Электрификация

Справочник домашнего мастера

Ламповый усилитель 6п45с

Содержание

Однокаскадный ламповый УМЗЧ на 4Вт (6П9), схема и описание

В статье описана конструкция однокаскадного лампового УМЗЧ небольшой мощности, используемого автором совместно с АС, построенной на основе широкополосных головок повышенной чувствительности. В усилителе применено параллельное включение двух пентодов 6П9, отличающихся высоким усилением.

Это и позволило получить выходную мощность до 4 Вт при работе с источником сигнала, обеспечивающим напряжение сигнала до 1,5…2 В, т. е. от любого проигрывателя компакт-дисков или смартфона.

Современный исторический период, с точки зрения технологии, можно отнести к цифровой эре. Цифровые технологии в фотографии, звукозаписи, телевидении, радиосвязи, навигации, в «умном доме» и пр. — реалии нашего времени. Наряду с компьютерными средствами связи и передачи информации, они предоставили возможности, о которых раньше нельзя было и мечтать. В определённом смысле можно говорить об охвате этой технологией всего нашего быта и производства.

В последнее время численность любителей хорошего звука стала увеличиваться за счёт поколения, рождённого в цифровую эру и не заставшего ни виниловых дисков, ни магнитофонов.

В значительной мере этому способствует тот факт, что большую часть музыки современный человек прослушивает через головные телефоны с мультимедийного плейера или смартфона, а в стационарных условиях — через нехитрую акустическую систему телевизора или компьютера с простыми однокристальными УМЗЧ.

Тем не менее с претензией на лучшее звуковоспроизведение известный производитель компьютерного железа тайваньская компания АОреп в 2002 г. выпустил материнскую плату АХ4В-533 Tube со звуковым трактом на лампе и несколькими «аудиофильскими» конденсаторами MultiCap. резисторами Vishay и проводами Cardas. Причём лампу поставили нашу, российскую Sovtek 6922 (6Н23П).

Затем была конструкция АОреп AX4GE Tube-G , с предварительным усилителем на трёх лампах и деталями попроще. И всё — эта инициатива подхвачена не была.

В самом деле, чтобы повлиять на звуковоспроизведение кардинально, мало применить только буферный ламповый каскад, да и решение проблем теплового режима и режима питания лампы сразу увеличивает стоимость изделия.

Что же можно сделать в этом направлении? Ответ — применить полноценный ламповый усилитель. Каким требованиям должен соответствовать УМЗЧ? Безусловно, усилитель должен быть построен в соответствии с определёнными правилами, сложившимися в результате вековой практики лампового звуковоспроизведения, с учётом современных технологий.

По возможности он должен быть несложным, иметь достаточную выходную мощность и хорошие параметры, разумные габариты и массу. Вопрос теплового режима и энергопотребления тоже может оказаться актуальным. В общем, понятный набор требований, зачастую находящихся в противоречии друг с другом.

В отличие от транзисторной схемотехники, ламповая традиционна. Придумать что-то прорывное сложно. Первая мысль при взгляде на схему лампового УМЗЧ — как всё просто!

Но секрет хорошего звука, как правило, не в каком-то необычном схемотехническом решении, а в тщательной проработке конструкции и правильном выборе используемых элементов.

Один из принципов ламповой схемотехники — звуковой тракт должен быть максимально коротким, а число каскадов усиления — минимально.

Хотя на практике не всё так уж однозначно, тем не менее, при прочих равных условиях, два каскада усиления предпочтительнее, чем три. Малокас-кадность — одно из преимуществ ламповой схемотехники.

От лампового каскада можно получить большой коэффициент усиления, при этом число каскадов усиления минимально. Отсюда и особая звуковая панорама: музыкальные инструменты и голоса расположены по всему акустическому пространству.

При прослушивании АС с «правильным» ламповым усилителем через некоторое время о громкоговорителях просто забываешь, их как бы нет, звук растворяется в пространстве, мозг перестаёт ассоциировать их с источником звука (конечно, при соответствующем качестве записи исходной фонограммы).

Итак, два каскада лучше, чем три. Тогда один лучше, чем два? Но может ли УМЗЧ иметь один каскад усиления? В середине прошлого века были устройства, в которых УМЗЧ построен всего на одной лампе — пентоде 6П9, например, в телевизорах «Рекорд-12», «Енисей». Применяли его и в любительских конструкциях усилителей.

Изначально эта лампа предназначалась для выходных каскадов широкополосных усилителей, в частности, в видеоусилителях телевизионных устройств . Тем не менее любители лампового звучания успешно применяют эту лампу в звуковом тракте в предоконечном и выходном каскадах. Кроме того, лампа до сих пор доступна и недорога.

Пентод 6П9 имеет восьмиштырьковый (октальный) цоколь и металлический ударопрочный корпус. Зарубежные аналоги — 6L10 и 6AG7. По основным параметрам (но. увы, не по звучанию) к 6П9 близка отечественная пальчиковая лампа 6П15П (причём мощность рассеяния на аноде — до 12 Вт).

Благодаря большой крутизне (10… 11 мА/В) и высокому внутреннему сопротивлению (80… 100 кОм) пентод 6П9 обладает усилением, достаточным для построения однокаскадного усилителя мощности!

С одной лампы при входном напряжении 1,5 Вэфф можно получить выходную мощность до 2 Вт при коэффициенте гармоник около 4 %. Но проблема в том, что анодная нагрузка при этом должна быть примерно 10 кОм. Изготовление выходного трансформатора для такого случая — непростое дело.

Но если использовать две лампы, включаемые параллельно, чувствительность усилителя не изменится, но эквивалентное сопротивление нагрузки уменьшится вдвое. Выходная мощность, естественно, в два раза больше.

Изготавливать выходной трансформатор для эквивалентной нагрузки сопротивлением 5 кОм уже проще. Видимо, подобным образом рассуждал и автор конструкции ; приведённая там схема усилителя и была взята за основу.

Схема усилителя

Схема одного канала стереофонического усилителя с блоком питания представлена на рис. 1. Это однотактный усилитель мощности на двух пентодах, включённых параллельно, без ООС, с фиксированным смещением, обеспечивающим анодный ток каждой лампы 30 мА. Можно использовать и автоматическое смещение.

Для этого в цепь катода каждой лампы следует включить резистор сопротивлением 68… 100 Ом (подбирают для каждой лампы по анодному току) мощностью 0,5 Вт, зашунтированный оксидным конденсатором ёмкостью 500… 1000 мкФ на номинальное напряжение 16 В.

От качества этого конденсатора в значительной степени зависит звучание. Третью сетку при этом соединяют с катодом, туда же нужно присоединить и нижний по схеме вывод стабилитрона VD7.

Пентод 6П9 на выходе УМЗЧ — определённый вызов современным представлениям, в соответствии с которыми считается, что хорошее звучание можно получить, применяя только триоды либо пентоды и тетроды в триодном включении.

Действительно, триод более линеен и его внутреннее сопротивление меньше (соответственно меньше и индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора).

Но максимальная выходная мощность такого усилителя на 6П9 снижается, уменьшается и чувствительность. С другой стороны, существует немало сторонников пентод-ных усилителей, утверждающих, что музыкальные произведения определённых жанров лучше звучат именно с пен-тодными усилителями.

Кроме того, главный козырь описываемого усилителя в том, что он однокаскадный, а перевод ламп в триодный режим потребует второго каскада усиления. И сложно сказать заведомо, что будет звучать лучше: двух- либо трёхкаскадный УМЗЧ на триоде или однокаскадный на пентоде .

Нужно отметить, что при параллельном включении ламп требуется их подбор. Ведь в таком усилителе лампы работают как бы «дуэтом». И результат во многом зависит от того, насколько хорошо они подобраны, сделать это самому несложно, имея возможность их выбора: 6П9 — лампа не дорогая.

Основное отличие схемы усилителя на рис. 1 от приведённой в (3] — это наличие стабилизатора напряжения для второй (экранирующей) сетки. Контрольное прослушивание показало, что введение стабилизатора заметно улучшило звучание.

Дело в том, что линейность пентода очень сильно зависит от стабильности напряжения на второй сетке, а на больших амплитудах сигнала напряжение на второй сетке тоже начинает меняться. Конденсатор фильтра между сеткой и общим проводом не всегда справляется с таким явлением (на самых низких частотах).

Рис. 1. Принципиальная схема лампового усилителя на лампах 6П9.

В этой конструкции применён параметрический стабилизатор на шести стабилитронах КС524Г и одном КС512А на общее напряжение 150 В. Цепь стабилитронов зашунтирована конденсаторами МБГО ёмкостью 4 мкФ и оксидным ёмкостью 100 мкФ на 160 В (Jamicon).

Вместо цепи стабилитронов можно применить один КС650А. При этом для двух каналов необходимо подобрать два с нужным напряжением стабилизации и установить их на теплоотводы (рассеиваемая мощность — 1,5…2 Вт).

Стабильное напряжение для второй сетки можно обеспечить также с ламповым (на СПЗП) или транзисторным стабилизатором. Резисторы R3, R4 в анодных цепях служат для контроля анодного тока при налаживании. Падение напряжения на них в милливольтах численно равно току анода в миллиамперах. После налаживания их можно исключить.

Выключатель питания SA1 включён последовательно с сетевой обмоткой трансформатора. Для увеличения срока службы ламп, с целью их защиты от подачи анодного напряжения в непрогре-том состоянии, непосредственно в цепь анодного напряжения установлен ещё один выключатель SA2.

Детали и узлы

Обычно для предотвращения возможных возбуждений на высоких частотах входной сигнал подаётся на управляющие сетки через «антизвонные» резисторы сопротивлением 1…3 кОм. В данной конструкции в сеточнойцепи отдано предпочтение применению дросселей.

Сравнительное прослушивание усилителя с резисторами БЛП, а затем с дросселями ДМ2,4-20 индуктивностью 20 мкГн в сеточных цепях выявило некоторое преимущество дросселей. Подобные дроссели можно намотать и самостоятельно на ферритовых кольцах, число витков ориентировочно 10-15.

Вместо дросселя можно использовать ферритовые трубки диаметром 3 мм, которые надевают на сигнальный провод, идущий к лампе. Их можно найти на старых компьютерных платах или в импульсных блоках питания. Такая трубка может увеличивать индуктивность проводника (например, эмалированного обмоточного провода) до 10…20 мкГн.

В данной конструкции применён импортный переменный резистор R1 (спаренный). Лучше поставить сдвоенный переменный резистор ALPS RK27 стерео (Blue Velvet) японской фирмы ALPS Electric.

Постоянные резисторы можно применить любые из серий С2-23, С2-29, ВС, БЛП. Если в качестве источника сигнала для этого усилителя предполагается использовать исключительно компьютер, то в этом случае можно вообще обойтись без регулятора громкости на входе усилителя, регулируя уровень входного сигнала непосредственно с компьютера, реализовав так называемый «короткий тракт».

Особенностью усилителя является отсутствие межкаскадных разделительных конденсаторов. Здесь же есть лишь конденсатор во входной цепи — полиэтилентерефталатный К73-17. В данной конструкции применены самодельные выходные трансформаторы (рис. 2) на броневом ленточном магнитопроводе из стали Э310, соответствующем типоразмеру ШЛ20х32, площадь сечения — 6,4 смг.

Рис. 2. Самодельные выходные трансформаторы.

Он наиболее близок к трансформатору ОСМ 1-0,063 промышленного производства. Для первичной обмотки использован обмоточный провод диаметром 0,23 мм, для вторичной — 1 мм. Для указанного на схеме режима работы сопротивление нагрузки, приведённое к первичной обмотке, немного более 4,8 кОм.

Индуктивность первичной обмотки для расчётной граничной частоты fH = 40 Гц должна быть 19…20 Гн, что соответствует примерно 5000 витков. Коэффициент трансформации л = 31 для нагрузки сопротивлением 4 Ом и п = 22 — для 8 Ом. В одном слое катушки можно уложить до 180 витков первичной обмотки и до 40 витков вторичной обмотки.

Таким образом, 5040 витков первичной обмотки можно намотать в 22 слоя, а 160 витков вторичной (для нагрузки 4 Ом) — в четыре слоя. Добавив к ней ещё 69 витков, трансформатор можно использовать на нагрузку 8 Ом. Учитывая, что добавочная обмотка предназначена для нагрузки 8 Ом, её можно намотать более тонким проводом.

Для получения достаточной широкополосности усилителя обмотки выходного трансформатора должны быть оптимально секционированы.

Секционирование уменьшает индуктивность рассеивания трансформатора, но чрезмерное секционирование приводит к росту межобмоточной ёмкости, а также к ограничению полосы пропускания в области высоких частот.

Ёмкость можно снизить, увеличивая толщину межобмоточной изоляции, но при этом уменьшаются коэффициент заполнения и потокосцепление между обмотками.

Триод обладает малым внутренним сопротивлением; для него основной проблемой является индуктивность рассеяния, поэтому первичную обмотку триода разбивают на 4-5 (а то и более) секций, между которыми укладывают секции вторичной обмотки, которые, обычно, соединяют параллельно.

Внутреннее сопротивление пентода велико, влияние индуктивности рассеяния незначительно. Основной проблемой для него является межобмоточная ёмкость, поэтому чрезмерное секционирование, наоборот, может ограничить полосу пропускания. В отличие от усилителей на триодах, трансформаторы пентодных усилителей не подвергают значительному секционированию.

Во многих пентодных усилителях середины прошлого века вторичную обмотку просто укладывали между половинками первичной обмотки. По этой же причине, если анодное напряжение выходной лампы не превышает нескольких сотен вольт, в качестве межобмоточной изоляции лучше использовать бумагу, а не лавсан, фторопласт и иные синтетические материалы.

В данной конструкции применён следующий способ укладки: вначале уложено шесть слоёв первичной обмотки по 180 витков в слое (1080 витков), затем два слоя вторичной (80 витков), потом 11 слоёв первичной обмотки (1980 витков), ещё два слоя вторичной и остальные 11 слоёв первичной обмотки. Затем домотано 69 витков для обмотки на нагрузку 8 Ом.

Между собой включают последовательно не только секции первичной обмотки, но и вторичной. При таком секционировании вторичную обмотку удобнее наматывать отрезками провода относительно небольшой длины.

Кроме того, секции вторичной обмотки невозможно сделать одинаковыми, наводимые в них ЭДС всегда немного отличаются. Последовательное соединение обмоток снимает эту проблему.

Каждую следующую секцию обмотки начинают наматывать с той стороны, где закончилась предыдущая. Таким образом, первичная обмотка содержит 5040 витков, вторичная — 160 + 69 витков.

Намотку производят виток к витку. Межслойная изоляция — один слой обычной бумаги (например, из тетради), межобмоточная — два-три слоя. Ленты изоляции должны быть на 5 мм шире расстояния между щёчками. По их краям ножницами делают насечки для того, чтобы они легли между щёчками без складок. Это надёжно изолирует слои и секции друг от друга.

Для уменьшения влияния подмагничивания постоянным током обмоток магнитопровод трансформатора собирают с зазором. С этой целью между его П-образными частями кладут вставки из бумаги толщиной 0,1 мм.

В зависимости от качества используемой в трансформаторе стали, окончательную толщину прокладки можно подобрать на финальном этапе налаживания усилителя по минимуму искажений и сохранению уровня сигнала на самых низких частотах, наблюдаемому на экране осциллографа.

Блок питания

Питание усилителя, в конечном счёте, определяет его энерговооружённость. Трансформатор питания достаточной мощности, мостовой полупроводниковый выпрямитель, дроссели в сглаживающем фильтре, конденсаторы фильтров — это всё, от чего напрямую зависит качество звука.

Самый простой вариант — применение готового унифицированного трансформатора. В данном случае оказался подходящим и был использован анодно-накальный ТАН43-220-50К. Помимо сетевой обмотки, он содержит четыре обмотки на напряжение 56 В и ток 150 мА, две обмотки на 12,6 В (ток 150 мА) и две накальные обмотки 6,3 В (1,65 А).

Для получения необходимого анодного напряжения обмотки по 56 В были включены последовательно (соединения обмоток показаны на схеме), а каждая накальная обмотка питает пару ламп одного канала.

Одна из оставшихся обмоток использована как источник отрицательного смещения на управляющие сетки ламп. Кроме ТАН43, также подойдут ТАН28, ТАН29, ТАН42 и любой другой сетевой трансформатор с подходящими напряжениями обмоток и габаритной мощностью не менее 60 Вт.

Резисторы R6- R9, традиционно включаемые параллельно нитям накала, образуют искусственную среднюю точку, уменьшая фон переменного тока. К одной из накальных обмоток через гасящий резистор R13 подключён светодиод индикации включения усилителя.

В анодном выпрямителе применены диоды MUR4100E, также можно использовать любые «быстрые» диоды на соответствующее напряжение. Из отечественных подойдут КД226В-КД226Е.

В этом случае параллельно каждому диоду полезно подключить конденсатор ёмкостью 10 нФ на номинальное напряжение не менее 400 В. В выпрямителе смещения можно использовать любые выпрямительные диоды.

Стабилитрон VD16 — любой на напряжение стабилизации 5…6 В, например КС156А.

Подстроечные резисторы R11, R12 — СП4-1 (СПО-0,15), подойдут очень удобные многооборотные СП5-2, СП5-3. Постоянные резисторы — МЯТ, С2-23 или их аналоги. В анодном выпрямителе желательно использовать конденсаторы Jamicon или Samsung. Дроссели L3, L4 в этой конструкции установлены готовые импортные на ток 80 мА, сопротивлением 180 Ом, вместо которых можно применить дроссели от старых ламповых телевизоров, например Др5-0.08. В качестве выключателей применены спаренные микропереключатели МТД-3.

Конструкция усилителя

Усилитель собран на П-образном шасси размерами 335x150x50 мм. На верхней части шасси, прикрытой дюралюминиевой фальшпанелью, размещены трансформаторы и лампы. Сетевой трансформатор прикрыт стальным кожухом размерами 90x90x100 мм.

Рис. 3. Внешний вид лампового усилителя.

Вокруг выходных трансформаторов, по углам, установлены стойки квадратного сечения, к которым прикреплены дюралюминиевые пластины, прикрывающие выходные трансформаторы. Получившийся короб имеет внешние размеры 90x94x240 мм. По периметру шасси облицовано отделочным ламинированным уголком с внешними габаритами 50x174x352 мм (рис. 3).

Облицовка — из дубовых или берёзовых дощечек, покрытая лаком, только прибавит изделию респектабельности.

В задней части корпуса расположены клеммы для подключения проводов кабелей к АС. На лицевой части шасси установлены регулятор громкости, выключатели анодного и сетевого напряжения, индикаторный светодиод. Лицевая часть также прикрыта дюралюминиевой фальшпанелью размерами 58×184 мм.

Все металлические поверхности покрашены термопорошковым способом. Надписи нанесены методом лазерной гравировки и зачернены (рис. 4).

Рис. 4. Надписи нанесены методом лазерной гравировки.

Разводка проводов и монтаж усилителя внутри шасси показаны на рис. 5.

Рис. 5. Разводка проводов и монтаж усилителя внутри шасси.

Сборку усилителя начинают с установки ламповых панелей, сетевого и выходных трансформаторов, дросселей, плат блока питания и разводки накальных цепей, которые проведены толстыми (сечением 0,5 ммг) свитыми проводами.

Цепи накала максимально удалены от входных цепей усилителя. Все детали блока питания смонтированы на трёх печатных платах рис. 6 — рис. 8.

Рис. 6. Детали блока питания (плата 1).

Рис. 7. Детали блока питания (плата 2).

Часть мелких деталей усилителя смонтирована навесным монтажом. Некоторые детали припаяны непосредственно к выводам ламповых панелей, а основная их часть смонтирована на лепестках монтажной платы.

В качестве общего провода использован лужёный медный провод, установленный на изоляционных стойках между монтажной платой и ламповыми панелями. Шасси электрически соединено с общим проводом около входных разъёмов.

Цепи от входных разъёмов к регулятору громкости и от регуляторов громкости к входу усилителя разведены экранированным проводом минимальной длины. Учитывая уровень входного сигнала, входные цепи можно развести и обычной витой парой. В этом случае провода пары используют как сигнальный и общий.

Рис. 8. Детали блока питания (плата 3).

Налаживание усилителя

Налаживание усилителя заключается в установке и выравнивании тока покоя ламп. Контроль анодного тока осуществляется с помощью милливольтметра, по падению напряжения на резисторах R3 и R4 (примерно 30 мВ).

При этом желательно осуществлять контроль формы выходного сигнала по осциллографу на эквиваленте нагрузки, на низкочастотном краю полосы ЗЧ и на частоте 1000 Гц, по максимальной линейности выходного сигнала, особенно на предельной мощности усилителя, подбирая более точно ток покоя небольшим изменением напряжения смещения подстроечными резисторами R11, R12.

Подбор ламп в пары можно осуществить непосредственно в усилителе. Для этого устанавливают все четыре лампы и на их управляющих сетках резисторами R11, R12 выставляют напряжение смещения равным -3 В и фиксируют их анодный ток. Лампы переставляют так, чтобы их токи в парах были наиболее близкими.

Затем для одной пары ламп производится снятие зависимости их анодного тока, в интервале 10…50 мА с шагом 5… 10 мА от напряжения смещения на их управляющей сетке. Результаты записывают в таблицы (I* = f(Uc„)).

Полученные таблицы для всех имеющихся ламп позволят более точно подобрать лампы в пары в рабочем интервале их анодного тока. Естественно, все измерения необходимо проводить в отсутствии входного сигнала. Лампы предварительно следует прогреть не менее получаса.

После подбора ламп и окончательной установки их токов покоя можно осуществить более точно подбор толщины немагнитной прокладки в магнитопроводах выходных трансформаторов.

При этом оптимальную толщину зазора определяют по визуальному контролю формы выходного сигнала на экране осциллографа как компромисс между амплитудой выходного сигнала и его формой на низкочастотном краю полосы.

Однозначных рекомендаций здесь дать невозможно, всё зависит от качества трансформаторной стали, намотки трансформатора, его формы и размеров. С большим сечением магнитопровода, как правило, можно расширить область усиливаемых низких частот.

Об измеренных параметрах усилителя

Параметры усилителя по современным меркам могут показаться скромными. Номинальная выходная мощность — 3 Вт, максимальная — 4 Вт (при входном напряжении 2 В), по современным меркам совсем немного. Но это «ламповые» ватты!

В силу плавного, мягкого ограничения амплитуды выходного сигнала в лампах, по сравнению с транзисторами. эта мощность эквивалентна десятку «транзисторных» ватт, по субъективному восприятию звука. Этот феномен хорошо знаком любителям «лампового» звука. Для комфортного прослушивания лампового усилителя в современных квартирах с «правильной” АС, как правило, достаточно 1… 1,5 Вт.

Полоса рабочих частот по уровню -3 дБ равна 20…20000 Гц. На рис. 9 представлен спектральный состав выходного сигнала одного из каналов, при выходной мощности 1 Вт. На рис.

10 — то же при выходной мощности 3 Вт Гармонические искажения — THD в англоязычной аббревиатуре, точнее коэффициент гармонических искажений, THD+N — то же плюс шумы усилителя, выраженные в процентах. Полученные значения искажений (4 %) являются неплохим результатом для лампового усилителя.

Рис. 9. Спектральный состав выходного сигнала одного из каналов, при выходной мощности 1 Вт.

Конечно, современные транзисторные усилители имеют более низкие искажения, но их формальное сравнение, без учёта спектрального состава сигнала, лишено всякого смысла.

В силу особенностей двухтактных схем современных транзисторных усилителей, в них подавлены чётные гармоники, что приводит к формальному снижению значения коэффициента гармоник. Но преобладание нечётных гармоник, особенно третьей при отсутствии второй, негативно влияет на субъективное восприятие звучания.

Эксперименты показали, что более благоприятно на слух воспринимаются фонограммы, воспроизводимые усилителями, в спектре искажений которых гармоники плавно спадают по мере их номера, но их спектр должен быть коротким. В отличие от транзисторного, такое звучание не утомляет, обогащая звучание вокала и музыкальных инструментов.

Рис. 10. Спектральный состав выходного сигнала одного из каналов, при выходной мощности 3 Вт.

Контрольные прослушивания оркестровых фонограмм показали, что усилитель обеспечивает хорошую панораму звучания, инструменты находятся каждый на своём месте, причём их звучание локализовано не только в горизонтальной плоскости, но и в глубину, и по высоте. Отсутствует какая-либо привязка звука к громкоговорителям. Конечно, всё это справедливо только при соответствующем качестве записи. Все огрехи фонограммы сразу становятся заметными.

Громкоговорители для пентодного УМЗЧ

Не пытайтесь использовать ламповый усилитель с напольными мощными АС «Jamo» или советскими S90. Это верный путь к дискредитации ламповых усилителей небольшой мощности.

Эти многополосные АС рассчитаны для работы с транзисторными усилителями выходной мощностью до 50…100 Вт и малым выходным сопротивлением.

Лучшим вариантом АС для пентодного УМЗЧ считается АС с одной широкополосной динамической головкой, имеющей характеристическую чувствительность 92…93 дБ/Вт/м.

Такие головки могут быть установлены на акустической панели или в открытом корпусе. Например, головки Fostex FE206E, Fostex FE207E имеют достаточную чувствительность, и для них рекомендовано сложное акустическое оформление (как правило, с обратным рупором). Аналогичные головки Visaton BG 20/8, BG 17/8, имеющие пониженное значение полной добротности, рассчитаны, как правило, на оформление с фазоинвертором.

Кроме того, большинство таких современных динамических головок рассчитано на более высокую мощность, нежели может обеспечить описываемый УМЗЧ, поэтому их потенциал не будет полностью реализован. К таким изделиям можно отнести и широкополосные динамические головки Supravox.

Из отечественных изделий можно использовать старые динамические головки небольшой мощности. К ним относятся пользующиеся заслуженной популярностью у любителей лампового звука отечественные широкополосные головки 10ГДШ-1 (10ГД-36К), имеющие чувствительность 93 дБ/Вт/м, не требующие сложного акустического оформления.

Такую головку можно установить в открытый или закрытый корпус, а также на акустической панели достаточных размеров (шириной 40. .50 см и высотой 80.120 см). Если их подвес повреждён, его можно заменить новым, который можно приобрести через рекламные предложения в Интернете.

Недорогим вариантом для АС являются и динамические головки 4ГД-35, которым многие отдают предпочтение при прослушивании гитары. В качестве ВЧ-звена к ним можно использовать высокочастотные головки 2ГД-36, включённые через конденсатор ёмкостью 2…3 мкФ.

На рубеже 60-70-х годов прошлого века Рижским радиозаводом имени А. С. Попова выпускались ламповые радиолы «Симфония», «Симфония-2», «Симфония-003”. Применявшиеся там НЧ-головки 5ГД-3 RRR и 6ГД-2 RRR («Симфония-003») до сих пор высоко ценятся и могут быть использованы при создании АС. Их ещё можно приобрести на интернет-аукционах.

Если ламповый усилитель предполагается использовать совместно с компьютером, а АС должна располагаться в непосредственной близости, то в этом случае громкоговорители должны иметь небольшие размеры. Лучшим бюджетным вариантом в этом случае может стать применение динамических головок ЗГД-38, устанавливаемых в отечественных телевизорах.

Достать их совсем не сложно, и в правильном акустическом оформлении они переиграют многие компьютерные АС. Если в ваши планы не входит изготовление АС, то среди прочих хорошим вариантом может быть использование полочных громкоговорителей. Требования по чувствительности остаются прежними. С ламповым УМЗЧ можно использовать акустические системы 15АС-109, 25АС-101.

В этом случае я бы рекомендовал исключить встроенные в них фильтры, присоединив ВЧ-го-ловку к НЧ-головке через разделительный бумажный конденсатор ёмкостью 2.. 4 мкФ.

В заключение нелишне ещё раз подчеркнуть, что ламповые усилители с выходным каскадом на пентодах или лучевых тетродах звучат лучше с широкополосными головками.

Высокое выходное сопротивление пентодно-тетродных УМЗЧ в этом случае уменьшает их интермодуляционные искажения В области основного резонанса динамической головки необходимое демпфирование следует обеспечить повышением акустического сопротивления излучения.

Для этого можно рекомендовать обёртывание корзины НЧ-головки демпфирующим материалом (плотной тканью) или изготовлением ПАС при открытом акустическом оформлении.

С. Гришин, г. Волжский Волгоградской обл. Р-11-17.

Литература:

Однотактный усилитель мощности с трансформаторным выходом

Силители мощности

Усилители мощностиобычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены для получения в нагрузке требуемой мощности.

Каскады усиления мощности разнообразны и могут выполняться на биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме ОБ, ОЭ, ОК, ОИ, ОС. По способу подключения нагрузки усилительные каскады могут быть

1. трансформаторными,где согласование с нагрузкой производится через выходной трансформатор;

2. бестрансформаторными, где нагрузка гармонически соединена с цепью выходных транзисторов.

Важным параметром является используемый в каскаде класс усиления. Если входной сигнал является импульсным, то используют класс усиления Д. Если входной сигнал меняется по гармоническому закону, то применяют классы усиления А, В и АВ, отличающиеся положением точки покоя на линии нагрузки по постоянному току. Рассмотрим особенности указанных классов на примере коллекторных характеристик транзистора ОЭ (рис.10.1.).

В режиме класса А выбор точки покоя РА производят так, чтобы рабочая точка при движении по линии нагрузки не заходила в нелинейную рабочую область коллекторных характеристик и в область отсечки коллекторного тока. Режим класса А используется в так называемых однотактных каскадах усиления мощности. Каскады усиления мощности класса А обеспечивают наименьшие искажения выходного сигнала, но имеют наименьший КПД.

В режиме класса В точка покоя РВ располагается в крайней правой части линии нагрузки каскада по постоянному току. При отсутствии входного сигнала напряжение UБЭ = 0. При наличии входного сигнала ток коллектора транзистора протекает только в течение одного полупериода, а в течение другого транзистор работает в режиме отсечки тока. В режиме класса В усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый транзистор служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. Двухтактный каскад при этом обладает более высоким КПД и применяется при более высоких мощностях, чем однотактный.

Режим класса АВ занимает промежуточное положение между режимами классов А и В. Он позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, которые сильно проявляются в режиме класса В. Это достигается некоторым смещением точки покоя вверх относительно точки РВ.

Однотактный усилитель мощности с трансформаторным выходом

Схема однотактного усилителя мощности, в котором используется режим класса А, показана на рис.10.2. В выходной цепи протекают значительные токи, поэтому вводятся ограничения на выбор величины сопротивления RЭ (RЭ = 1…10 Ом). Ввиду малой величины RЭ возникают трудности, связанные с применением блокировочного конденсатора СЭ для исключения отрицательной обратной связи по переменному току, поскольку величина СЭ должна быть достаточно большой (сотни тысяч мкФ). Поэтому СЭ не ставят в цепь эмиттера. Возникающая из-за этого ООС снижает коэффициент усиления, но расширяет полосу пропускания усилителя и уменьшает нелинейные искажения в каскаде. Поскольку сопротивление RЭ мало, то при рассмотрении каскада им можно пренебречь.

Расчет каскада проводят графо-аналитическим методом с использованием линий нагрузки по постоянному и переменному токам. Исходными при расчете считаются выходная мощность РН и сопротивление RН.

В выходной цепи сопротивление по постоянному току относительно мало. Линия нагрузки по постоянному току определяется активным сопротивлением первичной обмотки трансформатора W1, в силу чего она проводится из точки ЕК почти вертикально.

Для определения угла наклона линии нагрузки каскада по переменному току, проходящей через точку покоя, необходимо определить коэффициент трансформации трансформатора n = W1/ W2.

Т.к. сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора (r1 и r2) малы, то сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется приведенным к первичной обмотке сопротивлением RН:

RH~ = n2(RH + r2) + r1 » n2RH. (10.1.)

Для выбора координат точки покоя UКЭП, IКП требуется определить величины UКm, IКm. Эти параметры находятся следующим образом.

Для исключения возможных искажений усиливаемого сигнала параметры режима покоя должны удовлетворять следующим условиям:

Мощность переменного тока РК, поступающая от каскада в первичную обмотку трансформатора, и мощность, отдаваемая в нагрузку РН, связаны соотношением

, (10.2.)

где hТР ¾ КПД трансформатора, составляющий величину 0,8 ¸ 0,9.

При синусоидальных токах и напряжениях мощность, которую дает коллекторная цепь (выходная мощность):

, (10.3.)

откуда с учетом (10.2.) находим

. (10.4.)

Выбор напряжения UKm производят по величине UКЭП с учетом того, что для рассматриваемого каскада UКЭП » ЕК. Величину ЕК может определять выбранный ранее источник питания. В соответствии с этим величину UKm < EK – UKmin и коэффициент трансформации можно считать n известными. Для определения IКП можно воспользоваться линией нагрузки каскада по постоянному току.

После нахождения точки покоя транзистора через нее проводится линия нагрузки по переменному току под углом, определяемым отношением DUKЭ / DIK = RH~.

Тип выбираемого транзистора накладывает ограничения на ток IKm , напряжение UКЭm и мощность РК, рассматриваемую в коллекторном переходе:

(10.5.)

При расчете каскада удобно использовать треугольник мощностей, заштрихованный на рис.10.3., площадь которого UKm×IKm / 2 равна мощности РК, отдаваемой каскадом.

Определим КПД каскада

h = hК×hТР, (10.6.)

где hК ¾ КПД коллекторной цепи, hТР ¾ КПД трансформатора.

Величину hК находят как отношение выходной мощности каскада к мощности Р0 = ЕК×IКП, потребляемой от источника питания, т.е. КПД коллекторной цепи

, (10.7.)

КПД каскада

. (10.8.)

Из выражения (10.7.) следует, что с повышением уровня выходного сигнала hК увеличивается и стремится к предельной величине , равной 0,5, при IKm = IКП, UKm = UКЭП. Положив hТР = 1, заключаем, что предельно возможное значение КПД рассматриваемого каскада составляет 0,5. С учетом того, что реально hТР ¹ 1, реальные значения h не превышают 0,35 ¸ 0,45.

Мощность РК.РАСС., рассеиваемая в коллекторном переходе транзистора характеризуется разностью мощностей, потребляемой и отдаваемой в цепь трансформатора:

РК.РАСС. = Р0 – РК = ЕКIКП – ½IKmUKm. (10.9.)

Согласно (10.9.), мощность рассеивания зависит от уровня выходного сигнала и в отсутствие сигнала (UKm = 0 и IKm = 0) равна Р0, а при максимальном его значении (UKm = ЕК, IKm = IКП) стремится к величине 0,5Р0. Поскольку при работе каскада возможны перепады в подаче усиливаемого сигнала, тепловой режим транзистора рассчитывают по мощности Р0.

Однотактные усилители мощности

Принципиальная схема однотактного усилителя мощности приведена на рис. 4.5.

Рисунок 4.5 — Принципиальная схема однотактного усилителя мощности

Как видно из рис. 4.5, принцип построения схем усилителей мощности аналогичен рассмотренному ранее принципу построения RC усилителей напряжения. Отличие заключается в том, что вместо резистора RК включается выходной трансформатор Тр1, обеспечивающий согласование сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением усилителя. Принципиальная схема усилителя мощности, как правило, дополняется элементами термостабилизации, которые показаны на рис. 4.5 пунктиром. Принцип их действия и методика расчета приведены в разделе 5.

Расчет усилителя мощности по постоянному току.

При проектировании усилителей мощности задаются: сопротивление нагрузки RН, мощность в нагрузке PН, границы частотного диапазона входного сигнала fН¸fВ, коэффициенты частотных искажений , коэффициент нелинейных искажений gОбщ, коэффициент температурной нестабильности S и рабочий диапазон температур (см. раздел 5).

Выбор типа транзистора осуществляется с учетом КПД трансформатора hТр (чем выше РН тем выше hТр) и КПД каскада hКаск.

Мощности на выходе усилителя мощности (на первичной обмотке трансформатора) и потребляемые усилителем от источника питания определяются соответственно:

;

.

Значит, допустимая мощность рассеяния транзистора:

Тип транзистора выбирают по допустимой мощности рассеяния и граничной частоте усиления. При этом .

При уменьшении тока коллектора в трансформаторе возникает ЭДС самоиндукции, которая стремится поддержать ток коллектора постоянным. Следовательно, эта ЭДС направлена согласно с ЕК и приближенно равна напряжению источника питания. Значит, с учетом ЭДС самоиндукции ЕК не должна превышать половины UКЭ.Доп. Обычно рекомендуют взять запас 10¸20%, тогда:

На рис. 4.6 приведены выходные ВАХ транзистора с проведенными на них нагрузочными линиями по постоянному и переменному токам и выбранной рабочей точкой. Рабочая область на характеристиках транзистора располагается левее и ниже допустимых значений UКЭ.Доп, IК.Доп, PРас.Доп. (см. рис. 4.6).

Наклон нагрузочной линии по постоянному току определяется сопротивлением первичной обмотки трансформатора. В первом приближении это сопротивление можно считать равным 0, и, следовательно, нагрузочная линия проходит вертикально (линия 1 на рис. 4.6). С учетом режима работы усилителя в классе «А», рабочую точку выбирают приблизительно в центре рабочей области ВАХ.

Рисунок 4.6 — Выходные ВАХ транзистора и
предельно допустимые значения параметров

Расчет усилителя мощности по переменному току.

Сначала уточняют положение нагрузочной линии по переменному току, наклон которой будет определяться приведенным сопротивлением нагрузки . С учетом КПД трансформатора

Исходя из этого, можно определить требуемый коэффициент трансформации трансформатора

Угол наклона нагрузочной линии определяют, проводя через две точки (ЕК; 0) и (0; IКЗ) (линия 2 на рис. 4.6), где

Согласно принципу суперпозиции, что справедливо для линейного режима класса «А», нагрузочную линию по переменному току нужно перенести в рабочую точку «О» по постоянному току (линия 2′ на рис. 4.6). Из положения этой нагрузочной линии следует, что напряжение UКЭ при малых токах Iб может достигать 2ЕК.

Для расчета усилителя по переменному току его представляют линейной электрической моделью, которая имеет вид, приведенный на рис. 4.7.

Рисунок 4.7 — Линейная электрическая модель усилителя мощности

Здесь: LS1 — индуктивность рассеивания первичной обмотки;

L1 — индуктивность первичной обмотки;

LS2×n2 — индуктивность рассеивания вторичной обмотки,
приведенная к первичной;

r1 — сопротивление первичной обмотки;

r2×n2 — сопротивление вторичной обмотки, приведенное к первичной.

В области средних звуковых частот, для правильно спроектированного трансформатора, выполняются следующие неравенства:

Исходя из этих неравенств индуктивностями рассеяния, ввиду их малого сопротивления, и индуктивностью намагничивающего контура, ввиду большого сопротивления, можно пренебречь. Следовательно, из упрощенной модели КПД трансформатора можно определить следующим выражением:

Величина, стоящая в знаменателе, является сопротивлением трансформатора по переменному току относительно первичной обмотки R~ и определяет угол наклона нагрузочной линии по переменному току

Для обеспечения оптимального согласования по мощности (РН=РНmax), сопротивление трансформатора по переменному току можно ориентировочно определить следующим образом:

При расчете усилителя по переменному току выбирают оптимальный наклон нагрузочной линии по переменному току, обеспечивающий максимальную мощность в нагрузке. Для этого пользуются методикой, приведенной ниже.

На рис. 4.8 представлены выходные ВАХ транзистора с тремя различными положениями нагрузочной линии по переменному току.

Рисунок 4.8 — Выходные ВАХ транзистора для определения
оптимального положения нагрузочной линии

Мощность в нагрузке будет пропорциональна мощности в первичной обмотке трансформатора, которая в свою очереди может быть определена следующим выражением:

,

где и — удвоенные амплитуды напряжения и тока коллектора транзистора (см. рис.4.8) при максимальном входном сигнале.

Рассмотрим крайние случаи положения нагрузочной линии по переменному току:

– если R~=0, то нагрузочная линия по переменному току располагается вертикально. При этом приращения напряжения DUКЭ=0, следовательно, и мощность в 1-й обмотке P1=0.

– если R~®¥, то нагрузочная линия по переменному току располагается горизонтально. Соответственно приращения тока DIК=0, следовательно, и мощность P1=0.

Исходя из этого можно построить зависимость мощности Р1 от сопротивления R~ (см. рис. 4.9).

Рисунок 4.9 — Зависимость мощности Р1 от сопротивления R~

По этой зависимости выбирают R~, обеспечивающее максимальную мощность, а, следовательно, и оптимальное положение нагрузочной линии по переменному току. Для нагрузочной линии 2 (R~2) определяют Р2, 3 (R~3) — Р3, 1 (R~1) — Р1 (см. рис. 4.9). Построив функцию по значениям Р1, Р2, Р3, можно найти оптимальное значение R~опт и Рmax. В приведенном варианте это R~1. После этого производят оценку мощности в нагрузке:

Если эта мощность оказывается меньше заданной, то выбирают другой более мощный транзистор, если больше заданной — уменьшают входной сигнал.

Для оценки нелинейных искажений, необходимо построить сквозную характеристику и при заданном входном сигнале определить коэффициент нелинейных искажений g. Он должен быть меньше или равен заданному. Методика расчета нелинейных искажений будет описана в разделе 5.

Выводы: расчет усилителей мощности целесообразно выполнять по следующей методике:

– произвести расчет режима работы усилителя по постоянному току. Приняв сопротивление первичной обмотки трансформатора равным 0, нагрузочную линию проводят вертикально, и на ней выбирают рабочую точку приблизительно по центру активной области ВАХ транзистора.

– строят линейную электрическую модель усилителя и проводят нагрузочную линию по переменному току.

– определяют оптимальное положение нагрузочной линии.

– проверяют, обеспечивается ли заданная мощность в нагрузке. Если нет, то выбирают другой транзистор.

– построить сквозную характеристику. Для заданного входного сигнала определить коэффициент нелинейных искажений. Проверить соответствие полученного коэффициента нелинейных искажений заданному. Если полученное значение превышает заданное, то принимают меры для его уменьшения (корректируют положение рабочей точки, или выбирают более мощный транзистор).

ЛЕКЦИЯ 26. Однотактный трансформаторный каскад, двухтактные бестрансформаторные каскады

Тема 2.6 Оконечные и предоконечные каскады.

Усилители, которые изучаются в данном разделе, широко используются в аппаратуре радио и проводного вещания, радиовещательных и телевизионных приемников, в радиопередающих устройствах, каналообразующей аппаратуре. Материал данного раздела используется при изучении предметов «Радиопередающие устройства», «Многоканальная электросвязь», «Каналообразующая телеграфная аппаратура», «Звуковое и телевизионное вещание».

Оконечные каскадыработают на внешнюю нагрузку. Каскады работают с большим уровнем сигнала, поэтому в оконечных каскадах применяются мощные транзисторы, а при выходной мощности свыше 1 кВт используются электронные лампы.

Основным требованием, которое предъявляется к ОК, является выбор экономичного режима работы, при котором УЭ работает с высоким КПД. Чтобы увеличить КПД УЭ, необходимо полнее использовать его по току и напряжению. При этом увеличиваются нелинейные искажения, которые не должны превышать допустимой величины.

Выбор УЭ в ОК осуществляется по допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе (аноде, стоке) Рк доп, по граничной частоте frp, допустимому напряжению и току на коллекторе (аноде, стоке) Uкэ max, Iк max.

Нагрузкой ОК в зависимости от его назначения может быть динамик, громкоговоритель, проводная линия и т.д. Нагрузка может быть активной и комплексной. Если ОК работает на активную нагрузку, его основным показателем является выходная мощность. Поэтому такие каскады называются каскадами мощного усиления (КМУ). Передача сигнала с выхода усилителя в нагрузку без потерь (или с наименьшими потерями) возможна при согласовании выходного сопротивления усилителя с нагрузкой. Для этих целей в качестве выходного усилителя на симметричную нагрузку (например, проводная линия), получить увеличение мощности в нагрузке.

Однотактный трансформаторный каскад

Однотактный трансформаторный каскад (рисунок2.40) вносит линейные (частотные и фазовые) искажения, так как содержит элементы: С, Сэ, VT и трансформатор, сопротивление которых зависит от частоты. VT и трансформатор вносят также нелинейные искажения, так как имеют нелинейные вольт-амперные характеристики (VT) и нелинейную характеристику намагничивания (трансформатор).

а б Рисунок 2.40- Принципиальная(а) и эквивалентная(б) схемы трансформаторного каскада

R1, R2 – делитель напряжения, для подачи напряжения смещения на базу;

Ср – разделительный конденсатор, не пропускает постоянную составляющую на вход каскада;

Rэ – резистор эмиттерной стабилизации режима работы транзистора; создает в каскаде местную последовательную отрицательную обратную связь по постоянному току;

Сэ – блокировачный конденсатор, устраняет отрицательную ОС по переменному току;

Т – трансформатор , нагрузка усилительного элемента: на первичной обмотке L1 выделяется усиленный сигнал: согласует с нагрузкой, в том числе и симметричной.

Токопрохождение:

постоянная составляющая коллекторного тока,

Iко: “+E”– Rэ – VT – L1 –“-E”;

постоянная составляющая тока базы,

Iбо: “+E””– Rэ – VT – R1 – Rф – “-E”;

ток делителя Iдел: “+E” – R2 – R1 – Rф – “-E”;

переменная составляющая коллекторного тока,

Iк~:VT– L1 – Е – Cэ – VT

Для анализа работы каскада по переменному току рассмотрим его эквивалентную схему (рисунок 2.40 )

Она представляет собой сочетание простейшей схемы замещения транзистора и схемы замещения трансформатора, где:

Rн/n2 – сопротивление нагрузки относительно зажимов первичной обмотки трансформатора;

n= N2/N1 – коэффициент трансформации;

L1- индуктивность первичной обмотки трансформатора;

Ls1 – индуктивность, отражающая рассеяние трансформатора;

r1- сопротивление, отражающее потери в трансформаторе.

Основное достоинство оконечного трансформаторного каскада — значительно более высокий КПД, который в предельном случае может достигать 50 %. К тому же, выбирая соответствующий коэффициент трансформации, можно обеспе­чить высокий КПД при работе на нагрузку, сопротивление которой может быть как малым, так и большим. К недостаткам трансформатор­ного каскада можно отнести большие размеры, массу и стоимость, сравнительно узкую полосу рабочих частот, невозможность выполнения усилителя по интегральной технологии.

Наличие трансформатора в выходной цепи УЭ приводит к ряду существенных недостатков: увеличиваются вноси­мые им частотные, фазовые, переходные и нелинейные искажения; в трансформаторе теряется часть мощности сигнала, что уменьшает КПД каскада; затрудняется введение в усилительный каскад глубокой ООС; невозможно выполнить каскад по интегральной технологии; транс­форматоры громоздки, имеют большую массу и т. д. Этих недостатков нет в усилительных каскадах с непосредственным включением нагруз­ки в выходную цепь УЭ. Однотактные каскады, на практике обычно не используются из-за очень низкого КПД. Широкое распространение получили транзисторные бестрансформаторные двухтактные каскады, особенно в связи с возможностью реали­зации таких каскадов в виде ИМС.

Выходной каскад усилителя: однотактный и двухтактный.

Назначение выходных (оконечных) каскадов — усиливать мощность полезного сигнала для работы громкоговорителя. Поэтому их называют усилителями мощности. А мощность, как известно, равна произведению напряжения и тока. Следовательно, для получения значительной мощности усилителя необходимо, чтобы ток и напряжение были большими и не постоянной составляющей, а по переменному сигналу.
Поскольку выходные каскады потребляют от источников питания большую мощность, то важна их экономичность, т.е. коэффициент полезного действия (к.п.д.). Например, если какой-то выходной усилитель потребляет 1 Вт, а отдает в громкоговоритель переменную мощность 0,1 Вт, то, очевидно, его к.п.д. будет всего 10%. Это значить, что 90% потребляемой энергии напрасно теряются, т.е. нагревают транзисторы, резисторы и пр.
Для выделения на нагрузке большой мощности (десятки ватт и выше) применяют мощные транзисторы на вход которых подается бОльшая,чем в предварительных усилителях, амплитуда сигнала, которая захватывает значительную область характеристики транзистора, что приводит к нарастанию нелинейных искажений выходного сигнала. Величина максимальной неискаженной мощности и к.п.д. во многом зависит от согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой. Рассмотрим это поподробнее.

Электрическое согласование.

В электротехнике часто используют понятие «генератор» для источника тока и «нагрузка» для потребителя.
Рассмотрим рис.1 , где батарейка представляет собой генератор постоянного тока, а лампочка является нагрузкой. Так же усилитель можно принять как генератор, а следующий каскад — его нагрузка. И возникает вопрос о их согласовании. Часто думают, что генератор и потребитель согласуются по напряжению. Например, если бататарейка на 4,5 В, то тогда и лампачка должна быть на 4,5 В. В действительности, вопрос согласования сводится к соотношению между внутреннем (выходным) сопротивлением генератора и сопротивлением нагрузки.
На рис.1 к одной и той же батарейке сперва подключена автомобильная лампочка, затем лампочка для фонарика и, наконец, — бытовая лампа. На всех трех схемах указаны токи и напряжения, R — сопротивление ламп, Rб — внутреннее сопротивление батареи, Р — мощность, подаваемая на лампы от батареи. Сопротивление лампочек нелинейно, т.к. меняется от степени нагрева нити накала и поэтому зависит от протекающего тока через лампу.
В первом опыте ( рис.1а ) сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления батарейки R Rб выделяется значительная мощность (3,9 Вт), которая напрасно нагревает бататею. Следовательно и к.п.д. по мощности будет мало ((0,088/3,9)·100% = 2%).

Во втором опыте ( рис.1б )сопротивление лампы одного порядка, что и Rб , т.е. R ≈ Rб и значить выходное напряжение немного меньше ЭДС батареи. Ток в цепи средней величины, а мощность на нагрузке значительная (Р = 0,7 Вт), благодаря чему лампочка светит нормально. На Rб выделяется только 0,2 Вт, т.е. значительно меньше, чем на нагрузке. Поэтому и к.п.д. равно 35%.
В третьем опыте ( рис.1в ) сопротивление лампы значительно больше сопротивлнению батареи R>>Rб. Вследствие этого напряжение на клеммах почти равно ЭДС батареи. Ток в цепи очень мал и поэтому мощности (0.17 Вт) не хватает для зажигания лампы. Мощность на на Rб (0,008 Вт) тоже мала и поэтому к.п.д. равен всего 4,4%.
Из этих трех опытов видно, что при различных соотношениях между внутренним сопротивлением генератора и сопротивлением нагрузки, свойства цепи различны.
1. При необходимости обеспечения генератором максимального тока, нужно, чтобы сопротивление нагрузки было во много раз меньше внутреннего сопротивления генератора.
2. Если важно получить максимальную мощность от генератора, надо, чтобы сопротивление нагрузки было равным внутреннему сопротивлению генератора.
3. Когда требуется максимальное напряжение на выходе генератора, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки было во много раз больше внутреннего сопротивления генератора.

Рассмотрим на рис.2а, как будет изменяться мощность, выделяющая на нагрузке, при изменении Rн от нуля до бесконечно большой величины, если ЭДС и внутреннее сопротивление генератора Rг остаются неизменными.

Понятно, что при Rн»Rг ЭДС генератора почти полностью падает на Rг, и в нагрузку попадает только малая часть энергии генератора. По мере увеличения сопротивления нагрузки мощность, выделяющаяся в нагрузке, сначала растет, а затем, достигая точки, когда Rн = Rг, начинает падать (рис.2б).
Ее уменьшение в нагрузке при больших величинах Rн объясняется тем, что хотя при увеличении Rн падение напряжения на нем растет, приближаясь к величине ЭДС генератора, ток в цепи уменьшается, и результат уменьшения тока преобладает над результатом увеличения напряжения.
Из графика зависимости коэффициента полезного действия η (красная линия) при отдаче мощности от генератора в нагрузку видно, как к.п.д. возрастает до ηмакс = 60%, а затем начинает снижаться. Прямая синяя линия графика (ηид) показывает как мог бы расти к.п.д. в идеальном случае, если бы генератор не имел внутреннего сопротивления. Если бы, да кабы, а выросло то, что выросло.
При конструировании усилительного каскада руководствуются не каким-то одним основным требованием к усилителю, а считаются со многими факторами. На практике приходится прибегать к определенным компромиссам с учетом того, чтобы выходной каскад усилителя имело оптимальные, а не максимальные, параметры. И для этого важно согласовать сопротивление усилителя с нагрузкой.

Однотактный выходной каскад усилителя.

Для примера рассмотрим самый простой маломощный однотактный усилитель на транзисторе МП42 по схеме с ОЭ (рис.3).

У этого транзистора при коллекторном токе покоя Iкп = 1мА выходное сопротивление равно 30 кОМ, а при Iкп = 5 мА — 8 кОм. Если усилитель нагрузить на громкоговоритель с сопротивлением катушки в 4 Ом (это в 2000 раз меньше сопротивления усилителя), то ток будет 0,5 мА, а напряжение на катушке — 1 мВ. Поэтому и мощность будет 0,5 мкВт, а это явно маловато для раскачки громкоговорителя.
Попробуем в роли нагрузки использовать наушники. При питании схемы 6 В и Iкп = 1 мА сопротивление наушников будет 4 кОм. Получается на наушники подается мощность около 4 мВт и в наушниках уже можно что-то услышать.

Согласовать транзистор с большим выходным сопротивлением с нагрузкой с малым сопротивлением нагрузки можно при помощи трансформатора, который имеет свойство не только преобразовывать величину токов и напряжений, но и сопротивление нагрузки.
При условии отсутствия потерь в обмотках, найдем отношение напряжения U1 на зажимах первичной обмотки трансформатора (рис.4) к входному току I1 при условии,что вторичная обмотка трансформатора нагружена на сопротивление нагрузки Rн через который протекает ток I2 и падение напряжения на нем U2.Тогда коэффициент трансформации n будет равен:

n = ω1/ω2,

или

n = U1/U2 =I2/I1,

где ω1 — число витков первичной, а ω2 — число витков вторичной обмотки.
Отсюда можно найти входное сопротивление трансформатора:

Rвх = U1/U2,

или

Rвх = nU2/(I2/n) = n²(U2/I2).

Но U2/I2 равно сопротивлению нагрузки Rн, поэтому

Rвх = n²Rн.

Трансформатор как бы преобразовал, изменил в n² раз величину сопротивления нагрузки. Поэтому, если при Rг ≠ Rн подключается нагрузка к генератору через трансформатор с коэффициентом трансформации n = √Rг/Rн, то входные сопротивления нагрузки и генератора будут равны.

На рис.5 тоже показана схема однотактного усилителя с термостабилизацией и выходным трансформатором, который обеспечивает хорошее согласование с громкоговорителем. В результате этого выходная мощность каскада доходит до 20 мВт. Базовое сопротивление R1 подбирается таким образом, чтобы Iкп был равен 6 мА.
Однотактный выходной каскад усилителя имеет существенные недостатки, а именно:
1) небольшой к.п.д.: примерно 5 — 20%;
2) относительно большие линейные искажения из-за постоянного подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора.

Двухтактный трансформаторный выходной каскад усилителя.

Особенность двухтактных выходных каскадов в том, что они имеют уже два транзистора и сравнительно большой к.п.д., который достигает 60 — 70%.
Как видно из рис.6а этот каскад имеет два входа относительно общего плюсового провода (все параметры в дальнейшем будут показываться относительно этого провода), на которые подают противофазные переменные напряжения. Это означает, что когда переменное напряжение на одной базе положительно, на другой базе будет отрицательное и, наоборот. Обратите внимание, что выходной трансформатор имеет среднюю точку в первичной обмотке.
Противофазное напряжение вырабатывается фазоинверсным каскадом. Он содержит два выхода и находится перед двухтактным выходным каскадом.

Разберемся, как работает двухтактный выходной каскад. На рис.6б показан момент, когда на первый вход действует положительное положительное напряжение, а на второй — отрицательное. В этом случае нижний транзистор заперт, а верхний открыт, т.е ток протекает только через верхнее плечо.
При перемене фазировки верхний транзистор закрыт, нижний — открыт (рис.6в). Получается, что одна полуволна переменного тока в трансформаторе формируется одним транзистором, а другая полуволна — другим. Следовательно, транзисторы потребляют энергию не одновременно, а по очереди, т.е. работают экономично. К тому же, при отсутствии входных сигналов, коллекторные токи покоя (Iкп) обоих транзисторов относительно малы, и во время пауз потребление каскада небольшое.

Теперь рассмотрим одну из наиболее распространенных схем фазоинверсного каскада (рис.7а). Особенность ее состоит в том, что в коллекторную цепь транзистора включен фазоинверсный трансформатор у которого средний вывод вторичной обмотки садится на общий провод. Трансформатор имеет два выхода на которых переменные напряжения всегда находятся в противофазе. Это видно на рис.7б,в., где во время положительного полупериода генератора точка 1 — положительна, а в точке 2 — отрицательна. При отрицательной полуволне все наоборот: 1 — отрицательна, а 2 — положительна.

На рис.8 приведена конкретная схема двухтактного выходного каскада с выходной мощностью 0,1 Вт.
Здесь нагрузкой является громкоговоритель с катушкой на 4 Ом. Выходные транзисторы должны быть одного типа и с почти одинаковыми коэффициентами усиления β. Резистор R1 подбирается таким, чтобы коллекторный ток покоя у транзистора V1 был 1 мА, а у V2, V3 — 2 мА, подбором резистора R2.
В этой схеме средний вывод вторичной обмотки фазоинверсного трансформатора не соединен с общим проводом на прямую, а через резистор R3 = 100 Ом. Падение напряжения на нем небольшое (около 0.1 в), но оно надо для смещения обоих транзисторов, чтобы уменьшить нелинейные искажения выходного каскада.

Двухтактный безтрансформаторный выходной каскад усилителя.

Трансформаторы — объемные и довольно дорогие детали и их устранение уменьшают стоимость и вес выходных каскадов. Поэтому большинство современных выходных каскадов безтрансформаторные. Но сразу возникает проблема согласования малого сопротивления громкоговорителя (4 — 8 Ом) с сравнительно большим (1 — 10 кОм) выходным сопротивлением транзисторов.
Этого можно добиться, включая выходные транзисторы по схеме с ОК (эмиттерный повторитель) . Тогда их выходное сопротивление будет всего 10 — 100 Ом. Но при таком включении транзисторов они не будут усиливать по напряжению, т.е. какое напряжение подали на вход текое получило на выходе. А поскольку для получения значительной мощности на выходе выходного каскада нужно иметь значительное переменное напряжение (1 — 10 В) на его входе ( в отличии от схем с ОЭ). Поэтому применяют один — два каскада предварительного усиления, обычно с ОЭ, для усиления входного сигнала.
Но, даже в мощных транзисторах, переменное напряжение между базой и эмиттером не может превышать 0,5 — 0,8 В. Однако превышение этих параметров не будет, т.к. в схеме с ОК (рис.9) входной сигнал распределяется между участком усиления (Uбэ) и нагрузкой (Uвых). Например, если входной сигнал равен 5 В, то из них 4,5 В действуют на нагрузку и 0,5 В — на управляющий участок.
Вместо фазоинверсного трансформатора ставят выходные транзисторы с противоположной проводимостью — n-p-n и p-n-p типа у которых параметры (мощность, коэффициент усиления β и пр.) должны быть одинаковыми. Подобранные таким образом транзисторы называются комплементарной парой, а схемы с такой парой — схемы с дополнительной симметрией.
Особенность такого выходного каскада состоит в том, что он управляется на двумя сигналами в противофазе, а только одним сигналом и имеет один вход. При положительной амплитуде входного сигнала (красная линия) открывается только нижний транзистор V2, т.е. переменный коллекторный ток протекает через нижнее плечо схемы (рис.9а), а отрицательный сигнал открывает верхний транзистор V1 и ток протекает через верхнее плечо (рис.9б). Так получается, что в один полупериод ток через нагрузку протекает в одном направлении, а следующий полупериод — в другом.
Недостатком этой схемы является то, что она питается от двух гальванически связанных источников тока, т.к. для тока в нагрузке при положительной полуволне нужно ее напряжение замыкать на отрицательный полюс одного источника тока, а при отрицательной полуволне — на положительный другого.
Еще плохо то, что базы транзисторов «плавают», т.е. на них нет фиксированного небольшого напряжения смещения и открываются они не с начала полупериода, а лишь в тот момент, когда напряжение амплитуды сигнала достигнет значения для его открытия. В конце полупериода транзистор закрывается раньше, чем амплитуда дойдет до конца. Короче говоря, амплитуда обрезается в начале и в конце полупериода, что приводит к искажению сигнала — к так называемой «ступеньке» (рис.10).

Этими недостатками лишена схема на рис.11, где показаны предварительный и оконечный каскады.
Здесь, выходной переменный ток транзистора V2 в первый полупериод открывает транзистор V3 и в его коллекторной цепи протекает переменный ток (IвыхV3), вызываемый заряженным конденсатором С5.
При отсутствии сигнала конденсатор заряжен до напряжения, примерно равного половине напряжения источника тока.
Во втором полупериоде открывается V4 и протекает ток IвыхV4, вызванный разностью напряжений источника тока и конденсатора С5.
Диод V5 служит для температурной стабилизации выходных транзисторов.
Если питать усилитель (как в данном случае) от однополярного источника громкоговоритель приходится включать через разделительный конденсатор, что приводит на низких частотах к падению напряжения на конденсаторе. А это уменьшение полезной мощности в нагрузке и к.п.д. каскада. Для устранения этих недостатков, необходимо выбрать емкость разделительного конденсатора из условия

C ≥ 1,5/(FнRн),

где Fн — низшая воспроизводимая частота сигнала усилительного каскада; Rн — сопротивление громкоговорителя. При этом может понадобиться конденсаторы с большой емкостью (тысячи микрофарад) и расчитаные на напряжение равное напряжению источника тока.
Громкоговоритель можно включить между выходом усилителя и искусственной средней точкой, образованной при помощи двух электролитических конденсаторов с равными емкостями (рис.12). Тогда номинальное напряжение конденсаторов будет в два раза меньше, чем в схеме на рис.11.

Cледующая >>

Вверх

Ухудшаем звук с помощью лампового предусилителя

Есть люди, которые совершенно не видят разницы между плёночной и цифровой фотографией, а есть люди, которые совершенно не слышат разницы между цифровым и аналоговым звуком. Таким людям очень легко жить, другие же постоянно занимаются развитием и совершенствованием, стремясь к совершенству.
Сразу хочу отметить, что если вы не слышите разницы в звучании двух различных аудиосистем (или для вас она не является поводом что-то изменить) — смело пролистывайте дальше и ни в коем случае не заходите под кат. Просто потому, что вы всё равно ничего не поймёте. А всем остальным добро пожаловать под кат, где мы рассмотрим простейший способ ухудшить цифровой звук.
Итак, поехали!
Не буду пересказывать принципы работ радиоламп и объяснять почему они настолько широко применяются не только в дорогостоящем воспроизводящем оборудовании, но в первую очередь активно используются музыкантами и в студиях звукозаписи. Радиолампы любят за то, какие уникальные искажения они вносят в звуковой тракт.
Самый простой и доступный способ правильно ухудшить звук — использовать ламповый ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ мощности. Он повышает уровень сигнала и добавляет уникальные искажения, которые невозможно получить никаким иным способом. Схема ламповых усилителей достаточно проста и её без труда можно найти в интернете. Самое главное при самостоятельной сборке подобного усилителя — аккуратность и точность. Можно поступить проще и купить готовый двухканальный ламповый усилитель из Китая. Вообще китайцы молодцы, это устройство стоимостью менее 2000 рублей совершенно не стыдно подключать даже к аудиосистеме класса Hi-End.
Одна из моих акустических систем конечно попроще, но частично сделана своими руками. Колонки собраны из компонентов автомобильной акустики, в качестве основного усилителя мощности используется популярный в 90х годах транзисторный усилитель Pioneer A504r. А источником звука выступает самый обычный iPhone, подключенный с помощью переходника Lightning — Jack и обычного межблочного кабеля с RCA разъёмами. Как известно, предела совершенству нет, поэтому собранная комплектация постепенно изменяется в погоне за более худшим звуком.
В комплекте с ламповым предусилителем идут лампы 6J1 (на фото слева), аналог советских высочастотных пентодов 6Ж1. Звук с ними конечно становится хуже, но недостаточно. Это особенно заметно при прослушивании роковых и джазовых композиций. Для экспериментов я купил на Авито несколько модификаций советских радиоламп: 6Ж3П, 6Ж5П и 6Ж38П. Каждая лампа стоит от 100 до 250 рублей в зависимости от её состояния. Обычно это лампы 70-80х годов выпуска, совершенно новые и неиспользованные.
Наибольший эффект ухудшения звука удалось добиться с помощью лучевых тетродов высокой частоты — 6Ж5П. Во время работы лампы разогреваются до 65 градусов, а звук с ними получается интереснее всего. Но это справедливо только для определенных жанров. Например с электронной музыкой комплектные 6J1 звучат лучше (то есть хуже), чем советские радиолампы. В общем, всё дело в личном вкусе и нельзя утверждать, что эти лампы лучше, а другие хуже.
Чтобы вызвать баттхерт у тех, кому в детстве на ухо наступил медведь, китайцы добавили два небольших красных светодиода в основании портов с радиолампами. Это исключительно декоративная подсветка, т.к. не все типы ламп имеют собственное видимое свечение по время работы (например, 6Ж5П вообще не светятся, зато греются сильнее других). Зато любой диванный эксперт может заявить, что лампы в этом усилителе стоят просто для красоты 🙂
В качестве источника звука — самый быстрый на сегодняший день и в то время самый недорогой iPhone в версии SE, стоит такой аппарат сейчас менее 20 тысяч рублей. Мне повезло, что у меня аппарат из Гонконга с правильным звуком. Чтобы чуть разнообразить этот звук я приобрёл гениальный ухудшатель звука в виде переходника Lightning — Jack MMX62AM/A. Его цена составляет всего 600 рублей и я уверенно могу сказать, что это лучшая возможность изменить звук любой аудиосистемы с минимумом вложений. Учитывая, что внутри этого переходника находится ЦАП, АЦП и усилитель мощности — вообще удивительно, почему он стоит так дёшево.
Китайские радиолампы 6J1 в работе.
Раз уж заговорили про всю аудиосистему целиком можно отметить и межблочные кабели. Здесь всё тоже достаточно просто и зависит исключительно от личных предпочтений. Критерий оценки очень прост: нравится или не нравится. В качестве межблочного кабеля между преусилителем и конечным усилителем лично мне больше нравится синий кабель неизвестного производителя с простыми разъемами Belsis. А вот кабель Vention (на фото справа) честно говоря не понравился.
Между источником звука и ламповым предусилителем обратная картина. Китайский брендовый кабель Vention стоимостью 350 рублей звучит как минимум не хуже, чем немецкий Schulz Kabel стоимостью 550 рублей. Вообще, можно использовать в качестве проводов даже алюминиевые вешалки, если конкретно вам нравится звучание (с помехами, ггг). А вот если вы действительно не слышите разницы между межблочником за 50 рублей с запредельным уровнем помех и нормальным акустическим кабелем — можно вам только позавидовать, что у вас в жизни такая легкая и простая жизнь.
А вот если вы замечаете разницу в звучании при замене тех или иных компонентов (начиная от проводов и заканчивая динамиками), то могу смело рекомендовать подобный ламповый усилитель, как самый доступный способ ухудшить звук с помощью уникальных искажений свойственных только радиолампам. Ну или можете попробовать собрать ламповый предусилитель своими руками, если, конечно, у вас есть на это время.
Пойду еще послушаю этот испорченный тёплый ламповый звук и выпью чаю.

Компоновка, монтаж, сборка лампового SE-усилителя.

Сергей Никитин

Вторая часть (продолжение).

Ну так вот, выходные трансформаторы у нас, будем считать – намотаны, пропитаны, высушены и готовы к «употреблению».

Теперь нам необходимо определиться с силовым трансформатором;
Итак, возьмём за основу ток анода с прицелом на лампу КТ88, который доходит до 0,1 А, их у нас две, анодное напряжение 380 В, получаем 380 Вх0,1Ах2=76 Вт. Лампы раскачки (драйвера) там ток анода до 10мА на два канала, питание от анодного 380 В, получаем 3,8 Вт.
Накал выходные лампы 1,7А, на раскачке 0,6А, индикатор 0,3А, умножаем на 2, получаем 5,2А, умножаем на 6,6В, получаем 34,32Вт. Теперь решаем какой у нас будет выпрямитель, на диодах или кенотроне.
На диодах выпрямитель гораздо проще, но нужно делать задержку подачи анодного напряжения, и от диодов будут помехи на выходные трансформаторы.

Выпрямитель на кенотроне сложнее, нужно мотать на трансформаторе доп. обмотку накала — 5 Вольт, и анодное напряжение практически равно выходному переменному с трансформатора, а без нагрузки пока лампы не прогрелись полностью, оно кратковременно поднимается в 1,41 раз.
Анодная обмотка здесь должна быть со средней точкой, что тоже усложняет намотку силового трансформатора, но не нужно делать задержку включения высокого напряжения и отсутствуют помехи в звуковом тракте, звук гораздо приятнее, нет полупроводниковых диодов, что делает устройство настоящим антикваром, да и менять выпрямитель (кенотрон) на много проще.

Всё, решились, считаем под кенотрон.

5 Вольт умножаем на ток накала 3 А (5Ц3С) получаем 15 Вт. Теперь всё складываем, 76 Вт+34 Вт+3,8 Вт+15 Вт=128,8 Вт, это столько будет потреблять наш усилитель в виде тепла, для запаса и удобства берём стандартный ОСМ-0,16 кВА и пробуем его.
А пробуем следующее, у некоторых трансформаторов ОСМ такое огромное магнитное поле (они слегка не домотаны и были рассчитаны на большую индукцию), что они дают помехи на выходные трансформаторы которые ни чем нельзя убрать.
Сначала проверяем ток холостого хода ОСМ, и если он в пределах 0,1 А то норма, вполне можно будет его использовать.
Можно сделать и по-другому;
Подключить трансформатор в сеть, нагрузить его чем угодно допустимым, рядом поставить звуковой трансформатор, к выходной обмотке которого подключена ваша акустическая система, и перемещая его в разных плоскостях, попытаться услышать гул в динамиках. Если не гудит, значит отлично, а если гудит, то так и будет у Вас гудеть после его перемотки и сборки.

Теперь приступаем к намотке силового, но для начала его нужно разобрать, а перед этим подать на его сетевую обмотку ровно 220 Вольт, и измерить на любой выходной обмотке точное выходное напряжение, запомнить значение и обмотку. Когда будете сматывать вторички, обязательно посчитать, сколько витков на этой обмотке, поделить на измеренное напряжение, и получите количество витков на 1 вольт. У меня получилось 2,24 витка на 1 Вольт. Сматываем до сетевой обмотки, проверяем качество изоляции, там желательно будет проложить пять-семь слоёв бумаги, и бумаги разной, например обычной для печати и тетрадной, или специальной.

Так как у нас планируется кенотрон, то это двухполупериодный выпрямитель, а значит анодная обмотка будет состоять из двух симметричных половинок, но для большей универсальности, мы сделаем её с отводами.
По справочнику из таблицы смотрим какой нам нужен провод чтобы получить ток около 0,25А, плотность тока здесь можно брать 4-5 А мм.кв., так как нагрузка на эту обмотку импульсная (динамическая), получается что провод диаметром 0,25мм для этого подойдёт. Потом смотрим, какой диаметр нужен для накальных обмоток, нагрузка у них постоянная (статическая), поэтому здесь берём плотность тока 2-2,5 А мм.кв. (чтобы трансформатор не сильно грелся), получается на кенотрон 1,25 -1,4 мм, для накала остальных ламп 2,0мм. Просчитываем все витки, ряды, слои, изоляции и проверяем, чтобы у нас всё вместилось.

Зная что на 1 Вольт нам нужно 2,24 витка считаем: 320Вх2,24=716 витков, плюс довесочек 30Вольт х2,24=67 витков.

ВНИМАНИЕ: мотаем обмотку в следующей последовательности. 67 + 716 + 67 + 716, естественно делаем отводы.
Изоляция три слоя. Затем мотаем дополнительную обмотку на 50 Вольт, проводом 0,25 мм, это на всякий случай, если вдруг захотим использовать внешнее смещение выходных ламп.
Изоляция четыре слоя, потому что следующая обмотка из толстого проводов и может повредить изоляцию. Мотаем накал ламп, он занимает часть ряда, снова изоляция два-три слоя и на свободном месте мотаем накал кенотрона. Эту обмотку желательно отделить от накальной обмотки ламп усилителя, так как она будет под потенциалом анодного напряжения.
Уплотняем, собираем, проверяем трансформатор, чтобы не гудел, проливаем лаком так же качественно, как и звуковые трансформаторы.

Всё, высушили, проверили. Подключаем силовой трансформатор в сеть, к накальной обмотке подключаем мощную автомобильную лампу или что-то подобное. Подключаем осциллограф к анодной обмотке звукового трансформатора, устанавливаем самый чувствительный предел измерения напряжения, подносим к силовому трансформатору и располагая их между собой так, что бы катушки не совпадали ни в одной плоскости, ищем положение где при минимальном расстоянии между силовым и звуковым трансформаторами, по осциллографу имеем минимум наводки.
Обычно это получается, когда центры трансформаторов находятся в одной плоскости, это самый оптимальный способ размещения, где получается электромагнитное совмещение. Примерно это будет так, как на рисунке.

После этого уже можно прикидывать размеры будущего усилителя. И не забываем про тепловые экраны перед трансформаторами, лампы греют очень сильно. Тепловые экраны у меня сделаны из зеркала от старого фото-глянцевателя. Можно и без экранов, просто дальше разнести лампы от трансформаторов.

Панель (шасси), на которой крепятся ламповые панели и всё остальное, желательно делать из металла, у меня она сделана из крышки от электрощита с последующей покраской в нужный цвет.

Ламповые панели крепим сверху на нашем шасси (крышке электрощита).

Теперь как их расставить. Здесь можно так, как вам нравится, но правильнее будет так, чтобы сигнальные цепи были как можно короче, т.е. с анода одной лампы на сетку другой — как можно короче. Но иногда такое размещение получается не так красиво снаружи, когда аноды ламп повёрнуты куда попало.

Вот так всё вначале внутри. Корпус делался из настоящего дерева, (наличник с дверного проёма, или плинтус напольный), трудности были с запилами 45 градусов в домашних условиях.

Все электрические силовые провода попарно должны быть скручены (свиты), для уменьшения наводок, точно также свиваются сигнальные провода, сигнальные провода пересекают электрические провода под прямым углом и на максимально бОльшем расстоянии.
Поэтому все сигнальные провода я пускаю у основания самого шасси, а накальные, силовые и анодные, ближе к нижней крышке. Монтаж делаю навесной, очень удобно для подборки и разных экспериментов.

На что ещё стоит обратить внимание из деталей.

Всё, где протекает звук, должно иметь минимальную индуктивность.
В первой сетке (а в выходной лампе обязательно) желательно ставить антизвонный резистор, который не даст вашему каскаду перейти в режим высокочастотной генерации. Резисторы подойдут МЛТ, ОМЛТ и прочие с соответствующей мощностью.

Никогда не применяйте в цепях звука проволочные резисторы.
Здесь у меня все резисторы 2Вт, удобно монтировать, и сломать случайно трудно.
В цепи накала кенотрона, из-за того что напряжение накала получилось больше чем 5В, пришлось поставить балластные резисторы по 5Вт, это даёт дополнительную задержку подачи анодного напряжения.
Из-за того, что первые секунды напряжение анода завышено и составляет около 430 Вольт, то все сглаживающие конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 450В.
Все электролиты шунтируются обычными конденсаторами, в районе 0,47-1,0 мкФ на напряжение не ниже 450В. Желательно использовать хорошие конденсаторы, про это в интернете есть различные статьи.
К73-9 и К73-17 это крайний случай, К73-15, К73-11 уже не плохо, К78 не плохо, а лучше с ними комбинировать КБГ, К40.

Очень мне не понравились импортные аналоги наших конденсаторов К73-17, вот такие в жёлтых корпусах.

Между каскадами обязательно используйте только хорошие конденсаторы, иначе будет не интересно от всей проделанной работы.
Все конденсаторы звучат по-разному, одни звенят, другие заваливают верх.

Очень хорошо в звучании мне понравились конденсаторы вот такого плана 0,1 мкФ 200В, звучат замечательно.

Из старых советских конденсаторов очень много интересных, можно экспериментировать.

Фторопластовые конденсаторы неплохо звучат. Бумажные тоже могут понравиться, там типа ретро звука будет, подзавалены верхние частоты. Вот такие конденсаторы я тоже применял.

И даже применял вот такие конденсаторы.
Сбоку прокалывал у них отверстие, наливал внутрь конденсаторного масла из высоковольтных конденсаторов, аккуратно запаивал, недели две пропитывалось, а потом слушал. Немножко высоких не хватает, но звучание интересное, живое.

Вот такие конденсаторы (БТМ-1, МБМ) ставить, как межкаскадные не советую — бесполезны, хотя, как говорят на вкус и цвет все бананы разные.

Довольно не плохие конденсаторы я брал в «Аудиомании» не дорогие, вот такие.
Повторюсь ещё раз, от конденсаторов (особенно межкаскадных) звук зависит очень сильно.

В качестве дросселей фильтра использованы готовые дроссели от старого лампового телевизора. Можно сделать их и самостоятельно, намотав проводом примерно 0,3-0,35мм, до заполнения каркаса любого удобного для этого трансформатора не большой (около 10Вт) мощности. Но обязательно при сборке сделать магнитный зазор в магнитопроводе 0,1-0,2 мм.

Общая шина выполнена медным луженым проводом 2,5мм, соединена с шасси усилителя в центре и разведена в обе стороны. Больше с корпусом она не должна нигде касаться, только в одной точке. Все общие проводники припаиваются к этой шине по кратчайшему расстоянию, не должно быть ни каких закольцовок, общие провода должны быть выполнены медным проводом сечением не менее 1мм.кв., для снижения индуктивностей и что бы не сделать ваш усилитель обычным радиопередатчиком.

Анодные цепи обязательно изолируйте двойной изоляцией, если где то они чего-то касаются, обязательно проложить ПВХ трубку (кембрик), иначе может прогореть.
Накальные цепи через R19-R22 находятся под положительным напряжением 60-70 Вольт, это снижает фон переменного тока, их можно на корпус посадить, но положительное смещение эффективнее.
Данная цепочка так же способствует разряду накопительных конденсаторов анодного питания после отключения усилителя из сети.

Для соединения входных разъёмов с регулятором громкости и от регулятора громкости к входным лампам использована витая пара ИЗ МНОГОЖИЛЬНОГО ПРОВОДА FTP, две витых пары (для увеличения сечения провода) свиваются между собой, это один провод (сигнальный) , также изготовляется второй провод (общий), эти провода свиваются между собой и подсоединяются к соответствующим участкам схемы.
Почему-то витые провода мне нравятся больше чем коаксиальные или экранированные. Можно использовать вместо витых пар МГТФ или подобные многожильные и даже электрические провода, если там медь не пошла оксидами.
Для сигнальных цепей используйте медный провод, на котором нет окислов, и для колонок в том числе.
Не покупайте аудиопровод в обычных магазинах, там он алюминиевый, с медным напылением, которое окисляется со временем, и вы будете долго ломать голову, почему у вас не звучит — проверено на себе.
Медный хороший аудиопровод начинается с 10уёв за метр.

Ну вот вы всё собрали, спаяли, всё наглядно видно, что куда идёт. Ещё раз проверили. Первое включение желательно делать через ЛАТР, либо через лампу накаливания мощностью, порядка мощности силового трансформатора.
ЛАТР-ом плавно поднимать напряжение подождать, проверить величины анодных напряжений, напряжений накала, поднять дальше.

ВНИМАНИЕ!!!! При измерении напряжения накала кенотрона с подключенным кенотроном, соблюдайте осторожность, относительно корпуса там будет АНОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!!!!!

Если ни где ничего не дымит, а анодное напряжение и ток выходной лампы растут пропорционально, то можно довести его до номинального и далее подавать сигнал.

На что ещё следует обратить внимание после включения усилителя.
На отсутствие пробоев в лампах, на то, чтобы не краснели аноды выходных ламп и кенотрона, на отсутствие фона и треска в динамиках.
Мультиметром нужно проверить напряжение на катоде выходной лампы. Если нет больших расхождений, то первый этап сделан.
А далее ему нужно дать поработать минут 30-ть, снова проверить режим работы выходной лампы и только после этого вслушиваться.
Особенность ламп такова, что они долго греются, а если они новые, то их нужно десяток часов гонять (не за раз конечно), что бы они приработались и начали входить в норму.

ВНИМАНИЕ!!!! Для исключения пробоя выходного трансформатора, не подавайте сигнал без подключенной нагрузки к усилителю, особенно это касается однотактного.

А далее всё в ваших руках, меняйте межкаскадные разделительные конденсаторы, и слушайте, меняйте режим работы ламп, главное на загоняйте их в запредельные режимы по рассеиваемой мощности на аноде. И если лампа стала красной, то это ещё не смерть лампы, а только предупреждение что то не так .

Можно изменить режим работы выходной лампы, переведя её в триодный режим. Для этого необходимо вторую сетку EL34 (вывод 4) соединить с анодом лампы через резистор R9, а перед этим увеличить величину катодного резистора до 510 Ом. Включить, проверить ток анода, просчитать рассеиваемую на нём мощность, а потом слушать. Мощность выходная снизится, чувствительность снизится (но у нас есть запасная часть входной лампы на которой можно собрать ещё один усилительный каскад по точно такой же схеме для пробы), но звук изменится.

Главное не забываем, что в усилителе около 400Вольт!!!!!! И после выключения они сразу не исчезают, ждём разряда конденсаторов, проверяем и только после этого паяем.

Подводя итог сборки этого усилителя — перед ним был собран усилитель на 6П3С, по такой же схеме, в триодном режиме.
Звук у него оказался очень красивый, как говорится дёшево и сердито. Правда только 3Вт удалось выжать с него, потому что в триодном режиме, но и их вполне хватает для комфортного прослушивания.

(продолжение следует)

Печатная плата и навесной монтаж: в чем разница?

Не хочешь смотреть рекламу? Зарегистрируйся!

Вопрос, который уже не одно десятилетие занимает музыкальную общественность: что лучше раскрывает тональные характеристики усилителя? Ручная сборка и навесной монтаж деталей или автоматизированная установка компонентов на печатных платах? Мы решили привлечь к этой дискуссии трех гуру из мира создания усилителей, чтобы узнать ответ.

Некоторые пуристы утверждают, что усилители, схема которых собрана вручную способом навесного монтажа электроники, всегда звучат лучше, чем те, электронные компоненты которых монтируются на используемых в массовом производстве печатных платах (в англ. – PCB — printed circuit board).
Конечно, по нашим собственным ощущениям хорошая ручная сборка всегда должна быть лучше машинной штамповки. Однако усилители, собранные на печатных платах по своим характеристикам могут превосходить усилители ручной сборки, при условии продуманной и проработанной конструкции. В частности, в новой линейке усилителей Astoria от Marshall используется как навесной монтаж, так и печатные платы.

Навесной монтаж

Начнем с навесного монтажа. Что он, собственно, из себя представляет? В него входит множество различных методов конструирования.
Усилители Fender до 1986 года использовали монтажные панели (так называемые eyelet board) из диэлектрического материала с проделанными отверстиями, компоненты же продевались сквозь эти отверстия и соединялись друг с другом.
Разъемы для ламп, а также передняя и задняя панели всегда монтируются навесным способом. Также в конструкции многих ранних британских усилителей применялись бакелитовые полоски с двухсторонними рядами клемм-башенок (turret board), на которые и монтировали компоненты.
Все это в совокупности является навесным монтажом – когда каждый электронный компонент монтируется вслед за предыдущим на одной или нескольких монтажных панелях.
Этот способ установки компонентов является самым простым, но также и самым трудоемким. Все компоненты должны быть не только вручную припаяны и правильно расположены, но также каждое звено схемы должно максимально соответствовать оригиналу по своим параметрам и характеристикам.
Ранние усилители Hiwatt и оригинальные Matchless создавались с навесным монтажом. На сегодняшний день очень мало серийных усилителей производятся с навесным монтажом, хотя усилители Carr являются одним из известных примеров. Также некоторые компании используют в усилителях обновленные версии «фендеровских» монтажных панелей с отверстиями.

Печатные платы

Первоначально идея сделать токопроводящие медные дорожки на одном куске непроводящего электрический ток материала (диэлектрика) восходят к 20-м годам XX века, но только после Второй Мировой войны их начали изготовлять в больших объемах.
Есть десятки различных видов печатных плат, от самых простых односторонних с медными дорожками на стеклотекстолите (или подобном диэлектрическом материале), до комплексных многослойных и технически сложных плат, используемых в компьютерной и космической технике.
В большинстве случаев в гитарных усилителях стоят односторонние или двухсторонние платы, в которых с одной стороны припаиваются электронные компоненты, а с другой стороны проходят маленькие металлические дорожки, соединяющие все детали схемы в единую конструкцию.
Когда электронный компонент запаивается в плату, он надежно фиксируется в ней, что дополнительно повышает надежность конструкции.
Наиболее важным моментом для производителей в производстве печатных плат является возможность полностью автоматизировать паяльный процесс. Вместо трудозатратного последовательного запаивания каждого компонента, автомат на конвейере может сразу вставить все компоненты в одну плату и опустить ее в ванну с расплавленным припоем, что сокращает временные затраты на производство каждой схемы в сотни раз. Однако, не все так просто. Некоторые типы печатных плат не переносят повторное нагревание и охлаждение – они могут привести к появлению трещин, что увеличивает электрическое сопротивление токопроводящих дорожек, влияя на звуковые характеристики аппаратуры. Увеличение сопротивления в сильноточных местах может привести к тому, что дорожка может попросту сгореть.
Есть еще одно преимущество печатных плат – их однотипность и возможность многократного точного воспроизведения изначального образца. Дело в том, что каскады хай-гейн аппаратуры очень чувствительны – малейшие сдвиги компонентов даже на 1мм могут иногда повлиять на звуковые характеристики усилителя. При ручной сборке схемы невозможно достичь абсолютно одинакового расположения компонентов, по этой причине многие производители Hi-End аппаратуры, в частности, такие как Bogner и Soldano используют печатные платы высокого качества, с большой толщиной платы и толстыми медными проводниками.
Навесной монтаж и печатные платы часто соседствуют друг с другом, используя преимущества обеих технологий. В таких высококлассных усилителях как Royalist от Tone King или Astoria от Marshall используются качественные печатные платы с ручной установкой компонентов и переключателей.
По нашему опыту, лучший результат всегда достигается, когда достоинства обеих методов конструирования сочетаются вместе.

Спросим у экспертов

Все описанное выше наиболее часто встречается в подобных спорах. Но что думают профи? Мы решили узнать у троих именитых проектировщиков звукоусилительной техники, что они думают по этому поводу…
Адриан Эмсли (Adrian Emsley) – проектировщик всех усилителей Orange, от коммерчески успешной серии Crush до ограниченных изданий Custom Shop ручной сборки, которые зачастую собираются при участии самого Эмсли.
«Печатные платы и навесной монтаж имеют несколько главных отличий. Что хорошо в навесном монтаже – можно применять в конструкции большие полиэстровые конденсаторы и достойные резисторы. Эти компоненты оказывают большое влияние на звук создаваемого усилителя. К тому же, навесной монтаж проще обслуживать.
В то же время, нет ничего плохого в использовании качественных печатных плат. Хорошо продуманное расположение компонентов на печатной плате, в отличие от навесного монтажа, позволяет экономить место, это имеет особенное значение в больших и сложных схемах. Толщина медных дорожек в две унции (в метрических размерах – 2,8 мм – прим. переводчика) позволит сделать хорошо звучащий и простой в обслуживании усилитель на печатной плате. Я всегда делаю изогнутые дорожки, без прямых углов или срезов углов – таким образом достигается больше музыкальности и меньше шума.»
Марк Бартел (Mark Bartel) – основатель и разработчик бутиковых усилителей Tone King, которые являются одними из самых желанных в мире, и также известный исследованиями и разработками, применяемыми в усилителях Tone King.
«За последние 25 лет я спроектировал множество усилителей как на печатных платах, так и с использованием разных способов навесного монтажа. Я предпочитаю комбинацию из печатных плат и навесного монтажа для достижения лучшего качества звука и эксплуатационной надежности.
Надлежащее использование хорошо спроектированных печатных плат позволяет получить реальные преимущества над собранными вручную монтажными панелями с точки зрения расположения компонентов, размеров и направления, которые позволяют улучшить звучание и повысить надежность
Важнее всего на стадии проектирования свести к минимуму длину проводов и оптимизировать расположение компонентов. Многие собранные с использованием навесного монтажа схемы выглядят прекрасно, с расположенными в ряд компонентами и длинными линиями проводов с красивыми прямыми углами, но эстетическая сторона зачастую совершенно противоположна тому, что является действительно важным для технической составляющей усилителя.
За прошедшие 23 года мы построили тысячи усилителей с печатными платами, большая часть которых ездит по всему миру на постоянных гастролях. На сегодняшний день не возникло ни одной проблемы с платами в этих усилителях.»
Фил Тейлор (Phil Taylor) — признанный эксперт из Mullard Valve Company, разработчик и основатель компании Effectrode, чьи уникальные педали эффектов нашли свое место в педалбордах таких музыкантов, как Дэвид Гилмор, Питер Фремптон, Билли Корган и других.
«Если вы загляните внутрь старого усилителя Hiwatt, то вы увидите прекрасный пример навесного монтажа, где маленькие компоненты – резисторы и конденсаторы – смонтированы на платах с монтажными лепестками.
Хорошо сделанный навесной монтаж деталей выглядит красиво, однако это трудоемкая и высококвалифицированная работа. Каждый компонент припаивается вручную с осторожностью, чтобы избежать его повреждения. Сравните это с печатными платами, где все медные дорожки химически протравлены в плате. Печатная плата позволяет установить компоненты точно и без повреждений, а также упрощает и ускоряет сборку, позволяя автоматизировать процесс.
Есть также еще несколько преимуществ печатных плат: они позволяют проектировку с дополнительным заземлением, позволяя оптимизировать схему и уменьшить ее размер, а также сводя к минимуму шумы. Вдобавок это позволяет уменьшить длину проводников, а иногда и сократить количество точек пайки, гарантируя высокую целостность сигнала и надежность».

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх