История одного усилителя
Добрый день, уважаемые читатели. Прошло уже много времени с момента написания мной последней статьи, много воды утекло, разобрался малость с делами и снова готов продолжить свои эксперименты.
Немного раньше была опубликована статья о моём первом ламповом УНЧ под названием «Пара слов о ламповом усилителе». На этом эксперименты не были окончены, была проведена его модернизация (часть из этого уже была описана в обновлении в конце предыдущей статьи — все сделанные там замечания справедливы и для данной статьи!), проанализирована работа, сделаны выводы. В итоге получился простой и универсальный усилитель, сочетающий в себе возможности как обычного УНЧ, так и модулятора. Но обо всём по порядку.
Первый вариант модернизации исходного усилителя представлен на схеме ниже. Рассмотрим его работу подробнее.
С выхода Вашего аудиоустройства сигнал через конденсаторы С1, С2 поступает на вход предварительного усилителя, выполненного на радиолампе Ла1. Как и в предыдущем варианте усилителя, предварительный усилитель выполнен по каскодной схеме с динамической нагрузкой (SRPP). Роль динамической нагрузки выполняет верхний (по схеме) триод лампы Ла1. Исключение из схемы трансформатора на выходе усилителя позволило расширить полосу усиливаемого сигнала (полосу пропускания), а так же частично ликвидировать завалы на верхней и нижней границе звукового диапазона (т.к. трансформатор был самодельный и посредственного качества).
С выхода предварительного усилителя, через конденсаторы С5, С6, усиленный сигнал поступает на первую сетку лампы выходного каскада Ла2. Нагрузкой данного каскада служит выходной трансформатор Tr1 с подключённой к его вторичной обмотке акустической системой.
В качестве выходной лампы можно применить радиолампу 6П6С или более мощную 6П3С (что в итоге и было сделано), выставив, соответственно необходимый ток покоя катодным резистором R5. Для радиолампы 6П6С ток покоя должен быть равен 40 мА, а для лампы 6П3С – 60 мА.
В усилителе применено блокирование межкаскадных и катодных конденсаторов конденсаторами малой ёмкости для уменьшения ЭПС (ESR) конденсатора и улучшения его частотных свойств.
Кроме того претерпел изменения и источник питания анодных цепей усилителя. В данном варианте он выполнен по гибридной полупроводниково-вакуумной мостовой схеме. Данная схема обладает преимуществами как чисто полупроводниковой мостовой схемы, так и преимуществами чисто вакуумной.
Применение мостовой схемы позволило обойтись лишь одной высоковольтной обмоткой трансформатора для получения нужного напряжения; применение кенотрона Ла3 позволило осуществить задержку подачи анодного напряжения на усилитель, до некоторого прогрева радиоламп. Особо это важно для мощных выходных ламп. Данная мера продлит их срок эксплуатации.
Задержка подачи анодного напряжения происходит из-за того, что кенотрон Ла3 (6Ц5С) косвенного накала, и для его работы ему так же необходимо прогреться. Пока не прогреется данный кенотрон на выходе выпрямителя напряжение будет отсутствовать. По мере прогрева оно будет плавно расти до номинального значения.
С выхода выпрямителя напряжение поступает на двухзвенный сглаживающий LC фильтр, выполненный на дросселях Др.1, Др2 и конденсаторах С12, С13, С14, С15, С16. Первое звено фильтра в дополнительных пояснениях не нуждается. Второе звено служит для подавления синфазных помех.
Источник питания накальных цепей выполнен по классической полупроводниковой мостовой схеме (диодный мост VDS1) с емкостным сглаживающим фильтром (конденсаторы С17, С18).
Резистор R7, конденсаторы С9, С10, С11 образуют дополнительный сглаживающий RC фильтр анодного напряжения для питания предварительного усилителя.
Все использованные детали указаны на схеме. Скажу только пару слов о дросселе Др.2. Данный дроссель мотается на ферритовом кольце марки 2000НМ типоразмера К40*25*10. Дроссель содержит 2 обмотки по 120 витков провода МГШВ-0,14. Намотка ведётся сразу в 2 провода. Фазировка подключения обмоток указана на схеме. В качестве силового трансформатора Tr2 использован трансформатор, аналогичный исходному усилителю.
Налаживание усилителя заключается в установке режимов каскадов резисторами R2, R3, R5. Для каскада предварительного усиления подбором резистора R2 устанавливают половину напряжения питания на катоде верхней (по схеме) половинки лампы, а резистором R3 — ток покоя через лампу.
Некоторыми авторами, в том числе и мной в ранних более публикациях предлагается выравнивать напряжение катодным резистором верхней по схеме половинки лампы, что с точки зрения работы каскада не верно и при применении разных радиоламп в каскаде выровнять напряжение не удастся (выровнять можно только при идентичных лампах, подобранных или двойных триодах). Поэтому для установки половины напряжения питания следует применять именно этот метод настройки каскада.
Для радиолампы выходного каскада Ла2 установка тока и его значения описаны выше.
В качестве акустической системы для прослушивания усилителя я использовал пару колонок S-30, соединённых параллельно с последовательно включенным добавочным резистором 2 Ом.
После прослушивания стало очевидно, что общее субъективное качество усилителя, поле исключения трансформатора возросло.
Кроме того были повторены проведённые ранее эксперименты с применением в качестве межкаскадных и катодных конденсаторов разного типа… После модернизации влияние типа применяемого конденсатора уже стало ощущаться, разные конденсаторы стали вносить в звук своеобразный индивидуальный окрас. Не могу сказать, что лучше или хуже «звучит», для каждого это индивидуально, впрочем как и индивидуально звучание каждого усилителя или лампы, но мне больше понравился вариант изображенный на схеме. Так же понравился звук при использовании в качестве конденсаторов С1, С5 конденсаторов К40-У9 или К42-У2. Неплохо себя показали конденсаторы К73-11. Совершенно не понравилась работа конденсаторов К73-17, на мой субъективный взгляд звук становился замыленным и размазывался (почему так произошло я описал в обновлении в конце данной статьи).
На этом мои эксперименты с данным вариантом усилителя были окончены и я приступил к дальнейшей его модернизации в результате чего и появился конечный вариант, который исправно работает вот уже почти полгода.
Схема окончательного варианта усилителя представлена на схеме далее.
Если сравнить данную схему с предыдущим вариантом усилителя, то она претерпела не сильные изменения, в основном была дополнена теми или иными компонентами. Итак, рассмотрим только изменения.
На входе усилителя реализован смеситель каналов на конденсаторах С1-С4 и резисторе утечки R1.
В схему так же добавлен тумблер S2, служащий для переключения режима работы выходного каскада (триод/тетрод).
Тумблер S3 служит для переключения режима работы выходного каскада (Режим воспроизведения/модуляции).
Галетный переключатель SA1 предназначен для плавного изменения режима работы выходного каскада путём изменения анодной нагрузки (R8-R18) в режиме модуляции, а так же последующего каскада, при непосредственной связи каскадов.
Тумблер S1 служит для подачи напряжения питания на усилитель.
Выпрямитель анодного напряжения так же претерпел небольшие изменения. В данном варианте усилителя, для повышения мощности источника питания и создания запаса по току применён отдельный кенотрон в каждом плече выпрямителя.
В источнике питания накальных цепей ламп была улучшена фильтрация, путём повышения общей ёмкости сглаживающего емкостного фильтра С21-С24.
В качестве тумблеров S1-S3 подойдут любые тумблеры с рабочим напряжением не менее 350 вольт и током не менее 1-2 А. Галетный переключатель – любой на 10 фиксированных положений с током не менее 0.5-1А.
Налаживание данного усилителя аналогично предыдущему его варианту. Все детали усилителя указаны на схеме.
Кроме того в усилителе была применена подсветка ламп усилителя и принудительное охлаждение (на схеме не указаны).
В подборке фото ниже ниже представлен внешний вид усилителя в сборе в работающем состоянии. Как видно из фото кенотроны выпрямителя были подсвечены оранжевым, выходная лампа зелёным, а лампа предварительного усиления синим. Позже подсветка выходной лампы была убрана т.к. были приобретены новые лампы 6П3С, которые очень красиво светятся в темноте (фото свечения так же представлены ниже).
Данное свечение появилось в процессе эксплуатации усилителя в типовом режиме. В первые 20-50 часов было практически незаметно и со временем усиливалось. Последующие 400-500 часов свечение было интенсивным, затем стало уменьшаться и полностью исчезло примерно через 50 часов после начала уменьшения. Таким образом свечение наблюдалось суммарно около 600 часов.
Свечение не является объёмным, не находится вокруг электродов, и не заполняет объём между анодом и катодом, следовательно не связано с загазованностью лампы и нарушением вакуума в процессе хранения радиолампы.
Данное свечение является следствием бомбардировки стекла пролетевшими мимо анода электронами вследствие особой фигурной формы анода лучевого тетрода. Под действием энергии электронов примеси в стекле начинают излучать в видимом спектре.
Кроме того был проведён обмер данного усилителя на аудио анализаторе. Нагрузкой усилителя служил проволочный резистор 4 Ом.
Для начала был проведён замер спектра внутренних (собственных) шумов усилителя. Для этого вход усилителя был закорочен на землю. Спектр замеров представлен на фото ниже.
Далее на вход был подан сигнал частотой 1 килогерц и амплитудой 0.1 Вольт и проведены замеры спектральных составляющих выходного сигнала. Следует так же заметить, что спектры снимались в режиме THD+N, то есть с учётом шумов. Спектр сигнала на выходе представлен на фото далее.
После этого на вход был подан сигнал частотой 1 килогерц и амплитудой 0.25 Вольта. Результаты замеров представлены на фото ниже.
Подведя итог можно сказать, что при средних параметрах усилителя, особенно по коэффициенту гармоник и гармоническому составу данный усилитель звучит вполне неплохо. Таким образом хотелось бы сказать, что субъективное восприятие в аудиотехнике иногда важнее (и вообще учёт законов психоакустики), чем некоторые сухие технические параметры…
На этом на сегодня у меня всё. С уважением, Sobiratel_sxem.
Обновление от 06.04.2020:
Итак, начнём с первой схемы — основные соображения по модернизации данного варианта усилителя приведены в статье «Пара слов о ламповом усилителе» (в обновлении в конце статьи). В общем-то, с данным вариантом усилителя необходимо проделать примерно те же манипуляции. Источник питания, как и остальные изменения при этом можно оставить из данного варианта усилителя.
К вопросу о проявлении «окраса» «звучания» конденсаторов: изменения в звуке отчасти были вызваны разбросом ёмкости конденсаторов, разбросом тока утечки, величиной абсорбции электрических зарядов, зависимостью ЭПС (ESR) конденсатора от частоты и некоторыми другими параметрами.
Определённые изменения в звуке (соответственно и в выходных параметрах усилителя), действительно могут наблюдаться при замене одного конденсатора на другой, но только в том случае, если их параметры кардинально отличаются.
Если же параметры конденсаторов между собой схожи, то различия наблюдаться не будет. Так же они не будут проявляться (на слух), если вносимый уровень искажений лежит ниже порога слышимости человеческого уха. В общем-то существуют достаточно эффективные методы борьбы с подобными явлениями (в основном это касается грамотного применения радиодеталей, применения качественных радиодеталей, а так же режимов отдельных каскадов — всему своё место, как говорится).
Что же касается второго варианта усилителя, то этот вариант создавался, прежде всего, как модулирующий усилитель для ионофона, описанного в статье Ионофон на ГУ-50. Версия 2.0. В реальном усилителе лучше не осуществлять переключение между триодным и тетродным/пентодным включением т.к. для данных двух режимов необходимо разительно отличающееся приведённое сопротивление нагрузки (соответственно и коэффициент трансформации выходного трансформатора) + разная величина катодного резистора автосмещения для задания корректного режима работы выходной лампы.
Даже если Вы осуществите одновременное переключение второй сетки, катодного резистора, а так же коэффициента трансформации выходного трансформатора, то отстроить усилитель по минимуму нелинейных искажений удастся, скорее всего, только для одного из режимов. Одновременно свести оба режима в кучу — это крайне сложная задача в реальности. Лучше поэкспериментируйте в каком режиме Вам больше понравится работа усилителя — в том и оставьте в конечной конструкции!