Однотактные и двухтактные ламповые усилители: особенности звучания. Ламповый усилитель мощности звука Домашний высококачественный однотактный усилитель

Вниманию телезрителей предлагаю статью по теме построения однотактного лампового усилителя. Пожалуй, такая статья здесь единственная. По моему глубокому убеждению, однотактные усилители внимания не заслуживают. Т.е. для меня ответ на вопрос, что представляет собой усилитель, существует. Статья Александра Торреса написана квалифицированно, с пониманием проблематики и технических сторон реализации столь сложного проекта. Автор демонстрирует высокую культуру, лишь слегка обозначая сарказм, в отношении части телезрителей, называемых удифилами. Однако, на мой взгляд, проявление Александром подобной выдержанности и толерантности в адрес явной глупости (про крутость усилителя на 4 Вт), избыточно.

Двухкаскадный однотактный на 6СЗЗС без обратных связей. Усилителей на свете много. Какой из них лучше, какой хуже – однозначного ответа нет. Одни предпочитают транзисторные или микросхемные «мощные операционники», другие – только однотактники, третьи падают в обморок, если в усилителе находят хоть один полупроводниковый элемент (даже если это всего-навсего светодиод индикации – и вместо него норовят поставить неоновую лампочку или «зеленый глаз»). Четверых выворачивает наизнанку, если стоят параллельные лампы, транзисторы, конденсаторы или даже резисторы, но при этом выясняется, что они не понимают, чем отличается трансформатор от дросселя (случай реальный). Пятые – пытаются решить все проблемы подбором правильного направления серебряных сетевых проводов и «правильного» припоя. Описываемый усилитель не претендует на звание «супер-пупер» или «всех времен и народов». Я прекрасно отдаю себе отчет, что лампа 6СЗЗС хотя и хорошая, но не самая-самая. Но было интересно сконструировать усилитель, исходя из некоторых концепций. Хотя «лучшая концепция – это отсутствие всякой концепции» (С) перефразированный А.Клячин, тем не менее, были высказаны следующие пожелания: 1.Обойтись без обратных связей, даже местных. 2.Минимум каскадов усиления. 3.Обойтись без электролитических конденсаторов в цепи сигнала (кроме стоящих по питанию – они ведь тоже находятся в сигнальной цепи). Получить достаточно высокую мощность для однотактника (15-18вт), чтобы обеспечить достаточную перегрузочную способность и малый уровень искажений на обычной для комнаты громкости (4-5Вт на акустике, с чувствительностью 88-92дБ). Обойтись минимумом моточных изделий, а те, без которых нельзя – максимально простые.

Мощный стабилизаторный триод 6СЗЗС отличается от большинства других триодов своим огромным током анода. Это обуславливает большую любовь к построению бестрансформаторных усилителей, или OTL, на этой лампе. К сожалению, ни одного нормально звучащего ОТЛ мне пока услышать не посчастливилось, но возможно повезет в будущем. Однако, его недостатком, кроме большой мощности накала, является большая тепловая инерция, температурная нестабильность, особенно при высоком сопротивлении утечки в цепи сетки. Проявляется это в том, что при использовании фиксированного смещения (рисунок внизу слева) вследствие изменения температуры, напряжений и большой тепловой инерции - при максимальном использовании лампы (т.е. близкой к максимальной мощности на аноде – 55-60Вт) нередко наблюдается лавинный саморазогрев лампы. Встречается много утверждений, типа «все это чепуха, я сделал и ничего не случилось». Но, как правило, или при этом использовалась 6СЗЗС с мощностью на аноде 40-45Вт, или это был Лофтин-Уайт (усилитель с непосредственными связями), или же «просто повезло». Есть также индивидуумы, использующие эту лампу с половиной накала и большим «недогрузом». У них тоже она не идет «вразнос», но мне всегда их хотелось спросить – а зачем вам при этом 6СЗЗС? Есть много других ламп.

Справедливости ради замечу, что и мне попадались нормально живущие с фиксированным смещением ламп (особенно 6СЗЗС-В) даже при мощности 70-80Вт на аноде, но немало попадалось и таких, которые «шли вразнос» уже при 50Вт. Есть у меня одна уникальная лампа, которая уходит в лавинный саморазогрев, как только мощность превышает 63-64Вт. Даже с использованием описываемого ниже «автофикса», эта лампа «улетала» в ток величиной 1 ампер, при смещении на сетке минус 100В! Поэтому наиболее часто используют автоматическое смещение (рисунок справа), которое дает прекрасную стабилизацию режима работы лампы. Но, как и в «Золотом правиле механики» - выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии. Вместе со стабилизацией режима, мы получаем резистор в катоде, на котором рассеивается большая мощность (порядка 20Вт) и местную обратную связь, для устранения которой – резистор необходимо шунтировать конденсатором большой емкости. В случае 6СЗЗС, работающей при токе 300мА и смещении 70В, резистор 230Ом рассеивает 21Вт. И ему требуется электролитический конденсатор, импеданс которого не больше 1/10 от сопротивления резистора на нижней рабочей частоте. В данном случае – это не менее чем 330мкФ на 100 вольт, лучше же использовать 1000мкФ на 100В в сочетании с пленочным конденсатором 1-10мкФ.

Какие еще могут быть варианты? Схемы с непосредственной связью и с переходными трансформаторами могут помочь, но они обладают своими недостатками. Достоинствами фиксированного смещения являются, кроме отсутствия резистора и конденсатора в катоде лампы, еще отсутствие потерь (нагрева) этого резистора и легкость регулировки смещения простым маломощным подстроечным резистором. В случае автосмещения – ток покоя лампы можно изменить только изменением величины мощного резистора в катоде выходного каскада.

Много десятилетий назад, была придумана схема последовательного автосмещения. От обычного автосмещения она отличалась тем, что резистор стоял ДО фильтрующего конденсатора блока питания. Поскольку падение напряжения на нем зависит от тока через лампу, то и происходит стабилизация. Нужно только выделить постоянную составляющую, т.к. через резистор идет пульсирующий ток выпрямителя. Олег Чернышев (Ярославль) предложил брать напряжение с резистора через диод, соорудив, таким образом, пиковый детектор, этим удалось уменьшить сопротивление резистора, выделяемую на нем мощность (примерно в 2-3 раза), и уменьшить пульсации напряжения смещения. Я пошел на небольшое увеличение сопротивления резистора и рассеиваемой на нем мощности до 11-12Вт (но все же – оно меньше чем для обычного автосмещения) для увеличения напряжения, снимаемого с резистора, добавив в схему подстроечный резистор. В итоге, получившаяся схема обладает следующими достоинствами: -отсутствие катодного резистора и конденсатора, - легкость установки желаемого тока лампы обычным мелким подстроенным резистором. Стабилизация режима, поскольку это не фиксированное, а автоматическое смещение (Ucm зависит от тока лампы). Есть еще одно достоинство предлагаемой схемы – резистор автофикса стоит между выпрямителем и электролитом, тем самым ограничивая зарядный ток конденсатора, как во время включения (InRush Current), так и во время работы.

Существует другая возможность – использовать трансформатор тока, установленный в цепи переменного тока (во вторичной обмотке анодного трансформатора, перед выпрямителем. Возможна и его установка в первичной обмотке.) Такая схема еще больше снижает потери мощности во вспомогательных цепях, но требует более сильной фильтрации напряжения смещения, что может привести (и в некоторых случаях я это наблюдал) к самовозбуждению схемы на инфранизких частотах.

Следует заметить, что как схема автофикса, так и схема с трансформатором тока, в случае изготовления стереоусилителя, а не моноблоков, – требуют раздельных анодных обмоток и выпрямителей для каждого канала. Перейдем к рассмотрению полной схемы усилителя. Выходной каскад построен по схеме «автофикс» с регулируемым смещением. Режим работы каскада – 210В на аноде при 0,28А. При желании, можно его изменить подстроенным резистором в обе стороны (зависит от конкретной лампы). При изменении смещения меняется как ток, так и анодное напряжение (из-за изменения падения напряжения на резисторе автофикса). Резистор 1Ом в цепи катода 6СЗЗС служит для измерения тока, после настойки его можно закоротить (хотя он никому не мешает). Выходные трансформаторы секционированные – 4 секции первичной обмотки (790 витков, в сумме, провод 0,85мм), между которым 3 секции вторичной обмотки (по 36 витков в каждой), которая намотана плоским литцендратом большого (2кв.мм) сечения – это позволило обойтись без запаралеленных секций и уйти от уравнительных токов. Во вторичной обмотке сделан отвод от одной секции, это позволяет включать трансформатор тремя различным способами, получая с нагрузкой 8Ом величину Ra – 0,43kОм; 0,96kОм и 3,8кОм. Последнее значение вряд ли имеет практический смысл (хотя целиком вписывается в «концепцию» Юрия Макарова – Ra/Ri=20-30), но может быть интересно в качестве эксперимента, а также при работе с 4-х омной акустикой. Сопротивление 430Ом на первый взгляд мало, но с другой стороны – «соотношение Ra/Ri не следует делать более 4-5, поскольку ухудшается динамика каскада, а нелинейные искажения, при уходе выше этого соотношения уменьшаются незначительно (с) Анатолий Манаков». В реальности – все зависит от акустических систем (АС), как и многие SE без обратной связи, данный усилитель критичен к характеристике импеданса АС.

Сердечник выходного трансформатора – «двойной С-Core» из железа М5, сечение центрального керна 18кв.см., прокладка – 0,3мм. Трансформатор имеет индуктивность 4.5Гн, сопротивление первичной обмотки по постоянному току – 5.5Ом. Линейный участок намагничивания трансформатора простирается вплоть до тока 0,62А. С полным включением вторичной обмотки полоса частот трансформатора 9Гц-75кГц, а всего усилителя – 11Гц-53кГц (по уровню -3dB при напряжении 10В на нагрузке 8Ом), выходное сопротивление – около 2 Ом, искажение синусоиды (по осциллографу) на выходе начинается при мощности на нагрузке 15-18Вт. Коэффициент усиления – 13.

Поскольку целью являлось построение 2-х каскадного усилителя, то первый каскад (драйвер) должен обладать достаточным коэффициентом усиления, и большим запасом по размаху выходного сигнала. Используемая лампа 6Э5П, которую "открыл" для аудиоприменения Анатолий Манаков, при питании 350-400 В позволяет получить, в отсутствие выходного каскада, размах выходного сигнала +120В peak-to-peak.

Это примерно вдвое превышает максимально возможный сигнал +60-70 В р-р, который зависит от напряжения смещения выходного каскада. Эта лампа может быть включена как тетрод или как триод. В первом случае усиление даже избыточно (100-130), во втором – наоборот, недостаточно (30-40). В связи с этим, использована т.н. <ультралинейная> схема включения тетрода, в которой вторая сетка подключена к части анодной нагрузки. При указанных на схеме номиналах, эта схема имеет коэффициент усиления 60-70, что наиболее подходит для данного случая. В оригинальной схеме А.Манакова в аноде стоят одинаковые резисторы, и коэффициент усиления 45-50. Смещение драйвера может быть сделано несколькими способами – традиционное автоматическое смещение (резистор около 100 Ом, зашунтированный конденсатором 2000 мкФ в катоде, сеточный резистор при этом сидит на земле), фиксированное смещение батарейкой в цепи сетки и собственно фиксированное смещение. Последнее и было выбрано, поскольку нужно обойтись без конденсаторов в катодах всех ламп. Откуда брать напряжение (отрицательный источник) для фиксированного напряжения, не имеет большого значения. А поскольку такового не имелось – был и в драйвере использован «автофикс». Здесь его стабилизирующие свойства автоматического смещения не так важны, поэтому смещение выбрано общим для двух каналов. Аналогично питанию выходного каскада, в питании драйвера резистор автофикса также способствует уменьшению пиков зарядного тока электролитов блока питания.

Анодный блок питания входного каскада имеет 3-х ступенчатый фильтр, образованный сначала резистором автофикса и первым электролитическим конденсатором, затем последовательным резистором и вторым конденсатором, и в заключение – «электронным дросселем» на мосфете и большим, установленным параллельно выходному каскаду электролитическим конденсатором, зашунтированным пленочным. В выпрямителе используются быстрые диоды и противопомеховые фильтры (common mode, на схеме не показаны), предотвращающие попадание «мусора» из сети. Аналогичный «электронный дроссель» применен и в анодном питании драйвера. Накалы всех ламп питаются переменным током, для уменьшения фона – все накалы смещены на несколько десятков вольт вверх. Светодиод в цепи делителя смещения накалов использован для индикации. При таком построении блока питания, уровень фона на выходе составляет около 3мВ, что на АС с чувствительностью 90дБ, практически не слышно, даже если «вставить ухо в колонку». Эксперимента ради, я пробовал не меняя ничего в блоке питания, закорачивать электронные дроссели выходных каскадов. При этом в АС появлялся небольшой фон, неслышимый уже с полуметра, но я все же рекомендую не отказываться от них. При повторении усилителя, следует учесть, что некоторые элементы не только лампы, также рассеивают определенное количество тепла – это резисторы автофикса и резисторы в анодной цепи драйвера. Их следует выбирать соответствующей мощности. Мосфеты электронных дросселей греются слабо, радиаторы им не нужны. Более чем достаточно привинтить мосфеты к металлическому шасси, а вот резисторам автофикса может понадобиться и радиатор. Панельки под 6СЗЗС лучше всего керамические, помните – они сильно нагреваются. Звучание усилителя получилось достаточно интересным, чувствуется большой запас мощности. Очень чистые и прозрачные ВЧ, прекрасно передающиеся СЧ и мягкие, ненавязчивые НЧ, но конечно – для передачи «взрывов» в кино этот усилитель годится меньше мощного транзисторного двухтактника. Благодарю Анатолия Манакова, Марка Фельдшера и других за помощь и консультации.

P.S. Уже после выхода статьи, была сделана вторая версия усилителя. Ее основные отличия: Увеличена емкость конденсатора С5 до 2000мкФ. Число витков первичной обмотки выходного трансформатора увеличено до 1200. Использованы раздельные трансформаторы анодного питания (Т2) для двух каналов. Остальные отличия не принципиальны, и связаны с другой механической конструкцией усилителя. Александр Торрес, Гонгконг.

Замечательная статья. Понятная цель, разумные средства. Публикацию подготовил, и немного отредактировал

Евгений Бортник, Красноярск, Россия, 2016

29717

Применение 12 емкостей большого номинала в сглаживающем фильтре стабилизатора напряжения полностью устраняет фон на выходе усилителя JLH

Выходные терминалы обычные недорогие, зато входные высшего класса RCA Neutrik

Веселый авторский вариант - открытый усилитель JLH1969 c активным охлаждением радиаторов выходных транзисторов

Однотактный усилитель JLH класс А подробно

На Рис.1 представлена оригинальная схема усилителя в том виде, в каком она была опубликована в 1969 году:

Общее усиление этой схемы около 600 при разомкнутой цепи отрицательной обратной связи. Когда цепь обратной связи замкнута, усиление определяется отношением сопротивления резисторов (R3 + R4) / R4. Для указанных в схеме номиналов общее усиление около 13, а отрицательная обратная связь имеет глубину около 34 дБ. При этом выходное сопротивление усилителя JLH составляет не более 0,16 Ом.

Полное сопротивление (импеданс) электролитического конденсатора С3 на звуковых частотах крайне мало, если сравнивать его с сопротивлением резистора R4, соответственно, его влиянием можно пренебречь. Для постоянного тока С3 имеет бесконечное сопротивление и благодаря этому через резистор R3 обеспечивается 100% отрицательная обратная связь, жестко стабилизирующая режимы работы транзисторов выходного каскада.

Резисторы R1, R2 совместно с конденсатором C1 образуют источник стабильного тока. Ток покоя выходного каскада, работающего в классе А, изменяется подбором соотношения резисторов R1 и R2. Усилитель чувствителен к изменению сопротивления нагрузки и для получения от него максимальной выходной мощности и минимума искажений для колонок сопротивлением 4, 8 или 16 ом номиналы резисторов R1 и R2 и конденсатора С1 должны быть различными.

Резисторы R6 и R5 задают рабочую точку (смещение) первого каскада. Изменением номинала резистора R5 нужно добиться установлению на выходе (точке Х) усилителя JLH половины напряжения источника питания. При выходном постоянном напряжении равном половине напряжения питания усилитель отдает максимальную мощность с минимальными искажениями.

Топология усилителя JLH очень лаконична и изящна: Первый каскад с общим эмиттером, за ним идет фазоинверсный каскад и потом двухтактный выходной каскад работающий в классе А.

Сопротивление нагрузки и номиналы элементов

Перевод оригинального текста :

(…Кремниевые транзисторы NPN, сделанные по планарной технологии прекрасно работают на высоких частотах, что способствует устойчивой работе усилителя на реактивную нагрузку, которой является акустическая система. (это пишет Джон Линсли Худ в 1969 году про недавно освоенные промышленностью биполярные транзисторы с граничной частотой 4 МГц). Мне не удалось найти комбинацию значения емкости и индуктивности для нагрузки, которые бы привели к возбуждению усилителя. В своих экспериментах я заметил, что нагрузка со значительной индуктивностью может привести к неустойчивости усилителя. Для устранения возможного самовозбуждения усилителя достаточно зашунтировать резистор R3 конденсатором небольшой ёмкости. При этом полоса рабочих частот несколько ограничивается выше 25 кГц…)

Усилитель без проблем работает с нагрузкой сопротивлением от 3 до 16 Ом. Для получения максимальной выходной мощности и минимума искажений номиналы нескольких резисторов и конденсаторов следует изменить. Оптимальные номиналы резисторов и конденсаторов для разных сопротивлений нагрузки указаны в Табл.1:

В таблице указана зависимость необходимого напряжения питания, тока покоя, входного переменного напряжения и номиналов отдельных элементов от сопротивления нагрузки. При напряжении питания свыше 30 Вольт транзистор Tr 3 типа 2n697 нужно заменить на транзистор типа 2n1613, а входные транзисторы Tr1 и Tr2 типа mj480 на тип mj481.

Чтобы усилитель не перегревался, выходные транзисторы должны быть установлены на радиаторы с площадью поверхности не менее 1500 кв.см. на выходной транзистор. Каждый выходной транзистор в постоянном режиме рассеивает мощность от 17 до 25 Ватт. Это плата за простоту схемы, режим работы выходного каскада в классе А и высокое качество звучания.

Усилитель JLH имеет небольшое входное сопротивление и для его согласования с предыдущими устройствами и получения минимальных искажений выходное сопротивление предварительного усилителя или CD плейера должно быть низким, и не превышать нескольких кОм.

Подбор транзисторов

Джон Линсли Худ провел множество экспериментов, чтобы выяснить, как зависят искажения и выходная мощность усилителя от характеристик транзисторов. Автор выяснил прямую зависимость величины искажений от идентичности коэффициентов усиления пары выходных транзисторов. При этом, чем точнее были подобраны транзисторы по коэффициенту усиления и обратному току коллектора в выходном каскаде, тем меньше были нелинейные искажения усилителя. Искажения довольно сильно зависели и от абсолютного значения статического коэффициента передачи тока транзисторов. Чем больше был h21э, тем меньше были искажения.

Минимальные искажения и максимальное качество звучания были достигнуты применением в выходном каскаде тщательно подобранной пары выходных транзисторов с коэффициентом усиления по току не менее 100. В фазоинверсном и первом каскадах усилителя так же потребовался жесткий отбор транзисторов по максимальному значению статического коэффициента усиления.

При этом марка транзисторов и фирма производитель на конечные параметры усилителя влияла намного меньше, чем идентичность характеристик и высокий статический коэффициент усиления.

Замена входного транзистора 2N4058 компании Texas Instruments на 2N3906 от Motorola ни на характеристики, ни на звучание существенного влияния не оказала. Чего нельзя сказать о их статическом коэффициенте усиления. Так со значением этого параметра во входном каскаде = 150 искажения усилителя были на 30 % больше, чем с транзистором, имевшим h21э = 250.

Максимальное влияние на уровень искажений усилителя JLH оказывают транзисторы выходного каскада. В таблицу сведены результаты экспериментов Джона Линсли Худа для транзисторов с разными коэффициентами усиления (h21э) Табл.2:

Согласно таблице, общие нелинейные минимальны, когда коэффициенты усиления базового тока (h21э) транзисторов в выходном каскаде максимальны по абсолютному значению и равны между собой. Если возможность точно подобрать транзисторы отсутствует, то транзистор с наибольшим коэффициентом усиления нужно использовать в нижнем плече в качестве Tr1. Наименьшие искажения были получены при подборе транзисторов с идентичными коэффициентами усиления не в статическом режиме, а при токе коллектора близким к току покоя.

Эта статья продолжает наш разговор об однотактных усилителях мощности. Как вы видите, схема усилителя почти ничем не отличается от схемы усилителя, опубликованной в моей статье в журнале "Радиолюбитель" №9 за 2003 год.

Автор схемы, А.И.Манаков, построил усилитель на двух пальчиковых лампах 6Н2П и 6П43П. Многие радиолюбители, повторившие этот усилитель, были приятно удивлены его мягким естественным звучанием при относительной простоте схемотехники и невысокой стоимости комплектующих элементов. Однако вопросы, поступающие регулярно после публикации, касаются, в основном, двух вещей: выходной мощности и применяемости ламп с октальным цоколем.

Идя навстречу пожеланиям радиолюбителей, и после консультаций с А.И.Манаковым, предлагаю следующий вариант усилителя.

Схема одного канала усилителя, а также блока питания для обоих каналов, приведена на рисунке.

Рис. 1. Принципиальная схема одного канала усилителя, а также блока питания для обоих каналов

Основных отличий два, это повышенная выходная мощность, около 4 Вт на канал, и кенотронное питание, благотворно влияющее на звучание.

Входной сигнал поступает на сдвоенный переменный резистор, являющийся регулятором громкости. Я применил ALPS, но ввиду его высокой стоимости можно применить любой, желательно проволочный резистор, группы "В" (логарифмическая зависимость). Можно применить два отдельных регулятора громкости, по одному на каждый канал.

В качестве лампы предварительного каскада выбран один из лучших (с моей точки зрения) отечественных малосигнальных триодов - 6Н9С. Обе половинки лампы включены параллельно. Этим достигается уменьшение внутреннего сопротивления лампы, что влечет за собой улучшение нагрузочной способности и соотношения сигнал/шум. Настройка каскада заключается в установке на катоде лампы 6Н9С напряжения в пределах 1,3-1,5 вольта, подбором резистора R3. Резистор R4 выбран по наилучшему качеству звучания. Если вы захотите применить другой триод, например 6Н8С, то сопротивление резистора R4 будет 20-25 ком, и в этом случае опять придется подбирать резистор R3. Лампа 6Н8С звучит более аналитично, у нее меньший коэффициент усиления (21 против 70 для 6Н9С), но может быть такой звук кому - нибудь понравится больше. Выбор за Вами.

Выходной каскад выполнен на лучевом тетроде 6П13С, включенном триодом. Именно триодное включение наиболее оптимально с точки зрения качества звучания. Выходной каскад особенностей не имеет. Единственное, что придется сделать, это подобрать с помощью резистора R8, ток через лампу в пределах 60-65 ma. Этот резистор можно составить из двух, параллельно соединенных резисторов, например по 1 ком 2 вт. Если есть желание, можно применить распространенную лампу 6П3С или 6П7С. Ток покоя выходного каскада в этом случае должен быть в пределах 70-75 ma. Однако хочу заметить, что в этом случае уменьшится мощность до 2х Ватт (при применении 6П3С) и увеличится суммарный коэффициент гармоник усилителя. Я пробовал лампу 6П7С и хочу отметить, что звучит она неплохо. При ее применении резистор в цепи автоматического смещения подбирается в пределах 220-230ом 2вт, а резистор между второй сеткой и анодом в пределах 150-230ом 2вт. Ток покоя в этом случае составит около 70 ma. Выходная мощность усилителя в этом случае будет около 3вт на канал.

Теперь о деталях. От качества разделительного конденсатора С3 зависит звучание усилителя в целом. Я применил Jensen, а из отечественных можно применить К71, К78, К73, К40У-9, К40У-2, К42У-2 на соответствующее напряжение от 250В.

Конденсаторы постоянной емкости, шунтирующие электролитические, в цепях автоматического смещения ламп - пленочные. Шунтирование электролитов конденсаторами постоянной емкости улучшает звукопередачу в области высоких частот.

Емкость этих конденсаторов может быть на один- два порядка меньше емкости электролитического. Конденсаторы, шунтирующие электролитические в цепях питания, можно применять К73; К77, а сами электролиты в фильтрах блока питания - Teapo, Samsung и т.д. В цепях автоматического смещения ламп, электролитические конденсаторы старайтесь применять наилучшего качества, например Black Gate. При их применении, можно отказаться от шунтирующих емкостей вообще.

Выходной трансформатор TW6SE московской фирмы "Аудиоинструмент". Зайдя на сайт фирмы по адресу www.audioinstr.h1.ru , вы можете посмотреть и заказать интересующие Вас лампы, трансформаторы, дроссели, ламповые панели и т.д.

Постоянные резисторы Р1-71 с допуском 1-2%. Можно применить ВС, а также и более распространенные типа С2-33Н или МЛТ, соответствующей мощности.

Есть ряд вопросов, касающихся колпачка, надеваемого на анод лампы 6П13С. В радиолюбительской литературе много предложений по этому поводу. Я в своих конструкциях давно и с успехом применяю наконечники свечных проводов от любого легкового автомобиля. За счет конструкции наконечника, контакт получается плотным и надежным, и что немаловажно, можно изменять его внутренний диаметр, так как для разных ламп - он разный. Если наконечник плохо паяется, примените флюс для пайки изделий из стали или цветных металлов.

Блок питания выполнен на кенотроне 5Ц3С (5Ц4С,5U4G). Применение кенотронного питания, по сравнению с диодами, делает звучание усилителя более теплым и связным.

Попробуйте, и убедитесь в этом сами. Много статей написано по поводу кенотронного питания, поэтому я не буду вдаваться в подробности. Трансформатор питания имеет четыре вторичных обмотки. Две из них питают накалы ламп первого и второго канала усилителя, одна - питание кенотрона, а анодная, с выводом средней точки, рассчитана на 300v х 2 при токе 200 ma. В первом приближении, сколько вольт на обмотке трансформатора, столько и на выходе,после дросселей и конденсаторов питания.

Дроссели можно использовать ДР-2ЛМ, ДР-2,3-0,2 от чёрно-белых телевизоров, унифицированные Д 21, Д 31, данные тех и других находятся на сайте igdrassil.tk.

Дроссели, используемые мной в данной схеме, тоже от "Аудиоинструмента". Индуктивность их 5Гн, рассчитаны они на ток 300 ma.

Монтаж усилителя выполнен навесным способом, максимально использованы выводы самих деталей и контакты ламповых панелек. Земляная шина выполнена медным одножильным проводом диаметром 0,8 мм и имеет контакт с шасси в одной точке, рядом с входом. Провода, идущие к накальным выводам всех ламп, должны быть перевиты между собой. Это нужно для уменьшения фона переменного тока. Для этой же цели служат и резисторы R9-R12. Также нужно перевить провода, идущие от входного разъема к регулятору громкости. В качестве этих проводов я применяю тоже одножильные, диаметром 0,4-0,7мм, каждый из которых (для защиты от короткого замыкания) изолирован шелковой изоляцией (применяется тонкий шнурок для обуви).

В заключении хочу сказать о том, что данный усилитель не просто схема, а реально изготовленный и прекрасно зарекомендовавший себя аппарат. Я его использую уже около трех месяцев и очень доволен его звучанием. Для тех, кто считает что 4 Вт на канал мало, скажу, что в комнате, площадью 16 квадратных метров при использовании акустики KEF Q1 (чувствительность 91 Дб), усилитель развивает звуковое давление, соизмеримое со звуковым давлением, развиваемым транзисторным усилителем, мощностью 40 вт на канал (это результаты субъективной оценки моих друзей - музыкантов). Но звук другой. Усилитель прекрасно чувствует малейшие нюансы звучания инструментов или голоса и как-бы "дышит" (простите меня, если сравнение не очень корректное). Звук его не утомляет, его хочется слушать и слушать.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
Л1 *2	Радиолампа	6Н9С	2		В блокнот
Л2 *2	Радиолампа	6П13С	2	6П7С	В блокнот
Л3	Радиолампа	5Ц3С	1	Известны факты, что эту лампу заменяли двумя диодами	В блокнот
С1, С4, С9 *2 С10		220 мкФ 450 В	7	С4 на 25 Вольт	В блокнот
С2, С8 *2	Конденсатор	1 мкФ 400 В	4		В блокнот
С3 *2	Конденсатор	0.22 мкФ 400 В	2		В блокнот
С5, С6 *2	Конденсатор	2.2 мкФ	4		В блокнот
С7 *2	Электролитический конденсатор	470 мкФ 50 В	2		В блокнот
С11	Конденсатор	2 мкФ 400 В	1		В блокнот
R1 *2	Переменный резистор	47 кОм	2		В блокнот
R2 *2	Резистор	300 кОм	2		В блокнот
R3, R7 *2	Резистор	510 Ом	4	R7 на 2 Вт. Для лампы 6П7С, R7 150-220 Ом	В блокнот
R4 *2	Резистор	47-51 кОм	2	2 Вт	В блокнот
R5 *2	Резистор	1.3-1.5 кОм	2	2 Вт	В блокнот
R6 *2	Резистор

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах - музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин - практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

Класс «А» - ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно - чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД - свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД - менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток - полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений - не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше - до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется - характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, - обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление - несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков - 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток - существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная - в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий - порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности - они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная - с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм - наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h21 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h21 - 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения - это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле - сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h21. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое - обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, - с общим эмиттером. Одна особенность - необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина - повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог - например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора - он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку - наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем - должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука - выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

За свою радиолюбительскую карьеру, мной было собрано и испытанно более десятка различных усилителей на лампах - как двухтактных, так и однотактных, в том числе и с параллельным включением нескольких . Чаще всего в ход шли старые добрые и . Однако в интернете неоднократно мелькали схемы со строчными пентодами на выходе - 6п45с, 6п44с и 6п41с. На последней и решил остановиться, так как несмотря на более низкую мощность чем у 6п45-ки, она не имеет сверху неудобной и опасной пимпочки, куда подключают провод анода с высоким напряжением. Ещё больше подогрели интерес противоречивые отзывы на аудиофильских форумах - от восхваления, до полного отрицания её звуковых параметров. Как известно, лучше собрать самому, а тогда уже делать окончательный вывод. За основу взял принципиальную схему однотактного усилителя С.Сергеева, только немного изменил номиналы обвязок и смещение выходного каскада.

В драйвере стоит так привычная в выходе 6п14п - тут её роль второстепенна, предварительное усиление. В выходном каскаде - 6п41с с автоматическим смещением, которое отлично зарекомендовало себя своей простотой и стабильностью параметров работы лампы. Единственная трудность - мощный резистор, была решена элементарно. Так как поиск по коробкам с 10-ти ваттными зелёными керамическими резисторами результатов не дал (есть всё, кроме необходимых 450-680 Ом), пришлось спаять гирлянду из трёх МЛТ-2 на небольшой платке, 180х3=560 Ом.

На ней же собран и катодный резистор второго канала. Так как расчётная мощность 2 ватта - этих 6-ти хватает вполне. Всё равно пришлось бы думать, как закрепить 2 мощных трубчатых резистора.

Питание на УНЧ поступает от сетевого трансформатора, выпрямителя и дросселя. Трансформатор ТСШ-170 - от лампового телевизора, сюда можно поставить и ТС-160, ТС-180. В общем любой, способный обеспечить 250-300 В 0,3 А анодного и 6,3 В 3 А накального напряжения. Диоды выпрямителя - IN4007, дроссель - Др-0,1. Он имеет 1000 витков провода 0,25 мм (это если вы не найдёте готовый и будете мотать самостоятельно или брать сетевой трансформатор на его замену).

Несмотря на значительное напряжение и ток в выходном каскаде - около 0,06 А, рискнул поставить относительно слабые ТВЗ-1, более уместные в усилителях 6п14п. Как впоследствии выяснилось правильно сделал:)

Корпус для нашего однотактного УНЧ не мешало бы взять металлический, как всегда до этого и делал, но решил и в этом рискнуть, задействовав ненужную китайскую фронтальную колоночку, от 6-ти канального компьютерного усилителя. Этот номер тоже прошёл на ура:)

Акустическую систему выпотрошим, спроектируем будущее расположение радиоэлементов и выпилим необходимые окна.

Лампы естественно должны находиться сверху, их устанавливаем на металлическое основание - лист двухмиллиметрового алюминия, с вырезанными круглыми окнами под панельки.

Затем этот лист обклеивается самоклейкой цвета "металлик" в тон основному корпусу. После обклейки, отверстия под лампы аккуратно освобождаются с помощью лезвия.

Нижняя часть корпуса тоже усилена металлом - чтоб не вывалился тяжёлый сетевой трансформатор. На неё планировалось установить ещё и электронный фильтр питания, но в итоге от него отказался. Напряжения на выходе БП и так маловато (всего 260 В), поэтому терять 20 В на ЭФ - расточительство.

Сзади выпиливаем прямоугольное окно под текстолитовую панель гнёзд и разъёмов - сетевое, аудиовход и аудиовыход на динамики.

Эту панель так-же обклеиваем самоклейкой.

После чего вставляем все контактные элементы и прикручиваем её шурупами к предварительно выпиленному окну АС.

Большие электролитические конденсаторы установил на единое алюминиевое основание. Этих габаритных электролитов 4 - три для фильтра БП и один на 300 мкФ 63 В, установленный в катоде 6п41с.

Материал корпуса - ДСП, оказался очень удобен в обработке, а электромагнитные помехи от приборов, которых так опасался, абсолютно не слышны. Но об этом статьи - сборка, настройка и испытание схемы.