». После сборки, чтобы трансформатор не гудел, его на заводе обычно пропитывают лаком, поэтому разобрать трансформатор иногда бывает не так просто как кажется. Сначала скальпелем или прочным канцелярским ножом отделяем и вытаскиваем «I» пластины.

    Затем плоскогубцами вытаскиваем из каркаса крайнюю «Ш» пластину. Из-за того что сердечник был залит лаком, это может оказаться не таким простым делом, придется попотеть. Если же все попытки вытащить пластинку не увенчались успехом, то тогда сердечник надо прогреть до температуры 90-100с*. Для этого можно воспользоваться электроплиткой или утюгом. Осторожно, не перегрейте, иначе начнет плавиться пластмасса из которой сделан каркас катушек и трансформатор придется выкинуть. Время от времени можно капать на сердечник капельку воды и как только она начнет закипать, нагрев прекращаем. Далее берутся толстые рукавицы, чтобы не обжечься и операция по разборке продолжается. При нагреве лак, которым залиты пластины, размягчиться и разборка не составит большого труда. В конце концов должно получиться примерно так.

    Как видим, обмотки трансформатора намотаны на двух абсолютно одинаковых катушках. На одной, тонким проводом, намотана первичная обмотка. На второй, более толстым — вторичная. Берем две высоковольтных первичных обмотки от двух разобранных трансформаторов, устанавливаем их в каркас и собираем трансформатор снова. Получится трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 и напряжением 220в переменного тока на выходе. После выпрямления этого напряжения получится примерно 300 Вольт постоянного тока, что нам и требуется. Включаем собранный трансформатор, на выход для проверки подключаем 15Вт электрическую лампочку. Проверяем гудит или нет собранный трансформатор. При наличии гудения надо попробовать добавить в сердечник еще несколько пластин (запасные от второго разобранного). Если пластины уже не лезут (все забито плотно) то сердечник надо пропитать жидким лаком и хорошенько высушить. Гудение и вибрация пропадут. Вместо пропитки лаком можно гудящий трансформатор сварить в расплавленном парафине. В подходящей по размеру кастрюльке (консервной банке) растапливается парафин. После того как он расплавиться и станет жидким в него погружают трансформатор и выдерживают в расплавленном парафине 10-20 минут, чтобы пропитались все щели. После этого трансформатор вынимаем из расплава, кладем на кусок картона и даем остыть. Обработанные таким образом трансформаторы не шумят. После того как все детали подобраны и проверены на исправность, можно приступать непосредственно к сборке усилителя.

    Конструктивно усилитель можно выполнить в любой подходящей по размеру коробочке в которой размещаются трансформаторы, конденсаторы и ламповые панельки. Очень хорошо подойдет корпус от неисправного компьютерного БП. Поскольку в усилителе для питания используется высокое напряжение особое внимание надо обратить на качество изоляции проводов и надежность крепления и пайки всех элементов схемы.

    Если раньше не приходилось иметь дело с высоким напряжением, не поленитесь найти и прочитать правила техники безопасности при эксплуатации и ремонте электроустановок под напряжением до 1000 Вольт. Электричество халатного к себе отношения не прощает.

    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: