Реферат: И американском рынках современных ламповых усилителей звуковой частоты (узч), ушедших, как ещё недавно казалось, навсегда в прошлое, сама по себе парадоксальна

Введение
Новая концепция, благодаря которой стало возможно появление на европейском и американском рынках современных ламповых усилителей звуковой частоты (УЗЧ), ушедших, как ещё недавно казалось, навсегда в прошлое, сама по себе парадоксальна. Действительно, всё то, что прежде считалось второстепенным, несущественным, а то и вовсе не заслуживающим внимания, теперь стало не просто первостепенным, но и по существу определяющим; и наоборот, то, что прежде ставилось во главу угла при создании радиоаппаратуры (особенно бытовой), содержащей усилители звуковой частоты, теперь вообще отметается как третьестепенное, если не сказать вздорное.

Для того, чтобы убедиться, что это действительно так, давайте освежим в памяти требования, предъявлявшиеся в своё время к низкочастотной части любых радиотехнических устройств. Первым, и самым главным из них, была экономичность. От усилителя требовалось минимально возможное потребление мощности от источника питания. В жертву этому приносилось многое: для оконечного каскада режим класса А расценивался чуть ли не как преступный, а классу АВ2 отдавалось предпочтение перед классом АВ1 всюду, где это позволял клирфактор.

На втором месте стояли требования к массе и габаритным размерам основных узлов усилителя, в первую очередь выходных и переходных трансформаторов. За ними шли требования к максимальной технологичности производства, особенно намоточных узлов, и простоте монтажа. Число ламп и деталей в УЗЧ в идеале должно было стремиться к нулю, а о том, чтобы использовать детали с 5%-ным допуском, не могло быть и речи.

Сегодня единственным критерием жизнеспособности современного лампового усилителя является его качество. Всё остальное без сожаления приносится в угоду этому показателю.

Такие понятия, как экономичность, масса, габаритные размеры, стоимость, сложность производства, признаются несущественными. Никакие технологические трудности не считаются трудностями. Повторяемость двух сошедших друг за другом с конвейера аппаратов объявляется необязательной, да и сам процесс конвейерной сборки ставится под сомнение. Об использовании деталей с 5%-ным допуском, как и прежде, не может быть и речи, но уже по другой причине: большинство резисторов должно быть с допуском не более 1%.

В выходном трансформаторе разброс числа витков первичных обмоток ограничивается половиной или даже четвертью витка, а о разбросе значений их индуктивностей запрещается даже говорить. Что касается размеров выходных трансформаторов, то приветствуется формула: «чем больше - тем лучше».

Названия всех классов усиления, кроме А, вычёркиваются из лексикона конструкторов, даже если речь идёт об оконечных каскадах мощностью 50 или 100 Вт. Использование в усилителях полупроводниковых приборов объявляется нежелательным, при этом даже в выпрямителях лампам-кенотронам отдаётся предпочтение перед кремниевыми диодами. Последнее в виде исключения допускается использовать в выпрямителях цепей накала ламп.

Каждый вновь изготовленный экземпляр усилителя подвергается индивидуальной регулировке и настройке наподобие хорошего концертного рояля, при этом индивидуальный поштучный подбор ламп считается само собой разумеющимся. При выборе типов ламп для оконечных каскадов считается нормальным остановиться на таких «доисторических» триодах прямого накала, как 2А3, если их параметры удовлетворяют требованиям конструктора.

Из сказанного ясно, что говорить о таких понятиях, как экономичность или себестоимость подобных усилителей не имеет смысла. Действительно, даже относительно «средний» по параметрам 20-ваттный усилитель может потреблять от сети 120 – 150 Вт и стоить без акустической системы 1500 – 2000 долларов.

Так на кого же рассчитана такая аппаратура и зачем она нужна? В последние два – три года на западном и американском рынках бытовой радиоаппаратуры спрос на современные ламповые усилители (как самостоятельные изделия), не смотря на их баснословную стоимость, не удовлетворяется. Объясняется это не только модой, хотя и она играет не маловажную роль в создании «лампового бума», но и необычайно высокими качественными показателями современных ламповых усилителей (хотя и достигнутыми дорогой ценой), превосходящими при субъективных сравнениях транзисторную аппаратуру аналогичного класса.

Однако, принимая во внимание, «… что запад нам не указ…», вернёмся к российской действительности и посмотрим, какой смысл нам возвращаться к проблемам давно похороненным и хорошо забытым. Здесь целесообразно назвать несколько причин. Первая из них – необходимость привлечь внимание наших радиолюбителей к принципиально новым возможностям, открывающимся при использовании ламповых схем; вторая – это увлекательнейшие возможности для творчества и поиска новых, оригинальных схемных и структурных решений. И наконец, третье, едва ли не решающее соображение – возможность создать супермодный современный и действительно великолепный усилительно-акустический комплекс, который станет предметом гордости отечественной науки и техники.

Теперь следует сказать несколько слов об элементной базе.

Радиолампы. Разделим радиолампы на три группы:

для оконечных и драйверных (предоконечных) каскадов;

для каскадов предварительного усиления;

для выпрямителей.

К первой группе относятся триоды, имеющие достаточно протяжённую линейную часть анодно-сеточной характеристики при работе в классе А, а также мощные лучевые тетроды или (реже) пентоды, обеспечивающие получение нелинейных искажений не свыше 0,3% в ультралинейной схеме включения (разумеется, в классе А).

Нет смысла перечислять все типы ламп, используемые западными фирмами в оконечных каскадах, поскольку возможность приобретения их маловероятна. Рассмотрим те типы ламп отечественного производства, которые реально приобрести.

Итак, лампы для оконечных каскадов:

а) 2С3 (американский аналог 2А3) – мощный триод прямого накала (2 В), обеспечивающий в двухтактном трансформаторном каскаде в классе А полезную мощность не менее 20 Вт;

б) 6С4С – почти полный аналог лампы 2С3, но с прямым накалом (6 В);

в) 6С6С (американской аналог 6B4G) – полный аналог лампы 2А3, но с косвенным накалом (6 В)

Эти три типа триодов используют в оконечных каскадах почти все зарубежные фирмы, выпускающие усилители звуковой частоты. Для отечественных радиолюбителей, учитывая трудности в приобретении этих ламп, можно рекомендовать несколько современных триодов. Это триоды 6С19П и 6С56П. Они предназначены в основном для стабилизаторов напряжения в качестве управляемых ламп, в большинстве случаев вполне пригодны для оконечных каскадов усилителей звуковой частоты, хотя и отдают меньшую полезную мощность. При этом у ламп этой группы есть немаловажное преимущество: они работают при более низком анодном напряжении, что существенно упрощает конструкцию выпрямителя. При желании же получить большую выходную мощность вполне допустимо в каждом плече пушпулла использовать по две параллельно включенные лампы.

К этой же группе оконечных триодов можно отнести и отечественный ламповый триод типа 6Н13С (его полный американский аналог – 6AS7-GT), каждый триод которого допускает мощность рассеяния на аноде 13 Вт. Он также работает при низком анодном напряжении (90 В). Если оба триода одного баллона включить параллельно, то, используя в оконечном каскаде две такие лампы (два баллона) можно получить полезную выходную мощность свыше 20 Вт.

Более скромным представляется выбор мощных лучевых тетродов и оконечных пентодов для выходного двухтактного каскада по ультралинейной схеме включения (в обычной схеме включения они практически не пригодны для современных усилителей звуковой частоты). Здесь самыми лучшими можно считать немецкие лампы EL-34 и EL-12. Полным отечественным аналогом первой из них является лампа 6П27С, аналога второй нет ни среди отечественных, ни среди американских ламп. Наконец допустимо специально предназначенную для устройств кадровой развёртки цветных телевизоров лампу 6П14С. Что касается выходных «строчных» строчных ламп всех типов телевизоров, то они из-за крайне низкого КПД малопригодны для работы в классе А.

Значительно проще обстоит дело со второй группой ламп для фазоинверсных, предоконечных каскадов и каскадов предварительного усиления. Абсолютное большинство западных производителей современных ламповых УЗЧ ограничивают их номенклатуру четырьмя типами. Два из них являются представителями более старых серий. Это американские 8-штырьковые октальные двойные триоды типов 6SN7-GT и 6SL7-GT, аналогами которых служат отечественные лампы 6Н8С и 6Н9С. Два другие представляют западноевропейские пальчиковые двойные триоды типов ЕСС-87 и ЕСС-83, к которым по параметрам близки отечественные лампы 6Н1П и 6Н2П.

Кроме того, специально для входных (первых) каскадов предварительного усиления имеет смысл применение не применявшиеся прежде для этой цели высокочастотных триодов типов 6С3П и 6С4П (предназначенных для усиления и генерирования сигналов СВЧ). Указанные триоды характеризуются низким уровнем собственных шумов и ничтожным током утечки в цепи накал – катод.

И наконец, третья группа – лампы для выпрямителей. На первый взгляд может показаться абсурдным применение кенотронов в наши дни, когда имеется огромное количество кремниевых диодов и диодных сборок не только полностью заменяющих кенотроны, но и обладающих несравненно лучшими показателями по КПД и экономичности.

Тем не менее ни одна западная фирма не использует в источниках питания для ламповых усилителей полупроводники, отдавая предпочтение лампам. Это объясняется необходимостью предотвратить появление на анодах ламп (в первую очередь мощных выходных) высокого напряжения до тех пор, пока их катоды не прогреются до температуры, обеспечивающей возникновение довольно плотного электронного облака вокруг катода. Пренебрежение этим требованием очень скоро приводит к «отравлению» катодов мощных ламп, к их преждевременному старению и выходу из строя. Ассортимент используемых кенотронов сравнительно невелик, и включает следующие типы: 5Ц3С, 5Ц8С, 5Ц9С. Из американских ламп наиболее употребительны 5U4G, 5Y3G, 5V4G, из западноевропейских - EZ-12.

Для ламп всех каскадов (а особенно оконечных) нужно применять только керамические, а не пластмассовые панельки. Панельки ламп предварительных каскадов усиления должны иметь выступающий фланец, на который снаружи следует надевать металлический цилиндрический экран, защищающий лампу от внешних наводок. Для входных каскадов желательно, чтобы этот экран был не алюминиевым, а железным. Его следует изготавливать из жести.

^ Трансформаторы и дроссели. Следующими по степени важности после ламп можно считать все виды намоточных деталей, в число которых входят выходные, переходные и силовые трансформаторы, а также дроссели фильтров питания. Остановимся на принципах их изготовления, общих для всех разновидностей, и начнём с материалов для магнитопроводов.

Для выходных трансформаторов низкочастотных каналов (если усилитель двухканальный) лучше всего применять ленточные, О-образные магнитопроводы, что позволяет все обмотки выполнить полностью симметричными (например, две половинки первичной обмотки двухтактного пушпулльного оконечного каскада размещать на двух «половинках» магнитопровода). Это обеспечивает максимальную идентичность их индуктивностей при строго одинаковом числе витков. Толщина листов железа должна быть не более 0,35 мм. Использование железа толщиной 0,5 мм для выходных трансформаторов недопустимо.

Если всё же используется магнитопровод из сборных пластин, то каждая из них обязательно должна быть отлакирована с обеих сторон, чтобы снизить до минимума потери на токи Фуко. То же относится и к пластинам перемычкам.

Принципиально новым является требование к дросселям фильтра: они должны быть настроены на частоту 100 Гц. Это необходимо для повышения эффективности фильтрации выпрямленного напряжения.

Конденсаторы. Требования, предъявляемые к конденсаторам и резисторам, предназначенным для использования в современных ламповых усилителях, существенно отличаются от требований для обычной бытовой радиоаппаратуры. Начнём с конденсаторов, и в первую очередь с переходных или разделительных, включаемых между анодом лампы предыдущего каскада и управляющей сеткой последующего.

Как правило, к обкладкам такого конденсатора бывает приложено довольно высокое постоянное напряжение (100…300 В), поэтому первое требование к ним – это соответствующее рабочее напряжение, которое должно по крайней мере на 30…50 % превышать реально приложенное в схеме, т.е. иметь паспортное значение 250…500 В.

Главное требование к переходным (разделительным) конденсаторам – это недопустимость сколько-нибудь заметной утечки.

Какой тип конденсаторов лучше всего применять? Вопрос этот весьма не простой, потому что большинство переходных конденсаторов должны иметь ёмкость 0,1 … 0,5 мкФ при рабочем напряжении 300 … 400 В. чаще всего это бумажные или металлобумажные конденсаторы, а именно они, как правило, имеют большой ток утечки. Считается, что наилучшей изоляцией (а, следовательно, наименьшим током утечки) обладают конденсаторы с фторопластовой, полистирольной и полипропиленовой изоляцией. Целесообразно использовать конденсаторы следующих типов:

КМ-3 0,22 мкФ 250 В; К10-47 0,1…1,0 мкФ 250 и 500 В;

К 73-9 0,1…0,15 мкФ 400 В; К73-11 0,1…1,0 мкФ 400 В;

К 73-15 0,1…0,22 мкФ 250 В и 400 В; К 73-16 0,22…1,0 мкФ 400 В;

К73-17 0,1…1,0 мкФ 400 В; К 78-2 0,1 мкФ 300 В;

К78-4 0,47…1,0 мкФ 500 В; К 78-6 0,12…1,0 мкФ 400 В

Для низковольтных цепей (например, в устройствах регулировок громкости и тембра, тонкомпенсации) выбор типов конденсаторов менее критичен по отношению к току утечки. В то же время для этих цепей на первый план выходит требование фактической ёмкости от указанного номинала, что для разделительных конденсаторов не так существенно.

Следует отметить, что порой не так важно абсолютное значение ёмкости конденсатора (оно вполне может отличаться от указанного в схеме даже на 10 %), как одинаковость фактической ёмкости двух конденсаторов в двух одинаковых цепях симметричной схемы.

К конденсаторам фильтров выпрямителей или оксидным конденсаторам в катодных цепях ламп требования менее жёсткие.

Резисторы. В связи с тем, что все лампы работают в классе А и, следовательно, потребляют заметную (порой значительную) мощность, существенной становится номинальная мощность резисторов, поэтому имеет смысл использование резисторов мощностью 0,5; 1,0; 2,0; и даже 5,0 и 10.0 Вт. Лучше всего использовать в работе резисторы типов МЛТ (ОМЛТ) с допусками 2 и 5%, С2-33Н с допусками 1,2 и 5%, Р1-4 мощностью 0,5 Вт и допусками 2 и 5%.

Идеально было бы использовать прецизионные резисторы типов С2-14 или С2-29 В с допусками 0,25…1,0%, охватывающие всю шкалу сопротивлений от 10 Ом до 5,1 МОм и мощностей от 0,125 до 2 Вт.

В качестве резисторов мощностью свыше 5 Вт лучше всего применить типы С5-35В (старое обозначение ПЭВ), С5-37 с допусками 5% или прецизионные типов С5-5 и С5-16 с допусками 0,5…2,0%.

Важным моментом при подборке резисторов является допустимый разброс абсолютных значений. К сожалению, приходится констатировать, что в некоторых цепях требуется применение резисторов с допуском 1-2 %.

В отношении переменных резисторов наиболее сложным является применение сдвоенных и спаренных регуляторов громкости и тембра в стереоусилителях. Главный их недостаток состоит в том, что в положении минимального значения (ось до конца влево) переход движка с графитового покрытия на металлическое основание у двух потенциометров происходит не одновременно: у одного – чуть раньше, у другого – чуть позже, вследствие, например, громкость в одном из каналов пропадает полностью, а в другом – нет. Для современного лампового усилителя это считается абсолютно недопустимым. Если не удастся подобрать идентичные сдвоенные потенциометры. Придётся их доработать. Доработка сводится к тому, что в одном из двух сдвоенных резисторов (а скорее всего в обоих) придётся исправить этот дефект чисто механически – подгибанием дужки токосъёмника, если это допускает конструкция, или взаимным, навстречу друг другу, смещением платформ, несущих токосъёмники.

Кроме того, для обеспечения большего срока службы и предотвращения шорохов и тресков, все без исключения оперативные регуляторы (громкость, тембр, стереобаланс) необходимо ещё до установки в усилитель вскрыть, протереть рабочую (токонесущую) часть очищенным спиртом или бензином Нефрас С-2-(80/120) «Галоша», затем равномерно смазать чистым техническим вазелином (или Циатим-221, или графитовой смазкой), снова аккуратно и плотно закрыть крышками, а в зазор между осью и втулками капнуть не более одной капли трансформаторного или часового масла.

В качестве установочных и регулировочных переменных резисторов, которыми придётся пользоваться крайне редко, в основном при первичной настройке усилителя следует выбрать следующие типы: СП3-9, СП3-16, СП3-45б, СП4-2М-б или проволочные подстроечные типов СП5-16В-б и СП5-2В.

^ Полупроводниковые приборы. Ранее было отмечено, что в современных ламповых усилителях транзисторы и диоды практически не используются.

Дело в том, что ламповые усилители, производимые западными фирмами, как правило, представляют собой либо самостоятельный мощный оконечный блок с линейной АЧХ, стандартным входом (1 или 10 В на нагрузке 600 Ом), выходом в 20, 40, 50 или 100 Вт на нагрузке 4 или 8 Ом без каких либо регуляторов и индикаторов, либо полный усилитель звуковой частоты (моно или стерео – и то и другое встречается одинаково часто) с коммутируемыми входами под стандартные источники звуковых сигналов, регулятором громкости и двумя регуляторами тембра. В стереоусилителях помимо этого иногда присутствует регулятор стереобаланса.

И это всё. Никаких эквалайзеров, светодиодных индикаторов уровня сигнала, сигнализаторов перегрузки, экспандеров (расширителей динамического диапазона) – ничего, кроме действительно отличного высококлассного лампового усилителя. А в таком усилителе транзисторы и в самом деле ни к чему.

Транзисторы и полупроводниковые приборы можно применить в сервисных устройствах усилителя, если таковые будут предусмотрены.

^ Конструктивные особенности. Принципиальные отличия ламповых УЗЧ (особенно мощных) от аналогичных транзисторных влекут за собой и заметные различия в требованиях, предъявляемых к их конструкции. Перечислим эти отличия:

1. Входные цепи всех каскадов лампового усилителя имеют на порядок большее сопротивление открытого входа, чем аналогичные транзисторные, а следовательно, так же на порядок больше подвержены воздействию внешних электрических полей (наводок).

2. В ламповых УЗЧ все без исключения лампы, в том числе и самые маломощные, в процессе работы непрерывно излучают тепло. Что касается мощных оконечных ламп. работающих в режиме класса А, то температура их стеклянных баллонов может достигать 90…100°С, а выделяемое тепло, если его постоянно не отводить, создает внутри футляра усилителя среду, неприемлемую для некоторых других деталей (например, конденсаторов фильтра выпрямителя).

3. Все ламповые УЗЧ имеют трансформаторный выход на акустическую систему, а поскольку полезная выходная мощность, как правило, превышает 20 Вт, доходя иногда до 100 Вт, выходные трансформаторы становятся источниками значительных магнитных полей в широком диапазоне звуковых частот. Это создает существенные магнитные наводки практически на все участки схемы и, как следствие, непредсказуемые положительные и отрицательные, но всегда паразитные обратные связи, делающие работу усилителя неустойчивой.

4. Особую неприятность в ламповых усилителях доставляют цепи питания накалов ламп, что в транзисторных усилителях исключено априорно. При этом источником дополнительного фона и наводок служат как сами лампы, так и соединительные провода накальных цепей, по которым течет ток, доходящий нередко до 10 А, вследствие чего вокруг этих проводов возникают поля с частотой 50 Гц, также являющиеся причиной существенных наводок.

Даже перечисленного достаточно для того, чтобы понять, что конструкция мощного лампового УЗЧ должна коренным образом отличаться от конструкций транзисторных усилителей. Основополагающими принципами при определении конструкции и компоновке узлов лампового УЗЧ должны быть:

1. Тщательное экранирование всех цепей и узлов, как подверженных наводкам, так и создающих эти наводки. При этом технология экранирования имеет свою специфику.

2. Рациональное взаимное расположение узлов и ламп (особенно мощных), а также продуманная система конвекционного охлаждения либо принудительной вентиляции, обеспечивающие разумно приемлемый температурный режим внутри футляра усилителя.

3. Специальные схемные решения, сводящие к минимуму паразитные электрические и магнитные наводки (настройка в резонанс дросселей фильтров выпрямителей, питание накалов ламп постоянным током и ряд других).

4. Непривычное размещение силовых трансформаторов под определенным, экспериментально подобранным углом, обеспечивающее минимальное воздействие его магнитных полей на выходные трансформаторы.

При разработке современного лампового усилителя необходимо решить и такие вопросы: как расположить блок питания и выходные каскады с их неотъемлемыми громоздкими выходными трансформаторами так, чтобы центр тяжести усилителя совпал с геометрическим центром конструкции; Или как расположить органы оперативного управления, чтобы, с одной стороны, ими было удобно пользоваться, а с другой, чтобы соединительные провода между ними и входными лампами были наикратчайшими.

Несколько слов о дизайне. Так уж сложилось, что абсолютно все фирмы, производящие современные ламповые усилители, как будто сговорившись (а может, так оно и было?) - отказались от современных стилей оформления, а заодно и от современных конструкционных материалов. Все известные мне современные УЗЧ оформлены в стиле 50-х годов по американскому образцу, т.е. имеют приборный стиль. Чаще всего это прямоугольный металлический ящик, иногда с двумя боковыми деревянными стенками, выкрашенный в черный или темно-коричневый цвет (а в некоторых моделях - даже темно-серой молотковой эмалью). Пропорции футляра могут самые разнообразные: с наибольшей передней стенкой с глубиной, превышающей ширину и высоту, с отношением ширины к глубине и высоте как 5:4:2.

Все органы управления, кроме сетевого предохранителя, выведены в один ряд на переднюю панель. Включатель сети выполнен в виде обычного приборного тумблера. Ручки управления громкостью и тембром - простейшей цилиндрической формы, черного цвета с "накаткой" и винтовым креплением.

Верхняя металлическая крышка, задняя стенка и днище футляра имеют многочисленную перфорацию или удлиненные вентиляционные прорези над оконечными лампами, кенотронами и силовым трансформатором.

Создается впечатление, что западные конструкторы и дизайнеры поставили перед собой цель подчеркнуть, что современный ламповый усилитель благодаря своему совершенству ближе к специальной прецизионной аппаратуре, чем к обычной бытовой радиоаппаратуре, которая рядом с таким усилителем должна выглядеть как ширпотреб.

Мы не ставим подобной задачи, но, тем не менее, будем придерживаться максимальной простоты в оформлении и эргономичности наших конструкций, поскольку они рассчитаны на индивидуального пользователя, не боятся конкуренции со стороны других фирм и не нуждаются в рекламных внешних эффектах.


^ 1. Разработка структурной схемы усилителя

Предполагается, что проектируемый усилитель будет работать с магнитофонной приставкой «Вега МП-122С» и проигрывателем лазерных МР3 дисков. Входной сигнал от источника необходимо усилить. Для этого в каждом канале необходимо предусмотреть каскад предварительного усиления. Этот каскад и обеспечивает необходимую чувствительность входа усилителя.

В связи с тем, что при низких уровнях сигнала, заметно ухудшается частотная характеристика усилителя в области нижних частот, необходимо предусмотреть блок тонкомпенсации. Для удобства пользования следует блок тонкомпенсации выполнить в одном блоке с регулятором громкости, т.к. глубина тонкомпенсации должна уменьшаться с увеличением громкости. Это необходимо для корректной работы всех последующих каскадов усиления и акустических систем.

Для того, чтобы сформировать стандартные АЧХ («Джаз», «речь» и др.) и быстро включать нужную, необходимо предусмотреть коммутатор частотных характеристик (кланг-ругистр). Для того, чтобы качество звучания усилителя не зависело от акустики помещения, а также отражало характер субъективного восприятия разными слушателями, необходимо предусмотреть плавную регулировку тембра на протяжении всего частотного диапазона воспроизводимых усилителем частот.

Воспроизводимые с помощью проектируемого усилителя фонограммы не всегда могут отвечать высоким требованиям слушателей по своему качеству (к примеру, может быть плохо «прописана» одна из дорожек фонограммы и такая фонограмма по одному каналу будет воспроизводиться тише). Для того, чтобы исправить дефект записи фонограммы, или частично его компенсировать, необходимо предусмотреть регулировку стереобаланса и схему точной настройки стереолбаланса.

Для того, чтобы на вход оконечного каскада обеспечить подачу сигнала одинаковой амплитуды и противоположной фазы необходимо предусмотреть в каждом канале фазоинверсный каскад.

Сигнал, получаемый на выходе фазоинверсного каскада необходимо усилить как по напряжению, так и по току для того, чтобы на вход оконечного каскада был подведён сигнал, мощность которого обеспечила бы «раскачку» ламп оконечного каскада. Для этого необходимо предусмотреть драйверный каскад.

Оконечный каскад, (усилитель мощности) должен работать на акустическую систему Radiotehnika S-50. Согласование нагрузки с выходом оконечного каскада должно осуществляться с помощью выходного трансформатора.

Для того, чтобы усилителем могли пользоваться в бытовых условиях (и люди без надлежащего образования) и оперативно реагировать на аварийные ситуации, можно предусмотреть блок индикации перегрузок по каналам. Для оперативного контроля режимов работы усилителя можно изготовить сервисный блок.

Для проектируемого усилителя необходим блок питания, который должен обеспечить анодные напряжения для выходного каскада, драйвера, фазоинвертора, каскада предварительного усиления. Отдельно необходимо подавать анодное напряжение для ламп точной настройки стереобаланса. При включении питания усилителя, анодные напряжения должны подаваться с задержкой до полного прогрева катодов ламп, поэтому необходимо предусмотреть реле, которое будет осуществлять задержку подачи напряжения.

Накал всех ламп необходимо осуществлять от отдельного трансформатора постоянным током. Таким образом, блок питания проектируемого усилителя будет содержать два трансформатора.

Структурная схема проектируемого усилителя будет иметь вид: рис. 1.1, на котором приняты следующие обозначения: 1 - коммутатор входных сигналов; 2 - тонкомпенсированный регулятор громкости; 3-первый каскад предварительного усиления; 4 - коммутатор частотных характеристик (кланг-регистр); 5 - блок плавных регулировок тембра; 6- второй каскад предварительного усиления; 7-регулятор стереобаланса; 8 - схема точной установки стереобаланса; 9 - индикатор точной установки стереобаланса; 10 - фазоинвертор; 11,12 – предоконечный (драйверный) каскад; 13,14 – двухтактный оконечный каскад (пушпулл); 15 – выходной трансформатор; 16 – схема индикатора перегрузки усилителя; 17 – индикатор перегрузки; 18 –акустическая система; 19 – анодный выпрямитель 250. В; 20 – анодный выпрямитель 150. В; 21 – выпрямитель индикатора стереобаланса 250. В; 22 – релейный выпрямитель 27. В; 23, 24 – выпрямители схемы индикации перегрузки +12 и –12. В; 25-27 – выпрямители цепей накала 6,3. В; 28 – силовой трансформатор (анодный); 29 – силовой трансформатор (накальный).


^ 2. Разработка принципиальной схемы и расчёт её узлов

На основании структурной схемы, разработана принципиальная схема проектируемого усилителя.

^ 2.1. Выбор оконечных ламп. Оконечный усилитель.
Нагрузка (акустическая система S-50) рис. 1.1. поз. 18 подключена к оконечному каскаду через трансформатор, т.е. имеется в виду, что оконечный каскад будет двухтактным трансформаторным. Так как усилитель должен отдавать в нагрузку мощность 20 Вт, то имеет смысл применение выходных ламп 6П27С.

В связи с тем, что к усилителю предъявляются высокие требования в отношении линейности, оконечный каскад выполним по ультралинейной схеме, в которой экранирующая сетка соединена не с плюсом источника анодного питания, а подключена к отводу первичной обмотки выходного трансформатора. Такая схема является как бы промежуточной между пентодным и триодным включением лампы (где экранирующая сетка соединена с анодом).

При таком включении, лампа соединяет все достоинства оконечного пентода и оконечного триода: анодно-сеточная характеристика становится исключительно прямолинейной (отсюда и название режима – ультралинейный), что обеспечивает минимальные нелинейные искажения. При значительном размахе анодного тока, анодное напряжение изменяется в меньших пределах, а крутизна характеристики, входное сопротивление и коэффициент усиления лишь немного уступает классической пентодной схеме включения.

В сочетании с применением класса усиления А это позволяет на двух лампах типа 6П27С получить неискажённую (коэффициент нелинейных искажений менее 0,1%) выходную мощность 15-20 Вт в каждом канале фактически во всём диапазоне воспроизводимых частот.

Отечественные выходные лучевые тетроды типа 6П27С ранее в бытовой радиоаппаратуре не применялись. Эта лампа разработана и выполнена как полный аналог немецкой лампы EL-34, которая, напротив, достаточно широко применялась на Западе. Лампа EL-34 имеет прекрасные характеристики, и отлично зарекомендовала себя именно в качестве оконечной при ультралинейной схеме включения. Она исключительно надёжна в эксплуатации, долговечна, не склонна к самовозбуждению на ультразвуковых частотах и практически не подвержена появлению термотока в цепи управляющей сетки.

Что же касается нашего отечественного аналога 6П27С, то в отношении него очень справедливо популярное сегодня изречение: «Хотели как лучше а получилось как всегда». Дело в том, что, не смотря на полную идентичность конструкций и одинаковость всех паспортных электрических данных, наша лампа по сравнению с EL-34 из-за специфики технологии отечественного лампового производства имеет ряд существенных недостатков. И в первую очередь – это повышенная критичность к режимам питания.

За этим стоит весьма прозаичная причина: при откачке воздуха из баллона лампы остаточный воздух в ней оказался сильно загрязнён цеховой пылью и, сажей и парами масла от вакуумного насоса. В результате, даже при малейшем перекале или перегреве (например, из-за неэффективного внешнего охлаждения), возникает термоток управляющей сетки, полностью нарушающий нормальный режим работы лампы.

С другой стороны, даже самый незначительный недокал приводит к совершенно недопустимому разрежению «электронного облака» вокруг катода и, как следствие - вырыванию активной массы с поверхности катода полем высокого анодного напряжения. Именно это последнее обстоятельство вынуждает ввести в усилитель релейное устройство, задерживающее подачу анодного напряжения на оконечные лампы до полного прогрева их катодов после включения. Накал этих ламп осуществляется постоянный током от отдельного источника питания напряжением 6,3 В.

Так как в выходном каскаде используются лучевые тетроды, предусмотрено питание экранных и управляющих сеток. Смещение рабочих точек осуществляется цепью R26, R25, R24, R23. Сигнал подаётся на сетки ламп через разделительные конденсаторы С7 и С8. Нагрузкой оконечного каскада служит первичная обмотка выходного трансформатора.

Для обеспечения на входе оконечного каскада необходимой амплитуды и мощности входного сигнала, как уже упоминалось, предусмотрена схема на триоде 6С3П (драйвер). Напряжения смещения рабочих точек подаётся через резисторы R13, R14, R11, R12.

Наличие трёх каскадов в оконечном усилителе отнюдь не вызвано необходимостью получения достаточного усиления: в этом смысле предоконечный каскад (драйверный) можно безболезненно убрать. Введение драйвера, да ещё и выполненного на отдельных одиночных триодах 6С3П вместо одного сдвоенного триода 6Н1П или 6Н3П, продиктовано в первую очередь стремлением к унификации схемы. Дело в том, что если впоследствии потребуется увеличить мощность усилителя, применив в оконечном каскаде вместо лучевых тетродов 6П27С мощные триоды типов 6С6С или 6Н13С, то раскачка от фазоинвертора на лампе 6Н2П окажется недостаточной. В нашем же случае достаточно заменить драйверные триоды 6С3П на более мощные 6С19Пбез переделки схемы (не считая, разумеется, изменения распайки ламповых панелек).

Но даже в исходном варианте с лампами 6П27С наличие драйверного каскада благотворно сказывается на качестве усилителя, поскольку позволяет без потерь общего усиления охватить каждый каскад более глубокой отрицательной обратной связью.

Сигнал на вход драйверного каскада подаётся через разделительные конденсаторы С2 и С4 от фазоинверсного каскада, выполненного на двойном триоде 6Н2П по автобалансной схеме с общим катодом. Каждый из триодов по существу является дополнительным промежуточным усилителем. При этом левый (по схеме) триод просто усиливает напряжение сигнала, а правый переворачивает фазу сигнала на 180о и затем, усиливает его. Поскольку в этом случае сигнал фактически усиливается дважды, его необходимо уменьшить на величину, равную коэффициенту усиления одного триода. Эта задача решается путем включения дополнительного установочного потенциометра R8 в цепь сетки правого триода.

Резисторы автоматического смещения в катодах обеих ламп не шунтируются конденсаторами, создавая тем самым широкополосную частотно-независимую отрицательную обратную связь по току.

^ 2.2. Предварительный усилитель
Проектируемый усилитель предусмотрен для работы с магнитофонной приставкой «Вега МП-122С», «Technix», проигрывателем лазерных МР3 дисков с регулируемым выходом. Номинальный уровень линейного сигнала от всех перечисленных источников составляет 100 мВ. Питание источников сигнала отдельное, корпуса отдельные. Диапазон воспроизводимых частот перечисленными источниками сигнала от 20 до 25000 Гц; отношение сигнал/шум от 65 до 80 дБ. Средняя глубина динамического диапазона всех источников сигнала в среднем 72-73 дБ. Источники сигнала должны работать на высокое входное сопротивление предварительного усилителя. При разработке предварительного усилителя будем учитывать хорошие параметры источников сигнала.

Предварительный усилитель имеет смысл собрать на двойном триоде 6Н1П по схеме с общим катодом и резистивной частотно-независимой нагрузкой. Фактического усиления даже одного каскада на самом деле более чем достаточно для обеспечения заданной чувствительности усилителя с входа (окаю 100 мВ). После первого каскада в схему включен блок регулировок тембра с глубиной регулировки ±14 дБ и «уравнивающими» делителями в кланг-регистре, что приводит к дополнительной двукратной потере сигнала. Помимо этого на входе усилителя применен тонкомпенсированный регулятор громкости, выполненный по нетрадиционной схеме, «съедающий» 6...12 дБ. В результате для компенсации всех перечисленных потерь приходится вводить второй каскад усиления напряжения. Оба каскада охвачены отрицательной обратной связью по току из-за наличия неблокированных резисторов R2 и R10 автоматического смещения в цепях катодов. Помимо этого второй каскад дополнительно включен