Text preview for : Радиолюбительский Hi-End.pdf part of Radioliubitelskii Hi-End Radioliubitelskii Hi-End Radioliubitelskii Hi-End
Back to : Радиолюбительский Hi-End. | Home
Кр асная к н ига радиол ю б и т ел ьс т ва
90-летию триода посвящается
Радиолюбительский High-End
40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет
Малая энциклопедия усилительной техники Составитель М. Киреев
Издательство Радіоаматор, г. Киев
Дорогие читатели! Ваши отзывы о книге и пожелания направляйте по адресу: 03110 Издательство Радіоаматор а/я 807, Киев, 110 Украина
Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет /Малая энциклопедия усилительной техники. Составитель М. Киреев. -К., Радіоаматор, 1999, 112 с. с ил.
В последние годы мы стали свидетелями появления суперклассных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ), которые по качеству отнесены к самому крутому классу - HighEnd, что означает завершение поиска путей улучшения качества звука, получаемого с помощью усилителей. Такого рода усилители в большинстве своем строятся на лампах, как это было в 50-60-х годах. И это значит, что High-End появился не на пустом месте, а на основе того опыта, который был накоплен в процессе совершенствования конструкций, в том числе и радиолюбительских. В книге собраны лучшие радиолюбительские конструкции УМЗЧ, обзор которых поможет любителям звукозаписи разобраться в том, какими характеристиками должен обладать высококачественный усилитель. А те, кто любит и умеет собирать аппаратуру своими руками, это незаменимая энциклопедия по конструкции и особенностям УМЗЧ, который воплощены и в современных усилителях High-End.
© Издательство Радіоаматор, 1999 г.
8
Предисловие
Высококачественная усилительная аппаратура стала широко применяться лишь с появлением грампластинок, изготовленных по особо точной технологии, бытовых магнитофонов и частотно модулированного (FM) УКВ радиовещания. Эти источники аудио сигналов имели динамический диапазон, полосу частот и нелинейные искажения на минимальном уровне, поэтому возникла необходимость в усилителях, максимально точно воспроизводящих исходный сигнал. Так появились УМЗЧ типа Hi-Fi (от английского High Fidelity - высокая верность воспроизведения), на десятилетия определившие направление развития звуковой техники и параметры качества звука, которую она воспроизводила. Современным уровнем развития данной технологии стали УМЗЧ типа High-End, что, по-видимому, означает вершину высокого качества звучания. Их отличает преимущественное использование ламп в качестве активных элементов, что может показаться откатом назад в развитии радиоэлектроники, однако, благоприятное для уха "ламповое" звучание уже само по себе создает качество звучания. А если добавить, что используются новейшие достижения в технологии изготовления монтажных схем, а также новые и дорогостоящие материалы, то можно констатировать, что конструкторы High-End'а избавили нас от большинства недостатков ламповых схем прошедших эпох. Следовательно, схемотехника ламповых УМЗЧ сегодняшнего High-End'а повторяет разработки конца 60-х годов, которые сохраняют свою актуальность при использовании современных технологий монтажа. В данной книге собрано 40 схем лучших образцов УМЗЧ, разработанных в 60-х...70-х годах. Авторами их, в основном, являются радиолюбители, хотя для сравнения мы представили некоторые типовые схемы аппаратуры промышленного изготовления. Приводятся также схемы, опубликованные в 90-е годы, но разработаны и изготовлены они в те давние времена, когда иметь свой УМЗЧ считалось делом чести для радиолюбителя, достигшего определенных высот в схемотехническом творчестве. В книге использованы материалы журналов Радио (Р), Радіоаматор (РА), выпусков массовой радиобиблиотеки (МБР) и библиотеки журнала Радио (БЖР), а также других источников. Составитель сборника старался по-возможности сохранить авторский текст описания схем, дополняя его в необходимых случаях собственными комментариями.
9
От Hi-Fi к High-End
В КАЧЕСТВЕ ВСТУПЛЕНИЯ
Специалисты и обозреватели единодушны в том, что усилители Hi-Fi, раcтиражированные в массовой аппаратуре и доступные каждому желающему, перестали быть эталоном качества. Выражаясь совковым жаргоном, Hi-Fi соотносится с High-End'ом как "хрущобы" и нынешние "дома улучшенной планировки". Однако провести точную границу между этими двумя категориями аппаратуры вряд ли удастся. Ведь с одной стороны есть супер Hi-Fi , а с другой - доступный High-End, отличить которые по качеству готового продукта - звучания голоса и музыки - не могут даже "набившие ухо" дегустаторы от звука. Например, известна равная итоговая оценка, которую дают как явно High-End'овским усилителям Octave V50 и Arion Acoustics Adonis, так и похожим на них по цене, но, судя по рекламе, явно Hi-Fi'ным усилителям комплекта Мusical Fidelity и загадочному J.A. Michell Engineering Alecto. Для наших мест, прочно забытых богом прогресса, можно провести аналогию с ситуацией в радиоэлектронике в советские времена. С одной стороны - мощная радиопромышленность с ее "среднесерым ширнепотребом", вечно не успевающая за колесницей прогресса, а с другой - радиолюбители-конструкторы с единичными экземплярами высококачественной аппаратуры. И, наоборот, с одной стороны налаженная заводская технология, а с другой - сигаретный пепел на плате, возможно, стакан водки, а может быть немытые руки после закусывания салом... Совокупность этих условий не давала выигрыша ни одной из сторон. В том все еще потустороннем для большинства из нас мире давно уже иные времена, поэтому можно с уверенностью считать High-End аппаратуру чем-то вроде самоделок, изготовленных в заводских условиях, или профессиональным подходом к радиолюбительскому конструированию (оно для нас всегда было эквивалентом творческого подхода!). А, скорее всего, это не столько оригинальные схемотехнические решения, сколько тщательная технологическая отделка несерийных или малосерийных экземпляров устройств ручной работы. Правда, есть две существенные особенности, которые вытекают из соединения вышеназванных противоположностей. Первая из них - явное пренебрежение и повсеместное нарушение всякого рода "табу", которых в практической радиоэлектронике великое множество, ради достижения заданного качества звучания. Вторая связана с исключительно высокой стоимостью аппаратуры, что позволяет применять любые нетривиальные, а порой - просто экзотические подходы к схемным и технологическим решениям. В свете такого подхода наиболее разительно выделяются в классе High-End'a усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ), акустические системы и проигрывающие устройства, особенно для виниловых дисков, хотя не исключены интересные решения и для CD проигрывателей. Итак, по необычному внешнему виду High-End УМЗЧ узнается сразу, но это не наша тема. Главное то, что мы сразу видим лампы, выпирающие наружу из корпуса у подавляющего числа конструкций. Это может быть либо весь ламповый усилитель, либо оконечный каскад на лампах, но удаление транзисторов из аппаратуры High-End - это общая тенденция, хотя случаются исключения. Такая же общая задача - обеспечить линейность режима усиления, для чего используют режим работы первого рода или класс А (без отсечки анодного тока) или в крайнем случае АВ, хотя последний при максимальных мощностях напоминает о своей нелинейности появлением искажений типа "ступеньки". Структурная схема УМЗЧ "до слез" проста, она известна каждому, кто хоть чутьчуть знаком с этим делом. Несколько входов коммутируются обычным галетником, хотя в Hi-Fi уже имеются электронные коммутаторы, управляемые от общего процессора с
10
дистанционным управлением. Сигнал сначала попадает в предварительный усилитель, а потом - в выходные каскады УМЗЧ. Нагрузкой усилителя являются акустические системы или колонки, подключаемые через согласующее устройство, которое корректирует АЧХ тракта усиления и может располагаться как в корпусе УМЗЧ, так и в колонках. Обычно сопротивление нагрузки лежит в пределах 1...16 Ом, поэтому выходная мощность усилителя различается при подключении разных колонок. Идеальным для такого класса аппаратуры считается уменьшение мощности вдвое при снижении сопротивления нагрузки наполовину. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью (ООС) с разной степенью глубины и охвата: либо весь УМЗЧ, либо часть каскадов, либо установлена многопетлевая ООС - все зависит с одной стороны от необходимой устойчивости схемы, которую придает ей ООС, и от ограничения величины неизбежно возрастающих динамических искажений при увеличении глубины ООС с другой стороны. Итак, мы уже коснулись общих "табу", обычно не имеющих значения при конструировании High-End'а. Это и крайне низкий КПД порядка 10...15% работающих в режиме класса А оконечных каскадов. Это и возврат к использованию ламп, что неизбежно вызывает применение выходных трансформаторов - грозы и бича конструкторов ушедшей эры ламповой техники. А если добавить силовой трансформатор и дроссели фильтров питания, то получится мощный набор источников низкочастотных магнитных полей. Однако технология - современная, и проблемы старые ушли сами собой: трансформатор делается с запасом по мощности, плотно пакетируется и облачается в кожух, он не греется и не гудит. А выходной трансформатор еще и настолько широкополосный, с равномерной АЧХ, что его влияние совсем не заметно. Очередное "табу" на увеличение массы и габаритов забыто при использовании навесного монтажа. Пайка одних деталей на лепестках контактов керамических ламповых панелек, а других - на монтажные шины из массивного медного прута в принципе не экономит объем, но зато нет и влияния элементов схемы друг на друга как при тесном печатном монтаже. Здесь же использовано совсем уже немыслимое в старые времена, да и для нынешнего Hi-Fi тоже, соединение блоков, плат и узлов между собой многожильными проводами, по массивности напоминающими силовые. Соберите 5-7 лакированных проводов диаметром 0,1 мм в один жгут, а потом заплетите косичку из 7-11 таких жгутов, обтяните все это изолирующей трубкой и покройте сверху оплеткой из меди, навитой на алюминиевый экран. Так или примерно так изготавливают провода как для монтажных работ, так и для соединения аппаратуры кабелями внутри комплекта. Для последних нужны хорошие клеммы и разъемы, не окисляющиеся, плотно прилегающие, прочные, словом, только один металл подходит для их изготовления и называют его - золото. Но это уже из области экзотики, которую можно купить за большие деньги. А вот еще одно "табу", или суеверие, или заклинание, как хотите, так и назовите, а касается оно двухтактных каскадов. Их теоретические параметры великолепны, однако практика показала, что несимметрия цепей возбуждения и плеч усиления существенно искажает воспроизводимый звук, поэтому все чаще в наше время возвращаются к однотактной схеме выходного каскада, как в УМЗЧ Art Audio Diavolo, схема которого приведена на рис.1. Она и надежней, и устойчивей, и менее капризна в настройке, чем двухтактная. Но все-таки в High-End'e последняя не только не сдает позиции, но и при высоком уровне технологии позволяет реализовать все ее преимущества, в том числе меньшее выходное сопротивление, улучшенную фильтрацию высших гармоник в нагрузке (для режима класса АВ), меньшие требования к фильтрации переменных составляющих в цепи питания. Схема типичного во всех отношениях двухтактного выходного каскада УМЗЧ Jadis DA5 изображена на рис.2.
11
Здесь же показаны два вида ООС: местная на экранирующую сетку и глубокая на управляющую сетку первого каскада УМЗЧ. Уровень выходной мощности при разных сопротивлениях акустических систем подбирается подключением анодной цепи к разным выводам трансформатора. Для снижения фона сети питания в накальную цепь включается симметрирующий потенциометр. Нужно отметить, что первые каскады выполнены так, чтобы обеспечить необходимый минимум шумов, а последующие - необходимое усиление с помощью дифференциального построения каскада, как это сделано в Jadis DA5 (рис.3). Как видим, еще одно табу нарушено вместо разделительных конденсаторов, которые всегда стояли в ламповых каскадах, осуществлена гальваническая связь, что для конструктора лишняя головная боль при расчетах режимов, а для слушателей этих чудес света - бальзам на душу, так как отсутствуют искажения из-за ограничивающих спектр сигнала разделителей. А вот еще одно "неправильное" решение отсутствуют предусилители и регуляторы тембра. Рис.1 Тому "виной" - равномерная АЧХ, ведь в таких устройствах коэффициент гармоник не превышает десятой доли процента, а неравномерность АЧХ - доли децибела. Этот принцип компоновки УМЗЧ можно назвать конструированием без излишеств, к нему же присоединяется и фирма Sony: в ее самых свежих разработках усилителей вместо стереоканалов усиления - двойное моно. Надо полагать, качество записи на CD носителях и ширина стереобазы позволяют обойтись без баланса каналов. Впрочем, как говорят знатоки, стереоэффект можно извлекать
Рис.2
12
даже из монофонических устройств, если, конечно, их не менее двух. Есть один существенный недостаток аппаратуры Hi-Fi, устранение которого в усилителях High-End следует отнести к достижениям прогресса. Знатоки рекомендуют для Hi-Fi размещение оконечных каскадов усиления в ящиках звуковых колонок. И это не в целях экономии места. Дело в том, что в усилителях мощности с сильной отрицательной обратной связью при увеличении емкостной нагрузки наблюдаются явления сдвига фазы, в результате чего вместо отрицательной Рис.3 возникает паразитная положительная обратная связь. В случае совместного размещения обоих усилителей нельзя было бы обойтись без подсоединяемого к выходу усилителя провода, идущего к громкоговорителю; этот провод при некоторых обстоятельствах как раз может оказаться такой емкостной нагрузкой. Таким образом, при совместном размещении громкоговорителей и усилителя мощности Hi-Fi уменьшаются габариты устройства с коммутацией, четырьмя источниками программ и предварительным усилителем, а с другой стороны в блоке громкоговорителей исключается нежелательный сдвиг фаз в усилителе мощности. Все это несущественно для High-End УМЗЧ, в которых технологически компенсируется емкость нагрузки. И вообще, особую осторожность необходимо соблюдать при использовании экранированного провода. Совершенно неверно экранировать каждый провод, несущий звуковую частоту. В данном случае чрезмерная предусмотрительность приносит лишь вред, потому что экран и жила провода образуют емкостный шунт, который в высокоомных цепях неизбежно вызывает потери на высших звуковых частотах. Проектируя шасси, надо стремиться к тому, чтобы обойтись минимумом экранированного провода. Для достижения этой цели необходимо максимально укоротить все провода, несущее звуковую частоту. Если позаботиться о том, чтобы провода, идущие на входы предварительных каскадов, не были бы слишком близко расположены друг к другу, то экранировать в основном придется лишь цепь управляющей сетки первой лампы предварительного усилителя. В сомнительном случае лучше в 5-10 мм от "подозрительного" провода установить металлический экран, нежели применять экранированный провод, так как в этом случае паразитная емкость монтажа будет меньше. Эти правила не касаются усилителей High-End, потому что в них внутренний монтаж и соединение усилителя с колонкой выполняются специальными многожильными проводами, о которых уже сказано выше. Кстати, есть сообщения от радиолюбителей о том, что они меняли в своих старых конструкциях соединительные провода на новые и получали совершенно неожиданное для них улучшение качества звучания. Это лишь подтверждает известную истину, что все новое - это хорошо забытое старое.
13
Простые схемы
Открывает наш парад схемотехники High-End одноламповый усилитель В. Борисова (Р3/76) на лампе типа 6Ф5П, в баллоне которой находятся две самостоятельные лампы триод и пентод с общей нитью накала. Триод используют в каскаде предварительного усиления напряжения, пентод - в каскаде усиления мощности. Чувствительность усилителя 100 мВ. Выходная мощность, измеренная при входном сигнале частотой 1000 Гц, - 1,5 Вт при коэффициенте нелинейных искажений менее 3%. Полоса частот равномерно усиливаемых колебаний 50...20 000 Гц. На вход усилителя можно подавать сигнал от пьезоэлектрического звукоснимателя или от других источников сигналов звуковой частоты. Честно говоря, такая схема рекомендована автором для начинающих, однако, в ней налицо все признаки схемотехники High-End, если, конечно, добавить соответствующую технологию. Да и начинать ведь с чегото нужно. Итак, принципиальная схема усилителя приведена на рис.4. Напряжение звуковой частоты поступает на двухгнездную колодку Ш1, параллельно которой включен переменный резистор R1, являющийся регулятором громкости. С движка резистора сигнал подается на управляющую сетку триода Л1а и усиливается им. Чем выше (по схеме) находится движок резистора, тем большее напряжение сигнала на управляющей сетке. Кстати, обозначения на схеме и изображения элементов выполнены в тех стандартах, которые применялись в момент опубликования использованных материалов. Для нормальной работы радиолампы на ее управляющую сетку необходимо подать отрицательное по отношению к катоду напряжение смещения. В данном усилителе начальное смещение образуется при прохождении анодного тока через резисторы R3 и R4. Управляющая сетка триода соединена через резистор R1 с "заземленным" проводником и на ней, следовательно, относительно катода действует отрицательное напряжение, равное падению напряжения на катодных резисторах -1,7 В. Из-за введения резисторов R3 и R4 между катодом и управляющей сеткой лампы возникает отрицательная обратная связь по переменному току, снижающая усиление каскада. Для ослабления действия этой обратном связи параллельно резистору R3 подключен конденсатор С1. Резистор R2 выполняет роль нагрузки анодной цепи триода. Создающееся на нем
Рис.4
14
напряжение усиленного сигнала через разделительный конденсатор С2 подается на управляющую сетку пентода Л1б. Усиленный им сигнал НЧ через выходной трансформатор Тр1 поступает на звуковую катушку электродинамической головки прямого излучения Гр1 и преобразуется ею в звуковые колебания. Резистор R8 и конденсатор С7 этого каскада выполняют такую же функцию, что и аналогичные им детали первого каскада. С помощью конденсатора С6 и резистора R6 создается отрицательная обратная связь по переменному току, необходимая для регулирования тембра звука в области высших частот. Чем выше (по схеме) находится движок переменного резистора R6, тем большее напряжение обратной связи поступает на сетку пентода, тем меньше усиление каскада на высших частотах рабочего диапазона. В таких случаях говорят, что высокие частоты усиливаемого сигнала "срезаются". Резистор R9, соединяющий незаземленный вывод вторичной обмотки выходного трансформатора с резисторами R3, R4, создает вторую цепь отрицательной обратной связи. Охватывая оба каскада, она позволяет получить более равномерное усиление сигналов во всем диапазоне рабочих частот и уменьшить нелинейные искажения. Усилитель питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Блок питания образуют трансформатор Тр2 и двухполупериодный выпрямитель на диодах Д1-Д4, включенных по мостовой схеме. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором С8. Постоянное напряжение подается на анод пентода Л1б (через обмотку I выходного трансформатора) непосредственно с конденсатора С8, а на экранирующую сетку пентода - через развязывающий фильтр R7C4. Анодное напряжение на первый каскад усилителя подается через дополнительный развязывающий фильтр R5C3. Применение развязывающих фильтров позволяет предотвратить паразитную обратную связь между каскадами через общий источник питания. Лампа накаливания Л2, включенная параллельно обмотке III трансформатора, выполняет роль индикатора включения усилителя. Для блока питания можно использовать трансформатор мощностью 40-60 Вт любого типа, в том числе и от ламповых приемников или радиол. На обмотке II должно быть переменное напряжение 190-210 В, на накальной обмотке III - 6,3 В. Можно применить и самодельный трансформатор, выполненный на сердечнике Ш22Х40. Для напряжения сети 220 В обмотка I должна содержать 1040 витков провода ПЭВ-1 0,25, обмотка II - 965 витков ПЭВ-1 0,15, обмотка III - 34 витка ПЭВ-1 0,6. Выходной трансформатор Tp1 - ТВЗ-2-1 (унифицированный выходной трансформатор звукового канала телевизоров). Его можно заменить трансформатором от любого лампового радиоприемника или телевизора с однотактным выходным каскадом в усилителе НЧ. Большая часть постоянных резисторов и электролитические конденсаторы С1 и С7 смонтированы на самодельной монтажной плате, размещенной в подвале шасси возле ламповой панельки. Конденсатор С2 припаян непосредственно к выводам 1 и 9 ламповой панельки (рис. 4), конденсатор С5- к выводам первичной обмотки выходного трансформатора, резисторы R7 и R5 - к выводам положительных обкладок конденсаторов С8, С4 и СЗ. Держатель предохранителя с предохранителем и выключатель питания В1 находятся на задней стенке шасси. Не следует забывать, что в цепях питания усилителя действуют достаточно высокие напряжения. Поэтому, приступая к испытанию и налаживанию усилителя, надо быть особенно внимательным и, разумеется, не касаться проводников с повышенным напряжением. При замене деталей или изменениях в монтаже усилитель должен быть отключен от сети. После проверки монтажа по принципиальной схеме резистор R9 следует отпаять от резисторов R3 и R4, а конденсатор С6 - от анода пентода. Спустя 40-50 с после включения питания, когда катоды лампы прогреются, в головке должен появиться слабый фон переменного тока, являющийся признаком работоспособности блока питания и выходного
15
каскада усилителя. Если теперь движок переменного резистора R1 поставить в крайнее верхнее (по схеме) положение и коснуться его незаземленного вывода, например, пинцетом, то в головке должен появиться фон переменного тока. Это признак работоспособности усилителя в целом. Теперь движок регулятора громкости следует поставить в крайнее нижнее (по схеме) положение, измерить и, если надо, скорректировать режимы работы лампы. Рекомендуемые напряжения па ее электродах, указанные на принципиальной схеме, измерены относительно общего ("заземленного") проводника питания вольтметром с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В. Без ущерба для работы усилителя эти напряжения могут быть больше или меньше на 15...20%. Если измеренные напряжения; значительно завышены, следует ввести между выпрямителем и усилителем дополнительный развязывающий фильтр R10C9 (он показан на рис.4 штриховыми линиями) и подобрать резистором R10 (он должен быть мощностью 1 Вт) требующееся напряжение. Напряжение смещения на катоде триода подбирают резистором R3, на катоде пентода - резистором R8. Затем к входу усилителя можно подключить звукосниматель и проиграть грампластинку. Звук должен быть громким и плавно изменяться при вращении ручки переменною резистора R1. При восстановлении соединения резистора R9 с катодной цепью триода громкость звучания головки несколько уменьшится, а качество звука улучшится. Если же после подключения резистора R9 появится самовозбуждение усилителя, значит между выходным и входным каскадами возникла положительная обратная связь и усилитель превратился в генератор колебаний НЧ. Чтобы устранить что явление, достаточно поменять местами подключение выводов обмотки II выходного трансформатора. После восстановления соединения конденсатора C6 с анодной цепью пентода и проверки плавности регулирования тембра звука переменным резистором R6, налаживание усилителя можно считать законченным. Для начала мы привели подробное описание принципа действия, конструкции и настройки, чтобы иметь пример того, как следует работать над собственной конструкцией. В дальнейшем те подробности, которые вполне может заменить личный опыт радиолюбителя, будут опускаться, больше внимания будет уделяться нюансам схемы и особенностям конструкции. Множество схем, разработанных радиолюбителями, было предназначено для проигрывателей грампластинок, особенно переносных. Это объясняется тем, что исторически первые УМЗЧ ставились в патефоны, и получался так называемый радиограммафон. Примером такой схемы, которая питалась от сети 220 В, был двухламповый усилитель В. Михайлова (БЖР-5/59), показанный на рис.5. Эта схема с открытым входом, как и предыдущая, к тому же имеются и другие черты сходства обеих конструкций, поэтому обратим внимание на особенности. Во-первых, отсутствует глубокая ООС с выхода усилителя ко входу, имеется только местная ООС в каждом каскаде - это R2 и R6, не имеющие блокировочных конденсаторов. Во-вторых, питание схемы, выходная мощность которой при коэффициенте нелинейных искажений 3% составляет 4 Вт, осуществляется по однотактной схеме, поэтому анодная обмотка Тр2 имеет столько же витков, как и первичная сетевая. Конструктивной особенностью УМЗЧ, устанавливаемых в радиограммафонах, является расположение его вдали от приводного двигателя, насколько это возможно в ограниченном объеме чемоданчика, в котором заключена вся схема. Дополнительным фактором, защищающим УМЗЧ от наводок со стороны двигателя, является экранирование провода, идущего от звукоснимателя к R1 и далее к сетке Л1, а также всего усилителя в целом. По-своему отличной от предыдущих выглядит схема батарейного проигрывателя Е. Додонова (Р-5/61), который изображен на рис.6. Судя по названию, питание устройства
16
Рис.5
Рис.6
осуществляется от батареи, скорее всего, аккумуляторной, для чего в состав блока питания введен преобразовательгенератор переменного тока на напряжение 150 В. Две лампы невысокой мощности позволяют получить на выходе усилителя 1 Вт, что при достаточно высоком к.п.д. усилителя не слишком разорительно для аккумулятора. Высокий к.п.д. получается путем перевода оконечного каскада усилителя в режим работы класса С с углом отсечки около 60 град. Запас по мощности не реализуется полностью, так как для снижения искажений введена ООС с выходной обмотки трансформатора Тр1 на катод входной лампы Л1 через цепочку R14-C6. В первом каскаде применена лампа 6Ж5П, которая имеет достаточно высокую крутизну статической ВАХ по сравнению с другими маломощными пентодами. Накал ламп запитывается непосредственно от батареи постоянного тока, поэтому нити накала обеих ламп включены последовательно. Для устранения самовозбуждения по цепи питания служат конденсаторы С3, С5, С8, резисторы R12, R13. Преобразователь питания собран на импульсных транзисторах П4Б, которые можно заменить на любые p-n-p транзисторы с предельно допустимой мощностью 10 Вт.
17
Своеобразным развитием одноламповой темы является простой стереофонический усилитель (рис.7), приведенный Г. Гендиным в литературе "Самодельные УНЧ", МРБ, 1964. Здесь используется триод-пентод типа 6Ф3П, который позволяет развить мощность в 1,5 Вт в полосе частот 60...12000 Гц при входном сигнале 250 мВ. Этот усилитель сделан полностью под использование его для стереозвука. Для этого резистор регулятора громкости R1 выполнен сдвоенным, а в катодной цепи первого каскада стоит резистор R6 для подстройки стереобаланса между каналами. Сразу заметен недостаток - при воспроизведении монофонических программ работает только один канал, а второй при этом просто греет атмосферу. Отсутствие охватывающей весь усилитель ООС создает риск самовозбуждения, поэтому в усилителе предприняты жесткие меры по его предупреждению. Во-первых, в цепи питания имеется фильтр с частотой среза 100 Гц, состоящий из дросселя Др1 и емкостей С7, С8. Во-вторых, во входной цепи первого каскада осуществлена ООС через цепочки резисторов R4, R2 и балансный резистор R6. В-третьих, на сетке второго каскада действует ООС через делитель R7-R8. Для снижения влияния температурной нестабильности напряжения накала на параметры ламп параллельно обмоткам накала, выполненным отдельно для каждой лампы, подключены подстроечные резисторы R11 на 100 Ом. Их средняя точка соединена с массой через резистор R13, который является частью делителя напряжения анодного питания R12-R13. Такое подключение создает положительное смещение 20...30 В на средней точке накальной обмотки и позволяет подавить низкочастотный фон из-за наводок напряжения накала в цепи полезного сигнала. В качестве выходного и трансформатора питания можно использовать такие же, как описаны в схеме В. Борисова, добавив к силовому трансформатору дополнительную обмотку накала. Более продвинутой разновидностью этой схемы является стереофоническая приставка А. Воробьева-Обухова, которая рассчитана на воспроизведение стереофонических записей с помощью обычной монофонической системы (Р-10/72). Это уже достаточно сложный усилитель, но еще сохраняет такие формальные признаки простого, как, например, наличие единственной лампы в канале, малая мощность,
Рис.7
18
ограниченное количество деталей. Работа приставки основана на свойстве стереоэффекта проявляться на частотах выше 200-300 Гц. Это явление позволяет для усиления частот ниже 200-300 Гц использовать монофонический усилитель, а для усиления частот свыше 200-300 Гц - два простейших усилителя приставки со стереофонической акустической системой. Устройство акустических систем в этом случае резко упрощается, поскольку большинство усложнений в них вызвано необходимостью хорошего воспроизведения частот до 200-300 Гц, о чем заботиться не приходится, так как с этой задачей с успехом справляется отдельный усилитель НЧ. Приставка (рис.8) содержит два одноламповых усилителя на лампах Л2 и Л2' и смесительный каскад на лампе Л1. При воспроизведении грамзаписи низкие частоты правого и левого каналов звукоснимателя поступают на смесительный каскад и далее на вход усилителя НЧ радиолы. Высокие частоты правого и левого каналов усиливаются раздельными усилителями НЧ приставки. Низкие частоты отфильтровываются цепочками C6R6, C6'R6' и цепью автоматического смещения, благодаря малой емкости конденсаторов С3, С3' и С4, С4'. Потенциометры R2, R2' служат для регулировки громкости. С помощью потенциометров R10, R10' можно установить стереобаланс и необходимую максимальную мощность за счет регулировки глубины обратной связи в усилителях приставки. Выход смесительного каскада рассчитан на подключение к усилителю с входным сопротивлением не ниже 470 кОм. Питается приставка от выпрямителя усилителя. При монтаже особое внимание следует обратить на экранировку сигнальных цепей ламп приставки. Шнур, соединяющий выход приставки с усилителем, необходимо выполнить экранированным проводом. Имеет смысл заземлить среднюю точку накальной обмотки силового трансформатора усилителя, либо подать на нее положительное смещение 10-20 В от источника анодного питания, как в предыдущей схеме. Громкоговорители должны иметь сопротивление звуковой катушки 4-6 Ом. В качестве потенциометров R2, R2' используются спаренные резисторы СП-3-7.
Рис.8
19
Следующий УМЗЧ без выходного трансформатора Л. Кононовича (Р-6/59) с еще большой натяжкой можно назвать простым. Он содержит три лампы, тонкомпенсированный регулятор громкости, раздельный регулятор тембра по нижним и верхним частотам и своеобразную схему выходного каскада, собранную из последовательно включенных ламп типа 6П18П, которая получила название "Тандем" (рис.9). Возможность бестрансформаторного включения громкоговорителя в таких схемах объясняется тем, что при наличии конденсатора большой емкости С14 обе лампы Л2 и Л3 оказываются включены по переменному току параллельно, что снижает выходное сопротивления "Тандема" до величины меньшей, чем сопротивление ведущей лампы Л2. Режим ее выбран таким образом, что выходное сопротивление каскада близко к 100 Ом, а нагрузкой его служат два включенных последовательно громкоговорителя на 16 Ом каждый. Такие схемы не имели большого распространения, потому что получить выходное сопротивление в мощных каскадах менее 600...1000 Ом не удается, а для подключения к ним необходимы специальные высокоомные громкоговорители. В данной схеме за счет приближения режима лампы Л1 к насыщению, существенному рассогласованию выходного сопротивления и нагрузки и наличию глубокой ООС с выхода усилителя на катод лампы Л1б выходная мощность снижена до 2 Вт. К достоинствам данной схемы можно отнести широкую полосу усиливаемых частот 30...20000 Гц, которую ограничивают только разделительные конденсаторы. Также положительным качеством является большая глубина регулировки тембра, которая достигает 20 дБ. И, наконец, существенным достоинством является большой запас устойчивости усилителя во всей полосе частот. Перечисленные достоинства обеспечивают высокое качество звучания УМЗЧ. В заключение обзора простых схем приведем "иностранный" образец радиолюбительского творчества, который был опубликован в Р-1/65. Это стереофонический усилитель болгарина И. Кусева. Усилитель (рис.10) предназначен для стереофонического и монофонического воспроизведения программ радиовещательных станций и граммофонных пластинок. Максимальная выходная мощность каждого канала усилителя 6 Вт при коэффициенте нелинейных искажений не более 1%, номинальная
Рис.9
20
мощность 1,5 Вт, при коэффициенте нелинейных искажений не более 0,8 %. Глубина регулировки тембра низших звуковых частот на частоте 20 Гц/дБ. Глубина регулировки тембра высших звуковых частот на частоте 16 кГц +12 дБ. Усилитель воспроизводит полосу звуковых частот 20...16000 Гц при неравномерности частотной характеристики не более 0,5 %. Первый каскад обоих каналов усилителя выполнен на двух триодах лампы ЕСС82 по схеме катодного повторителя. На входах вторых каскадов усиления включены регуляторы частотной характеристики R9 - R10. Этому регулятору следует уделить особое внимание, так как он позволяет изменять частотную характеристику усилителя, не уменьшая величину обратной связи. Регуляторы тембра высших R25, R25а, и низших R21, R22 звуковых частот включены в цепи частотно-зависимой обратной связи между вторым и третьим каскадами усилителя. Регулятор стереобаланса R37 включен между третьим и четвертым каскадами обоих каналов усилителя. Два последних каскада усилителя охвачены частотно-зависимой отрицательной обратной связью глубиной 20 дБ. Напряжение обратной связи с вторичных обмоток выходных трансформаторов подается в цепи катодов ламп предоконечных каскадов усилителя. Кроме плавной, в усилителе имеется ступенчатая регулировка тембра на четыре положения: "нормальное", "оркестр", "речь", "бас", позволяющая получить желаемый тембр звучания как высших, так и низших звуковых частот. Выходные каскады каждого канала усилителя выполнены на лампах EL84 по ультралинейной схеме. Каждый канал усилителя нагружен на два громкоговорителя 6 Вт и 1,5 Вт. Чтобы улучшить звучание громкоговорителей их рекомендуется незначительно переделать, руководствуясь эскизами, приведенными на рис. 11. Лампу ЕСС82 можно заменить лампой 6Н1П, лампу ЕСС83 - лампой 6Н2П, лампу EL84 - лампой 6П14П. Кенотрон EZ81 заменяется двумя, параллельно соединенными кенотронами 6Ц4С или одним кенотроном типа 5ЦЗС. Применительно к отечественным лампам детали имеют следующие данные. Выходной трансформатор Тр1 (Тр2) собран на сердечнике, набранном из пластин Ш-20, толщина набора 25 мм (площадь окна 5,4 см2). Его первичная обмотка содержит 2500 витков провода ПЭЛ 0,18. Отвод к экранирующей сетке делается от 500-го витка, считая от вывода 2. Вторичная обмотка состоит из двух последовательно соединенных секций: 57 витков провода ПЭЛ 1,0 и 60 витков ПЭЛ 0,12. Выводы первой секции соединяются с зажимами Г1, к которым подключается и нагрузка - два параллельно соединенных громкоговорителя ЗГД-2 (или 4ГД-2). Силовой трансформатор мощностью 120 Вт собран на сердечнике, набранном из пластин Ш-30, толщина набора 48 мм, площадь окна 14,6 см2. Обмотки содержат: сетевая - 440+320 витков провода ПЭЛ 0,69 + ПЭЛ 0,51; повышающая - 870+870 витков провода ПЭЛ 0,25; накала кенотрона - 19 витков провода ПЭЛ 1,2; накала ламп: 24 витка ПЭЛ 0,96 и 24 витка ПЭЛ 0,72. Дроссель фильтра Др1 собран на сердечнике Ш-19х30, зазор 0,2 мм. Его обмотка состоит из 4500 витков провода ПЭЛ 0,22. Дроссели в цепи сетевой обмотке силового трансформатора содержат по 110 витков провода ПЭЛ 0,12. Они намотаны на карбонильных сердечниках СЦГ-2.
21
22
Рис.10
Рис.11
23
Сложные схемы УМЗЧ
Одноканальные схемы УМЗЧ
К сложным схемам, в отличие от уже рассмотренных простых, можно отнести такие УМЗЧ, в которых присутствуют в совокупности как минимум три из пяти следующих признаков: имеется предварительный усилитель, выходной каскад собран по двухтактной схеме, полоса частот усиления разделена на два и более каналов, выходная мощность превышает 2 Вт, общее количество ламп в одном канале усиления больше трех. Впрочем, многоканальные схемы не так уже часто встречаются в радиолюбительском творчестве, хотя и чаще, чем это делала наша отечественная промышленность в былые годы. Но даже без этого признака, все равно предыдущая схема болгарина Кусева не вошла в число сложных, ведь в одном канале у нее всего 2,5 лампы, схема одноканальная, а выходной усилитель - однотактный. А вот на первый взгляд более простая схема высококачественного УМЗЧ из сборника Гендина Г. С. (МРБ-1965) имеет достаточно отличительных признаков, чтобы ее можно было отнести к разряду сложных (рис.12). Выходная мощность усилителя, собранного на двух лампах 6Ф3П типа триод-пентод превышает 4 Вт, а качество звучания - выше всяких похвал. Усилитель предназначен для воспроизведения грамзаписи, поэтому его входной сигнал 250 мВ, полоса воспроизводимых частот 50...14000 Гц при неравномерности АЧХ 1 %, коэффициент нелинейных искажений не превышает 2 % при номинальной мощности. Наибольшую сложность при налаживании УМЗЧ с двухтактным выходом вызывает обеспечение симметричности обеих плеч усиления каскада. Перед конструктором стоят несколько задач, которые сложны сами по себе, а в совокупности они доставляют сильную головную боль, ибо если их оставить нерешенными, то преимущества двухтактного Рис.12 каскада превращаются в свою противоположность. Напомню преимущества двухтактной схемы. Это и отсутствие четных гармоник в нагрузке, что уменьшает коэффициент нелинейных искажений, и отсутствие нечетных гармоник в цепи питания, что облегчает требования к блокирующим конденсаторам в фильтре источника питания и обеспечивает дополнительный запас устойчивости усилителя. На устойчивость работает также уменьшение выходной емкости ламп, что существенно влияет на работу УМЗЧ на высоких частотах. И, наконец,
24
при двухтактном соединении ламп возрастает выходное сопротивление каскада, а это позволяет поднять добротность контура, образованного первичной обмоткой выходного трансформатора и параллельным ему конденсатором, и улучшить фильтрующую способность нагрузки в отношении высших гармоник полезного сигнала. Решение задачи реализации достоинств двухтактной схемы рассмотрим на примере данного УМЗЧ. Во-первых, нужно подобрать лампы Л1 и Л2, вернее их пентодные части так, чтобы у них были одинаковыми характеристики, в частности, входное и выходное сопротивление и проницаемость, равенство которых позволяет надеяться на совпадение статических ВАХ обеих ламп. Во-вторых, следует обеспечить симметричный режим по постоянному току, то есть одинаковое анодное питание и смещение, причем, если не удалось подобрать совершенно идентичные лампы, а это гарантировано в большинстве случаев, то режим нужно подобрать так, чтобы привести характеристики ламп к идентичности. Как видно на схеме (рис.12), все режимные элементы и питающие напряжения обеих плеч одинаковые, но подчеркнем еще раз - это возможно только при идентичности характеристик ламп. Подстройка режимов до полной симметричности является самостоятельной задачей каждого, кто пытается повторить чужую схему. Втретьих, нужно обеспечить симметричность нагрузки, в качестве которой выступает первичная обмотка выходного трансформатора Тр1. Для этого наматывают первичную обмотку двойным проводом в количестве 1500 витков провода ПЭВ 0,15 на сердечнике Ш20х30 по 5 слоям в 500 витков, перемежая их 4 слоями вторичной обмотки по 24 витка каждый, всего 96 витков. Средней точкой первичной обмотки, к которой подводится напряжение питания, станет соединение начальных концов провода, а конечные выводы подсоединяются к анодам ламп. В-четвертых, на управляющие сетки обеих ламп выходного каскада напряжение возбуждения подается в противофазе, поэтому с анода триода Л1 большая часть сигнала подается напрямую на сетку пентода Л1, а часть его с подстроечного резистора R12, который регулирует амплитуду входного сигнала на сетке пентода Л2, подается на фазоинвертор - триод лампы Л2. Кроме того, в цепи сетки пентода Л2 для выравнивания фазовых соотношений при прохождении входным сигналом неидентичных цепей добавлена цепочка R9-C5. Вот теперь можно считать двухтактный каскад симметричным и наслаждаться качеством звучания. Однако, это еще не все. Для того, чтобы УМЗЧ работал еще устойчивее при таких предельных для ламп 6Ф3П значениях выходной мощности, весь усилитель охвачен ООС с выхода на катод входного триода Л1 через делитель R7-R4, а с него на сетку через резистор R3. Местные ООС имеются также в каждом каскаде. Вызывает уважение и фильтр в цепи питания С10-Др1-С11, уменьшающий коэффициент пульсаций анодного напряжения до 0,1%. Следующий УМЗЧ для воспроизведения грамзаписи Г. Крылова едва ли сложнее предыдущего. Выходная мощность его 6 Вт при коэффициенте нелинейных искажений 3%; при выходной мощности 4 Вт коэффициент нелинейных искажений 1%. Неравномерность частотной характеристики в диапазоне от 25 гц до 16 кГц - 1 дБ. Чувствительность с входа - 170 мВ. Уровень фона -55 дБ. Особенностью усилителя (рис.13), который состоит из каскада предварительного усиления, двухтактного выходного каскада и выпрямителя, является своеобразная схема возбуждения оконечного каскада без использования фазоинвертора. Сигнал с регулятора громкости R1 подается на управляющую сетку лампы типа 6Ж1П, усиливается ею и поступает на управляющую сетку выходной лампы Л2 типа 6П15П. Напряжение сигнала с катода лампы Л2 поступает далее на катод лампы Л3. Напряжение сигнала U подаваемое на лампу Л3, можно определить из формулы: U= (I1 - I2)(R7 + R8),
25
Рис.13
где I1 и I2 - переменные составляющие токов Л2 и Л3. Увеличить это напряжение не представляется возможным, поскольку для хорошего использования лампы Л3 ток I1 должен быть близок к I2, а увеличивать сопротивление резистора R8 нельзя из-за снижения анодного напряжения. Стало быть, данная схема представляет интерес только при использовании ламп с большой крутизной, работающих при малом напряжении возбуждения. Из распространенных ламп этому требованию удовлетворяет пентод 6П15П. Для уменьшения нелинейных искажений и снижения выходного сопротивления усилитель охвачен отрицательной обратной связью глубиной 14 дБ. Напряжение обратной связи снимается с вторичной обмотки выходного трансформатора и через резистор подается на катод лампы Л1. Силовой трансформатор собран на сердечнике из пластин Ш32, толщина набора 32 мм, окно 16х48 мм. Сетевая обмотка содержит 880, а анодная 890 витков провода ПЭЛ 0,33, накальная обмотка состоит из 28 витков провода ПЭЛ 0,8. Выходной трансформатор (рис.14) выполнен на сердечнике из пластин Ш26, толщина набора 26 мм, окно 13Х39 мм. Первичная обмотка содержит 1200Х 2 витков провода ПЭВ-2 0,19, вторичная - 88 х 3 витков провода ПЭВ-2 0,47. Необходимо строго выдержать равенство чисел витков секций вторичной обмотки и соединить секции параллельно. Рис.14 Усилитель смонтирован на шасси из алюминия толщиной 1,5 мм размером 240х92Х53 мм. Первый каскад должен быть максимально удален от силового и выходного трансформаторов. Корпус потенциометра R1 следует соединить с шасси. Расстояние между силовым и выходным трансформаторами должно быть не менее 15 мм. Оси их катушек должны быть взаимно перпендикулярны.
26
Налаживание усилителя сводится к регулировке величины обратной связи изменением сопротивления резистора R10. Если усилитель возбуждается, то выводы вторичной обмотки выходного трансформатора следует поменять местами. Чтобы избежать самовозбуждения усилителя на ультразвуковых частотах, глубину обратной связи не следует делать более 15 дБ. Мостовой выпрямитель на диодах Д209 можно заменить селеновым выпрямителем АВС - 120-270. Конденсаторы С5, С6 желательно заменить одним конденсатором емкостью 150 мкФ на напряжение 300 В. Громкоговорители акустического агрегата должны иметь полное сопротивление 8-10 Ом. Автор применил два громкоговорителя 5ГД10, соединенные последовательно.
Рис.15
Классическое использование свойств двухтактной схемы можно наблюдать в "простом" УМЗЧ Ю. Михайлова (Р-8/57). В этом 6-ваттном усилителе (рис.15) на входе стоит лампа Л1 - двойной триод 6Н2П, одна половина которого возбуждает одно плечо оконечного каскада Л3 и вторую половину этой же лампы Л1, последняя в свою очередь служит фазоинвертором для возбуждения лампы Л2. Путем подбора резисторов R6, R11 подбирается режим обеспечения симметричного возбуждения двухтактной схемы. Особенностью схемы является наличие раздельного регулятора тембра на входе УМЗЧ, величина входного напряжения при этом достигает 125 мВ. Кроме того, для обеспечения устойчивости усилителя в широком диапазоне частот введена частотнозависимая ООС R5, R11, R15-С9, R16-С10. Показательным для такой простой схемы является использование накальной цепи оконечного каскада с симметричным заземлением средней точки, а для входного каскада используется пониженное напряжение накала 5 В для снижения уровня внутренних шумов лампы Л1. Как и в предыдущей схеме катоды обеих ламп оконечного каскада Л2 и Л3 подсоединены к одному резистору R12, что обеспечивает дополнительную регулировку симметричности режима. На рис.16 приведена схема сравнительно простого УМЗЧ с ультралинейной характеристикой немецкого специалиста Ф. Кюне. Это устройство конструктивно объединяет переключатель входов, предварительный усилитель для электромагнитного звукоснимателя с фильтром низших и высших звуковых частот, регуляторы тембра, а также оконечный каскад и блок питания. При наличии высококачественного выходного трансформатора воспроизводимая полоса частот (при установке регуляторов тембра в среднее положение) имеет линейную характеристику в диапазоне от 50 до 30 000 Гц. На частоте 30 Гц выходная мощность несколько падает.
27
Входные гнезда 1, 2 и 3 предназначены для подключения источников программ, дающих сигнал напряжением порядка 500 мВ, т. е. для подачи сигнала с линейного выхода магнитофона, приемника или от пьезоэлектрического звукоснимателя. Гнездо 4 предусмотрено для подключения высококачественного электромагнитного студийного звукоснимателя. Оно соединяется с двухкаскадным предварительным усилителем, собранным на лампе Л5. В зависимости от положения переключателя П2 усилитель может пропускать либо всю полосу частот, либо когда включен конденсатор С16, только средние и высшие частоты. Низшие же частоты, на которых могут возникать вибрации электродвигателя, заметно ухудшающие качество воспроизведения грамзаписи, срезаются. Конденсатор С17 в цепи сетки правого (по схеме) триода лампы Л5 и сопротивление R29 служат для подъема низших звуковых частот. В положении 5 переключателя П1 конденсатор С14 включается параллельно конденсатору С17 подъем низших частот несколько уменьшается. При трех первых положениях переключателя сетка правого (по схеме) триода лампы Л5 замыкается на землю, что позволяет пол передаче радиопрограммы или магнитной записи подавлять помехи со входа звукоснимателя. В положении 4 конденсатор C18 несколько срезает высшие звуковые частоты, в положении 5 этот эффект усиливается. Секция П16 закорачивает входы, которые в данный момент не используются. Следовательно, при повороте переключателя П1 в положения 1-3 поочередно включаются входы с тем же цифровым обозначением, в положениях 4 и 5-четвертый вход (грамзапись). Регуляторы тембра (R2-R4) помещены перед лампой Л1, а регулятор громкости R8 - за ней. Правый триод лампы Л2 выполняет функцию фазоинвертора, собранного по схеме с разделенной нагрузкой. Оконечный каскад на лампах Л3 и Л4 собран по ультралинейной схеме, создающей отрицательную обратную связь в цепи
Рис.16
28
экранирующих сеток. Вторая цепь отрицательной обратной связи идет от вторичной обмотки выходного трансформатора через сопротивление R20 к катоду лампы Л2. Выходной трансформатор следует подбирать с учетом имеющегося громкоговорителя. Потенциометр R35 в цепи накала ламп предназначен для ослабления уровня фона. Кроме этого, сопротивления R36 и R37 в цепи накала лампы Л1 понижают напряжение накала до 4,5 В, тем самым уменьшая уровень шумов и фона. Эта, по словам Ф. Кюне, несколько необычная схема, а для многих радиолюбителей Союза, как, например, для Ю. Михайлова (рис.15) уже в 1957 году (!), вполне распространенная, в течение ряда лет с успехом применялась в цепи накала первой лампы различных усилителей, при этом понижение напряжения накала не сказывалось на работе ламп. Схема высококачественного усилителя низкой частоты на 8 Вт А. Кузьменко (Р5/57) похожа на предыдущую по многим параметрам, даже номиналы отдельных цепей совпадают. Автор этой конструкции (рис.17) полагает, что он достиг улучшения качества звучания за счет введения разнообразных обратных связей, среди которых ООС на экранные сетки через отводы Iб и Iв выходного трансформатора Тр1, общая ООС через делитель R12-R30, местные ООС в цепях возбуждения всех каскадов. Существенным отличием данной схемы от предыдущей является наличие корректирующей цепочки R14-С7 в анодной цепи левого по схеме триода лампы Л2. С помощью этой цепочки достигается уменьшение завала АЧХ усилителя в области высоких частот, который возникает из-за влияния нескольких факторов, главными из которых можно считать именно наличие местных ООС, а также низкое качество выходного трансформатора Тр1.
Рис.17
Более поздняя модель широкополосного УМЗЧ С. Матвиенко (рис.18) еще более усложнена по сравнению с предыдущими. Чтобы достигнуть высококачественного звучания в 10-ваттном усилителе, в котором выходной каскад работает на пределе мощности, автор этой конструкции добавляет в схему свои элементы и цепи, которые помогают решить поставленную задачу - достичь высокого уровня равномерности АЧХ (не более 0,1 %) в широкой полосе частот 20...30000 кГц. Усилитель охвачен петлей ООС, которая работает в области средних частот - это цепочка R5-R29-R12-С8. Кроме того, все каскады охвачены местной ООС, причем в данном усилителе предвыходной каскад, который создает симметричное противофазное возбуждение почти "дословно" повторяет схему выходного каскада Г. Крылова (рис.13). Однако уже в оконечном каскаде наблюдаем дополнительную регулировку R27 величины катодного сопротивления ламп Л3, Л4, благодаря которому имеется возможность симметрировать режимы обеих ламп, здесь же осуществлена ООС
29
30
Рис.18
на экранные сетки с части витков первичной обмотки выходного трансформатора Тр1. В схеме также использованы все существующие возможности управления тембровою окраскою звукового сигнала. Предусмотрена раздельная регулировка тембра на уровне 12 дБ по высокой частоте R14-С9, С10 и 14 дБ - на низкой R15-С14, Др1, а также применен тонкомпенсированный резистор регулировки громкости R3. Для стабильной работы УМЗЧ необходимо анодное питание с малым коэффициентом пульсаций, поэтому на выходе выпрямителя необходимо установить Побразный фильтр из дросселя и двух емкостей, как, например, в схеме Кусева (рис. 9) или Гендина (рис.12). Далее идет серия разработок вышеупомянутого Ф. Кюне. Схема высококачественного усилителя на 10 Вт показана на рис.19. Регуляторы тембра с раздельным регулированием по высоким R1-С1, С2 и низким частотам R2, R3, R4 - С3, С4 и регулятор громкости R5 помещены на входе усилителя, чувствительность которого около 600 мВ. Каскад предварительного усиления собран на лампе Л1. Верхний (по схеме) триод лампы Л2 работает в режиме усиления. Его управляющая сетка соединена непосредственно с анодом лампы Л1 (конденсатор связи отсутствует). Этим исключается элемент сдвига фазы, который при известных условиях мог бы вызвать нестабильность отрицательной обратной связи. Благодаря непосредственной связи управляющая сетка лампы Л2 находится под таким же высоким потенциалом (+70 в), как и анод лампы Л1. Поэтому напряжение на катоде этой лампы приходится повышать до 71,5 В. Разница в напряжении (1,5 В) и составляет требуемое сеточное смещение. Управляющая сетка верхнего триода через сопротивление R12 связана по постоянному току с нижним (по схеме) триодом лампы Л2. В результате этого, а также благодаря общему сопротивлению в цепи катода, на оба триода подается одно и то же напряжение смещения. Управляющая сетка нижнего триода через конденсатор С10 соединена по переменному току с общим минусом, т. е. лампа управляется не сеткой, а катодом (аналогично каскодной схеме). Так как сигнал в цепи управляющей сетки нижнего триода сдвинут по фазе на 180° относительно управляющей сетки верхнего триода, к оконечным лампам подводятся напряжения, также сдвинутые по фазе на 180°. Такой способ поворота фазы отличается высокой симметричностью, хорошим усилением н отсутствием фазовых искажений. Схема оконечного каскада обычна. Корректирующая цепочка R6-С5, включенная параллельно нагрузочному сопротивлению лампы Л1, н фильтр в цепи отрицательной обратной связи, состоящей из конденсатора C8 и сопротивления R10, стабилизируют отрицательную обратную связь в диапазоне ультразвуковых частот. Для каскада предварительного усиления подбирают по возможности малошумящие высокостабильные сопротивления. Величины конденсатора C8 и сопротивления R10 выбирают с учетом полного выгодного сопротивления усилителя из следующей таблицы: Выходное сопротивление усилителя, Ом С8, пФ R10, кОм 4 180 15 16 82 33 Выходной трансформатор намотан на сердечнике броневого типа из трансформаторного железа толщиной 0,5 мм без воздушного зазора. Сечение среднего стержня сердечника 28х28 мм. Первичная обмотка состоит из четырех секций, каждая по 1650 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,11 мм. Прокладки между слоями из бумаги толщиной 0,03 мм. Вторичная обмотка состоит из двух секций по 76 витков в каждой, намотанной двумя слоями провода той же марки диаметром 0,6 мм с
31
Рис.19
прокладками из бумаги толщиной 0,1 мм. Последовательность намотки следующая. Первой на каркас наматывают одну из секций первичной обмотки, затем половину вторичной обмотки, после этого две секции первичной обмотки, потом другую половину вторичной, последняя наматывается четвертая секция первичной обмотки. Две средние секции первичной обмотки соединены параллельно и намотаны в одну сторону, а остальные - в противоположную. Обе крайние секции также соединены параллельно. Составленные таким образом группы включают последовательно. Также последовательно включают обе половины вторичной обмотки (при сопротивлении громкоговорителя 16 Ом). Следующий УМЗЧ Ф. Кюне на 20 Вт содержит мостовую схему включения нагрузки в оконечном двухтактном каскаде. В ней постоянная составляющая (рис.20) не течет через нагрузку, поэтому питание анодной цепи осуществляется помимо выходного трансформатора, и он представляет собой согласующий автотрансформатор. Трансформатор питания имеет две обмотки анодного напряжения (по 270 В каждая). Постоянное напряжение на электролитических конденсаторах С9 и С10 составляет 290 В, напряжение в цепи катода при холостом ходе 18 В. Примечательно, что конденсаторы в блоке питания не соединены с корпусом. Напряжение смещения оконечных ламп Л2 и Л3 снимается с сопротивлений в цепи катода R13 и R14. Целесообразно одно из них сделать переменным, чтобы иметь возможность точно отрегулировать симметрию в обеих оконечных лампах. Напряжение на экранирующую сетку лампы одного плеча подается из анодной цепи лампы другого плеча. В цепи экранирующей сетки лампы Л3 включено переменное сопротивление R17, служащее для подавления фона переменного тока. В случае сильного фона необходимо перефазировать одну из обмоток трансформатора питания. Сопротивления R7, R10 и R12, R15 в цепях управляющих и экранирующих сеток оконечных ламп служат для защиты от возникновения генерации, их припаивают непосредственно к панелям ламп. Напряжение на катоде лампы Л1, верхняя половина которого работает в режиме
32
усиления, а нижняя служит для поворота фазы, составляет 28 В. Управление нижним триодом осуществляется через общее сопротивление R5 в цепи катода, т. е. аналогично Рис.20 усилителю, схема которого приведена на рис.19. Для получения одинакового сеточного смещения для обоих триодов можно было бы как на рис.19 подключить управляющую сетку нижнего триода к точке соединения сопротивлений R1, R2, R5. Вместо этого в рассматриваемой схеме для нижнего триода применен делитель напряжения R3, R4, С2, который подает на управляющую сетку заданное напряжение и одновременно через конденсатор C2 замыкает ее на шасси. Емкость конденсатора С2 выбрана большой для того, чтобы на низших частотах возникала ООС и усиление на частоте 50 Гц подавлялось на 10 % (фон практически становится неслышным), а на частоте 20 Гц - на 50 %. Ниже 20 Гц усиление резко уменьшается. Такое построение схемы иногда вызывает некоторое недоумение, если сказать, что усилитель должен пропускать максимально широкую полосу частот. Однако радиолюбитель, имеющий опыт в обращении с высококачественными усилителями, знаком с их капризами. Тон с частотой 20 Гц практически не прослушивается. Тем более не слышны тоны более низкой частоты. Если же наш "слишком хороший" усилитель возбудится на очень низких, не воспринимаемых слухом частотах, то в результате перекрестной модуляции с прослушиваемыми тонами могут возникнуть помехи, сильно искажающие звуковую картину. Оконечный каскад охвачен отрицательной обратной связью. Оптимальная нагрузка оконечного каскада около 800 Ом. Однако даже при другой нагрузке (например, при 600 или 1600 Ом) выходная звуковая мощность составляет 17,5 Вт. К качеству выходного автотрансформатора Тр1 не предъявляют столь больших требований, как для обычных двухтактных каскадов. Каждая лампа работает на целую обмотку, а так как лампы по переменному току соединены параллельно, общее сопротивление обмотки уменьшается до 25 % от номинала. Для того чтобы получить полную симметрию и заземлить выходной зажим, средний отвод обмотки соединяют с шасси. Этот зажим служит одновременно нулевым проводом обмотки звуковой катушки, которая составляет часть общей обмотки автотрансформатора. На рис.21 показано расположение обмоток на каркасе автотрансформатора Тр1. Сердечник состоит из пластин трансформаторного железа, собранных без зазора. Сечение среднего стержня сердечника разно 7,3 см2. Обмотка I содержит 650 витков провода ПЭЛ 0,35; обмотка IV- 490 витков того же провода; обмотка II содержит 119 витков провода ПЭЛ 1,0; обмотка III - 41 виток того же провода. Еще одна схема высококачественного оконечного УМЗЧ Ф. Рис.21 Кюне на 20 Вт представлена на рис.22. В основном данный
33
усилитель повторяет рассмотренные прежде схемные решения, которые обеспечивают высококачественное звуковоспроизведение, но как оконечный усилитель он не содержит регулировок громкости и тембра, а также в нем предусмотрена возможность подключения громкоговорителей на разные номиналы нагрузочных сопротивлений. В положении переключателя, как показано на схеме, сопротивление динамических головок составляет 16 Ом. Ниже под схемой приведены положения переключателей для сопротивления 8 Ом (слева) и 4 Ом. Во всех перечисленных схемах Кюне применены лампы иностранного производства, порядок замены которых на отечественные приведен в конце книги в специальной таблице. ля обеспечения повышенной мощности выходного усилителя при сохранении качественного звучания часто применяют параллельное соединение ламп выходного каскада в каждом плече двухтактной схемы, как это сделано в 20-ваттном оконечном УМЗЧ В. Большова (Р-7/60). В схеме усилителя (рис.23) имеются всего два каскада - входной фазоинвертор на лампе 6Н2П двойном триоде и выходной оконечный каскад на четырех лампах-тетродах типа 6П14П. Все катоды выходных ламп Л2...Л5 соединены в одной точке на резисторе цепочки катодного автосмещения R12-С6, а сами тетроды по постоянному току включены как триоды. Это несколько снижает крутизну проходной ВАХ, но делает ее более линейной. В цепи анодного питания вместо кенотрона Л6 лучше поставить мостик из полупроводниковых диодов на величину обратного напряжения 400 В и прямой ток в открытом состоянии 0,5 А, а также добавить сглаживающий фильтр П-образного типа. К слову сказать, дроссель фильтра лучше всего выполнять на тороидальном сердечнике и закрывать его заземленным экраном. Трансформатор питания Тр2 стандартный на мощность 200 Вт. Аналогичный по схемотехническому решению, но более мощный УМЗЧ на 100 Вт В. Шушурина (МРБ-1967) предназначен для работы с аппаратурой ансамбля электромузыкальных инструментов, а также может быть использован для озвучивания небольших залов, клубных помещений. Номинальная выходная мощность усилителя 100 Вт. Коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц не более 0,8%, на частотах 30 и 18000 Гц - не более 2%. В диапазоне частот 30-18000 Гц неравномерность частотной характеристики +1 дБ. Номинальная
Рис.22
34
чувствительность 500 мВ, номинальное выходное напряжение на нагрузке 12,5 Ом - 35 В. Уровень помех усилителя относительно номинального выходного уровня около -70 дБ. Потребляемая от сети мощность 380 ВА. Принципиальная схема усилителя мощности приведена на рис.24. Первые два каскада выполнены на лампах Л1 и Л2а. Второй триод лампы типа 6Н6П (Л2б) используется в фазоинверсном каскаде с разделенной нагрузкой (R10 и R12). Оконечный каскад усилителя собран по двухтактной схеме на лампах Л3, Л6, причем для обеспечения необходимой мощности в каждом плече включены параллельно по две лампы. Для получения равномерной частотной характеристики и малых нелинейных искажений три последних каскада усилителя охвачены глубокой отрицательной обратной связью по напряжению. Напряжение обратной связи снимается с вторичной обмотки выходного трансформатора Тр2 и через цепочку R19C8 подается в цепь катода лампы Л2а. Лампы Л8-Л6 оконечного каскада работают в режиме АВ. Отрицательное смещение на их управляющие сетки подается от отдельного источника однополупериодного выпрямителя на диоде Д7. Питание анодных цепей оконечных ламп осуществляется от двухполупериодного выпрямителя на диодах Д6-Д13, включенных по мостовой схеме, а питание экранирующих сеток этих ламп и анодных цепей ламп Л1 и Л2-от выпрямителя на диодах Д2-Д5. Фильтры выпрямителей - емкостные. Емкость фильтрующих конденсаторов выбрана такой, чтобы при изменении отдаваемой усилителем мощности от нуля до номинальной питающие напряжения изменялись не более чем на 10 %. Усилитель мощности в виде отдельного, полностью законченного в электрическом
Рис.23
35
и конструктивном отношении блока смонтирован на металлическом шасси размерами 490Х210Х70 мм. Сверху на шасси установлены все электронные лампы, трансформаторы и электролитические конденсаторы. Остальные детали смонтированы в подвале шасси. Трансформатор питания выполнен на магнитопроводе Ш32Х80. окно 32Х80 мм.
Рис.24
36
Обмотка 1-2, рассчитанная на напряжение сети 220 В, содержит 374 витка провода ПЭВ1 1,0, обмотка 5-4-85 витков провода ПЭВ-1 0,25, обмотка 5-6-790 витков провода ПЭВ1 0,55, обмотка 7-5-550 витков провода ПЭВ-1 0,41, обмотка 9-10-11 витков провода ПЭВ1 0,9, обмотки Л-12 и 13-14-по 11 витков провода ПЭВ-1 1,4. Расположение обмоток на каркасе трансформатора питания показано на рис.25. Выходной трансформатор Тр2 выполнен на таком же магнитопроводе, что и трансформатор питания. Обмотки секционированы. Схема расположения секций обмоток на каркасе изображена на рис.25,б. Первичная обмотка 1-3 состоит из четырех секций провода ПЭВ-1 0,55 по 450 витков в каждой секции. Секции соединены последовательно, и от середины сделан отвод (вывод 2). Вторичная обмотка 4-5 состоит из десяти соединенных параллельно секций провода ПЭВ-1 0,55 по 130 витков в каждой секции. При условии правильного монтажа, применения предварительно проверенных деталей и изготовления выходного трансформатора по рекомендованной схеме налаживание усилителя мощности сводится к установке подстроечным резистором R41 необходимого напряжения смещения ламп выходного каскада (-35 В) и балансировке плеч ламп Рис.25 этого каскада резистором R14. Необходимо помнить, что включать усилитель мощности без нагрузки нельзя, так как это может вызвать электрический пробой между обмотками выходного трансформатора. Высокое качество звучания обеспечивает также усилитель мощности стационарного типа, приведенный Г. Гендиным в книге "Самодельные УНЧ", МРБ-1964. По странному совпадению, схема этого усилителя (рис.26) очень похожа на стандартный 10-ваттник фирмы "Кинап", который в 60-70-х годах был в каждом радиоузле, разве что лампы заменены с 6П3С на более современные. Схема фазоинвертора и выходного каскада аналогична рассмотренной выше (рис.12), а предварительные каскады на лампах Л1, Л2 разгоняют оконечный усилитель до такой мощности, чтобы при наличии глубокой ООС через R26-R34 обеспечить номинальную выходную мощность. Отличает данный усилитель законченная функциональность, в нем имеются все необходимые регулировки, на входе можно подключать любой источник звука, будьто микрофон, звукосниматель, магнитофон, радиоприемник, телевизор или радиотрансляционная линия. На выходе можно подключать любые из имеющихся типов динамических головок, для чего предусмотрен переключатель П2 во вторичной обмотке выходного трансформатора Тр2. Питание анодных цепей осуществляется при низком уровне пульсаций благодаря наличию фильтра С12-Др1-С13, все средние точки накальных обмоток через подстроечные резисторы R19, R23, причем на них еще подается смещение 27 В через делитель R16-R17. В выпрямителе В1 можно использовать диоды типа Д226 или Д7Ж. Высококачественный УМЗЧ Н. Зыкова (Р-4/66) использует