Схема принципиальная Ламповый усилитель начального уровня

Вниманию начинающих конструкторов предлагается весьма простой для повторения, а самое главное - не капризный и достаточно качественный ламповый УМЗЧ, в котором использованы распространенные лампы и детали, широко применявшиеся в свое время в телевизорах и радиоприемниках. Усилитель разрабатывался как оконечный (т.е. не имеющий в своем составе ни регуляторов тембра, ни каких - либо других узлов, таких как коммутаторы, корректирующие предусилители и т.п.) и изначально предназначался для усиления сигнала, поступающего со звуковой платы компьютера, однако весьма неплохие (субъективно) характеристики позволяют его использовать и для усиления сигнала с других, более серьезных источников (CD проигрыватель, проигрыватель виниловых дисков, магнитофон и т.п.)

Готовый вид усилителя.

Рис. 1. Принципиальная схема одного канала усилителя.

Усилитель двухкаскадный. Первый каскад построен на одной половинке двойного триода 6Н3П (VL1), (рис. 1) и представляет собой классический каскад усилителя напряжения. Вторая половинка лампы использована во втором канале усилителя.

Рис. 2. Цоколевка лампы 6Н3П.

На резисторах R5, R5", благодаря протекающему через них катодному току, создается напряжение смещения, которое задает режим работы лампы. Отсутствие в цепи катода конденсатора (который обычно присутствует в промышленных конструкциях и включается параллельно катодному резистору) не лишено смысла - это позволяет получить в каскаде местную ООС, благодаря которой хотя и несколько снижается усиление, но зато повышается линейность каскада. Глубина такой местной ООС небольшая и определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R5 и R6. Тип лампы и рабочая точка выбирались исходя из желаний получить оптимальный режим на линейном участке ВАХ (вольт - амперной характеристики) лампы, при этом было бы недопустимо появление сеточного тока (ток в цепи сетки возникает, когда напряжение на ней становится положительным относительно катода, как следствие, возникают сильные искажения сигнала) в любом режиме работы усилителя, и небольшое выходное сопротивление каскада при достаточном усилении, что позволит "не обращать внимания" на паразитные емкости монтажа и лампы, и индуктивности резисторов последующего каскада. Но при всём этом ток анода должен быть достаточно мал, чтобы обеспечить долговечность лампы. В результате выбрано сопротивление в цепи анода 30 кОм и анодный ток 3 мА - в этой точке ВАХ достаточно линейны для входного сигнала с размахом до 3 вольт. Коэффициент усиления каскада по напряжению 16,5. Второй каскад также не отличается оригинальностью - это типовой однотактный каскад, построенный на мощном выходном пентоде 6П14П (VL2). Катодный резистор R10 задает рабочую точку лампы (ток анода 48 мА, второй сетки 7 мА), параллельно ему стоит электролитический конденсатор С7, который исключает местную ООС, его величина может быть от 220 до 1000 мкф., подбирают на слух. Резистор в цепи сетки выбран относительно небольшого сопротивления для снижения влияния паразитных емкостей монтажа и тока утечки первой сетки (у ламп в общем - то всегда есть ток утечки в цепи первой сетки, даже когда напряжение на ней отрицательное по отношению к катоду, но наиболее заметен он у мощных ламп. Величина этого тока - порядка нескольких мкА. Отрицательное воздействие - "уход" режима лампы), но важно, чтобы его сопротивление было значительно больше выходного сопротивления предыдущего каскада. Лампа второго каскада нагружена на выходной трансформатор - он необходим для согласования высокого выходного сопротивления лампы (порядка 4,5 кОм) с относительно низкоомной нагрузкой. Принцип выбора трансформатора для данной конструкции - "дешево и сердито" - были использованы трансформаторы типа ТВЗ-1-9, применявшиеся как в телевизорах, так и в некоторых радиоприемниках. Можно использовать и другие типы выходных звуковых трансформаторов, важно лишь, чтобы они были предназначены именно для применения в однотактных выходных каскадах. Можно даже поэкспериментировать с трансформаторами типа ТВК (применялись в выходных каскадах кадровой развертки), однако надо отдавать себе отчет, что выходной трансформатор - это едва ли не самая главная деталь в ламповом усилителе - его качество по большей части и будет определять качество усилителя в целом. Коэффициент передачи выходного каскада по напряжению 0,85 (измерялось на нагрузке 4 Ом) На входе усилителя применен фильтр, не пропускающий низшие частоты звукового диапазона на вход усилителя (примерно от 40 Гц и ниже). Необходимость в таком фильтре вызвана следующими соображениями:
а) большинство бытовых акустических систем среднего класса имеют нижние рабочие частоты от 40 до 60 Гц и в принципе не способны воспроизводить сигнал с частотой ниже данного порога - подача на акустическую систему сигнала заведомо ниже ее минимальной рабочей частоты лишь порождает значительные дополнительные искажения из - за смещения этим сигналом диффузоров громкоговорителей;
б) бытовые помещения отличаются небольшими размерами и, как следствие, на низких частотах в таких помещениях имеется множество резонансов, вызывающих эффект "бубнения" при воспроизведении, причем чем меньше помещение, тем более ярко выражен этот эффект, тем на более высоких частотах проявляется резонанс;
в) с уменьшением частоты мощность усилителя, необходимая для воспроизведения, должна увеличиваться (это справедливо для всего диапазона частот) - например, если для воспроизведения с нормальной громкостью сигнала частотой 100 Гц достаточно 3 Вт, то для воспроизведения 50 Гц с такой же громкостью необходимо уже 12 Вт выходной мощности усилителя;
г) нижняя рабочая частота большинства промышленных звуковых трансформаторов составляет 40-50 Гц - на более низких частотах трансформатор, также как и акустическая система, теряет эффективность (это происходит из - за конечного значения индуктивности первичной обмотки), а в сочетании с большей мощностью более низкочастотного сигнала также порождает значительные искажения.

С учетом всего этого, а также того, что выходная мощность данного усилительного однотактного каскада на лампе 6П14П включенного триодом, ограничена величиной около 1,5 Вт, и было решено использовать такой фильтр. Конечно, если применять высококачественные трансформаторы и акустические системы, то необходимость в таком фильтре отпадает. В этом случае его можно не монтировать, удалив для этого R2 и заменив C2 перемычкой. Забегая вперед, хочется отметить, что при сравнении звучания усилителя с фильтром и без, субъективное предпочтение всегда отдавалось варианту усилителя с фильтром - басы, вопреки прогнозам, более "упруги" за счет устранения перегрузки выходного каскада и значительного снижения "бубнения" помещения.

Блок питания

Блок питания усилителя достаточно прост - он представляет собой трансформатор, также взятый от старого лампового телевизора, с выпрямителем анодного напряжения (рис.3).

Рис. 3. Блок питания усилителя - одного канала.

Емкость конденсатора фильтра C1 выбрана относительно небольшой - это вызвано желанием уменьшить пиковый ток через диоды выпрямителя (не секрет, что диоды выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку, открыты только на малом промежутке времени по сравнению с длительностью полупериода, и в это время через них течет ток, значительно превышающий средний, потребляемый нагрузкой). Но так как на небольшой емкости пульсации напряжения довольно существенны, в усилителе (рис.1) применен фильтр R11, C6, где емкость C6 может быть уже весьма большой, чтобы эффективно их подавлять. Первый каскад также питается через такой же фильтр R8, C3, который дополнительно защищает его от пульсаций напряжения питания, вызванных работой второго каскада. Цепочка R12 - R15 (рис.1) одна общая для обоих каналов усилителя и предназначена для создания положительного потенциала цепи накала относительно катодов ламп. Это необходимо для снижения фона переменного тока - сильно нагретая нить накала и катод образуют некоторое подобие вакуумного диода, и если на катоде относительно нити накала будет в какие - то моменты времени положительное напряжение, от нити накала к катоду потечет небольшой ток. Этот ток будет течь и через катодные резисторы, вызывая на них падение напряжения, которое затем будет усилено всеми последующими каскадами точно также, как и полезный сигнал. Последовательно включенные R12 и R13 выполняют еще одну функцию - через них разряжаются емкости фильтров питания при выключении усилителя. Суммарный ток, потребляемый накалами ламп, составляет 1,85 А. Накальная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на такой (или больший) ток, в противном случае может произойти перегрев накальной обмотки трансформатора.

Конструкция и детали

Оба канала усилителя, кроме блока питания, целиком смонтированы на одной печатной плате ( рис.4 ).

Рис. 4. Печатная плата усилителя.

Так как лампы рассеивают достаточно много тепла, стремиться получить высокую плотность монтажа нет смысла. По этой же причине в качестве материала для печатной платы желательно применить фольгированный стеклотекстолит - этот материал более температуроустойчевый чем гетинакс, и при нагреве не деформируется, что часто случается с платами на основе гетинакса. Резисторы могут быть типов ВС или МЛТ. R1-R5, R14 и R15 могут быть любой мощности (печатная плата рассчитана на установку резисторов типа ВС-0,5 и МЛТ-0,5), R6, R8, R9, R12 и R13 лучше взять мощностью не менее 0,5 Вт. R10 должен быть мощностью не менее 1 Вт, R11 - 2 Вт. R11 лучше всего взять проволочный - также из - за возможного пробоя в момент включения, но в крайнем случае подойдет и МЛТ-2. Сопротивления резисторов R1, R12-R15 могут значительно отличаться от указанных на схеме: R1 может быть от 100 кОм до 1 МОм; R14, R15 от 1 до 100 кОм, но желательно одинакового сопротивления; сопротивление R12 может варьироваться от 100 до 470 кОм, причем сопротивление R13 должно быть в 5-15 раз меньше сопротивления R12. R8 может быть от 2 до 8,2 кОм. Сопротивление R11 увеличивать не стоит, но можно применять любые резисторы в диапазоне от 100 до 220 Ом. Также может варьироваться и сопротивление R6 - от 30 до 39 кОм. Сопротивление R9 изменять не стоит - лишь в крайнем случае можно установить резистор сопротивлением 130 Ом. Резисторы R5 и R10 для обоих каналов не помешает подобрать попарно с наиболее близкими значениями сопротивлений - это облегчит настройку усилителя. Конденсаторы C1, C2 и C4 пленочные. C1 и C2 типа К73-9, C4 - К73-17. Емкость C4 может быть от 0,47 до 1,5 мкФ. Рабочее напряжение конденсаторов C1 и C2 не критично (применены конденсаторы с напряжением 100 В), напряжение конденсатора C4 должно быть не менее 250 В. Можно применить и другие типы конденсаторов, однако при этом нужно учесть, что например металлобумажные или слюдяные конденсаторы будут иметь значительно большие габариты, а применение сегнетоэлектрических конденсаторов в звуковых цепях недопустимо из - за значительного пьезоэффекта. Применение не герметизированных конденсаторов (типа БМТ, МБМ) также недопустимо из - за наличия в них токов утечки. Абсолютно не подходят электролитические конденсаторы. Конденсаторы фильтров питания - любые подходящие по габаритам электролитические с рабочим напряжением не менее 300 В. Емкость C3 должна быть не менее 10 мкФ, емкость C6 уменьшать нежелательно (в крайнем случае можно поставить 220 мкФ).

Рис. 5. Печатная плата блока питания.

Также нежелательно уменьшение емкости конденсатора фильтра C1 в блоке питания. Диоды выпрямительного моста также можно заменить на любые другие, важно лишь чтобы при включении усилителя они выдерживали ток зарядки конденсаторов фильтра (до 2 А), и были рассчитаны на обратное напряжение не менее 400 В. Вполне подойдут Д226Г, КД226Г. Для каждого канала применен отдельный выпрямитель (диодный мост и конденсаторы С1, С1"), что позволяет немного расширить стереопанораму и снизить нагрузку на диодный мост по току. Вторичная анодная обмотка трансформатора для двух диодных выпрямителей (диодных мостов) - общая. Для размещения ламп использованы панельки типа ПЛ9-2. Подойдут и другие панельки, которые можно устанавливать на печатную плату.

Налаживание

Налаживание усилителя несложно. Прежде всего убеждаются в работоспособности блока питания. Напряжение '+275' может быть в пределах от 250 до 300 В (в зависимости от типа использованного трансформатора). Переменное напряжение 6,3 В считается в пределах нормы, если оно не ниже 6,0 В, но и не выше 6,5 В. Затем к блоку питания подключают плату усилителя. Лампы пока не устанавливаем.

Подключив плату, нужно проверить поступающие напряжения на панельки ламп. В таблице 1 приведены значения напряжений для этого случая. Очень тщательно отнеситесь к замеру напряжения на 2 - й ноже панельки VL2 - там должен быть абсолютный '0'. Малейшее положительное постоянное напряжение будет значить только одно - конденсатор C5 имеет утечку и должен быть заменен до включения ламп. Напряжение '+49' - это напряжение, которое получается на делителе R12 - R13, и если вы изменяли номиналы этих резисторов, то оно может отличаться от указанного, но в любом случае оно должно соответствовать напряжению в точке соединения R12 - R15. Отсутствие или значительное несоответствие напряжения '+275' на какой - либо ножке говорит о неисправности в этой цепи, как правило об обрыве. Конечно, могут еще быть неисправны C3 или C6, но в этом случае последствие их неисправности будет выражено путем обугливания резисторов R8 или R11 соответственно. Если все в порядке, отключаем питание, подключаем акустические системы или эквивалент нагрузки (которым может служить резистор сопротивлением от 3,9 до 8,2 Ом и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт), устанавливаем лампы. Подаем питание на усилитель и сразу же снова контролируем напряжения на ножках 3 ламп VL2. По мере разогрева катодов оно должно плавно увеличиться до +6,0..6,1 В и далее оставаться таким - это будет говорить о выходе ламп на нормальный рабочий режим. Напряжение, выше чем 6,3 В, говорит о сильном износе лампы (уменьшилась крутизна характеристики, как правило следствие загазованности внутри баллона лампы), заниженное напряжение (примерно от 5,8 и ниже) также характерно для долго работавших ламп (потеря эмиссии) - такие лампы необходимо заменить. Напряжения на других ножках ламп приведены в таблице 2.

Если все контрольные напряжения укладываются в рамки дозволенных, можно попробовать подать на вход усилителя сигнал амплитудой порядка 100 - 500 мВ., если в колонках слышится качественное звучание, то на этом налаживание можно считать законченным.

Меры предосторожности

При любых монтажных работах устройство необходимо обесточивать. Так как в усилителе применены накопительные конденсаторы большой емкости, необходимо дождаться их разрядки, которая происходит в течение 30-40 секунд после выключения усилителя. При испытаниях блока питания отдельно от усилителя будьте внимательны - в этом случае конденсатор C1 способен хранить заряд весьма длительное время (до нескольких суток). Для обеспечения разрядки конденсатора параллельно к нему следует временно подпаять резистор сопротивлением от 100 кОм до 1 МОм и мощностью не менее 0,5 Вт. Категорически не рекомендуется разряжать конденсаторы с помощью короткого замыкания их выводов (например отверткой или пинцетом) - это может привести как к выходу из строя конденсатора, так и к травме.
Ламповые усилители, в отличие от транзисторных, не боятся короткого замыкания в нагрузке, но зато обрыв в цепи нагрузки может вывести из строя выходной трансформатор. Очень не рекомендуется включать усилитель при отсутствии подключенной к его выходу номинальной нагрузки (номинальное сопротивление нагрузки 4...8 Ом) - это грозит пробоем изоляции первичной обмотки выходного трансформатора вследствие ее значительной индуктивности. Если вы собираетесь эксплуатировать усилитель вместе с наушниками - необходимо учесть это и на время подключения наушников обеспечить параллельное подключение эквивалента нагрузки, которым может служить обычный резистор сопротивлением от 3,9 до 8,2 Ом и рассеиваемой мощностью не менее 2 Вт. Любые же переключения нагрузки, при которых возможен пусть даже кратковременный разрыв ее цепи, необходимо выполнять только при выключенном питании усилителя.
Выходные пентоды 6П14П при работе очень горячие. Смотрите не обожгите руки!!!

Похожие материалы: