главная САМОДЕЛКИ

Однотактный ламповый усилитель.

Часть 1.

Усилитель тестировался с помощью программы RightMark. Звуковая карта Creative Sound Blaster USB X-FI Surround 5.1 Pro. А также вольтметр звуковой частоты и, конечно же, осциллограф, генератор.

Рабочее напряжение синуса до среза 11 В на нагрузку 4 Ом – 30,3 Вт.

Амплитудное напряжение до среза 15,6 В, что соответствует 60,8 Вт при нагрузке 4 Ом.

Гармонические искажения, % – 0,33.

Уровень шума, дБ – -80,1.

Динамические диапазон, дБ – 79.9.

Неравномерность АЧХ (в диапазоне 20 Гц - 20 кГц), дБ – +0.55, -1.31 (без лампы 6Н23П).

Неравномерность АЧХ (в диапазоне 20 Гц - 20 кГц), дБ – +0.55, -2.26 (с лампой 6Н23П, появляется небольшой завал на низких частотах).

Теория.

Может ничего нового не расскажу, но этой информацией я пользовался при проектировании усилителя.

Основы построения высококачественных усилителей:

– кратчайший, с наименьшими потерями, путь сигнала;

– высококачественные комплектующие;

– триодный режим выходного каскада.

Начну с выходного каскада.

Так как малая мощность усилителя меня изначально не устраивала, а от двухтактного исполнения отказался сразу, то пришлось выбирать из достаточно мощных и доступных ламп. Остановился на 6П45С. Лампа применялась в выходных каскадах строчной развертки телевизионных приемников цветного изображения с отклонением луча 110 градусов.

Номинальные электрические данные

при Uн = 6.3 В, Uа = 50 В, Uс2 = 175 В, f = 50 Гц и Uс1имп = -10 В

Ток накала, А 2.5 +- 0.2
Ток анода в импульсе (при Q = 10), мА не менее 800
То же при Uн = 5.7 В, мА не менее 700
Ток анода в начале характеристики (при Uс1 = - 200 В), мкА не более 100
Ток 2-й сетки в импульсе (при Q = 10), 150 мА не менее 150
Обратный ток 1-й сетки (при Uа=200 В, Uс2 = 280 В, Rн = 180 Ом и Rс2 = 3 кОм), мкА не более 2
Отношение тока анода к току 2-й сетки в импульсе не менее 7
Внутреннее сопротивление, кОм не более 2.5
Время разогрева катода, с не более 90
Наработка, ч не менее 5000
Критерии оценки:
 обратный ток 1-й сетки, мкА
 ток анода в импульсе, мА

не более 10
не менее 640
Электрическая прочность при Uа = 400 В, Uс2 = 300 В, Uс1имп = 200 - 250 В, Uа.имп = 6 - 7 кВ, Iк.ср = 380 мА, Rс1 = 2.2 МОм, Rс2 = 5 кОм, f = 16000 +- 4000 Гц, тимп = 15 +- 3 мкс сохраняется

Предельно допустимые электрические величины

Напряжение накала, В 5.7 - 6.9
Напряжение анода, В 400
Напряжение анода при включении лампы, В 700
Напряжение 2-й сетки, В 300
То же при включении лампы, В 700
Напряжение анода в импульсе (при т = 18 мкс), кВ 8
Напряжение 1-й сетки отрицательное, В 300
Напряжение между катодом и подогревателем, В +- 100
Напряжение на лучеобразующих пластинах, В 50
Ток катода (средний), мА 500
Мощность, рассеиваемая анодом, Вт 35
Мощность, рассеиваемая 2-й сеткой, Вт 5.5
Сопротивление в цепи 1-й сетки, МОм:
 при фиксированном смещении
 в схеме строчной развертки со стабилизацией

0.5
2.2
Температура баллона, град. С 260
Устойчивость к внешним воздействиям:
 ускорение при вибрации на частоте 50 Гц, g
 интервал рабочих температур окружающей среды, град. С

2.5
от -60 до +70

Триодный режим достигается включением резистора R12 номиналом 220-330 Ом.

Так, для информации, но советую эту идею сразу выкинуть, тогда нечего с лампами заморачиваться, купи микруху TDA помощней, результат будет тот же, но проще и компактней. Перевод 6П45С в пентодный режим. Для этого, выводы лампы 3, 6 через резистор 1 кОм соединить с питанием по аноду и зашунтировать на корпус электролитическим конденсатором не менее 100 мкФ. Резистор R12 при этом исключить. Мощность на канал увеличится, примерно, в дважды. Но лучше тогда ультралинейное включение лампы: экранную сетку через резистор 500-560 Ом подключить на один из отводов трансформатора. Отвод подобрать по мощности или звучанию, выбирайте сами, получается вы включаете лампу ближе к триоду или пентоду.

Цепочкой R9-R10-C8-R14-50мкФ выставляется отрицательное напряжение смещения на первую сетку лампы. Оно должно быть такое, что бы катодный ток, протекающий через лампу, составил 165 мА. Для того, что бы измерить этот ток, в катодную цепь лампы вводим резистор R16, сопротивлением 1 Ом. По закону Ома I=U/R показание вольтметра будет соответствовать току. Ток покоя (напряжение смещения) устанавливается переменным резистором R14.

Изначально собрал схему с фиксированным смещением, всё нормально, но стабилизировать катодный ток, так и не получилось, думал лампа разогреется и он успокоится, не тут то было. Одно обрадовало, девиация тока в небольших пределах, полное автосмещение можно не делать. Достоинством автосмещения является то, что ток лампы устанавливается автоматически, лампа менее критична к изменению питающего напряжения. Недостаток – ухудшение артикуляции баса, вследствие ограничения на резисторе мгновенного значения тока протекающего через лампу и уменьшение коэффициента усиления, так как вводится отрицательно обратная связь.

Запирается лампа отрицательным потенциалом, приложенным между катодом и сеткой. Ток, протекающий через резистор R15, создаёт падение напряжения на нём с положительной полярностью в сторону катода и отрицательным в сторону сетки по цепи R15-R16-R10-R9. Т.к. девиация тока покоя при фиксированной схеме небольшая, то уровень автосмещения можно сделать небольшой.

Сопротивление R15 выбрано в пределах 150 Ом, ставил 65 Ом, то же стабильно работает и это даже лучший вариант. Мощность резистора необходимо выбирать побольше, что бы его нагрев не влиял на остальные детали. Конденсатор С9 компенсирует некоторую просадку по нижним частотам. Для расчета ёмкости конденсатора в цепи автоматического смещения, следует воспользоваться формулой:

C=1000000...2000000/FR,

где С – ёмкость конденсатора в мкФ, F – нижняя граничная частота в Гц (как правило 10 Гц), R – резистор автоматического смещения в Омах. Не рекомендуется использовать большую ёмкость из-за возможного насыщения железа в выходных трансформаторах. На слух я остановился на 4700 мкФ, форма синуса на осциллографе при 10 Гц не изменилась. Если самому правильно намотать выходной трансформатор с запасом сечения, то никаких проблем для применения больших емкостей не существует. С10 добавил, что бы немного поднять высокие частоты. В общем, слушайте, у каждого свои предпочтения.

Конденсатор С6 разделительный, вычисляется по формуле:

C=159/FR,

где С – ёмкость в мкФ, F – нижняя граничная частота в Гц, R – резистор в управляющей сетке следующей (выходной) лампы в кОм.

Но стоит заметить, это расчёт полосы среза для Г-образного RC фильтра. У нас же резистор R10 зашунтирован конденсатором C8 для сглаживания напряжения сеточного смещения. И он вносит некоторую поправку, но в основном оттолкнуться можно и от этой формулы.

В радиолюбительской литературе, описано применение в качестве разделительных конденсаторов К71, К78, К73, К40У-9, К40У-2, К42У-2, ФТ на соответствующее напряжение – от 250 вольт. Я применил МБГО-1, 0,5 мкФ, 300 В, только обязательно односекционный.

Резистор R13 защищает сетку лампы от высокочастотной паразитной генерации. Он должен быть между 1 кОм и 10 кОм. Если Вы не будете использовать параллельное включение выходных ламп, этот резистор можно не ставить.

Одна выходная лампа даёт примерно 15 Вт., вполне приемлемая мощность, но у вас должны быть чувствительные колонки, хотя бы на уровне 95 дБ. Это вынуждает применять в тракте звуковоспроизведения довольно дорогие акустические системы высокой чувствительности. Обойти данное затруднение можно установкой второй выходной лампы параллельно первой. При этом их параметры становятся эквивалентными характеристикам такой лампы, у которой:

1. статический коэффициент усиления остаётся прежним;

2. крутизна характеристики S увеличилась до 2S;

3. внутреннее сопротивление Ri снизилось до 0,5Ri;

4. выходная мощность 2Рвых;

5. снижаются шумы лампы.

Это из плюсов, но есть и минус. Технологически невозможно сделать обе лампы абсолютно одинаковыми, поэтому они «поют дуэтом». Чем больше разнятся характеристики ламп, тем сильнее проявляется своеобразная окраска в звучании. Поэтому, применяя параллельное включение, желательно подобрать лампы с возможно близкими характеристиками или принять меры по выравниванию их параметров.

Несмотря на этот минус, все же весьма авторитетные фирмы нередко применяют подобное построение выходного каскада. Это хорошо можно видеть на примере усилителей от «Audio Note» модели P1SE (2xEL84); P2SE (2x6L6GC); «Manley Audio Labs» SE/PP 300B Retro (2x300B); «Kondo» On Gaku-ll (2x211 \ VT4C) и многих других. Поэтому не стоит бояться параллельного включения ламп, а лучше внимательно рассмотреть главные способы, позволяющие минимизировать последствия производственно-технологического разброса характеристик входящих в оконечный каскад элементов.

Первое что необходимо, это разделить цепочки полуавтоматического и фиксированного смещения R9-R10-C8-R14 (R20-R21-C14-R24). При этом не забываем, что RC фильтр изменит свои характеристики. Поэтому необходимо будет пересчитать ёмкость C6 (C13), что бы сохранить частоту среза. Для этого увеличивают его ёмкость или изменяют сопротивления R9-R10 и соответственно R20-R21 второй лампы. Предпочтительней увеличить ёмкость С6 (C13), что бы не нарушить цепочки сеточного смещения. В цепь первой сетки выходных ламп включены антипаразитные резисторы R13 и R23. Они раздельные для обеих ламп. Разделены также и цепи экранных сеток VL2 и VL4. Для этого используются два резистора R12 и R22. Благодаря такой мере удается частично компенсировать разброс характеристик оконечных ламп. С помощью резисторов R14 и R24 необходимо добиться тока покоя равного 165 мА для каждой лампы отдельно измеряя напряжение в точках В и Г, которое должно быть равным 165 мВ.

Для раскачки 6П45С требуется большое напряжение. В первом каскаде нужно применять пентод (6Ж4, 6Ж49П, 6Ж52П, 6Э5П) или использовать два каскада усиления по напряжению на триодах. В случае использования двух триодов в предварительном каскаде, получаем в сумме три каскада усиления, а это уже не кратчайший путь сигнала. Ни одну из этих ламп найти не удалось.

В моей звуковой карте Creative Sound Blaster USB X-FI Surround 5.1 Pro уровень линейного сигнала порядка 2 В. После экспериментов с разными имеющимися в наличии у меня ламп, оказалось. Что 6П14П вполне достаточно, что бы раскачать 6П45С при таком уровне линейного сигнала. Кроме этого, могу заметить, что современная звуковоспроизводящая техника имеет высокий уровень выходного сигнала. Так что можно не замарачиваться поиском редких ламп, а применить широкораспространённую, имеющую хорошие характеристики и хорошо зарекомендовавшую себя лампу 6П14П. То, что она заявлена, как выходной пентод, ничего страшного в этом нет.

Схема соединения электродов лампы 6П14П со штырьками: 1, 6 и 8 – свободные; 2 – первая сетка; 8 – катод и третья сетка; 4 и 5 – накал; 7 – анод; 9 – вторая сетка.

Выходной пентод 6П14П предназначен для усиления мощности низкой частоты.

Применяется в выходных однотактных и двухтактных схемах приемников и усилителей низкой частоты.

Катод оксидный косвенного накала.

Работает в любом положении. Выпускается в стеклянном пальчиковом оформлении. Срок службы не менее 500 час.

Цоколь штырьковый с пуговичным дном. Штырьков 9.

Номинальные электрические данные.

Напряжение накала, В 6.3
Напряжение на аноде, В 250
Напряжение на второй сетке, В 250
Сопротивление в цепи катода для автоматического смещения, Ом 120
Напряжение смещения на первой сетке, В -6.5
Ток в цепи накала, мА 0.76
Ток в цепи анода, мА 48
Ток в цепи второй сетки, мА не более 7
Крутизна характеристики, мА/В 11.3
Внутреннее сопротивление, кОм около 30
Коэффициент усиления в триодном включении 20
Выходная мощность, Вт 5.1

Предельно допустимые электрические величины

Наибольшее напряжение накала, В 6.9
Наименьшее напряжение накала, В 5.7
Наибольшее напряжение на аноде, В 300
Наибольшее напряжение на второй сетке, В 250
Наибольшая мощность, рассеиваемая на аноде, Вт 12
Наибольшая мощность, рассеиваемая на второй сетке, Вт 2
Наибольший ток в цепи катода, мА 66
Наибольшее постоянное напряжение между катодом и подогревателем, В 100
Наибольшее сопротивление в цепи первой сетки, МОм 1

Настройка заключается в подборе резистора R8 в цепи 2й сетки 6П14П по максимуму усиления. Работа всех остальных деталей, мало чем отличается от аналогичных в выходной лампе, разве, что нет фиксированного смещения, а полное автоматическое. Настройка и подбор их не нужен, разве что можно поиграться с С3 и С4, аналогично, как и с С9, С10.

Это основная схема усилителя, а теперь настало время небольшого апгрейта.

Первое. Начнём с того, что в схему была добавлена цепочка тонкомпенсации (R1-C2-R2-C1-R4-S1). Высокочастотная составляющая звукового сигнала проходит по цепочке R1-C2, низкочастотная – R2-C1-R4. Чем ближе движок переменного резистора R3 к максимальной громкости, тем меньше сопротивление между верхним выводом резистора и боковым (смотри схему), тем сильнее он шунтирует схему тонкомпенсации и тем слабее её эффект.

Понимаю, многие на неё плюются, но никто не запрещает её отключить кнопкой S1, зато на маленькой громкости с успехом компенсирует потерю чувствительности человеческого уха на высоких и низких частотах. Не думаю, что Вы будете постоянно слушать музыку на номинальной громкости, а постоянно крутить эквалайзер, как то не камельфо.

Второе, это добавлена индикация на лампе 6Е1П. Кто бы, что бы не говорили, а завораживающе видеть разогрев накал ламп и подмигивание «зелёного глаза». Что бы «подмигивание» было комфортным во всей громкости, резистор R17 не подстроечный, а переменный, сдвоенный на оба канала и выведен на верхнюю панель. Увеличивая ёмкость конденсатором С12 увеличиваем энерцию спада луча. Емкость С11 влияет на частоту индикации: чем выше ёмкость, тем ниже частота контролируемого индикатором сигнала. Диод Д1 необходим для защиты сетки лампы от перенапряжения.

6Е1П это двойная лампа, состоящая из управляющего триода и индикатора с единым катодом. Кратер индикатора с внутренней стороны покрыт тонким порошком виллемита (силикат цинка) – минерала, светящегося ярким зеленым светом при облучении его потоком электронов. Благодаря наличию катодной сетки, закрывающий катод в области кратера, ускоряющее поле не действует на пространственный заряд электронного облака вокруг катода, чем обеспечивается постоянство яркости свечения экрана при изменении напряжения на ноже. Помимо этого, поверхность катода предохраняется от вырывания из нее электронов и от бомбардировки его остаточными ионами, что способствует длительному сроку службы лампы. В исходном состоянии, когда на сетке управляющего триода потенциал равен нулю, анодный ток максимален, на резисторе анодной нагрузки падение напряжения также максимально. Поскольку кратер находится под потенциалом 250 вольт, то относительно него нож (отклоняющий электрод), соединенный с анодом триода, имеет отрицательный потенциал в 220 вольт, который отталкивает от него поток электронов. Таким образом, слева и справа от ножа образуется зона тени, куда электронный поток не попадает. А поскольку свечение экрана определяется именно электронным потоком, то зона тени образуется и в свечении экрана. При подаче на сетку триода сигнала с постоянным отрицательным потенциалом, анодный ток триода уменьшается, что вызывает соответствующее уменьшение падения напряжения на резисторе анодной нагрузки, и увеличение потенциала анода и соединенного с ним ножа. Это приводит к уменьшению отрицательного потенциала ножа относительно кратера. Отталкивающее действие ножа на электронный поток уменьшается и теневой сектор сокращается. При этом, зависимость угла теневого сектора от напряжения на сетке напоминает по своему характеру анодно-сеточную характеристику триода. При подходе к точке запирания, крутизна триода уменьшается и имеет место естественное компрессирование больших сигналов, что увеличивает динамический диапазон индикатора.

Третье. Визуальная индикация это хорошо и красиво, но хотелось бы знать когда наступает перегрузка, т.е. уровень отсечки. Для этого предлагаю сделать индикацию посредством светодиодов. Когда наступает уровень отсечки выходного сигнала, что бы зажигался светодиод. Но выводить светодиод на переднюю панель, как-то не хотелось, слишком банально. Поэтому, врезал светодиод в панельку лампы 6Е1П. При сверхярком светодиоде возникает ощущение, что сама колба лампы зажигается. Хороший признак получился перегрузки.

Ниже приведены фото, как я это реализовал.

Теперь перейдём к схематике.

На транзисторах VT2 и VT3 собран простейший триггер Шмитта. Резистором R5 выставляется ток светодиода VD3, в данном случае 24 мА. Транзистор VT1 выступает в роли инверсного усилителя. Диоды VD1 и VD2 предохраняют транзистор VT1 от перенапряжения. От ёмкости конденсатора С1 зависит частота контролируемого сигнала.


Часть 2

 

® Служенко Константин Викторович: moor38@yandex.ru
Однотактный ламповый усилитель

 
Часть 1
Часть 2
Фото