Двухтактный гибридный УМЗЧ на триодах Г-811

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на лампах

Опубликовано: 19.03.2017 20:23

Просмотров: 8501

А. ЧЕЧНЕВ, п. Володарского Московской обл.
Публикации Сергея Комарова о УМЗЧ с дифференциальным включением выходных трансформаторов [1, 2] не прошли бесследно. Вниманию читателей предлагается статья другого автора об усилителе, в котором использованы генераторные лампы при пониженном анодном напряжении. В этом усилителе выходной импеданс усилителя превышает номинальное сопротивление нагрузки, что в основном связано с "правыми"характеристиками триодов Г-811. Эффект такого соотношения автор нашёл в замечательном, по его мнению, звучании музыки с этим ламповым усилителем.

меня, как любителя "лампового звука", появилось желание послушать музыку с усилителем мощности на несколько экзотических для аудио триодах Г-811, применяемых некоторыми искушёнными конструкторами в своих УМЗЧ. Несмотря на изобилие схем ламповых усилителей в литературе и Интернете, не удалось найти что-либо приемлемое для повторения. По этой причине решил самостоятельно разработать схему и конструкцию несмотря на многочисленные мнения о возможных сложностях на этом пути.
 
Конечно, созданный усилитель (фото на рис. 1) не претендует на уровень Hi-End, но вполне пригоден для оценки звучания с триодами Г-811 в двухтактном каскаде и, по сути, стал неким экспериментальным изделием, позволяющим в дальнейшем проводить различные доработки, измерения и модификации.
Почему мощный каскад построен двухтактным? Как отмечено ранее, не удалось найти в доступном информационном пространстве приемлемую конструкцию, кроме того, останавливают солидные массо-габаритные показатели и высокая стоимость выходного трансформатора для однотактного усилителя.
Наличие унифицированных трансформаторов ТН56-127/220-50 (требуется два на канал) также повлияло на выбор: применение их в выходных каскадах подобных усилителей неоднократно описано в журнале [1, 2].
Анодное напряжение выбрано около 420 В при суммарном токе анодов всех четырёх ламп 0,4 А исходя из имеющегося сетевого трансформатора мощностью около 300 В.А от старого осциллографа С7-8 с подходящим и немного переделанным под конкретную задачу набором обмоток.
 
Радиолампа Г-811 является "правым" триодом с анодными характеристиками (рис. 2) [3], присущими пентодам, и очень высоким коэффициентом усиления — около 160. Большое усиление позволяет минимизировать число предварительных каскадов и относительно просто реализовать усилитель в целом. Работа лампы в режиме класса А с током сетки (А2), конечно, добавляет в звучание определённую "изюминку", хотя при недостаточно низком выходном сопротивлении драйвера сеточный ток может стать источником дополнительных нелинейных искажений.
Позволю высказать своё мнение, разумеется, не бесспорное, что феномен лампового звучания возникает в выходном каскаде, оказывающем существенное влияние на работу громкоговорителей. Приняв это во внимание, во входном каскаде совершенно оправданно и логично применить дифференциальный усилитель на транзисторах, а с помощью достаточно мощного эмиттерного повторителя снизить выходное сопротивление драйвера для обеспечения корректной работы триодов выходного каскада с током сетки и немалой входной ёмкостью. Такое схемное решение позволяет обойтись без межкаскадных конденсаторов, что благоприятно сказывается на качестве звука в целом.
Параметры получившегося усилителя не являются выдающимися, их во многом определяют применённые выходные трансформаторы, по сути, предназначенные для других целей. Соответственно изготовив или приобретя более подходящие трансформаторы, можно получить лучшие характеристики. Но о параметрах трансформаторов чуть позже.
Выходная мощность усилителя с выходным каскадом, работающим в режиме класса А, — 24 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом (AC S-90) при коэффициенте нелинейных искажений не более 5 % и рабочей полосе частот 40... 16000 Гц. Общая отрицательная обратная связь, которая может уменьшить выходное сопротивление УМЗЧ, в усилителе не применена из соображений сохранения узкого спектра искажений.
Теперь обратимся непосредственно к принципиальной схеме усилителя, показанной на рис. 3.
 
Входной дифференциальный усилитель собран на транзисторах КТ3102А по известной схеме с источником стабильного тока (тоже на КТ3102А). При указанных номиналах резисторов его коэффициент усиления близок к 30. Источником образцового напряжения для задания тока является интегральный стабилизатор TL431, хотя изначально был установлен стабилитрон 2С133А (КС133А), который немного проигрывал по температурной стабильности микросхеме. Каскад питается от стабилизированного источника напряжения 60 В.
Сопротивления резисторов дифференциального каскада рассчитаны для обеспечения работы выходных ламп при анодном токе покоя 100 мА с возможностью его подстройки в широких пределах. Подстроечным резистором R9, изменяющим ток через транзисторы дифференциального каскада, можно существенно изменять падение напряжения на резисторах R4, R10, управляющее смещением на сетках триодов и, соответственно, током выходного каскада. Подстроечный резистор R6 в цепи эмиттеров транзисторов VT1, VT2 позволяет регулировать симметрию сигнала на выходе УМЗЧ без какого-либо подбора триодов Г-811.
Мощные эмиттерные повторители на составных транзисторах VT4, VT5 (установлены на небольшие теплоотводы — площадь поверхности около 30 см2) обеспечивают нормальную работу радиоламп при амплитуде сигнала на сетках до 50 В и токе до 30 мА, что соответствует 10 В действующего значения напряжения на нагрузке 4 Ом. Питание на повторители подаётся от нестабилизированного источника напряжением 72 В.
Выводы нагревателей катода ламп Г-811 соединены с общим проводом "симметрично" через двухваттные резисторы по 100 Ом, создавая падение напряжения на катодах 10 В при токах покоя анодов по 100 мА. Здесь возникает местная отрицательная обратная связь, без которой нельзя обойтись с накальными обмотками без средней точки [4].
Сопротивление резисторов R14, R15 можно изменять в некоторых пределах (+20...-30 %), но оба они должны иметь одинаковое сопротивление. Минимальное значение ограничено мощностью накального трансформатора (ток накала 8 А на две лампы плюс ток через два параллельно соединённых резистора), а максимальное — мощностью рассеяния и глубиной местной обратной ОС (влияет на звук) и напряжениями на управляющих сетках.
Первичные обмотки выходных трансформаторов соединены перекрёстно-последовательно, как показано на рис. 3. Трансформаторы ТН56-127/220-50 предоставляют широкое поле для эксперимента в различных комбинациях включения нагрузки исходя из номинального сопротивления АС, необходимости демпфирования основного резонанса НЧ головки, изменения спектра искажений и субъективных оценок звучания.
В описываемой конструкции использовано последовательное включение двух вторичных обмоток с номерами выводов 11 и 12 (отводы для 5 В). Номинальное сопротивление АС, равное 4 Ом, через полученный с двумя трансформаторами коэффициент трансформации (50) пересчитывается в анодную цепь мощных ламп эквивалентным сопротивлением 10 кОм, что по субъективному впечатлению (и учётом ряда рекомендаций) при указанном анодном напряжении и токе оптимально для выбранных ламп. Выбор выходного сопротивления усилителя напрямую зависит от особенностей применяемых с ним АС, поскольку они в полосе частот оказываются нагрузкой с комплексным сопротивлением. По сути, всегда надо рассматривать характеристики звучания только вместе как систему УМЗЧ— АС.
Резистор R11, соединяющий базу транзистора VT2 с общим проводом, можно использовать для введения общей ООС через дополнительный резистор, который будет плечом делителя сигнала с вторичных обмоток выходных трансформаторов.
Для питания усилителя требуются четыре источника напряжения постоянного тока и один — переменного тока для накала .катодов ламп (схема БП показана на рис. 4).
 
 Стабилизированное напряжение +60 В для дифференциальных каскадов обеспечивается стабилизаторами на транзисторах VT1, VT2. Остальные напряжения не стабилизированы: -21 В — для питания источника тока, +72 В — для эмиттерных повторителей, а также +420 В — для питания триодов Г-811. Анодные цепи питания защищены плавкими вставками.
Для подбора сетевого трансформатора Т1 (или его изготовления) будут полезны следующие данные. Обмотка IIна 300 В переменного напряжения должна обеспечивать ток не менее 0,7 А. Источник отрицательного напряжения 21 В питает обмотка VI с переменным напряжением 15В, он должен обеспечивать ток не менее 50 мА. Макальное напряжение 6,3 В подаётся в каждый канал УМЗЧ с отдельных обмоток сетевого трансформатора, рассчитанных на ток 8,5 А каждая. Для источников напряжения 60 и 72 В обмотка III должна выдавать 58...60 В переменного тока (минимум 0,25 А).
В выпрямителях БП можно использовать диодные мосты (например, серии КЦ402), сборки или отдельные диоды, обеспечивающие необходимые запасы по средневыпрямленному току и обратному напряжению. Автор использовал импортные диодные мосты.
Оксидные конденсаторы — также импортные, работоспособные при температуре до 105°С (CapXon, Jamicon), а в цепях питания входных каскадов использованы бескорпусные оксидные конденсаторы. Остальные конденсаторы — К73-17.
Конструктивно усилитель выполнен из материалов, которые были под рукой. Каркасом корпуса стал ящик от старого
письменного стола. Верхняя панель, послужившая основой для всех тяжёлых и крупногабаритных деталей, подошла от старого измерительного прибора. Оба канала стерео усилителя выполнены одинаково (основные узлы размещены симметрично) в виде моноблока.
Печатные платы для источника питания анодных цепей изготовлены вырезанием проводящих дорожек на фольгированном стеклотекстолите. Дифференциальные каскады собраны на макетных платах, которые установлены на несущую плату, где размещены эмиттерные повторители, выпрямители и стабилизаторы напряжений +60, +72 и -21 В. Фотографии, показанные на рис. 5 и 1, поясняют принципы размещения узлов. Эксплуатировать собранный и налаженный усилитель необходимо с защитным кожухом.
О замене деталей. Транзисторы КТ3102А (VT1, VT2) можно заменить аналогичными с допустимым напряжением Uкэ макс ≥ 60 В. Пару транзисторов дифференциального каскада желательно подобрать с одинаковым коэффициентом передачи тока базы.
При отсутствии микросхемы TL431 вместо неё можно применить стабилитрон КС133А. Резисторы коллекторной нагрузки дифференциального каскада желательно подобрать или применить прецизионные из ряда с отклонением не более ±1 %. Транзисторы КТ829А можно заменить импортными TIP122, что даже предпочтительнее. Эти транзисторы также следует установить на небольших теплоотводах. В процессе налаживания они могут рассеивать повышенную мощность. Вместо каждого из указанных мощных транзисторов можно применить составной из транзисторов КТ815Г и КТ819Г.
Радиолампы специально не подбирались, но желательно, чтобы они были из одной партии.
Подстроечные резисторы — импортные многооборотные, переменные — импортные, с плавным вращением, но можно применить и современные с дистанционным управлением.
Налаживание начинают с проверки напряжений на выходах источников питания.
Получив необходимые напряжения и не устанавливая пока лампы (анодные колпачки следует изолировать должным образом), подстроечным резистором R6 устанавливают напряжение на коллекторах транзисторов VT1, VT2. Оно должно быть одинаковым (в интервале 18...20 В) и для первого включения. Для этого источник стабильного тока на транзисторе VT3 должен выдать ток 7,2 мА, при этом сумма сопротивлений в цепи эмиттера транзистора VT3 должна быть примерно 280 Ом (для TL431). Её можно установить перед включением предварительной регулировкой подстроечного резистора R9.
При правильном монтаже и исправных деталях указанных на схеме номиналов это не составит труда. В ходе экспериментов было сделано семь экземпляров дифференциальных каскадов, которые налаживались с первого раза.
Затем проверяют напряжение на эмиттерах повторителей (VT4, VT5), оно меньше напряжения на базе примерно на 1 В.
Если всё нормально, можно приступить к налаживанию уже вместе с радиолампами. Анодный ток через каждый триод (в интервале 50...70 мА) лучше контролировать по напряжению на катодных резисторах R14, R15, которое, если всё исправно, окажется в интервале 5...7 В.
Подав сигнал на вход усилителя (напряжение в интервале 100...300 мВ), контролируют его на эквиваленте нагрузки, подключённом к выбранным вторичным обмоткам трансформаторов Т1, Т2, и если есть необходимость, дойдя до порога ограничения сигнала, подстроечным резистором R5 устанавливают симметричность ограничения.
Ток анода каждой лампы, равный 100 мА, устанавливают подстроечным резистором R9. При необходимости снова корректируют режим ламп выходного каскада усилителя.
Как показала практика, не стоит размещать регуляторы громкости вблизи от накальных цепей, даже выполненных витой парой проводов достаточного сечения. Уделите должное внимание оптимизации расположения элементов и разводке цепей питания. В результате в моём усилителе достигнуто напряжение фона 4 мВ на эквиваленте нагрузки 4 Ом. При изготовлении подобного усилителя, надеюсь, у других получится лучше.
Разводка общего провода в усилителе выполнена следующим образом. Регуляторы громкости закреплены на пластине из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, которая и является местом соединения всех общих проводов, вблизи соответствующих своему каналу регуляторов. То есть оплётка сигнального провода, общий провод с дифференциального усилителя и с платы питания соединяются около переменного резистора — регулятора громкости. На фотографии шасси усилителя (рис. 5, вид снизу) это хорошо видно.
 
В начале статьи мной отмечен экспериментальный характер созданного усилителя, работа над которым позволила приступить к созданию двухтактного усилителя с Г-811 полностью на радиолампах и также без разделительных конденсаторов.
К месту сказать о субъективной оценке звучания — никакие цифры не могут передать наслаждения от прослушивания музыкальных треков на изготовленном по описанной схеме усилителе. Поэтому могу просто пожелать удачных экспериментов с выбором оптимального значения анодной нагрузки комбинацией соединения обмоток (с выводами 7—8, 9—10, 11 — 13) выходных трансформаторов для другого номинального сопротивления нагрузки.
ЛИТЕРАТУРА
1.  Комаров С. УМЗЧ на "телевизионных" лампах с трансформаторами ТН. — Радио, 2005, № 12, с. 20-22.
2.  Комаров С.   Двухтактные   ламповые УМЗЧ   с   дифференциальным   включением выходных трансформаторов. — Радио, 2006, №4, с. 16-19; №5, с. 16-18.
3.  Торопким М. В. Ламповый Hi-Fi усилитель своими руками. — С.-Пб., Наука и техника, 2005; с. 141.
4.  Агафонов Б. С. Теория и расчёт радиотелефонных режимов генераторных ламп. — М.: Советское радио, 1955.
От редакции. Транзисторы дифференциального каскада КТ3102А питаются от источника напряжения 60 В, что превышает паспортное значение Uкэ макс = 50 В. Поэтому для обеспечения надёжности рекомендуем применить транзисторы с напряжением Uкэ макс не менее 60 В. например, КТЗ15И либо аналогичные импортные.
Радио№1/2015