|
Дифференциальный выходной трансформатор в двухтактных ламповых УМЗЧ
(полная авторская версия)
| Сергей Комаров, UA3ALW |
Журнал "Радио" № 4 за 2005 г. |
Практические схемы ламповых УМЗЧ с дифференциальным трансформатором
Схема 1. Двухтактный ультралинейный УНЧ на лучевых тетродах 6550 (6П46С).
Типовой режим из справочника (АВ1):
Ea = 450 В, Eg2 = 450 В, Eg1 = минус 48 В, Raa = 4 КОм,
Ia = 2 x 75 mA, Ig2 = 12 mA, при Uвх = 0.
Ia = 2 x 132 mA, Ig2 = 2 x 19 mA, при Uвх = 2 x 48 В, P = 70 Вт, Кни = 2,4%.
При этом 43% переменного напряжения с анода будет прикладываться к экранной сетке.
Для лучшей стабилизации режима выходного каскада применим схему комбинированного смещения, получив 8 вольт (17%) от цепочки автосмещения в катодах ламп, и оставшиеся 40 вольт (83%) от источника отрицательного напряжения. Выполнив соотношение напряжений автоматического и фиксированного смещений 1:5, против 1:2 как это было в менее мощных схемах в усилителях на ТАН-ах ("Ламповые УМЗЧ на трансформаторах ТАН", "РАДИО" № 5 за 2005 г.).
По мощности и ограничению тока вторичной обмотки нас удовлетворят типономиналы трансформаторов, начиная с ТН49 и выше.
При этом нагрузку в 8 ом подключим по варианту 1, обеспечив на ней номинальное напряжение 22,6 вольта и Raa = 4043 Ома, а нагрузку в 4 ома подключим по варианту 2, обеспечив на ней номинальное напряжение 16,3 вольта и Raa = 3884 Ома.
К примеру, этот усилитель, выполненный на трансформаторах 2 х ТН61, показал весьма достойное качество звучания.
Моноблок выполнен с применением типовых схемных решений, подробно описанных в предыдущих статьях этой серии, однако некоторые особенности следует отметить. Для более качественного воспроизведения звука желательно на вход усилителя подавать парафазный сигнал, хотя, вполне возможно соединение одного из входов с общим проводом. Входной дифференциальный усилитель на двойном триоде 6Н7С с одинаковым успехом может работать, как усиливая парафазный сигнал, так и сам выполнять функцию фазоинвертора. Однако, подача на вход столь мощного усилителя уже "готового" парафазного сигнала будет способствовать более чистому его воспроизведению.
Чувствительность усилителя со входа при максимальной выходной мощности составляет 1,55 вольта эффективного значения напряжения.
Моноблок довольно мощный, поэтому выпрямитель выполнен на двух кенотронах 5Ц4С, диоды которых соединены параллельно. Возможно также использование в этой схеме вместо 5Ц4С двух одиночных кенотронов 6Ц10П или 6Д14П, соответственно, подключив их накалы к обмотке на 6,3 вольта (выводы 13 и 15 трансформатора). Большое значение выпрямленного тока обуславливает необходимость введения схемы ступенчатого включения анодного питания, для ограничения тока анода кенотронов при зарядке конденсаторов фильтра довольно большой емкости. Это достигается включением в общую точку анодной обмотки резистора, номиналом 2 килоома, который после прогрева усилителя закорачивается тумблером. Вторая контактная группа этого тумблера коммутирует балластную нагрузку, которой на время прогрева ламп заменяется предварительный каскад усиления. Это сделано для того, чтобы во время включения усилителя напряжение на "холодной" лампе не превышало бы предельно допустимое и не приводило бы к пробою лампы. После прогрева тумблер переводится в положение "Работа" и балластная нагрузка отключается.
Схема всех представленных в этой статье усилителей полностью симметричны, поэтому, желательно, и монтаж их на шасси выполнить также, симметрично.
Для придания большей душевности звучания можно рекомендовать зашунтировать электролитические конденсаторы (кроме тех, что стоят в выпрямителе - "до дросселя") конденсаторами КБГ-И - 0,03 мкф на 600 вольт или К78-2 - 0,1 мкф на 1000 вольт.
Схема 2. Двухтактный триодный усилитель на 6С4С в режиме класса А.
Типовой режим из справочника:
Ea = 325 В, Eg1 = минус 68 В, Raa = 3 КОм,
Ia = 2 x 40 mA, при Uвх = 0.
Ia = 2 x 40 mA, при Uвх = 2 x 68 В, P = 15 Вт, Кни = 2,5 %.
Для лучшей стабилизации режима выходного каскада применим схему комбинированного смещения, получив 30 вольт от цепочки автосмещения в катодах ламп, и оставшиеся 38 вольт от источника отрицательного напряжения.
Поскольку, использование ламп 6С4С предполагает получение относительно высококачественного звучания, применим в данной схеме трансформаторы с большим, чем рекомендованный, запасом по мощности. Например, при использовании трансформаторов ТН51-127/220-50 схема усилителя будет иметь вид:
Автор прекрасно отдает себе отчет, что использование в этой схеме специализированных, "аудиофильских" выходных трансформаторов, либо фирменных, либо самомотанных по мудреным технологиям, безусловно, позволит получить качество звука близкое к Hi-End, которое для трансформаторов ТАН и ТН ни коим образом недоступно.
Повторяю! Во всех моих публикациях не преследуется цель получения звучания Hi-End на трансформаторах ТАН и ТН, хотя я признателен многим аудиофилам, усмотревшим в этих статьях такие попытки, и, всерьез (!), убеждавших меня в их бесперспективности. Цель данных статей совсем другая, - это показать возможность быстро и без значительных затрат собрать хороший домашний ламповый усилитель на дешевых военных "зеленых" трансформаторах. Насладиться его звучанием, сильно отличающимся от транзисторных схем, и иметь возможность в будущем, при желании, модернизировать его до более высокого уровня качества, но уже за совсем другие деньги. Эти статьи направлены на привлечение к ламповой схемотехнике максимального числа радиоинженеров и радиолюбителей именно своей простотой, законченностью и легкой повторяемостью схем.
Далеко не у всех людей уши могут отличить "транзисторное" звучание от "лампового". Поэтому, для большинства радиолюбителей, мне кажется, более интересно само "ламповое шаманство" и процесс схемотехнического творчества, чем получение Hi-End звучания, которое можно адекватно оценить лишь в специализированных залах для прослушивания, на соответствующих акустических системах. И уж, точно, не после полного рабочего дня! Что-то я сильно сомневаюсь, что у большинства российских радиолюбителей-аудиофилов в квартирах имеются акустические залы или, хотя бы, специально оборудованные комнаты для прослушивания музыки. Как правило, люди, оборудующие в своем доме музыкальный зал, не занимаются самостоятельным конструированием и изготовлением "домашних" усилителей!
А для подавляющего большинства радиолюбителей дома нужен приятно звучащий усилитель, сделанный своими руками, обеспечивающий адекватное качество в условиях жилой комнаты.
Данный усилитель как раз и имеет все основания, чтобы доставить Вашим ушам удовольствие своим теплым, мягким звучанием с буквально бархатными "низами"! И пусть первый бросит в меня камень тот, кто, собрав его и послушав, скажет, что этот усилитель плохо звучит! - Да, это не Hi-End. Но от этого душевности в его звучании ничуть не меньше!
Описание принципиальной схемы не привожу. Она составлена из типовых каскадов с классической схемотехникой. Режимы ламп указаны на схеме.
Чувствительность усилителя при максимальной выходной мощности составляет 3,9 вольта эффективного значения напряжения на парафазном входе. Для увеличения чувствительности усилителя можно рекомендовать использовать предварительный каскад и фазоинвертор из Схемы 3 статьи "УМЗЧ на "телевизионных" лампах с трансформаторами ТН", "РАДИО" № 1 за 2006 г.
Продолжение статьи в журнале "Радио" № 5 за 2005 г.
Схема 3. Двухтактный высоковольтный ультралинейный УНЧ на EL34 в режиме В.
Поскольку в данной схеме используются очень высокие напряжения, она рекомендуется для повторения исключительно радиоинженерам, имеющим опыт работы с ламповыми схемами или радиолюбителям-ламповикам высокой квалификации. Помимо этого, в помещении, где Вы включаете, налаживаете или модернизируете этот усилитель, имея непосредственный контакт с его монтажом, находящимся под напряжением, должен обязательно находиться второй человек, обладающий знаниями и опытом оказания первой помощи при поражении электрическим током. Все-таки, на холостом ходу, напряжения в этой схеме вплотную приближаются к 1000 вольт, что явно выходит за бытовые представления об электробезопасности.
Типовой режим из справочника:
Ea = 800 В, Eg2 = 400 В, Rg2 = 750 Ом, Eg1 = минус 39 В, Raa = 11 КОм,
Ia = 2 x 25 mA, Ig2 = 2 х 3 mA, при Uвх = 0.
Ia = 2 x 91 mA, Ig2 = 2 x 19 mA, при Uвх = 2 x 39 В, P = 100 Вт, Кни = 5 %.
Впрочем, если ничего больше не меняя, пропорционально снизить напряжения анода и экранной сетки до 750 и 375 вольт, соответственно, то выходная мощность снизится до 90 Ватт, что также будет типовым режимом для этой лампы.
Для столь высоких напряжений питания и, соответственно, переменных напряжений на анодах ламп, в схеме дифференциального выходного трансформатора надо использовать трансформаторы ТАН. Чтобы подобрать оптимальные включения анодных и нагрузочных обмоток проведем некоторые расчеты.
Необходимые коэффициенты трансформации (Ктр.):
при Rн = 8 Ом и Raa = 11 КОм, Ктр. = 37,08. При этом Uн = 25,2 В, Рмах = 80 Вт (50 Гц);
при Rн = 4 Ом и Raa = 11 КОм, Ктр. = 52,44. При этом Uн = 20 В, Рмах = 100 Вт (50 Гц).
Эффективное напряжение на всей анодной обмотке при Rн = 8Ом должно быть:
Uaa = 25,2 х 37,08 = 934 вольта. Или на ее половине Ua = 467 вольт.
При расчете на нагрузку 4 Ома за счет невозможности точного подбора напряжения выходных обмоток, необходимое Uaa будет другим и составит 1049 Вольт. Ua = 525 вольт.
Возможно оптимизировать наборы секций первичной обмотки под каждую нагрузку или взять среднее, однако, посмотрим, что нам позволит подобрать реальный трансформатор, ну, к примеру, ТАН73-127/220-50. Не будем забывать, что в схеме у нас присутствуют два таких трансформатора, накальные обмотки которых мы уже соединили последовательно.
Если соединить первичные обмотки одного трансформатора таким образом:
110 + 110 + 80 + 80 + 80 + 80 = 540 вольт. То мы получим Uaa = 1080 вольт.
И в этом случае, при Uн = 20 В и Rн = 4 Ом имеем Ктр. = 54 и реальное Raa = 11,664 КОм.
Если же соединить первичные обмотки по другому, но тоже симметрично:
127 + 127 + 80 + 80 + 20 + 20 = 454 вольта. То Uaa = 908 вольт
При Uн = 25,2 В и Rн = 8 Ом получим Ктр. = 36,03 и реальное Raa = 10,386 КОм.
Оба приведенных включения наиболее близки к расчетному режиму. Однако, с точки зрения схемотехники, первое включение является более интересным, поскольку позволяет реализовать "правильную" ультралинейную схему усилителя. Его мы и покажем на схеме.
Итак, вот, та самая, обещанная схема на EL34-ых, которая раскрывает все возможности этой замечательной лампы:
Выходной каскад УНЧ работает в режиме класса В. Выходной дифференциальный трансформатор выполнен на двух ТАН73-127/220-50 или ТАН73-220-50. С учетом того, что питающее напряжение на экранной сетке в два раза ниже, чем на аноде, эквивалентная ультралинейная обратная связь на экранные сетки составляет 15%. Это немного меньше, чем приводимые значения в типовых режимах для EL34 (20% и 25%), однако, вполне достаточно, чтобы придать звучанию усилителя более нежную окраску.
В этой схеме, также, как и в схеме 1, используется ступенчатое включение анодного напряжения и подключение балластной нагрузки для защиты от пробоя лампы предварительного каскада на время прогрева усилителя.
При первом включении схемы, после проверки монтажа, необходимо предварительно установить движок переменного резистора "Ток покоя" в нижнее по схеме положение, движки потенциометров "Баланс" и "Фон" - в среднее положение. Переключатель П1 ("Анод") установить в показанное на схеме положение ("Прогрев"). Включить сетевой тумблер и дождаться разогрева ламп. Аккуратно замеряя падение напряжения на антипаразитных резисторах в анодах выходных ламп, установить их равенство подстройкой резистора "Баланс". При этом ток каждой лампы не должен превышать 20 миллиампер (падение напряжения на анодных резисторах не больше 0,4 В). Убедившись в этом, переводим тумблер "Анод" в положение "Работа". Резистором "Ток покоя" устанавливаем ток покоя каждой выходной лампы 25 миллиампер (падение напряжения на анодном резисторе 0,5 вольта) - измеряем аккуратно, помня, что эта точка находится под потенциалом 800 вольт! При необходимости можно еще раз более точно подстроить баланс. Затем, при закороченных входах, резистором "Фон" устанавливаем минимальные показания милливольтметра переменного тока на выходе усилителя. На этом регулировка закончена.
Подключаем нагрузку, источник входного сигнала и наслаждаемся мощным и прозрачным звучанием. Не забывая при этом, что в схеме при ее включении разности потенциалов могут превышать 1000 вольт.
Схема 4. Двухтактный УНЧ на 6П45С в режиме АВ1.
Режим выходного каскада:
Ea = 200 В, Eg2 = 200 В, Eg1 = минус 37 В, Raa = 800 Ом.
Ia = 2 x 150 mA при Uвх = 0. При Uвх = 2 x 37 В, P = 56 Вт.
Эта типичная токовая схема с телевизионными лампами. Однако, использование в ней дифференциального включения пары мощных выходных трансформаторов обеспечивает удивительную для ламп сочность и мощь "низов". Вот уж здесь мы имеем бас, так БАС!
Нижняя рабочая частота этого усилителя 22 Гц по уровню минус 3 дБ. А верхняя, простирается далеко за пределы звукового диапазона частот, благодаря использованию токовых ламп и низких значений Raa. Чувствительность этого усилителя при максимальной (пиковой) выходной мощности составляет около 2-х вольт эффективного значения.
В этой схеме, также как и в схемах 1 и 3, используется ступенчатое включение анодного напряжения и подключение балластной нагрузки для защиты от пробоя лампы предварительного каскада на время прогрева усилителя.
Хорошо будет работать в этой схеме и лампа 6П42С. Она обеспечивает импульс анодного тока на 12 % меньший, чем 6П45С, а все остальные параметры у нее очень похожие. Правда, цоколевка у нее другая, поэтому замена без изменения монтажа, увы, невозможна. В этой схеме будут прекрасно работать и другие токовые лампы, если в схемах из предыдущей статьи заменить обычный выходной трансформатор дифференциальным, а включение обмоток выходных трансформаторов выбрать по таблицам 3 и 4 этой статьи.
Впрочем, перечисленными выше параметрами ресурс этой схемы далеко не исчерпан. Соберите и послушайте ее сами!
Конструкция.
Все моноблоки усилителей выполнены на гнутом шасси из листовой, оцинкованной стали, толщиной 1 мм. Габаритные размеры шасси предоставляется выбрать радиолюбителям самостоятельно в зависимости от типоразмеров имеющихся трансформаторов, личных конструкторских навыков и индивидуальной квалификации. Не стоит стремиться к минимальным размерам моноблоков. Навесной монтаж предполагает наличие некоторого простора при размещении радиоэлементов. К тому же, надо помнить, что радиолампы в процессе работы греются и не могут быть размещены вплотную друг к другу, или к трансформаторам. При размещении дросселя фильтра нужно учитывать, что он имеет незамкнутый сердечник и внешнее магнитное поле переменного тока, которое он создает, может модулировать электронный поток в лампах создавая тем самым на выходе усилителя фон переменного тока.
Сверху шасси размещаются силовой и выходные трансформаторы, дроссель фильтра, радиолампы. Остальные детали располагаются в подвале шасси. Глубина подвала - 50-60 миллиметров. Определяющим размером для выбора глубины подвала является высота электролитических конденсаторов, которые закрепляются на гетинаксовой плате, устанавливаемой в подвале под силовым трансформатором. Детали на шасси желательно размещать приблизительно также, как они изображены на принципиальной схеме. А монтаж усилительных каскадов должен быть выполнен симметрично, насколько это возможно. Монтаж в подвале ведется непосредственно выводами радиодеталей с опорой на лепестки ламповых панелей, переменных резисторов и промежуточные монтажные точки. В качестве дополнительных опорных точек удобно использовать текстолитовые планки с расклепанными в них монтажными лепестками. Как правило, для каждого моноблока достаточно двух планок по 10 лепестков каждая, закрепленных на стенки или на дно подвала с зазором 10 - 15 мм.
На одной из боковых стенок шасси размещаются входной разъем, выходные гнезда, анодный и сетевой тумблера и ввод сетевого шнура.
Детали.
Резисторы. Постоянные - типа ВС или МЛТ. Возможно использование импортных углеродистых или металлопленочных. Преимущество лучше отдавать углеродистым. Подстроечные - больших номиналов (килоомы) - СП-1, малых номиналов (сотни Ом) - ПП3-43, ППБ.
Конденсаторы. Разделительные межкаскадные К78-2, К73П-2, КБГ-И. Электролитические - фирмы JAMICON. Шунтирующие (включаемые параллельно электролитическим в анодных и катодных цепях) - КБГ-И, К40П, КБГ-М1, К78-2.
Выпрямительные мосты. Типа КЦ402, КЦ405, или набранные из диодов КД411. Возможно использование импортных монолитных мостовых выпрямительных блоков на соответствующие напряжения и токи, желательно, с двойным запасом по рабочему напряжению и с пятикратным запасом по току.
Входные разъемы для симметричного сигнала, профессиональные, экранированные трехштырьковые, типа XLR. Возможно также использование трехконтактных "джеков".
Тумблера, сетевые и анодные типа ТВ1-4 или ТП1-2. Возможно также использование микротумблеров типа МТ-1 (анод) и МТ-3 (сеть).
Ламповые панельки желательно использовать керамические.
Радиолампы. Наши, отечественные, которые можно свободно найти и купить не только в магазинах, но и у своих же коллег, радиолюбителей, разместив свое объявление в Интернете, на Форуме "Любимые лампы".
А здесь приведены полные справочные данные на радиолампы, на трансформаторы ТАН и ТН, и на дроссели фильтра типа "Д".
Ну и по просьбе редактора отдела звукотехники журнала "РАДИО" для тех инженеров и радиолюбителей, которые начали изучение радиотехники сразу с полупроводниковых микросхем, и не изучали радиолампы ни в институте, ни в домашней практике, сообщаю, что нумерация выводов у радиоламп ведется от ключа по часовой стрелке, если смотреть на радиолампу со стороны штырьков (на цоколь). У октальных ламп с восьмиштырьковым цоколем и пластмассовым направляющим штырем первая ножка расположена справа от продольного выступа на направляющем штыре. У пальчиковых ламп ключом является большой промежуток между ножками, расположенными по окружности.
К тому же Вам стоит обязательно изучить Руководство по применению приемно-усилительных ламп.
Желаю Вам успехов!
Экспериментируйте!
Дифференциальный выходной трансформатор и его расчетные параметры
Практические схемы ламповых УМЗЧ с дифференциальным трансформатором
Справочные данные на радиолампы, трансформаторы и дроссели
|
