ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Давно известно, что одним из самых трудоемких компонентов лампового усилителя низкой частоты (УНЧ) считается выходной трансформатор. Технологических тонкостей в его изготовлении настолько много, что порой этот процесс растягивается на долгие месяцы, либо весь проект «забрасывают в дальний угол» вместе с мечтами о «ламповом звуке». Можно, конечно, купить готовый трансформатор или заказать, чтобы его намотали индивидуально под ваш усилитель, но это довольно дорого. Да и такой способ лишен всякой «романтики творчества». Свой усилитель должен быть собран собственными руками, что обеспечивает автору наслаждение не только от звучания аппаратуры, но и удовольствие от результатов своего труда!

Предлагаю вниманию читателей «М-К» несколько конструкций своих самодельных усилителей низкой частоты, отличающихся выходной мощностью. Использование стандартных сетевых трансформаторов серий ТАН (анодно-накальный) и ТН (накальный), рассчитанных на частоту 50 Гц, в качестве выходных для двухтактных ламповых усилителей вполне допустимо, поскольку сетевая и другие обмотки выполнены двойными. Набор симметричных анодных и накальных обмоток трансформатора на магнитопроводе ПЛ позволяет расширить возможности оптимального согласования нагрузки с выходным сопротивлением ламп оконечного каскада для ультралинейной схемы включения тетродов. В конструкциях этих усилителей применимы наиболее распространенные усилительные лампы: 6Н8С, 6Н23П, 6Н2П, 6Ф1П, 6ПЗС и 6П14П.

ВАРИАНТ ПЕРВЫЙ

Предлагаемые схемные решения https://sicom.ru/catalog/radiostancii/professionalnye-cifrovye/ открывают радиолюбителям огромное поле для вариаций в обретении богатого букета оттенков «лампового» звучания без претензий на достижение какого-то исключительного качества. Это просто добротные, легко повторяемые ламповые усилители для экспериментирования с различными лампами и режимами работы. Сетевые трансформаторы серий ТАН и ТН с симметричной разделенной сетевой обмоткой вполне пригодны в качестве выходных в двухтактных ламповых усилителях. К тому же, они имеют еще и двойной симметричный набор анодных и накальных обмоток, позволяющих использовать часть из них для обеспечения ультралинейного режима усиления в выходном каскаде.

Вначале следует обратить внимание на то, что при использовании последовательно включенных двух накальных обмоток с суммарным напряжением 12,6 В, максимальная мощность выходного трансформатора ТАН достигает 39,7 Вт при нагрузке 4 Ом, 19,8 Вт — при нагрузке 8 Ом, 13,2 Вт при нагрузке 12 Ом и 9,9 Вт — при нагрузке 16 Ом. Эти соотношения следует учитывать при подборе номинального сопротивления нагрузки усилителя.

Мощность трансформатора желательно выбирать в три-четыре раза больше выходной усилителя. Чем больше мощность трансформатора, тем выше индуктивность первичной обмотки (необходимой для воспроизведения низких частот), больше диаметр провода и, как следствие, меньше межслойная емкость обмотки (это важно для воспроизведения высоких частот) и сопротивление обмоток, что увеличивает КПД трансформатора.

Предлагаемый вариант построен по схеме двухтактного ультралинейного усилителя мощности низкой частоты (УМЗЧ) с лампами 6П14П.

Первый каскад усиления собран на пентодной части лампы VL1 (VL1.1) по резистивной схеме. На управляющую сетку поступает сигнал с регулятора громкости R1. Необходимое смещение создается резистором R5, включенным в катод лампы. Напряжение на экранирующую сетку подается через резистор R5, а резистор R3 является нагрузкой этого каскада. Второй каскад усиления собран также по обычной резистивной схеме на триодной части лампы VL1 (VL1.2). Его анодной нагрузкой служит сопротивление резистора R15. Так как резистор R16 в цепи катода конденсатором не заблокирован, то каскад охвачен отрицательной обратной связью по току. Цепочка R9C1C3 выполняет функции развязывающего фильтра между каскадами.

Между этими же каскадами включены и регуляторы тембра. Подъем частотной характеристики в области высоких частот звукового спектра осуществляется цепочкой С10 R13C11. Происходит это следующим образом. Сопротивление цепочки R13C11 из-за большого сопротивления резистора R13 почти не зависит от частоты, поэтому с увеличением частоты (из-за уменьшения емкостного сопротивления СЮ) напряжение на участке (R13C11), а следовательно, и напряжение верхних частот, подводимое к управляющей сетке триода VL1.2, будут возрастать. Плавная регулировка частотной характеристики в области высоких частот производится переменным резистором R13. В верхнем положении движка на вход VL1.2 поступает преимущественно напряжение сигнала высоких частот. В нижнем положении уровень высоких частот срезается конденсатором С11, так как его сопротивление для этих частот мало.

В области низких частот регулировка усиления производится цепью R6R7R8C6 С7. В нижнем положении движка переменного резистора R7 сопротивление верхнего плеча R6, R7, С6 для низких частот резко возрастает и с резистора R7 через резистор R10 R12C13 на управляющую сетку лампы VL1.2 подается незначительная часть сигнала, снимаемого с первого каскада усиления. Это приводит к «завалу» низких частот. В верхнем положении движка резко возрастает сопротивление нижнего плеча (R7R8C7), напряжение сигнала низких частот на сетке триода VL1.2 увеличивается, а это вызывает подъем частотной характеристики в области низких частот. Плавное изменение частотной характеристики на низких частотах производится переменным резистором R7. Плавное изменение частотной характеристики на средних частотах производится переменным резистором R11.

ФАЗОИНВЕРТОР

Лампа VL2 работает в качестве фазоинвертора. Как известно, для нормальной работы двухтактного усилителя необходимо, чтобы переменные напряжения на сетках ламп плечей были равны по величине, но сдвинуты по фазе на 180°.

Для получения этих двух напряжений и предназначен фазоинвертор. Примененный в данном усилителе фазоинвертор выполнен по наиболее простой схеме и работает следующим образом. Известно, что переменное напряжение, образующееся на анодном сопротивлении, отличается от напряжения на сетке лампы на 180°. Фаза же напряжения на катодном сопротивлении совпадает по фазе с напряжением на сетке. Следовательно, напряжения на анодном и катодном сопротивлениях отличаются по фазе на 180°, что нам и необходимо. Для того чтобы эти напряжения были также одинаковы по своей величине, анодное и катодное сопротивления должны быть равны. Оконечный двухтактный каскад на двух лампах 6П14П собран по ультралинейиой схеме. Напряжение возбуждения на сетки оконечных ламп (типа 6П14П) подается через разделительные конденсаторы С16 и С17. Напряжение смещения на сетках ламп VL3 и VL4 образуется за счет падения напряжения на сопротивлении R31, зашунтированном конденсатором С18.

Типовой режим ламп выходного каскада для усиления в классе АВ (из справочника): напряжения на аноде и экранной сетке соответственно U_a = 300 В, U_q² = 300 В, сопротивление резистора в катодной цепи RK = 130 Ом, эквивалентное сопротивление нагрузки R_aa = 8 кОм, ток по цепям анодного и экранирующей сетки питания l_а = 2 х 36 мА, l_q² = 2 х 4 мА (в режиме покоя — U_bx = 0). При мощности в нагрузке Р_н = 17 Вт и коэффициенте гармонических искажений К = 4 % входное напряжение U_bx = 10В (эфф.), амплитуды тока по цепям питания, указанным выше, — I_апт = 2 х 46 мА, I_q²m = 2×11 мА.

Отвод на экранную сетку для ультралинейного включения ламп EL84 должен быть сделан от четвертой части витков анодной обмотки трансформатора.

ПОДБОР ТРАНСФОРМАТОРА ТАН

Чтобы подобрать нужный трансформатор ТАН из стандартного ряда типономиналов, произведем некоторые расчеты.

Амплитуда напряжения на анодной обмотке U_aam = √2PR = V2 х 17 х 8000 = 522 В. Соответственно, на половине обмотки амплитуда напряжения равна 261 В, что при напряжении питания 300 В оставляет на лампе в открытом состоянии 39 В, что можно проверить по характеристикам.

Эффективное напряжение на анодной обмотке в 1,41 раза меньше и равно 185 В, т.е. в трансформаторе должна быть пара обмоток с таким или немного большим рабочим напряжением.

Теперь определимся с коэффициентом трансформации. Для достижения оптимального эквивалентного сопротивления R_aa (8 кОм) нагрузку сопротивлением 8 Ом необходимо преобразовать трансформатором с коэффициентом трансформации n_тр = V8/8000 = 1/31,6. В этом случае выходное напряжение на нагрузке 8 Ом достигает (185 + 185) / 31,6 = 11,7 В. Для этой цели удобно использовать две накальные обмотки по 6,3 В, включенные последовательно, с общим напряжением 12,6 В.

С учетом выбора стандартных выходных накальных обмоток и коэффициента трансформации 1/31,6 напряжение анодных обмоток должно составлять 12,6 х 31,6 = 398 В (его половина -199 В). Это больше, чем нужные 185 В, поэтому трансформатор окажется в облегченном режиме. Итак, нужно подобрать трансформатор с минимальным числом обмоток, чтобы вместе с двумя половинами сетевых обмоток на 110/127 В получить 199 В. Это возможно в следующих двух комбинациях: 110 + 89 В и 127 + 72 В.

На основании приведенных выше рекомендаций для максимальной выходной мощности 17 Вт нужно выбрать трансформатор мощностью 51…68 Вт. Идеально для нашего усилителя подходит ряд трансформаторов от ТАН27 до ТАН40 с габаритной мощностью 60 Вт. Внимательно изучив таблицу напряжений обмоток типовых трансформаторов, выбираем трансформатор ТАН28-127/220-50, имеющий следующую сумму напряжений: 110 + 40 + 56 В. Стало быть, отвод на экранные сетки мощных ламп можно сделать с обмотки на 56 В, затем расположить секцию на 40 В и, наконец, непосредственно к анодам ламп подключить секции сетевой обмотки на 110 В. И, соответственно, получается приведенное сопротивление нагрузки R_aa = 8553 Ом при коэффициенте трансформации 1/32,7.

Помимо ТАН28, хорошие результаты достижимы с трансформаторами соседних типономиналов: ТАН27-127/220-50 (с комбинацией обмоток по напряжению 127 + 28 + 28 + 6 = 189 В и приведенное сопротивление нагрузки R_aa = 7200 Ом) и ТАН29-127/220-50 (с комбинацией обмоток — 110 + 56 + 56 = 222 В, при этом приведенное сопротивление R_aa = 9933 Ом).

К двум накальным обмоткам, включенным последовательно, подключена нагрузка сопротивлением 8 Ом. Однако обе выходные «накальные» обмотки имеют отводы, соответствующие сумме напряжения 5 + 1,3 В. Поэтому при вдвое меньшем сопротивлении нагрузки (4 Ом) следует набрать нужное значение с двух обмоток как сумму 5 + 1,3 + 1,3 = 7,6 В; оно почти точно соответствует расчетному 8,2 В для нагрузки сопротивлением 4 Ом. И в этом случае выходная мощность усилителя достигает 14 Вт.

Напряжение анодного питания должно быть больше типового значения 300 В на величину падения напряжения на общем катодном резисторе сопротивлением 130 Ом при токе в 114 мА (2х46 + 2х11), т.е. на 15 В. Стало быть, напряжение питания после фильтра выпрямителя должно быть 315 В. На пиках громкости усилитель будет потреблять ток 114 + 2 = 116 мА (лампа входного каскада потребляет ток 2 мА), средний же ток его потребления будет немногим больше тока покоя составляющего 2х36 + 2×4 + 2 = 82 мА.

Эти режимы соответствуют схеме обычного (пентодного, тетродного) включения экранированных ламп. В ультралинейном режиме включения максимальная мощность в нагрузке и, соответственно, напряжения на обмотках трансформатора несколько ниже. С таким выбранным трансформатором усилитель при выходной мощности 8,5 Вт обеспечивает полосу усиливаемых частот 34…21000 Гц по уровню — 3 дБ. Чувствительность усилителя на частоте 1 кГц при максимальной выходной мощности равна 0,28 В. Звучание с этим усилителем очень четкое и прозрачное.

Для придания более мягкого звучания можно рекомендовать зашунтировать оксидные конденсаторы (лучше фирмы JAMICON) старыми бумажными конденсаторами КБГ-И емкостью 0,015 мкФ на 400 В. Впрочем, пойдут и современные пленочные серии.

К78-2 того же или большего номинала на напряжение не менее 400 В.

Звучание, получаемое с таким усилителем, зависит и от типа используемой в предварительном каскаде лампы VL2. Наиболее приятный звук получается с лампой 6Н23П. Однако вполне возможна установка и других двойных триодов с аналогичной цоколевкой. При смене типа лампы нужно изменить сопротивление резистора R22 так, чтобы на катоде второго триода сохранялись бы расчетные 64 В. Можно рекомендовать в каскад предварительного усиления двойные триоды 6Н2П (R22 = 1,3 кОм), 6Н1П, (R22 = 1,6 кОм), 6Н6П (R22 = 2,7 кОм). Чувствительность усилителя — около 0,25 В, и для разных типов ламп входного каскада она может несколько изменяться.

Резисторы в усилителе можно устанавливать металлодиэлектрические (МЛТ и их аналоги) или углеродистые ВС (более предпочтительные) на соответствующую мощность рассеяния.

Перед первым включением усилителя проверьте правильность монтажа. Установите в средние положения движки обоих подстроечных резисторов. Включите усилитель и проверьте напряжения в блоке питания и усилителе на соответствие значениям, указанным на схеме. Отличие режимов не должно быть более ± 5 %, разумеется, если в розетке в это время напряжение около 220 В.

Регулировка усилителя заключается в установке с помощью подстроенного резистора R27 равенства напряжения 0,8 В на резисторах R32, R33, включенных между выводами 8 и 9 выходного трансформатора. Желательно, чтобы эти резисторы были подобраны по разбросу сопротивления не более 1 %; это очень легко сделать, если купить их десяток, а потом просто выбрать пару омметром.

Если выходные лампы вашего усилителя не подобраны в пару, то в этой конструкции их можно отобрать из нескольких. Установите подстроенный резистор R27 в среднее положение и убедитесь в равенстве напряжения смещения на его крайних выводах. Для этого можно подключить к крайним выводам резистора цифровой вольтметр с пределом до 2 В и установить баланс каскада по нулевому показанию прибора. Затем, перебирая все имеющиеся у вас лампы одного типа, найдите те, у которых будут одинаковые падения напряжения на резисторах контроля анодного тока. При смене ламп надо обязательно прогревать лампы не менее двух минут до момента измерения.

Заключительный этап регулировки проводят, когда в усилитель установлены подобранные лампы и достигнут баланс тока ламп выходного каскада. Минимизации фона на его выходе добиваются, изменяя положение движка подстроенного резистора R1 в цепи накала ламп, при замкнутом входе усилителя, контролируя его уровень на выходе милливольтметром переменного тока либо осциллографом при максимальной чувствительности его входа. На этом регулировка усилителя закончена.

БЛОК ПИТАНИЯ

По схемотехническому решению блок питания может быть в двух версиях. Первая выполнена с трансформатором ТАНЗЗ-127/220-50 или ТАНЗЗ-220-50. Кенотронный выпрямитель с П-образным LC-фильтром выполнен по классической схеме и в пояснениях не нуждается. Вместо кенотрона EZ81 можно применить EZ80, а при их отсутствии — отечественный 6Ц4П (он «потянет», но с небольшой перегрузкой). Впрочем, можно поставить их два, соединив парами аноды в каждом плече выпрямителя, регулировкой подстроечным резистором в цепи накала добиваются нейтрализации фона переменного тока.

Вторая версия — диодная с тем же П-образным LC фильтром.

С точки зрения внешнего вида и эффектного зрелища, кенотрон выглядит лучше, но мостовой диодный выпрямитель практичнее и надежнее, да и габариты могут быть меньше. Но это на выбор разработчика.

Так же, в зависимости от того, в каком виде радиолюбитель хочет иметь свой УНЧ, он может быть с отдельным блоком питания или совместным с усилителем.

Отдельный блок питания состоит из основания и корпуса. На основании смонтированы трансформаторы питания и накала, конденсаторы, диодный мост, дроссель и разъем РП-7(10) на уголках. Под основанием предусмотрены четыре резиновых амортизатора-ножки.

Корпус изготовлен из листового алюминиевого сплава толщиной 1,5 мм, а его размеры во многом зависят от выбранных трансформатора, дросселя и конденсаторов фильтра.

Диодный мост и конденсаторы фильтра смонтированы на выводах электролитических конденсаторов или на монтажной маленькой плате, закрепленной на их выводах.

В качестве трансформаторов для источников питания (кроме указанных на схеме) я использовал: ТС-180; ТА-202+ТН-46; ТАН-107. Можно применять и другие трансформаторы, подходящие по напряжению и току.

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА

Монтажная плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм. Отверстия в ней сверлятся только под ламповые панельки и под крепление самой платы в корпусе усилителя. Диаметр отверстий под ламповые панельки 1,5 мм, а под крепеж — 3,4 мм. После травления плату следует промыть, зачистить проводники и обработать горячим покрытием из припоя ПОС-61 (Гор. ПОС-61).

Проводники цепей накала ламп расположены со стороны установки ламповых панелек. С этой стороны оставить максимальную площадь фольги, которую в дальнейшем при монтаже усилителя следует присоединить к минусовой шине питания, что создаст экранный эффект для смонтированной схемы.

Монтаж платы надо производить в следующей последовательности и с учетом ряда оговорок:

1. Монтаж ламповых панелек (предварительно подрезать их лепестки, а выводы цепей накала — отогнуть).

2. Монтаж элементов фазоинвертора и оконечных ламп.

3. Монтаж элементов лампы первого каскада и элементов громкости и тембра.

4. Корпусы резисторов надо расположить над платой на высоте 10 — 15 мм.

5. Электролитические конденсаторы не должны касаться платы.

6. Подстроечный резистор монтируется на проволоке ММ-1, используя ее как стойки.

Следует напомнить, что перед монтажом выводы всех радиоэлектронных элементов должны быть хорошо обработаны припоем (облужены). После монтажа деталей плату желательно промыть в спирто-бензиновой смеси.

Резисторы громкости и тембра монтировать проводом МГТФ 0,35 мм² в экране, поверх экрана надеть полихлорвиниловые трубки. На выводы выходного трансформатора после пайки следует надвинуть изоляционные трубки. Провода, идущие к цепям накала, свить между собой. Монтаж УНЧ вести проводом МГШВ-0,5 мм² (расположение проводников видно из фото). Провода питания собрать в жгут и нейлоновыми стяжками прикрепить к элементам конструкции и трансформатору.

После настройки УНЧ плату желательно покрыть лаком УР-231, хотя бы в один слой. Плата усилителя крепится к верхней панели шасси через стальные резьбовые стойки (8 штук) диаметром 6 мм и высотой 10 мм, и винтами М3 впотай.

Корпуса переменных резисторов необходимо соединить с шасси. Шасси УНЧ соединить с минусовой шиной питания. Питание цепей накала первой лампы и оконечного каскада желательно иметь раздельное. Один из выводов накала ламп заземлить на минусовую шину питания (точка определяется опытным путем по наименьшему фону).

Выходной трансформатор и выходной разъем крепятся к задней стенке шасси.

В задней стенке шасси предусмотрено отверстие с резиновой проходной втулкой для жгута питания при раздельной конструкции блока питания и УНЧ.

ШАССИ

Шасси представляет собой прямоугольную, простую, но достаточно жесткую конструкцию из листового алюминиевого сплава (например, АМЦ). Низ, верх, торцы изготовлены из 2-мм, а боковины — из 8-мм листа. Винты корпуса при сборке следует законтрить краской. Шасси покрыто черной краской.

Предлагаемое шасси позволяет смонтировать несколько вариантов УНЧ: на лампах 6П14П с отдельным блоком питания, на 6ПЗС с отдельным блоком питания, а также на 6П14П и 6П3С с блоком питания.

ВАРИАНТ ВТОРОЙ

Этот усилитель собран на лампах 6Н2П (первый и второй каскады), 6Н23П (третий каскад и фазоинвертор) и 6П14П (двухтактный ультралинейный оконечный каскад).

Напряжение сигнала через компенсированный регулятор громкости (R1-C2) поступает на сетку первого каскада, выполненного на левом по схеме триоде лампы 6Н2П (VL1.1). Второй каскад усилителя собран на правой части той же лампы. Благодаря отсутствию конденсаторов, шунтирующих резисторы R3 и R14, каждый каскад охвачен отрицательной обратной связью по току, что уменьшает искажения усиливаемого сигнала.

Между вторым и третьим каскадами усилителя включены три регулятора тембра, раздельно по низким (R6), средним (R10) и высоким (R12) частотам. Это позволяет изменять громкость звука и тембр усилителя в очень широких пределах.

Фазоинверторный каскад выполнен по схеме с расщепленной анодной нагрузкой. Здесь сопротивление анодной нагрузки разбито на две равные части, одна из которых включена в цель анода, а другая — в цель катода. За счет этого на них возникают сигналы, равные по величине, но сдвинутые по фазе на 180 градусов. Оконечный двухтактный каскад на двух лампах 6П14П собран по ультралинейиой схеме. Все остальное — как в первом варианте.

Мною были испытаны усилители с трансформаторами ТАН29, ТАН41, ТАН55 и ТАН69, давшие отличные результаты.

Юрий КУРБАКОВ,

г. Тула

ЛИТЕРАТУРА:

Гендин Г.С. Высококачественные ламповые усилители звуковой частоты. МРБ вып. 1235-1999 г.

Сидоров и др. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. М., Радио и связь 1985 г.

Комаров С. Ламповые УМЗЧ с трансформаторами ТАН. Радио № 5-2005 г.

Комаров С. УМЗЧ на «телевизионных» лампах с трансформаторами ТН. Радио № 12-2005 г.

Комаров С. УМЗЧ на «телевизионных» лампах с трансформаторами ТН. Радио № 1-2006 г.

Кацнельсон Б.В. Ларионов А.С. Отечественные приемноусилительные лампы и их зарубежные аналоги. Справочник. М., Энергоиздат, 1981 г.

Справочник радиолюбителя. Под редакцией академика А.И. Берга. Госэнергоиздат, 1957 г.

Цыкин Г.С. Электронные усилители. М., 1963 г.