При конструировании ламповых усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) многие авторы используют выходные каскады, работающие в классе А. Аргументируют они свое решение минимальным коэффициентом нелинейных искажений подобных каскадов. Однако каскады, работающие в классе А, имеют достаточно приличный начальный ток анода (рабочая точка лежит на середине линейного участка характеристики лампы). Следовательно, КПД лампы будет весьма низким. Постоянный ток, протекающий через лампу, будет разогревать ее электроды. Если не предусмотреть принудительного охлаждения ламп, то их электроды будут интенсивно разрушаться. Следует отметить, что при построении усилителей класса А с выходной мощностью 10...20 Вт, еще можно создать компактную систему охлаждения. Но если усилитель рассчитывать, например, на 100 Вт, то придется сооружать весьма громоздкий "охладитель".
Поэтому выгоднее использовать более экономичный режим работы ламп в классе В. Недостатком данного режима является повышенный уровень нелинейных искажений. Связано это с тем, что в данном режиме рабочая точка лампы лежит в более нелинейном начальном участке характеристики лампы. При двухтактной схеме включения ламп это вызывает искажения в виде "ступеньки". Существует весьма простой способ компенсации подобных искажений. Для этого усилитель необходимо охватить глубокой отрицательной обратной связью.
Предлагаемый усилитель питается от двухтрансформаторного источника питания (рис. 1). Трансформатор ТЗ обеспечивает питанием анодные цепи всей схемы и сеточные цепи выходных ламп усилителя, Т4 формирует накальные напряжения, напряжения смещения на сетках выходных ламп и напряжение для питания вентиляторов, охлаждающих усилитель. Для уменьшения уровня фона накал ламп предварительного усилителя осуществляется от источника постоянного тока.
Рис. 1. Двухтрансформаторный источник питания
Принципиальная схема усилителя изображена на рис. 2. На малогабаритном двойном триоде VL1 собран предварительный усилитель. Уровни входных сигналов регулируются переменными резисторами R1 и R2. Сигналы левого и правого каналов подаются на трехполосные регуляторы тембра. Далее сигналы через компенсирующий усилитель на двойном триоде VL2 поступают на фазоинверторы на двойном триоде VL3. Корректирующие RC-цепи, подключенные к катодам триодов VL2, снижают нелинейные искажения усилителя и предотвращают его самовозбуждение на инфранизких частотах. На анодах VL3 получаются противофазные сигналы, необходимые для работы двухтактных выходных каскадов. Противофазные сигналы "раскачиваются" предварительными усилителями на двойных триодах VL4, VL5 до уровней, необходимых для возбуждения выходных ламп VL6...VL9. Оба тетрода в каждой лампе для увеличения отдаваемой мощности включены параллельно. Нагрузкой ламп служат выходные трансформаторы Т1, Т2.
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя (нажмите для увеличения)
Трансформаторы согласуют высокое сопротивление ламп с сопротивлением акустических систем.
Усилитель собирается в дюралюминиевом корпусе. Вентиляторы М1 и М2 располагают таким образом, чтобы они обдували выходные лампы. XS1 - гнездо "JACK" или "miniJACK". R1, R2, R11, R13, R15, R17, R19, R21 - любые переменные резисторы подходящего типа. SA1 должен выдерживать ток до 6 А при напряжении питания 220 В. Для Т1 и Т2 используют Ш-образные сердечники с сечением 32x64 мм. Обмотки I, III содержат по 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,4 мм, а обмотки IIа и IIб - по 100 витков того же провода. Обмотка IV содержит 70 витков провода ПЭВ-2 d1,2 мм. ТЗ и Т4 наматываются на тороидальных сердечниках сечением 65x25 мм (Т3) и 40x25 мм (Т4). Т3 имеет первичную обмотку, состоящую из 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм, и вторичную, состоящую из двух обмоток по 570 витков того же провода. Первичная обмотка Т4 состоит из 1600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,31 мм, обмотка II - 500 витков того же провода, III и IV - 52 и 104 витка провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2 показан на рис. 3.
Рис. 3. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2
Налаживание усилителя начинают с источника питания. Снимают с панелек лампы VL6...VL9 и включают питание. При этом должен загореться HL1, а М1 и М2 должны заработать. Измеряют постоянные выходные напряжения, которые должны отличаться от указанных по схеме не более чем на ±10%. Движки регуляторов громкости устанавливают в крайнее правое, а регуляторов тембра - в среднее положение. Временно отключают цепи ООС (R52, С46, С47, R75, С38, С51). На входы ЛК и ПК подают синусоидальные сигналы частотой 1 кГц и амплитудой 250 мВ. Двухканальным осциллографом контролируют противофазные сигналы на анодах ламп VL4, VL5 (их амплитуды должны быть одинаковыми, а форма неискаженной). Устанавливают на место VL6...VL9, а к выходам подключают либо акустические системы, либо (лучше) эквиваленты нагрузки (резисторы 8 Ом х 150 Вт). На выходе также должен наблюдаться неискаженный сигнал. Восстанавливают цепи ООС. Если усилитель будет самовозбуждаться, следует подобрать емкости С38, С47 или резисторы R52, R75. При этом нельзя сильно уменьшать ООС, поскольку соответственно увеличится коэффициент нелинейных искажений. На этом настройка усилителя заканчивается.
В целях правильной эксплуатации усилителя следует помнить, что включение усилителя без нагрузки категорически воспрещается. Несоблюдение данного требования приведет к выходу из строя выходных ламп и трансформаторов.
Смотрите другие статьи раздела .
Раньше я с предубеждением относился к звучанию двухтактных ламповых усилителей, полагая, что однотакт даст им «сто очков вперед».
Почему? Когда-то у меня был двухтактный ламповый усилитель, собранный «по не знаю какой схеме», на лампах EL34. Не звучал он.
Но тогда я ещё не собирал усилители. И решил я для себя закрыть этот вопрос, собрав PP на EL34.
Тем более, что у меня в загашнике была пара выходных трансформаторов, подаренных одним очень хорошим человеком! Вот таких:
Схема усилителя
Схему выбрал «по Манакову»:
Начал, как всегда, со сборки корпуса. Останавливаться подробно на технологии его изготовления не стану, я подробно рассказал об этом в Как всегда, я собирал усилитель на отдельном металлическом шасси, укрепленном внутри корпуса на стойках. Это позволяет минимизировать количество отверстий в верхней крышке усилителя. Для изготовления корпуса использовал алюминиевый уголок 20×20х2,0, дюралевые листы, толщиной 1,5 мм (для верхней крышки) и 1 мм (для нижней крышки и шасси). Обшивка выполнена из бука, покрашенного морилкой и лаком в несколько слоев. Дюраль покрашен из баллончика. Колпаки для трансформаторов на этот раз использовал готовые, заказав их заранее.
Все механические работы были выполнены на балконе. Использовал раскладной верстак, дрель, электрический лобзик, дисковую шлифовальную машинку ручной фрезер, дремель и профессиональное стусло. За годы радиолюбительства я солидно «оброс» хорошими инструментами. Это позволяет мне выполнять многие сложные работы гораздо быстрее и точнее. Но большую часть из этих работ можно выполнить и вручную. С большей затратой сил и времени, конечно.
Радиодетали, в общем, самые обычные. В качестве разделительных использовал конденсаторы К78-2 и К71-7, все остальное – «солянка сборная».
Лампы EL34 покупал уже подобранными в «четверку».
Трансформатор питания: тор, 270Вх0,6А – анодная вторичка, 50Вх0,1А – вторичка для смещения, 2×6,3×4А – для питания накалов.
Я внес в схему некоторые изменения
Вместо лампы 6Н9С я сначала самонадеянно попробовал применить 6Н2П (ЕВ). В результате получил… «мертвый» звук. Не то! Совсем не то. А отверстия-то под панельки просверлены, и шасси уже установлено. Что делать? Начал искать замену этой лампе. Оказалось, что лампа ECC85 (по отзывам коллег на форумах) «очень даже». Приобрел пару. Изменил номиналы резисторов «обвязки». В анодах 36 кОм (2Вт), катодные резисторы – 180 Ом, смещение при этом около 1,5 В. Сразу скажу, что звуку это очень пошло на пользу!
Электронный дроссель
Вместо обычных дросселей и я использовал «электронный дроссель», собранный по этой схеме:
Замечу, что реальное падение напряжения на дросселе порядка 20-25 В. Учитывайте это в своей конструкции!
Печатная плата дросселя также прилагается.
Селектор входов
Организовал селектор входов на трех реле TAKAMISAWA (по количеству входов), которые коммутируют слаботочный сигнал. Печатную плату для коммутатора не делал, собрал все на макетке.
Схема примерно такая:
Красоты ради поставил стрелочные индикаторы. Управляются индикаторы отечественной микросхемой К157ДА1. Схема переделана на однополярное питание, печатная плата прилагается.
Коммутатор, микросхема К157ДА1 и диоды подсветки индикаторов питаются от одного источника стабилизированного напряжения.
Из особенностей сборки
Самым важным является разводка земель. Хорошо видно, что я организовал две земляных точки, собрал на них земли левого и правого каналов и присоединил их к «минусу» фильтрующего конденсатора анодного напряжения. В результате, вместе с «электронным дросселем», это дало очень хороший эффект. Фона я не слышу вообще. Ни в 10, ни в 5, ни в 2-х сантиметрах от динамика.
Настройка усилителя
Тут я полностью цитирую Манакова:Первый каскад настраивается по падению постоянного напряжения 1,8-2 В в контрольной точке на катодном резисторе подбором номинала этого резистора.
Второй каскад настраивается по падению постоянного напряжения в контрольных точках на катодных резисторах 1 Ом ламп выходного каскада, путём регулировки напряжения смещения на управляющих сетках этих ламп. Падение напряжения на них должно быть 0,035-0,04 В, что соответствует току анода каждой лампы 35-40 мА. Наиболее «экономные» могут снизить токи выходных ламп до 25-30 мА. Я думаю, излишне напоминать о том, что все эти настройки нужно производить в режиме молчания.
По переменному напряжению фазоинверсный каскад настраивается при подаче переменного напряжения около 0,5 В с частотой 3 кГц на сетку левого триода лампы 6Н9С, подстроечным резистором в цепи сетки правого триода лампы выставляется одинаковое по величине переменное напряжение на анодах лампы. При этом нужно пользоваться вольтметром с входным сопротивлением не менее 1 мегОм.
Добавлю лишь, что при использовании ламп EL34, токи покоя можно (и нужно!) смело поднимать примерно до 56 - 60 мА, при анодном напряжении около 350 В.
Файлы
Чертежи печатных плат эл. дросселя и уровнемера:▼
Сразу оговорюсь - данная антология никоим образом не претендует на звание пособия по ламповой схемотехнике. Схемы (в том числе исторические) отбирались по сочетанию технических решений, по возможности с "изюминками". А вкусы у всех разные, так что не взыщите, если не угадал... В старых схемах ряд номиналов приведен к стандартным.
Для повышения выходной мощности усилителей кроме "запараллеливания" ламп еще в 30-е годы применяли двухтактные каскады (push-pull) . Для возбуждения двухтактного каскада необходимы два противофазных напряжения, которые проще всего получить при помощи трансформатора. Так до сих пор и поступают в самых бескомпромиссных конструкциях, но степень влияния междулампового трансформатора на качество сигнала едва ли не больше, чем выходного. Поэтому в подавляющем большинстве двухтактных усилителей для получения противофазных напряжений используется специальный фазоинверсный каскад.
- Основные типы фазоинверсных каскадов
- отдельный инвертирующий каскад в одном из плеч усилителя
- автобалансный фазоинвертор
- фазоинвертор с катодной связью
- фазоинвертор с разделенной нагрузкой
Каждому из решений свойственны достоинства и недостатки. В пору расцвета высококачественных ламповых усилителей наибольшее распространение получили фазоинверторы с разделенной нагрузкой и катодной связью.
Фазоинвертор с катодной связью дает некоторое усиление, но идентичность выходных сигналов зависит от степени связи. Глубокую связь можно получить только при использовании большого сопротивления связи (за это схему назвали long tail - "длиннохвостая") или источников тока в цепи катода (а это тогда вообще не приветствовалось). Кроме того, выходные сопротивления плеч такого фазоинвертора значительно различаются (один триод включен по схеме с общим катодом, второй - с общей сеткой).
Фазоинвертор с разделенной нагрузкой позволяет получить идентичные сигналы, но несколько ослабляют их. Поэтому приходится увеличивать усиление до фазоинвертора (что чревато его перегрузкой) или использовать двухтактный предоконечный каскад. Однако именно этот тип фазоинвертора получил наибольшее распространение в промышленных конструкциях, поскольку обеспечивает хорошую повторяемость при серийном производстве.
Вопрос экономии в те годы был первоочередным. И радиолюбителей, и конструкторов очень смущала лишняя лампа. Поэтому неудивительно, что в начале 50-х годов на страницах радиотехнических изданий появились схемы двухтактных усилителей, не содержащих отдельного фазоинвертора. Выходной каскад таких усилителей был выполнен по схеме с катодной связью и работал в "чистом" классе А. Предлагались как новые схемы, так и переделка существующих однотактных усилителей в двухтактные. По нашу сторону "железного занавеса" этот тип усилителей не прижился в силу малой экономичности, а по ту сторону они были в ходу еще долго.
Предельно простая схема такого усилителя, предназначенная для повторения любителями, приведена ниже (спасибо Клаусу, приславшему схему - без нее картина была неполной). Обратите внимание на дату...
рис.1. Простой двухтактный усилитель Pвых = 6 Вт. Выходной каскад выполнен по схеме с катодной связью. Приведенное сопротивление нагрузки - 8 кОм. Конструктивные данные трансформатора неизвестны. В источнике питания использован двухполупериодный выпрямитель на прямонакальном кенотроне 5Y3GT и LC-фильтр. / Melvin Leibovitz Hi-Fi Power Amplifier (Electronic World, June 1961)
Интересно включение регулятора громкости на входе оконечного каскада и всего один переходной конденсатор. Степень катодной связи невелика, так что характер звучания, скорее всего, будет как у однотактника (с четными гармониками). Общей ООС нет, поскольку запас усиления невелик.
Однако введение ООС в пентодный усилитель крайне желательно - без нее выходное сопротивление очень велико. Это хорошо только для полосы СЧ (ибо снижает интермодуляционные искажения в динамике), а для всех остальных применений противопоказано. Глубокую ООС в усилитель можно ввести только при непосредственной связи каскадов.
рис.2. Двухтактный усилитель класса А. Усилитель выполнен по схеме с непосредственной связью каскадов и охвачен глубокой ООС (~30 дБ). Двухтактный выходной каскад работает в классе А. Он выполнен по схеме с катодной связью и не требует отдельного фазоинверсного каскада. Сетка VL3 заземлена по переменному току. Часть напряжения с катодов выходных ламп подана на экранирующую сетку VL1, что стабилизирует режим по постоянному току.
Налаживание сводится к подбору R1...R3 так, чтобы напряжение на управляющих сетках ламп составило -12 В относительно их катодов.
Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш-22х50. Первичная обмотка содержит 2х1000 витков провода d=0,18 мм, вторичная - 42 витка провода d=1,25. Обмотки секционированы, вторичная обмотка размещена между слоями первичной. (В. Павлов. Высококачественный усилитель НЧ (Радио, №10/1956, с.44)
Усилители в режиме A обеспечивают высокое качество звучания, однако переход к режиму AB при той же мощности рассеяния на аноде позволяет получить в два-три раза большую выходную мощность. Выходной каскад в режиме AB уже не может работать с катодной связью, поэтому без отдельного фазоинверсного каскада не обойтись.
Желание сократить если не число ламп, то хотя бы число баллонов, привело к появлению схемы усилителя на двух триод-пентодах. Низкочастотные триод-пентоды были в свое время специально разработаны для однотактных усилителей приемников и телевизоров (триодная часть использовалась в драйвере, пентодная - в выходном каскаде). Однако в двухтактном применении они тоже не подкачали. У публикуемой ниже схемы было немало воплощений. Ультралинейный вариант, например, был в самом первом издании книги Гендина "Высококачественные любительские УНЧ" (1968 г.)
рис.3Двухтактный усилитель на триод-пентодах. Pвых = 10 Вт. Фазоинвертор по схеме с разделенной нагрузкой, связь с первым каскадом непосредственная. Выходной каскад пентодный с фиксированным смещением. Известны также варианты этой схемы с ультралинейным включением выходных ламп, с комбинированным и автоматическим смещением. Конструктивные данные трансформатора неизвестны. Цепь R3C2 обеспечивает устойчивость усилителя с замкнутой петлей ООС.
Кстати, об ультралинейном включении выходных пентодов. В двухтактном варианте у них появляется еще один плюс - дополнительная компенсация гармоник, возникающих в выходном каскаде. Поэтому подавляющее большинство любительских конструкций выполнены именно по ультралинейному варианту. В промышленных конструкциях отечественного изготовления ультралинейные усилители опять-таки не прижились из-за сложности выходного трансформатора. Для получения высоких характеристик необходима полная симметричность конструкции, секционирование обмоток, сложная коммутация. При использовании трансформаторов массового изготовления выигрыш от применения ультралинейной схемы незаметен.
Следующая схема стала классикой и послужила основой для бесчисленного множества конструкций.
рис.4. Ультралинейный усилитель Pвых = 12 Вт, Кг< 0,5% Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш 19х30 мм. Первичная обмотка содержит 2х(860+1140) витков проводом d=1,3 мм. Схема практически не нуждается в налаживании, что снискало ей популярность в промышленных и любительских конструкциях. Фазоинвертор выполнен по схеме с разделенной нагрузкой. В. Лабутин - Ультралинейный усилитель (Радио, №11/1958, с.42-44)
Несмотря на высокие характеристики и обычные пентодные, и ультралинейные усилители редко использовались без общей ООС. Применение ООС снижает выходное сопротивление усилителя и улучшает условия работы низкочастотных головок. Но для снижения выходного сопротивления усилителя можно использовать не только отрицательную, но и положительную ОС. В схеме следующего усилителя использована комбинированная обратная связь.
рис.5. Ультралинейный усилитель Основная особенность усилителя - комбинация ООС по напряжению и ПОС по току, улучшающая согласование
усилителя с динамической головкой в области основного механического резонанса Сигнал ПОС снимается с датчика тока (R19), включенного в
"земляной" вывод выходного трансформатора. Глубина обеих обратных связей регулируется синхронно, что исключает самовозбуждение усилителя.
Первый каскад-усилитель напряжения. Фазоинвертор выполнен по схеме с катодной связью. Выходной каскад выполнен по типовой ультралинейной схеме и
дополнен регулятором балансировки RP1 На втором триоде VL1 выполнен микрофонный усилитель Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш25х40
Первичная обмотка содержит 2х(1100+400) витков провода d=0 18мм, вторичная - 82 витка провода d=0,86мм (60м) В. Иванов - Усилитель НЧ (Радио №11/1959 с.47-49)
Триодный выходной каскад обладает низкими искажениями и малым выходным сопротивлением даже без общей ООС. Характеристики каскада слабо зависят от приведенного сопротивления нагрузки. Это позволяет снизить индуктивность выходного трансформатора. Далее приведены два варианта схемы усилителя с выходным каскадом на двойном триоде.
рис.6. Триодный усилитель Рвых=2,5Вт (+250В) Рвых=3,5Вт (+300В) Кг=3% (без ООС)
Первый каскад-усилитель напряжения на пентоде (Kv=280 350). Фазоинвертор с разделенной нагрузкой. Выходной каскад с фиксированным смещением. Для снижения
фона на обмотку накала подан потенциал +40В. Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш12 (окно 12х30мм), толщина набора 20мм. Первичная обмотка 2x2300
витков провода d=0,12мм, вторичная - 74 витка d=0,74мм. Силовой трансформатор выполнен на сердечнике Ш16 (окно 16х40мм), толщина набора 32мм. Сетевая обмотка
содержит 2080 витков провода d=0,23мм, анодная - 2040 витков провода d=0,16мм, накальная - 68 витков провода d=0,84мм, обмотка смещения - 97 витков провода d=0,12мм
рис.7. Триодный усилитель Рвых = 2,5 Вт, Кг =0,7...1% В выходном каскаде применено комбинированное смещение (использована накальная обмотка). Выходной
трансформатор выполнен на сердечнике Ш12 (окно 12х26мм), толщина набора 18мм. Первичная обмотка содержит 2x1800 витков провода d=0,1Змм, вторичная -
95 витков провода d=0,59мм (13 Ом)
Е. Зельдин - Триодный усилитель класса В (Радио № 4/1967, с.25-26)
) усилитель мощности звука использует лампы выходного каскада, работающие в классе "А" , ультралинейное включение, и собран в виде моноблока - лампового усилителя. В схеме может быть использовано несколько различных ламп, в том числе KT77 / 6L6GC / KT88 с драйвером на 12SL7 . Вне зависимо от того, что за типы ламп используются для выхода - звук получается "бархатный" и изысканный.
В драйвере (предварительном усилителе звука) лампа работает в режиме динамической нагрузки - SRPP. Альтернативный драйвер можно сделать с применением 5751
. Не исключаются и другие варианты, такие как 12AU7
, 12AT7
и 12AX7
. Выходная мощность этой схемы может достигать 50 ватт.
Схема совсем простая, как для лампового УМЗЧ, но если вы не знакомы с ламповым оборудованием или не имеете опыта монтажа высоких напряжений, то это не совсем подходящий проект для дебюта . Для полного исключения взаимного влияния отдельных каналов (левого и правого), конструктивно всё выполнено как моноблоки - каждый с собственным блоком питания. С одной стороны такой вариант является более сложным и дорогостоящим, но и имеет свои преимущества.
На нижнем рисунке показан простейший . В блоке питания может быть использован обычный трансформатор, выпрямитель, фильтр. Обмотка накаливания 6 вольт и 4 ампера. Используя только 6,3 - вольтовые лампы, на накал соответственно снижается напряжение до вышеуказанного уровня.
Более чувствительные цепи схемы размещаются как можно дальше от силовых трансформаторов. Конденсаторы фильтра были приклеены к шасси. Использование земли в виде толстой большой голой медной проволоки хорошо зарекомендовало себя по минимизации гула, шума и возможности оптимизации контуров заземления. При правильном подключении всех элементов схемы, ток равен 1.25 деленное на значение резисторов. Таким образом, 10 Ом приведет к 0.125 амперам текущего тока (при использовании ламп KT88 надо 180 мА).
Настройка и испытания усилителя
Сразу предупреждаем, что есть смертельные напряжения в этой схеме, соблюдайте крайнюю осторожность при проведении каких-либо измерений. Вначале включите питание и проверьте напряжения. Должно быть 12 вольт постоянного тока между накалом 12SL7 и около 475 вольт на блоке конденсаторов фильтра. Вставьте лампы. Следите за возможными проблемами (внутри ламп пластины, светящиеся красным, искры, дым, шум и другие интересные вещи, которые указывают на плохие новости). Проверьте напряжение снова. Они должны быть в надлежащих диапазонах. Если они будут сильно отличаться, значит что-то подключено неправильно.
Если все ОК, выключите питание и прикрутите динамики на выход. Снова включите питание. Должно быть мало или вообще отсутствовать любых звуков (шум или шум). Если вы можете услышать лёгкое гудение на 10-20 см от АС, то, наверное, есть проблемы с монтажём (экраном, массой...).
Подайте на вход усилителя сигнал и посмотрите, что получится. Звук должен быть теплым и мягким, без заметных искажений. Теперь самое время сделать баланс тока на выходных лампах - подстроечным резистором на 25 Ом. Разрешите усилителю поработать по крайней мере 20 минут и проверьте настройки еще раз. Они, вероятно, немного изменились - подстройте. После окончательной сборки лучше накрыть горячие и опасные лампы защитной сеточкой (особенно если у вас есть домашние животные или дети). Приятного вам прослушивания!
