Схема лампового усилителя на 6п14п

Стереотипы существуют всюду! Так и в усилительной звукотехнике, особенно если это касается аппаратуры классов Hi-Fi или High-End. Тут уж будь добр, и трансформаторы ставь побольше, и кенотрон в выпрямителе, и монтаж веди непременно серебряными проводами, и позолоченное шасси приготовь!

Рискую, что меня “заклюют” аудио-филы, но все-таки представляю УЗЧ, построенный по симметричному принципу с входным фазовращающим трансформатором и бестрансформаторным питанием анодных и экранных цепей. Включать ламповый усилитель можно через дифференциальный  выключатель, который можно  купить тут.

При желании в усилитель можно ввести регулятор тембра, который будет отличаться от обычного лишь удвоенным количеством компонентов и сдвоенными потенциометрами регулировки.

Тот, кто не мыслит себе УМЗЧ без отрицательной обратной связи (ООС), может осуществить таковую, соединив с общим (не заземляемым!) проводом среднюю точку вторичной обмотки выходного трансформатора, а с крайних выводов этой обмотки через резисторы (и конденсаторы, если требуется коррекция АЧХ) подать сигнал ООС в соответствующие точки катодных, анодных или сеточных цепей.

Главное здесь, чтобы сигнал был в нужной фазе, и ООС не превратилась в положительную обратную связь (ПОС). при которой произойдет сужение диапазона усиливаемых частот, а при достаточной глубине ПОС самовозбуждение усилителя. При введении ООС таким способом цепь, идущая к громкоговорителю, отсоединяется от шасси и соединяется с общим проводом, в качестве которого служит м субшасси”, хорошо изолированное от корпуса усилителя и заземления и представляющее собой пластину из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, размещаемую в подвале шасси.

Под ламповые панели и корпуса переменных резисторов, устанавливаемых на шасси, в субшасси вырезаны отверстия. Лампы вставляются в керамические панели с экранами ПЛКЭ-9. обоймы которых имеют гальванический контакт с шасси усилителя и заземлением. При отсутствии ООС один из проводов вторичной обмотки трансформатора Т2, как и первичной Т1, соединен с шасси усилителя и может заземляться.

Сведя к минимуму длину монтажных соединений, можно отметить, что ламповый усилитель звуковой частоты с бестрансформаторным питанием опасен примерно в равной степени с трансформаторным, имеющим высокие питающие напряжения. В обоих случаях обязательны требования безопасности: не производить монтаж и не касаться высоковольтных цепей, когда усилитель включен в сеть.

При хорошей изоляции обмоток трансформаторов Т1…ТЗ друг от друга, от сердечников и от шасси, вход и выход УМЗЧ абсолютно безопасны. Тем более, по определению, они должны иметь гальванический контакт с землей. ООС по переменному току можно ввести в предоконечном каскаде, исключив конденсаторы С7 и С8. При этом нелинейные искажения (но и коэффициент усиления) уменьшаются.

УЗЧ предназначен для работы от линейных выходов аудиоаппаратуры с выходным напряжением 0.5… 1.0 В. Как правило, такие выходы имеют низкий выходной импеданс для устранения завала ВЧ-составляющих в аудиосигналах за счет распределенной емкости экранированных соединительных проводов. В предлагаемом усилителе для этой цели и вход сделан низкоимпедансным.

Первый каскад усилителя выполнен по схеме с общей сеткой, также обладающей низким входным импедансом. Для уменьшения потерь коэффициент трансформации входного трансформатора Т1 выбирается в пределах 3…5. При хорошо подобранных моточных данных Т1 полоса пропускания УЗЧ получается достаточно широкой (40… 15000 Гц по уровню -6 дБ).

С увеличением коэффициента трансформации она сужается, в основном, сверху — за счет увеличения межвитковой емкости обмоток трансформатора. Нижняя граница полосы пропускания зависит от индуктивности обмоток, размеров сердечника Т1 и типа его материала. Например, при одинаковом числе витков на сердечнике из феррита 6000НН нижняя граничная частота УЗЧ будет ниже, чем для Т1 на сердечнике из материала 2000НН.

При равных нижних частотах среза на первом сердечнике нужно мотать меньше провода, чем на втором, а это уменьшает межвитковую емкость обмоток, т.е. расширяет полосу пропускания Т1 и оставляет больше места для межобмоточной изоляции, которая в этом усилителе должна быть высокого качества. Применение кольцевого сердечника позволяет снять проблему наводок от сетевого напряжения и помех. В противном случае придется применить экран из “магнито-мягкого” материала (мягкой стали, пермаллоя). Экран должен быть сплошной (достаточной толщины) или многослойный.

Альтернативой входному трансформатору в данном усилители звуковой частоты может послужить оптрон “в союзе” с ламповым фазовращателем или оптронная пара с симметричным выходом. Применение только разделительных конденсаторов на входе усилителя звуковой частоты чревато появлением неустранимого фона от питающей сети. Я не добивался от усилителя мощности звуковой частоты экстремальных характеристик, так как главной задачей была проверка возможности функционирования усилителя при непосредственном питании его от сети.

Если возникнет желание улучшить качество усиливаемого сигнала (и так — неплохое!), то, в первую очередь, следует, насколько возможно, уменьшить пульсации питающего напряжения. Например, вместо резистора R18 можно установить дроссель индуктивностью 2,5… .4.0 Гн и дополнительный оксидный конденсатор сразу после диодного моста емкостью 20…50 мкФ (450 В), а емкость С13 увеличить до 200…470 мкФ (450 В).

Вместо первого конденсатора можно включить неполярный конденсатор параллельно обмотке дросселя и так подобрать его емкость, чтобы получился параллельный резонансный контур, настроенный на частоту пульсаций выпрямленного напряжения (100 Гц). Такой контур имеет максимальное сопротивление на резонансной частоте и значительно подавит пульсации питающего напряжения.

Применение более совершенного транзисторного стабилизатора (взамен простого на VT1) также улучшит качество усиливаемого сигнала. Наконец, прецизионный стабилизатор накала, например, из [3], в добавление к описанным выше рекомендациям позволит использовать усилитель с любыми источниками сигналов (динамическими микрофонами, магнитными звукоснимателями проигрывателей грампластинок, лазерными проигрывателями компакт-дисков и пр.).

Входной сигнал в усилителе поступает на регулятор громкости R1. а с его движка на первичную обмотку I входного разделительного трансформатора Т1. Проходящий через нее ток через общий сердечник индуцирует во вторичных обмотках II и III одинаковые, но противофазные напряжения ЗЧ, поступающие в цепи катодов лампы VL1. Режимы работы триодов этой лампы по постоянному току заданы сопротивлением переменного резистора R2.

Перемещая его движок, балансируют каскад (без входного сигнала), включив между анодами триодов VL1 вольтметр постоянного тока. Перед балансировкой движок R2 устанавливается в среднее положение. Конденсаторы С1 и С2 устраняют отрицательную обратную связь по напряжению ЗЧ. Через разделительные конденсаторы С4 и С5 противофазные сигналы подаются в цепи сеток триодов лампы VL2.

Переменный резистор R7 определяет рабочие точки триодов VL2 и служит для балансировки каскада по постоянному току, R5 и R6 резисторы утечки управляющих сеток. Конденсаторы С6 и С7 устраняют ООС по ЗЧ. Противофазные сигналы с анодов триодов VL2 через разделительные конденсаторы С9 и С10 поступают на управляющие сетки ламп VL3 и VL4 двухтактного оконечного каскада.

Резисторы R12…R14 задают режим работы каскада по постоянному току (R13 осуществляет балансировку каскада), R10 и R11 резисторы утечки управляющих сеток, конденсаторы С11 и С12 устраняют ООС по ЗЧ. Усиленный сигнал ЗЧ выделяется на высокоимпедансной анодной нагрузке оконечного каскада (обмотке I выходного трансформатора Т2). Низкоомная нагрузка (акустическая система) подключается к обмотке II Т2.

Двухтактные (пушпульные) каскады усилителя работают одну половину периода усиливаемого сигнала, противоположное плечо (если не учитывать ток покоя) в это время “отдыхает”. Это обстоятельство позволяет больше нагрузить лампы. Для повышения качественных характеристик УЗЧ в его оконечном каскаде введена ООС на экранные сетки. Такой каскад называют “ультралинейным”.

Часть выходного напряжения снимается с первичных полуобмоток выходного трансформатора и подается на сетки ламп, обеспечивая снижение нелинейных искажений и лучшее демпфирование нагрузки за счет уменьшения выходного импеданса усилителя. При приближении отводов от обмотки I Т2 (на экранные сетки) к точке питания выходной каскад приближается по свойствам к пентодному (растет выходной импеданс, усиление и нелинейные искажения, уменьшается демпфирование), при приближении сеточного отвода к аноду к триодному (где все наоборот).

В усилителе применены постоянные резисторы типов МЛТ, МОН; переменные резисторы типов СП. СПО (непроволочные) с возможно большей мощностью рассеяния (1- 2 Вт). Их регулировочные характеристики типа “А” (для регулятора громкости R1 —”В”). Оксидные конденсаторы типов К50-7. К50-12. К50-17, К50-20, К50-27, К50-31 или импортные.

Конденсаторы должны обладать минимальной утечкой (класс “LL” для импортных) и иметь рабочую температуру до +105°С. Неполярные конденсаторы для надежности лучше применять на рабочее напряжение 630 В. Можно использовать конденсаторы старых типов (МБГО, МБГП-2) на напряжение не менее 400 В. Эти конденсаторы имеют внешний экран, который следует соединить с заземляемым шасси.

На экранирование переходных конденсаторов обычно мало обращают внимание, а ведь наводки на них извне тоже бывают весьма значительными, что уменьшает устойчивость УЗЧ. Выходной трансформатор Т2 намотан на сердечнике из пластин Ш19, толщина набора 40….45 мм. Намотка производится виток к витку, между слоями обмоток прокладка из одного слоя тонкой лакоткани или двух слоев конденсаторной бумаги.

Между обмотками желательно проложить фторопластовую (тефлоновую) прокладку (обмотать сверху лентой “ФУМ” фторопластовой лентой, применяемой в сантехнике для герметизации трубных соединений). В крайнем случае, между обмотками можно проложить два слоя провощенной писчей бумаги. Сначала проводом ПЭВ-2 диаметром 1,0… 1,2 мм наматывают секционированную (для согласования с различными нагрузками) обмотку II, содержащую 86 витков (40+12+16+18), затем проводом ПЭВ-2 (лучше ПЭЛШО) диаметром 0.18…0,21 мм наматывают секции обмотки I, имеющие по 1500 витков.

При намотке второй половины обмотки I каркас трансформатора поворачивают на 180° для обеспечения большей симметрии полуобмоток с целью уменьшения индуктивности рассеяния [2]. Отводы для экранных сеток делают от 380…500 витков, считая от центрального вывода (питания). Входной трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 3000НН…6000НН диаметром 20…30 мм. Первичная обмотка содержит 60…100 витков провода ПЭВ диаметром 0,31 мм, вторичные по 180…300 витков ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм.

Сердечник с проницаемостью 3000 мне попался, когда я разбирал строчный трансформатор от старого цветного телевизора. Сделать из него кольцевой сердечник можно несколькими способами:

1. выпилить алмазным надфилем;
2. склеить из кусочков прямоугольное подобие кольца;
3. истолочь феррит в порошок или измельчить на наждаке, магнитом “выбрать” ферритовую пыль из смеси с абразивом, смешать с небольшим количеством эпоксидного клея (с минимальным количеством отвердителя), размять “тесто” и выложить в форму.

Альтернативный (не ферритовый) вариант входного трансформатора предложен в журнале “Радио” [4]. Там написано буквально следующее: “…обмотка I состоит из 2×210 витков провода ПЭ диаметром 0,1 мм, обмотка II имеет 4×2100 витков провода ПЭ диаметром 0.05 мм… (правда, получается трансформатор с соотношением витков 1:20, а нам нужен 1:3).

Сердечник из Г-образного пермаллоя, сечение сердечника 6×12 мм. Экран двойной. Внутренний — стакан из 2-миллиметрового пермаллоя. Внешний, который плотно надевается на внутренний, сделан из меди в виде отрезка цилиндра с толщиной стенок 6 мм.

Дно его изготовлено из пермаллоя (2 мм). Такой массивный экран сделан для уменьшения наводок и микрофонного эффекта. Помещенный внутрь экрана трансформатор обложен кругом ватой для устранения воздействия вибраций и микрофонного эффекта,..”. Такой трансформатор был применен на входе усилителя магнитофона, сигнал на который подавался с магнитной головки воспроизведения (вход с чувствительностью единицы милливольт).

Применение ферритового кольцевого сердечника позволяет на тех уровнях входного сигнала (0,5… 1,0 В), с которыми работает усилитель, вообще обойтись без экрана или запаять Т1 в экран из луженой жести, соединив его с заземляемым шасси (трансформатор должен быть надежно изолирован от экрана). Кольцо для Т1 берется с большим диаметром внутреннего отверстия (тонкое).

Перед намоткой его обматывают двумя слоями ленты “ФУМ”. Для симметрии на двух противоположных сторонах кольца наматывают вторичные обмотки. Обмотав кольцо с обмотками двумя слоями ленты “ФУМ”, по всей окружности кольца наматывают первичную обмотку. Сверху также можно обмотать лентой “ФУМ” или залить трансформатор каким-либо непроводящим компаундом.

Чтобы расширить полосу пропускания входного трансформатора, можно шунтировать обмотки II и III низкоомными (десятки-сотни ом) резисторами одинакового сопротивления (чувствительность усилителя, конечно, ухудшится).

Также можно применить трансформатор с соединенными вместе вторичными обмотками, а резистор R2 подключить крайними выводами к катодам триодов VL1, упразднив конденсаторы С1 и С2. Выиграв немного при этом в расширении полосы пропускания УЗЧ, проигрываем в усилении входного сигнала.

Трансформатор ТЗ стандартный, накальный, например, ТН-36. Обмотка II подключается к лампам VL1, VL2, резистором R19 производится балансировка УЗЧ по минимуму шумов (при максимальном усилении без входного сигнала). Обмотка III используется для накала ламп оконечного каскада (VL3, VL4).
Данный УЗЧ можно превратить и в полностью дифференциальный.

Для этого необходимо намотать симметричную обмотку I входного трансформатора Т1 или применить в качестве оного два малогабаритных трансформатора типа ТОТ с соотношением витков 1:3…5. Понижающие обмотки обоих трансформаторов включаются последовательно, точка соединения обмоток соединяется с заземляемым шасси.

При обычном использовании УЗЧ это еще один альтернативный вид входного трансформатора (понижающие обмотки обоих ТОТов включаются параллельно, а повышающие согласно схеме). Выходной трансформатор Т2 также нужно (для дифференциального включения) снабдить симметричной обмоткой II (рассчитанной на импеданс нагрузки), центральный вывод которой соединить с заземляемым шасси.

УЗЧ. выходной каскад которого применен в описываемом здесь усилителе, был изготовлен на основе [2] в конце 60-х годов прошлого века. А в 70-х годах усилитель был реконструирован и работает исправно до сих пор. Конструктивно усилитель можно выполнить на шасси из мягкой стали, расположив его каскады в линейку.

Не следует забывать, что все каскады усилителя гальванически связаны с сетью, поэтому все перепайки следует производить только отсоединив усилитель от сети, а настроечные операции выполнять диэлектрическим инструментом. Для упрощения работы можно при настройке запитать усилитель от трансформаторных источников или лабораторных блоков питания, имеющих на выходе необходимые напряжения, а уж после настройки подключить УЗЧ к “родной” бестрансформаторной схеме.

Необходимый этап настройки, который следует выполнять очень внимательно и аккуратно, отработка “интерфейса”, т.е. сопряжение каскадов, которые можно заземлять, с теми, которые заземлять категорически нельзя. Поскольку каскады усилителя двухтактные, то нет смысла загонять их режимы строго в класс “А”, т. е. устанавливать рабочую точку в середине линейного участка характеристик ламп.

Подключив к выходу УЗЧ измеритель нелинейных искажений (без приборов “увидеть” изменения малых величин достаточно сложно), одновременно изменяют сопротивления катодных резисторов обоих плеч настраиваемого каскада (не забывая попутно его балансировать) до получения минимальных искажений при заданной амплитуде входного сигнала.

Как показала практика. УЗЧ с бестрансформаторным питанием в силу применения стабилизатора напряжения и отсутствия силового трансформатора с большим внутренним сопротивлением имеет более высокие параметры, чем стандартный (с трансформаторным питанием).

Ограничение максимального уровня усиливаемых сигналов наступает позднее, что является признаком расширения динамического диапазона усилителя. Применение дифференциальной (двухтактной) схема лампового усилителя от входа до выхода с индивидуальной балансировкой каскадов позволяет подавить четные гармоники в сигналах и уменьшить собственные и наведенные синфазные помехи и шумы.

Выходная мощность предлагаемого усилителя составляет 12 Вт в полосе частот 40… 15000 Гц (с завалом по краям 6 дБ) при входном напряжении 0,7 В, коэффициент гармоник не превышает 1%. Оконечный каскад можно умощнить, применив, например, вместо ламп 6П14П более мощные 6П45С, 6РЗС и запитав их анодные и экранные цепи от умножителя напряжения, подобно предложенному в [1].

При наличии мощных радиочастотных наводок вход УЗЧ (возможно, и каждую управляющую сетку ламп) следует зашунтировать конденсатором небольшой емкости (100… 1000 пФ) с максимально укороченными выводами, а последовательно включить ВЧ-дроссель, например, ДМ-0,1 100 мкГн. Если входной сигнал имеет постоянную составляющую, то его подают на усилитель через разделительный конденсатор емкостью 0,1… 1.0 мкФ.

Несмотря на прогресс техники, ламповые конструкции звукоусиливающих устройств еще долго будут сохраняться как класс и радовать нас своеобразным “мягким” звуком. Применение бестрансформаторного питания таких устройств шаг к уменьшению габаритов и массы аппаратуры. Желаю успеха!

Читайте также статьи: Ламповый усилитель своими руками