Ламповые усилители переживают ренессанс. На страницах радиолюбительской литературы можно обнаружить целый ряд схем ламповых усилителей. Их предлагают некоторые очень дорогие фирмы. Возникает вопрос: с чем связана эта ностальгия по ламповым усилителям?
Дело в том, что ламповый усилитель звучит иначе, чем полупроводниковый, и многим аудиофилам звук лампового усилителя кажется гораздо красивее, мягче и чище. В ламповых пред- и оконечных усилителях используются такие типы электронных ламп, которые выпускались в огромных количествах и которые, в принципе, нетрудно приобрести и сегодня. К тому же, во многих схемах усилителей могут нормально работать разные лампы со схожими характеристиками.
Предлагаемый на нашем сайте www.radiochipi.ru предусилитель предназначен, в первую очередь, для подключения электрогитары и микрофона к мощному УМЗЧ, но может использоваться и для стыковки другой аудиоаппаратуры (плееров, тюнеров и т.п.) с ламповым УМЗЧ. В этом случае весь тракт звукоусиления получается ламповым.
Структурная схема усилителя приведена на рис.1. В каждом из каналов (микрофонном и гитарном) имеется возможность регулировки тембра (по высоким и низким частотам) и громкости звука. За суммирующим каскадом имеется регулятор общей громкости (MASTER). Анодное напряжение и напряжение накала ламп предусилителя обеспечиваются блоком питания оконечного усилителя (УМЗЧ).
Схема усилителя приведена на рис.2 Рассмотрим работу отдельных блоков схемы.
Микрофонный усилитель. В его задачу входит усиление сигнала от динамического микрофона при низком уровне искажений и шума. “Сердцем” предусилителя является электронная лампа V1 типа EF86. Эти лампы разработаны специально для усиления звуковых частот при достаточно большом коэффициенте усиления. Главная особенность микрофонный эффект в ней не возникает.
Микрофонный эффект — специфическое явление для электронных ламп. Он наблюдается, главным образом, у многосеточных ламп (пентодов, гексодов). Работающая в усилителе электронная лампа добавляет собственное позвякивание в усиливаемый звук. Этот характерный звук обусловлен шевелением сеток лампы Большой коэффициент усиления может привести также к акустическому самовозбуждению.
В качестве защиты от этих эффектов используется эластичная подвеска лампы. Кроме того, большую роль играет правильный подбор типа лампы. Параметры ламп EF86 такие же, как у ламп EF804 и EF806. За счет цоколя типа rimlock характеристики EF86 лучше, чем у ее предшественницы EF40. Если не удается приобрести ни одну из вышеперечисленных ламп, можно построить усилитель, используя некоторые из старых ламп, например, очень популярную в 50-е годы американскую 6AU6.
Эквивалентный также и EF94 или же 6Ж5П. Для последних трех типов ламп необходимы другие сопротивления резисторов: анодного, катодного и вспомогательной сетки (R2=68 кОм, R3=2,2 кОм, R4=1 кОм и R5=470 кОм). Сигнал с динамического микрофона подается через разделительный конденсатор С1 на управляющую сетку пентода V1. Напряжение автоматического смещения сетки создается катодным резистором R3. На нем возникает напряжение сигнала, которое фактически уменьшает усиление каскада.
Порождаемая катодным сопротивлением отрицательная обратная связь уменьшает искажения каскада и увеличивает его стабильность. Исходное усиление устанавливается подключенной параллельно R3 цепочкой R4-C2. Преимущество такого способа в том, что параметры пампы остаются постоянными, вне зависимости от коэффициента усиления.
При необходимости усиление каскада можно изменить подбором сопротивления R4. При его уменьшении усиление каскада увеличивается. Напряжение на вспомогательной сетке V1 устанавливается резистором R5. На нем возникает переменное напряжение, зависящее от управляющего сигнала и уменьшающее усиление. Этот эффект предотвращается с помощью шунтирующего конденсатора СЗ. Цепочка R6-C4 — фильтр питания микрофонного усилителя.
Усиление каскада равно 36 дБ, отношение сигнал/шум — 62 дБ. Это очень “приличное” значение обязано характеристикам лампы, специально разработанной для таких целей, питанию накала лампы постоянным током и тщательно продуманной механической конструкции. Хотелось бы сказать несколько слов о накале лампы постоянным током. Катод электронной лампы нагревается раскаленной вольфрамовой нитью, покрытой оксидом алюминия.
Из-за сильного разогрева, а также вследствие несовершенства покрытия возникают перемычки между катодом и нитью накала, и переменное напряжение накала (50 Гц) модулирует катодное напряжение. В результате, на звукочастотный сигнал садится 50-герцовый фон. Второй причиной фона является магнитное поле нити накала.
Для уменьшения этих эффектов и снижения шума до минимума фирмы- изготовители разрабатывают специальное расположение нити накала. Кроме того, фон существенно снижается при питании накала постоянным током. В этом случае исчезает 50-герцовая модуляция, обусловленная перемычками. Дополнительное уменьшение шума достигается с помощью подачи на нить накала положительного (относительно катода) напряжения.
Регулятор тембра. В его задачу входит подъем или завал низких и высоких частот при низком уровне искажений. Мной использована хорошо зарекомендовавшая себя схема Baxandall в ламповом варианте. Звукочастотный сигнал подается через конденсатор С5 на сетку электронной лампы V2, которая включена по схеме катодного повторителя, имеющего высокий входной импеданс и низкий выходной, а усиление по напряжению — примерно 0,9. Смещение сетки осуществляется делителем R7-R8.
На регулятор тембра сигнал поступает с R9 через конденсатор С6. Регулировка осуществляется потенциометрами с линейной характеристикой (типа А). Потенциометр Р1 регулирует низкие частоты, а Р2 — высокие. У этой схемы регулятора подъем и завал частот производится относительно средней фиксированной частоты (800 Гц), коэффициент передачи на ней 0,75. Частотные характеристики регулятора тембра при среднем и крайних положениях регуляторов показаны на рис.3.
Смещение триода V3 осуществляется катодным резистором R17 Конденсатор С11 устраняет отрицательную обратную связь, которая уменьшила бы усиление каскада. На сетку V3 звуковой сигнал подается через резистор R15. В его задачу входит подавление паразитных колебании при поднятых высоких частотах Усиленный сигнал снимается через С12.
Громкость звука в канале можно регулировать потенциометром РЗ с логарифмической характеристикой (типа В). Регулятор тембра гитарного канала на электронных лампах V6 и V7 имеет аналогичную схему. Громкость в канапе можно регулировать потенциометром Р6.
Микшер. В его задачу входит объединение сигналов от микрофона и гитары. Наиболее распространена схема, когда сигналы каждого из каналов подаются через резисторы с высоким сопротивлением на сетку электронной лампы. Последовательные резисторы снижают взаимовлияние сигналов, поэтому при изменении громкости в одном из каналов можно не менять уровень второго.
Недостатком этого метода является плохая частотная характеристика. Монтажные емкости больших резисторов и емкости экранированных кабелей образуют интегрирующие цепочки (фильтры нижних частот), которые обрезают высокие частоты.Технически более корректна схема, приведенная на рис.2. Сигналы от каналов подводятся к сеткам триодов.
Объединение (сложение) сигналов происходит на включенных параллельно анодах. Недостаток этого метода в том, что он экономичен при объединении не более двух каналов. Сигнал микрофонного канала подается на сетку V4, а гитарного — на сетку V5. Смещение сетки V4 осуществляется делителем R18-R19. Резистор R19 включен в анодную цепь. При такой схеме возникает сильная отрицательная обратная связь, уменьшающая искажения.
Отрицательная обратная связь в катодной цепи за счет R20 также увеличивает стабильность каскада. Цепь сетки V5 — такая же, как и у V4 Суммированный сигнал подается через конденсатор С23 на потенциометр Р7 (MASTER). С его помощью регулируется общая громкость суммарного сигнала. Предусилитель собран на печатной плате из одностороннего стеклотестолита. Чертеж платы приведен на рис.4, а расположение деталей на ней — на рис.5.
Плата микрофонного усилителя находится в передней части и полностью обособлена от остальной. Минимального уровня шума можно достичь, только используя соответствующие магнитный и электростатический экраны. Переменное магнитное поле сетевого трансформатора, пересекая контуры, образуемые печатными дорожками платы, индицирует в них напряжения наводок. На звуковую картину садится фон с частотой 50 Гц.
Эту же проблему может вызвать и близкое расположение сетевых проводов. Причиной основной части фона является неправильный монтаж. Из-за высокого импеданса ламповых схем, они имеют повышенную чувствительность к фону. Анодные сопротивления имеют величину в сотни килоом, а сеточные — порядка мегаом.
Я убедился на собственном опыте, что приближение рук к схеме приводит к заметному увеличению фона. Одна из самых серьезных задач при изготовлении предусилителя добывание ламповых панелек. Вполне возможно, что подойдут панельки от старых телевизоров. Ножки панелек перед установкой на плату хорошо зачищаются напильником, затем тщательно залуживаются.
Только после этого можно приступать к монтажу остальных деталей. Для разделительных конденсаторов в анодной цепи рабочее напряжение должно быть не меньше 250 В. Можно использовать полипропиленовые или полиэфирные конденсаторы. Применение керамических конденсаторов в звуковых цепях не рекомендуется, поскольку в разделительных цепях они могут вызвать микрофонный эффект: постукивание рукояткой отвертки по ним или по плате вызывает специфический отзвук.
Все резисторы в схеме, кроме R22, имеют мощность рассеяния не менее 0.5 Вт, R22 — не менее 2 Вт. Потенциометры должны быть малошумящими и хорошего качества (например, потенциометры с графитовой скользящей подушечкой могут служить годами без потрескиваний и шорохов). Выпускаемые для предусилителей электронные лампы имеют специальное распределение выводов. Выводы управляющей сетки и накала располагаются далеко друг от друга. Именно так сконструирован и пентод EF86.
Лампа имеет внутренний экран — это выводы 2 и 7. В лампах EF804 и EF806S экран также выведен на вывод 2. Для снижения фона его необходимо соединить с общим проводом. Остальные лампы, которые рекомендовались для использования в качестве V1, более раннего выпуска и не имеют собственного экрана. Если в конструкции предусилителя использована одна из них, необходим внешний экран. По сути дела, он имеет форму разрезанного цилиндра из белой луженой жести, который надевается на электронную лампу и заземляется.
Для лампы V1 микрофонного усилителя я использовал панельку, которая крепится винтами. Сама панелька вырезана лобзиком из старой печатной платы. Рекомендуемый способ установки лампы V1 показан на рис.6.
Соединение выводов панельки лампы и контактов печатной платы осуществляется тонкими многожильными проводами. В качестве V1 можно использовать лампы разных типов. В ходе испытаний некоторые лампы 6AU6 обнаружили ‘микрофонный эффект”, поэтому при установке этих ламп использован эластичный подвес панельки.
Панельки ламп регулятора тембра и микшера соединяются с соответствующими частями печатной платы также короткими кусочками проводов (аналогично подсоединяются колпачки некоторых ламп). На печатной плате не предусмотрены провода для подключения накала. Напряжение накала подводится к выводам каждой лампы свитыми многожильными проводами, которые располагаются по краям платы, как можно дальше от выводов сеток.
В углах печатной платы для предусилителя видны четыре отверстия. Сюда припаиваются четыре луженных медных шипа диаметром 1,0…1,5 мм. К ним припаивается снизу и сверху рамка из луженого железа. Схематически это показано на рис.7. Может оказаться, что микрофонный канал не нужен. Тогда точку А1 (вывод конденсатора С5) можно использовать в качестве входа «Гитара-2».
На рис.8 приведена цоколевка некоторых электронных ламп. У ламп типа БСС81 и ЕСС82 одна из точек накала подсоединяется к соединенным вместе выводам 4 и 5 (при накале 6,3 В), а вторая точка — к выводу 9. Эти лампы могут также работать при напряжении накала 12,6 В. В этом случае две нити накала включаются последовательно.
