Ламповый усилитель звуковой частоты на 6С2П, 6П18П (12Вт)
Добрый день, уважаемые радиолюбители. Как известно, история развивается по спирали, и история развития аудиотехники в этом не исключение. Если взглянуть на рынок усилителей воспроизведения, то можно заметить, что в последние несколько лет вновь произошла реинкарнация ламповых усилителей, а некоторые производители возобновили производство радиолам.
Сегодня мы хотели бы предложить вам конструкцию несложного лампового усилителя, предназначенного для совместного использования с акустическими системами небольшой мощности для озвучивания небольших комнат.
Итак, начнём!
Принципиальная схема
На рис. 1 представлена схема электрическая принципиальная спроектированного усилителя. Разберёмся кратко, как он работает. Сигнал с выхода вашего аудиоустройства через разделительный конденсатор С1 и антипаразитный резистор R2 поступает на вход предварительного усилителя напряжения, выполненного на радиолампе Ла1 [1].
Усилитель напряжения выполнен практически по классической схеме с общим катодом. Катодный резистор R3 преднамеренно не шунтирован конденсатором большой ёмкости, для возможности подачи общей отрицательной обратной связи с выхода усилителя.
Кроме того, на данном резисторе падает напряжение местной обратной связи, дополнительно линеаризующей характеристики усилителя.
Анодной нагрузкой усилителя напряжения служат резисторы R4, R5, включённые делителем для возможности снятия напряжения вольтодобавки.
Рис. 1. Принципиальная схема лампового усилителя ЗЧ на 6С2П, 6П18П.
С выхода предварительного усилителя напряжения усиленный сигнал поступает непосредственно на сетку фазоинвертора, выполненного по схеме с разделённой нагрузкой и дополнительной вольтодобавкой на радиолампе Ла2 [1].
Напряжение вольтодобавки подаётся в катод фазоинвертора через конденсатор С4, с анодного делителя предварительного усилителя напряжения.
С выхода фазоинвертора пара противофазных сигналов, через разделительные конденсаторы С5, С6, поступает на вход выходного каскада, выполненного на радиолампах ЛаЗ, Ла4 [2] в пентодном включении с автоматическим смещением. Автоматическое смещение задаётся резисторами R12, R13.
Конденсаторы С7, С8 необходимы для устранения местной ООС, создаваемой протекающей переменной составляющей тока анода по резисторам автоматического смещения. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор Тг1 с подключенной на выход акустической системой.
Резистор R9, конденсаторы С2, C3 - дополнительный фильтр питания предварительного усилителя и фазоинвертора. Конденсаторы С9, С10 - дополнительный фильтр питания выходного каскада. Резистор R14 - резистор общей отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель полностью. Все использованные детали указаны на схеме.
Детали и налаживание
Для питания цепей вторых сеток ламп выходного каскада использован выпрямленный и хорошо сглаженный источник питания напряжением 200 В.
Главное требование источника питания вторых сеток - это возможность протекания переменной составляющей тока вторых сеток через данный источник во всём диапазоне воспроизводимых частот, то есть на выходе источника питания должны быть установлены конденсаторы достаточной ёмкости и качества.
Также следует отметить, что постоянная времени разряда конденсаторов фильтра напряжения вторых сеток должна быть значительно меньше постоянной времени разряда фильтра анодного источника питания.
В противном случае возможна ситуация, когда напряжение второй сетки при выключении и включении усилителя может значительно превысить анодное и вывести радиолампы из строя. Настройка данного усилителя не представляет сложности.
После включения усилителя и прогрева в течении 3...5 минут необходимо резистором R3 выставить напряжение на аноде Ла1, равное 150 В, а резисторами R12, R13 - токи анодов ламп выходного каскада ЛаЗ, Ла4, равные 25 мА.
На этом настройку усилителя по постоянному току можно считать законченной. Настройка по переменному току производится балансировочным резистором R8 любым известным способом по минимуму искажений на выходе усилителя. На этом настройку усилителя можно считать законченной.
Следует отметить одно интересное свойство данного фазоинвертора с вольтодобавкой: например, если принять резисторы фазоинвертора R6 и R7+R8 равными по величине, то переменные напряжения, снимаемые с анода и катода относительно общего провода, будут несколько отличаться по амплитуде.
Если увеличивать сопротивление резистора R5 с одновременным уменьшением сопротивления резистора R4, то разность амплитуд сигналов, снимаемых с анода и катода фазоинвертора, будет также уменьшаться, вместе с тем будет уменьшаться и коэффициент усиления каскада в некоторых пределах.
Если же сопротивление резистора R4 увеличивать и одновременно уменьшать сопротивление резистора R5, то разность напряжений, снимаемых с анода и катода, будет увеличиваться, но вместе с тем будет и увеличиваться конечный коэффициент усиления каскадов. Максимальный же коэффициент усиления каскадов обычно достигается при равенстве сопротивлений резисторов R4 и R5.
В этом же случае достигается и максимальная разность амплитуд между переменными напряжениями, снимаемыми с анода и катода фазоинвертора. При этом напряжение, снимаемое с анода, будет значительно выше напряжения, снимаемого с катода.
Так же изменение величины сопротивлений делителя R4, R5 значительно сильнее влияет на напряжение, снимаемое именно с анода, так как со стороны катода фазоинвертор работает как каскад с общим катодом,усиление которого близко к единице, а со стороны анода - как каскад с общим катодом, при этом падение переменного напряжения на катодном резисторе является напряжением отрицательной обратной связи.
Вышеперечисленные факторы вынуждают использовать в аноде и катоде фазоинвертора с разделённой нагрузкой и вольтодобавкой значительно разные по сопротивлению резисторы.
После настройки усилителя и проработки в течении 50-ти часов с целью проконтролировать стабильность параметров были произведены измерения основных параметров усилителя.
На рис. 2 показана АЧХ данного усилителя при номинальной выходной мощности. По рис. 2 видно, что полоса усилителя по уровню -3 дБ лежит от 20 Гц до 33 кГц.
Рис. 2. АЧХ лампового усилителя.
Замерить АЧХ выше не позволяют параметры применяемой звуковой карты ПК. Также можно заметить, что АЧХ имеет значительный резонансный подъём, начинающийся от 20 кГц.
В связи с этим, АЧХ повторно была снята с применением специализированного аудиоанализатора R&S®UPV [3]. Повторные замеры выявили присутствие резонансного пика на частоте, равной 33 кГц, величиной +10 дБ.
В связи с этим в усилитель была введена дополнительная цепь коррекции, о которой расскажем чуть ниже. На рис. 3 представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности, равной 8 Вт.
По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник равен 0,39%, а уровень самой высокой гармоники - 3-й, равен -44,43 дБ.
Рис. 3. Спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности, равной 8 Вт.
На рис. 4 представлен спектр сигнала на выходе усилителя при половинной выходной мощности. По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0,13%, а уровень самой высокой гармоники - 3-й, равен -53,59 дБ.
Рис. 4. Спектр сигнала на выходе усилителя при половинной выходной мощности.
После превышения выходной мощности 8 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе мощность, равную 12 Вт.
Спектр сигнала при выходной мощности, равной 12 Вт, показан на рис. 5. По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 1,9%, а уровень самой высокой гармоники - 3-й, равен -29,3 дБ.
Рис. 5. Спектр сигнала при выходной мощности, равной 12 Вт.
На рис. 6 представлена реакция усилителя на прямоугольный импульс. По рис. 6 можно заметить, что прямоугольный импульс имеет выбросы большой величины, превышающие 10% от амплитуды импульса, соответственно коррекцию в усилителе производить нужно обязательно.
В качестве корректирующих мер, параллельно резистору общей отрицательной обратной связи R14, был включён дополнительный “ускоряющий” конденсатор ёмкостью 47 пФ, а так же в целях устранения резонансного пика параллельно первичной обмотке выходного трансформатора был включён конденсатор ёмкостью 510 пФ.
Рис. 6. Реакция усилителя на прямоугольный импульс.
В совокупности с индуктивностью первичной обмотки данный конденсатор образует фильтр нижних частот, с частотой среза около 20...22 кГц. После добавления данных конденсаторов были измерены основные параметры усилителя повторно.
А. Савченко, Д. Мостовенко. г. Омск. РМ-11-17.
Ссылки:
Параметры 6С2П: istok2.com/4data/654/.
Параметры 6П18П: istok2.com/data/603/.
Официальный сайт компании: www.rohde-schwarz.ru.
Автор: А. Савченко, Д. Мостовенко. г. Омск. РМ-11-17.
