Добрый день, уважаемые радиолюбители. В предыдущих (1, 2, 3) частях данной статьи я начал знакомить Вас с управлением лампами выходного каскада по нестандартной методике. Сегодня я хотел бы продолжить данную тематику и сравнить предыдущие варианты усилителя с усилителем, выполненным по классической схеме, а так же сделать несколько существенных замечаний по усилителям, опубликованным в предыдущих частях данной статьи. Но обо всём начнём по порядку…

Итак, схема электрическая принципиальная сконструированного усилителя показана на схеме выше. Как я уже говорил выше, данный усилитель выполнен по классической схеме, поэтому рассматривать подробно устройство и работу каскадов не будем т.к. это многократно делалось в различной литературе. Остановимся кратко на общем устройстве и настройке каскадов данного усилителя.

Сигнал с выхода Вашего аудиоустройства, через разделительный конденсатор С1 и антипаразитный резистор R2 поступает на вход предварительного усилителя-фазоинвертора [1, 2], выполненного на двойном триоде Ла1 [3]. Усиленный сигнал, с выхода предварительного усилителя-фазоинвертора, через разделительные конденсаторы С5, С6 поступает на вход выходного каскада, выполненного на строчных лучевых тетродах Ла2, Ла3 [4, 5] по схеме с автоматическим смещением в тетродном включении. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор Tr1 с подключённой ко вторичной обмотке акустической системой сопротивлением 4 Ома.

Автоматическое смещение ламп выходного каскада задаётся резисторами R13, R14. Шунтирующие конденсаторы С7, С8 устраняют влияние отрицательной обратной связи (ООС) со стороны катода, возникающей при протекании переменной составляющей анодного тока через резисторы автоматического смещения.

Резисторы R15, R16 – развязывающие RC-фильтры напряжения питания вторых сеток ламп выходного каскада. Они служат для задания тетродного режима работы ламп выходного каскада.

Резисторы R9, R12 – резисторы межанодной отрицательной обратной связи.

Резистор R18, конденсаторы С2, С3 – дополнительный развязывающий RC-фильтр напряжения питания предварительного усилителя.

Конденсаторы С11, С12 – дополнительный фильтр питания выходного каскада. Данные конденсаторы необходимо установить как можно ближе к точке соединения средней точки выходного трансформатора и провода питания +400 Вольт.

Резистор R17 – резистор общей отрицательной обратной связи.

Настройка данного усилителя так же не представляет сложности. После включения усилителя и прогрева его в течении 3-5 минут необходимо подстройкой сопротивления резисторов R3, R7 выставить напряжение на анодах лампы Ла1 равное 140 Вольт. На этом настройку предварительного усилителя по постоянному току можно считать законченной. Переходим к настройке выходного каскада. Для настройки выходного каскада необходимо попеременной подстройкой сопротивления резисторов R13, R14 выставить токи анодов ламп Ла2, Ла3 равные 45 мА. На этом настройку по постоянному току выходного каскада можно считать законченной.

Настройка усилителя по переменному току производится балансировочным резистором R6 по минимуму 2-ой гармоники на эквиваленте нагрузки любым известным способом (по осциллографу, анализатору спектра, либо виртуальному измерительному комплексу на базе ПК) [6,7]. На этом настройку усилителя можно считать законченной.

Все использованные детали указаны на схеме. Стоит только сказать пару слов о шунтирующих конденсаторах С7, С8. В качестве данных конденсаторов рекомендуется использовать конденсаторы с низким ЭПС (ESR), предназначенные для работы в импульсных режимах. Ёмкость данных конденсаторов может лежать в диапазоне от 1000 до 2000 мкФ, рабочее напряжение не менее 63 Вольт. Так же неплохой результат даёт использование в качестве шунтирующих конденсаторов типа CD60, а так же плёночных CBB60 (К78). Если же используются конденсаторы общего назначения, то их необходимо зашунтировать плёночными конденсаторами, ёмкостью 5-10% от основной ёмкости.

После настройки усилителя и проработки в течении 50-ти часов с целью проконтролировать стабильность параметров был произведён замер основных характеристик усилителя.

На скрине ниже показана АЧХ спроектированного усилителя при максимальной выходной мощности.

По скрину видно, что полоса пропускания усилителя по уровню -3 дБ простирается от 20 Гц, до 32-33 кГц. Замерить полосу частот выше не позволяют параметры используемой звуковой карты.

На скрине ниже показан спектр сигнала на выходе усилителя при максимальной выходной мощности равной 12 Вт.

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.24%. Уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -50.4 дБ.

На скрине далее показан спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности, равной трети от максимальной.

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.11%, а уровень самой высокой гармоники 2-ой грубо равен -59 дБ.

После превышения выходной мощности в 12 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 15-18 Вт.

На скрине далее показан спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 15 Вт.

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.56%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -40 дБ.

После замера основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание усилителя. Усилитель даёт на выходе чистый звук, гитарный оттенок отсутствует, детальность воспроизведения инструментов достаточно высокая. Звучание данного усилителя ближе всего к варианту усилителя, собранного по рекомендациям из 2-ой части данной статьи. Кроме того не проявляется эффект подчёркивания инструментов в верхней части звукового диапазона (например, тарелок). Данный эффект, хотя и незначительно, присутствует в усилителе, описанном в 3-ей части данной статьи (хотя данный эффект в незначительной мере может понравиться многим любителям ламповой техники. В частности мне он пришелся по вкусу). Таким образом, звучание данного варианта усилителя можно охарактеризовать как более нейтральное, с более правильным тональным балансом, по сравнению с усилителем, описанным в 3-ей части статьи.

Если сравнить скрины спектров, приведённые в данной части статьи с предыдущими, то можно заметить, что данный вариант усилителя, в целом, обладает более высоким уровнем гармоник высших порядков (особенно по сравнению с усилителем из 3-ей части статьи), но при этом искажения нарастают более плавно. Частично это связано с небольшим, но принципиальным конструкторским просчётом, о котором я расскажу Вам далее.

Итак, если Вы обратили внимание, то в некоторых вариантах усилителей из предыдущих частей данной статьи в качестве способа задания смещения ламп выходного каскада использован источник тока на интегральном стабилизаторе LM317T. В режиме покоя (без подачи сигнала на вход) требуемое напряжение смещения ламп выходного каскада лежит в районе 30 Вольт, что находится в рабочем диапазоне данного стабилизатора. Тем не мене, в рабочем режиме, при приближении выходной мощности к 8-ми Ваттам, напряжение на концах интегрального стабилизатора приближается к 40 Вольтам. Это напряжение является предельным для стабилизатора данного типа. Соответственно при приближении к нему нормальная работа стабилизатора нарушается, на осциллограмме возникают искажения типа ступенька, уровень искажений резко возрастает. При уменьшении выходной мощности работоспособность стабилизатора восстанавливается.

Данная проблема была выявлена при замене стабилизатора на LM317T цепочкой автоматического смещения, при конструировании данного варианта усилителя. Изначально в данном варианте так же планировалось использовать такой же метод задания смещения. Это во-первых.

Во-вторых, автору данных строк попалась партия ламп 6Н2П-ЕВ с более высоким разбросом характеристик. В связи с этим, реальное значение катодного резистора автосмещения может лежать в диапазоне от 330 до 1500 Ом для задания одного и того же режима по току. Соответственно, при использовании разных экземпляров ламп изменяется величина подаваемой обратной связи с выхода усилителя в катод лампы т.к. меняется величина катодного резистора. Поэтому приходится постоянно подстраивать кроме всего прочего величину ООС. Вместе с этим изменяется и величина местной ООС, создаваемой протекающим током анода по резистору автоматического смещения – изменяется чувствительность каскада в широких пределах.

Выход из данной ситуации только 1, а именно: в выходном каскаде следует заменить источники тока на интегральных стабилизаторах на источники тока способные работать в диапазоне напряжений смещения от 10-15 до 50-60 Вольт или же использовать автоматическое смещение.

Катодные цепи предварительного усилителя из 1 и 3-ей частей данной статьи рекомендуется выполнить по схеме приведённой ниже.

При этом величина ООС будет всегда величиной постоянной, а ООС, возникающая при протекании анодного тока через резистор автоматического смещения будет устранена (что несколько повысит нелинейность предварительного усилителя, но суммарный рост искажений при возрастании выходной мощности уменьшится), чувствительность усилителя повысится и на практике будет лежать в районах 1-2 Вольт амплитудного значения напряжения на входе. При этом несколько возрастёт выходная мощность. Настройка предварительного усилителя при этом производится резисторами RK1*. Требования к шунтирующим конденсаторам аналогичны требованиям к конденсаторам выходного каскада, за исключением ёмкости и рабочего напряжения.

Я глубоко извиняюсь перед всеми радиолюбителями, повторявшими данные конструкции на практике за свой просчёт. Но как говорится, кто не ошибается, тот обычно ничего не делает. Важно эти ошибки вовремя поймать и устранить.

Тем не менее данный вариант задания смещения ламп выходного каскада можно использовать в менее токовых лампах. При этом напряжение на концах стабилизатора не должно быть выше 80% от максимально допустимого во время работы при максимальной выходной мощности.

На видео показана работа макета варианта усилителя, описанного в данной статье. Не стоит судить о качестве воспроизведения по данным видеозаписям т.к. микрофон фотоаппарата обладает посредственным качеством + ужасная акустика помещения со множеством эхо (по видео это прекрасно видно). Видео предназначено исключительно для демонстрационных целей.

На этом на сегодня всё. С уважением, Андрей Савченко.

Список использованной литературы

1. Реинкарнация 6П21С

2. Н. Трошкин. Фазоинверторы, журнал Class A, Апрель 1997 г, стр. 16-21.

3. Параметры 6Н24П

4. Параметры 6П44С

5. Параметры 6П44СМ

6. УНЧ с прямонакальным выходом

7. Официальный сайт Visual analyser

Обновление от 07.08.2020:

Во-первых, замечания, описанные в конце данной статьи, фактически полностью повторяют дополнительные корректировки, данные мной для первой части статьи. Кроме того, в первой части они раскрыты более полно.

Во-вторых, для уменьшения уровня нелинейных искажений можно попробовать увеличить напряжение на вторых сетках ламп выходного каскада до 230-270 Вольт. Уже после проведения серии экспериментов мной было замечено, что при напряжении на второй сетке некоторых тетродов и пентодов равном 230-270 Вольт уровень нелинейных искажений выходного каскада резко падает (в 2-3 раза), а при уменьшении ниже 230 начинает резко возрастать.

Это связано с тем, что форма ВАХ тетродов и пентодов (соответственно и уровень нелинейных искажений, как и соотношение гармонических составляющих в спектре сигнала) достаточно сильно зависит от величины напряжения, поданного на вторую сетку (для примера можно рассмотреть форму ВАХ 6П21С).

Кроме того, наилучшее согласование с нагрузкой (соответственно и минимальный уровень нелинейных искажений при практически максимальной выходной мощности) при применении тетродов и пентодов при заданном режиме по постоянному току достигается в достаточно узкой области приведённых сопротивлений нагрузки (для примера можно рассмотреть график зависимости выходной мощности и коэффициента нелинейных искажений от сопротивления нагрузки радиолампы 6П3С).  Соответственно, плавным изменением коэффициента трансформации можно более точно настроить усилитель по минимуму нелинейных искажений на выходе и получить наилучший результат. При невозможности плавного изменения коэффициента трансформации точную подстройку можно произвести изменением напряжения на второй сетке т.е. изменением формы ВАХ (и внутреннего сопротивления лампы).