Как в обыденной жизни, так и в истории развития техники мы часто видим подтверждение вывода о том, что новое — это хорошо забытое старое. Возьмем неослабевающий интерес к ламповой аудио-технике, который продолжается, несмотря на бурное развитие более современной элементной базы полупроводников.
Причем это наблюдается как среди радиолюбителей, так и производителей промышленной аудиоаппаратуры. Примером может служить современная промышленная миниатюрная аудиосистема небольшой мощности “Houston Mini-1998SE”, выполненная на лампах и получившая высокую оценку экспертов (1).
Для поклонников “лампового звука” в данной статье предлагаю схемы радиолюбительского лампового усилителя и близкого по параметрам усилителя “W-600”, выпускавшегося польской промышленностью. Эти УЗЧ позволяют создать домашний аудиокомплекс небольшой мощности, но вполне достаточной для озвучивания жилых помещений. Какой из них выбрать — дело не только вкуса, но и возможностей радиолюбителей.
Первый усилитель, предложенный и впервые описанный в 1960 г. в немецком журнале (2), а затем повторенный в 1971 г. польским инженером З.Фаустом [3], дается в моноварианте. При увеличении мощности блока питания схему можно взять за основу для создания стереокомплекса. Этот усилитель позволяет подключать различные источники сигнала и имеет 5 входов: микрофонный. АМ-радиоприемника, УКВ-тюнера, магнитофона и проигрывателя виниловых дисков. В нем имеются раздельные регуляторы тембра низких и высоких звуковых частот с пределами регулировки ±16 дБ.
Кроме того, есть переключатель (на 2 положения с фиксацией), позволяющий осуществлять частотную коррекцию в зависимосги от источника сигнала. Полоса пропускания в среднем положении регуляторов тембра — 20…20000 Гц при неравномерности ±2 дБ. Номинальная выходная мощность усилителя — 6 Вт при коэффициенте нелинейных искажений Кни<0.5%.
Схема усилителя показана на рис.1. Он имеет 4 независимых входных канала. В каждом из них имеются собственные независимые регуляторы громкости, что упрощает схемное решение, так как позволяет отказаться от дополнительных переключателей при выборе источника сигнала. Для стереофонического (2-канального) варианта такое решение имеет как положительные, так и отрицательные стороны.
Например, позволяет осуществлять микширование сигналов из разных каналов, но, в то же время, затрудняет одновременную регулировку громкости в обоих каналах. Для осуществления такой возможности можно предложить, например, дополнить усилитель общим регулятором громкости на сдвоенном переменном резисторе, установленном вместо R19, как показано дополнительно на рис. 1. При этом сопротивление нижнего (по схеме) постоянного резистора R19.2 можно выбирать в зависимости от желаемой глубины регулировки
Далее схема содержит 2-каскадный предварительный усилитель с пассивными регуляторами тембра, фазоинвертор, двухтактный оконечный каскад работающий в классе АВ, и сетевой блок питания (220 В, 50 Гц). Первый микрофонный канал имеет собственный усилитель на малошумящем пентоде EF86 (VL1). Для уменьшения фона в этом каскаде установлен дополнительный фильтр анодного напряжения R3-C5.
Усиленный сигнал подается на собственный регулятор громкости R9. Второй канал на VL2a — общий для двух видов радиоприемников (AM и ЧМ, коммутация осуществляется в самих радиоприемниках) и собран на триоде ЕСС83. Он имеет два входных гнезда — XS2 и XS3. Входное сопротивление этого каскада—около 50 кОм, а усиление достаточно для нормальной работы с НЧ-сигналами, поступающими с детекторов радиоприемников.
Четвертый и пятый каналы усилителей не имеют. Сигналы с разъемов подаются непосредственно на регуляторы громкости R12 и R13 соответственно. Далее сигналы от отдельных каналов через RC-цепочки С11-R14. С12- R15, C13-R16 и C14-R17, снижающие взаимное влияние каналов, подаются на усилительный каскад на триоде VL2b, который может выполнять роль смесителя. В нижнем по схеме положении регуляторов громкости сигнал на вход предусилителя-смесителя не подается.
Переключатель SA1 предназначен для коррекции частотной характеристики. В его разомкнутом положении выделяется область верхних частот (на 10 дБ). Кроме того, данный каскад имеет некоторый подъем в области верхних частот, обусловленный выбором емкости конденсатора С19, установленного в катоде лампы VL2b. Если в этом нет необходимости, данный конденсатор можно вообще не устанавливать.
С выхода этого каскада сигнал поступает на пассивные регуляторы тембра. Потенциометром R26 можно регулировать усиление верхних звуковых частот в пределах ±16 дБ, а потенциометром R24 — нижних частот в тех же пределах. Далее сигнал усиливается оконечным блоком усилителя, который охвачен отрицательной обратной связью (ООС) Напряжение для цепи ООС снимается со вторичной обмотки выходного трансформатора Т1 через резистор R32 и подается на катод лампы VL3a.
Следующий каскад VL3b является фазоинвертором. Величину анодной нагрузки можно регулировать подстроечным резистором R35. Таким образом производится балансировка фазоинвертора. Выходной двухтактный каскад усилителя на лампах VL4 и VL5 (EL84) работает в классе АВ. Его режим и, соответственно, баланс каждого плеча регулируется независимо подстроечными резисторами R43 и R44.
Ориентировочно сопротивление в цепи катода лампы при напряжении анода Ua=300 В должно составлять около 130 Ом. Устанавливать это значение менее нескольких десятков ом при регулировке не рекомендуется, так как лампы могут выйти из строя. Емкость и качество электролитических конденсаторов С30, С31 также оказывают значительное влияние на обеспечение устойчивой работы выходного каскада в указанных частотных границах.
Управляющие сетки ламп подключены через антипаразитные резисторы R41 и R42, которые снижают вероятность самовозбуждения усилителя. Важно, чтобы номиналы резисторов R38 и R39 в цепи утечки тока сеток ламп VL4 и VL5 соответствовали указанным. Выбранная схема оконечного каскада усилителя, в целом, позволяет получить максимально возможную мощность при приемлемом Кни и достаточно равномерной частотной характеристике.
Однако следует учитывать, что при анодном напряжении более 300 В усилитель мощности звуковой частоты становится критичен к разбалансу плеч. Причины разбаланса могут быть различными, но чаще всего они вызваны несимметрией и плохим качеством выполнения выходного трансформатора. Для стабилизации нагрузки на высоких звуковых частотах параллельно первичной обмотке этого трансформатора иногда полезно подключить последовательную RC-цепочку (резистор сопротивлением несколько килоом и конденсатор емкостью несколько тысяч пикофарад).
В усилителе [3] использовался готовый выходной трансформатор, применявшийся в усилителе “W-600” [4]. Поскольку полное описание конструкции выходных трансформаторов в первоисточниках [3, 4] отсутствует, на этом вопросе следует остановиться более подробно, так как изготовление таких трансформаторов в домашних условиях как раз и “тормозило” многих любителей качественного “лампового звука”.
К выходным трансформаторам предъявляются довольно противоречивые требования, обусловленные не только мощностью усилителя, но и широкой полосой пропускания, низким Кни и возможностью подключения акустических систем с различным сопротивлением. Для многих радиолюбителей практическое выполнение таких усилителей было возможным только при наличии готовых трансформаторов от промышленной ламповой техники, выпущенной еще советской промышленностью.
Но найти их было непросто. Для этого подходят, например, выходные трансформаторы, применявшиеся в серии магнитофонов марки “Днепр”, радиолах “Беларусь”, “Ригонда” и им подобных. При приемлемом Кни и достаточно широкой полосе пропускания выходная мощность усилителей с такими трансформаторами не превышает 10 Вт.
Поистине “революционным моментом” стали публикации [5, 6]. Их автор в качестве выходных трансформаторов использовал унифицированные сетевые трансформаторы серий ТН и ТАН, которые являются гораздо более доступными, что позволяет выполнять усилители даже большей мощности и с хорошими параметрами. В этих публикациях даны подробные рекомендации по применению таких трансформаторов для двухтактных выходных каскадов, выполненных на различных типах ламп.
Так, для данного варианта усилителя подойдет трансформатор ТАН28-127/220-50. При этом выходную мощность оконечного каскада усилителя можно повысить, увеличив напряжение анодного питания до 300…310 В, а Кни уменьшить, включив трансформатор по ультралинейной схеме. При этом сопротивление акустических систем может быть выбрано 4 или 8 Ом. Более подробную информацию, в том числе по расчету и практическому изготовлению выходных трансформаторов, можно найти в литературе [5-9].
Для самостоятельного изготовления выходных трансформаторов привожу следующую полезную информацию. В них можно использовать сердечник из пластин Ш19 с толщиной набора около 45 мм. При этом обе половины первичной обмотки должны содержать по 1500 витков, выполненных проводом ПЭВ-2 диаметром не менее 0,18 мм. Вторичная обмотка выполняется проводом ПЭВ-2 диаметром не менее 1 мм. Общее количество витков — около 90.
При этом, намотав 40 витков, далее желательно сделать отводы примерно через 10… 15 витков, что даст возможность подключать акустические системы с различным активным сопротивлением. Чтобы не нарушить симметрию плеч выходного каскада, вначале на каркас катушки наматывают вторичную обмотку, затем, выполнив изоляционную прокладку из лакоткани или нескольких слоев конденсаторной бумаги, наматывают первичную обмотку, для чего каркас с помощью дополнительной изоляционной перегородки разделяют на две половины. Намотку второй половины осуществляют, повернув его на 180°.
Такой способ намотки обеспечивает достаточную симметрию. Попутно отмечу, что к выходным каскадам, собранным по ультралинейной схеме, требования к симметрии выходного трансформатора еще более возрастают. Если есть возможность, трансформатор лучше изготовить по более сложной технологии. Для этого весь каркас делят на две секции. Первичную обмотку при этом можно разделить на 4-6 частей, а вторичную на 2-4 части.
Намотку начинают с первичной обмотки, затем наматывают часть вторичной, за ней опять часть первичной, за нею часть вторичной и т.д. Части обмоток отделяют друг от друга прокладками из конденсаторной бумаги или лакоткани. При таком способе улучшается не только симметрия, но и увеличивается граница передачи верхних звуковых частот.
Силовой трансформатор Т2 — промышленный. Из отечественных силовых трансформаторов подходят ТС-180 и ТС-180-2, используемые в сериях телевизоров УЛПТ-61-11-28 (11). Для самостоятельного изготовления привожу следующие данные: сердечник — сечением 11,5 см2; первичная обмотка — 880 витков провода диметром 0,4 мм; анодная обмотка — 840 витков провода диметром 0,35 мм; обмотка накала — 28 витков провода диметром 1,1 мм. Желательно использовать провод ПЭВ-2.
Двухлолупериодный выпрямитель анодного напряжения можно собрать на отдельных полупроводниковых диодах или на сборке в виде моста. При этом для надежной работы одного канала (моновариант) они должны быть рассчитаны на ток не менее 300 мА и напряжение не менее 500 В. Для двухканального УЗЧ (стереоварианта) требования к силовому блоку по мощности и, соответственно, по токам удваиваются.
В фильтре анодного напряжения в качестве дросселя L1 можно использовать дроссели аналогичного назначения от старой ламповой радиоаппаратуры, телевизоров, радиол и т.п., а также унифицированные дроссели фильтров типа Д. Для стереоварианта емкости конденсаторов С35, С36 следует увеличить как минимум в два раза. Подстроечный резистор R40 предназначен для установки минимального уровня фона.
Усилитель смонтирован на шасси размером 360x220x50 мм, выполненном из алюминия толщиной 2 мм (рис.2). Подстроечные резисторы R40, R43, R44 должны выдерживать мощность не менее 2 Вт. Применять проволочные резисторы нежелательно, либо их индуктивность должна быть как можно меньше. Их оси выведены на верхнюю панель шасси. Потенциометры регуляторов громкости R9,R11, R12, R13 и тембра R24, R26 переключатели SA1, SA2, а также входные гнезда можно установить на передней панели. При монтаже рекомендуется обратить особое внимание на размещение деталей регулятора тембра.
Они монтируются на плате из стеклотекстолита размерами 100×20 мм., которую располагают между потенциометрами R24 и R26 (рис.3). Монтаж сигнальных цепей по возможности должен быть компактным. При этом соединения удаленных точек следует выполнять экранированным проводом. Размещение элементов, а также все соединения следует выполнять в соответствии с общими принципами и рекомендациями по снижению уровня помех и фона, приводимыми в литературе для подобной аудиотехники.
Причем, особое внимание следует обратить на правильный выбор точек заземления отдельных каскадов и их соединения, а также подключения целей накала ламп. При этом недопустимо использовать шасси в качестве общего провода. Большинство резисторов и конденсаторов можно разместить на плате из стеклотекстолита размерами 300.. .350×60 мм либо выполнить весь монтаж навесным способом, используя специальные опорные стойки с контактами.
Как показывает опыт, качество работы и надежность ламповых усилителей в значительной степени определяются оптимальным выбором типов конденсаторов. Для конденсаторов, установленных в анодных цепях, рабочее напряжение в случае, если оно не указано на схеме, следует выбирать не менее 350 В (кроме С32, С33, у которых оно должно быть не менее 630 В).
Продолжение статьи Ламповые усилители для домашнего аудиокомплекса
