Схема лампового усилителя низкой частоты. Мощный ламповый усилитель
ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ
В превосходстве лампового звука над транзисторным я убедился после первого же собранного и прослушанного усилителя. Несмотря на всё новые микросхемы, транзисторы и прочие "камни", вакуум всё-же предпочтительней для качественного УНЧ. Как не крути, а проходя через пустоту звуковой сигнал имеет меньше искажений, чем проходя через германий и кремний. Причём разница особенно заметна во время поочерёдного прослушивания двух усилителей. Чтоб не покупать дорогущие фирменные ЛУНЧ, можно сделать ламповый усилитель своими руками. Для тех, кто решил убедится в этом сам, предлагается простая классическая схема двухтактного лампового усилителя с мощностью примерно 20 ватт на канал, с сайта radiostation.ru .
Для транса питания, берём старый добрый ТС180-2 от телевизора. Выходные трансформаторы типа ТН, но можно задействовать и ТАНы. Используя все ресурсы военного производства и неоценимую помощь дяди Вадима в создании лампового усилителя , мне удалось сделать такой девайс:
Основой лампового усилителя, является дюралевая пластина 200х160 мм толщиной 4 мм, на которой крепятся детали и лампы. Затем вся конструкция красится в белый цвет (надоели чёрные коробки) и по углам прикручиваются стойки из полированного дюраля Д95. Трансформаторы питания и выходные, помещаются в экраны из жести, для уменьшения фона и наводок.
Это разработка где-то конца 80-х. За это время показала себя достойно и универсально: годится как для любителей качественного звука (сочинял для себя), так и для музыкантов, которым нужна мощность.
Краткое лирическое вступление. В своё время был очень популярен усилитель, опубликованный в журнале "Радио" 72г. Я тоже повторял эту схему. Недостатки её известны многим, кто её повторял: невысокая линейность, слабая устойчивость на ИНЧ, недостаточная устойчивость по ВЧ (от чего в схему введен корректирующий кондюк), узковатый частотный диапазон, и ещё что-то, чего сейчас не припомню. И главное - звучание оставляло желать лучшего.
Такого у себя дома я терпеть не мог: уши свои - не казённые:) Первое, с чего я начал модернизацию - замена выходного транса. Изменения, внесенные в выходной транс напрашивались сами собой - ужесточить связь обмоток обратной связи (ультралинейных) с остальными обмотками, чем уменьшить Кг на высших частотах, и улучшить частотные и фазовые характеристики выходного каскада. В том варианте, что я применил в новой конструкции удалось расширить частотный диапазон, повысить устойчивость на ВЧ, понизить выходное сопротивление. Звучание заметно улучшилось, но теперь вся схемотехника (клон т.н. "схемы Вильямсона") стала казаться притянутой в Hi-Fi за уши - выполнена как-то "в лоб", слабым звеном оставались слабая устойчивость с ООС на инфранизких частотах, повышенные нелинейные и частотные искажения (особенно на ВЧ).
Дальнейшее усовершенствование вылилось в полному отказу от этой схемы. Было перепробовано много разных схемотехнических решений. Попытки найти оптимальный вариант привели к тому решению, который предлагаю. Hа входе я применил каскодный УН с высокой линейностью, далее - фазоинверсный каскад с разделённой нагрузкой, имеющий наибольшую линейность. При этом связал я их непосредственно, чтобы уменьшить фазовые сдвиги по пути прохождения сигнала. На выходе, правда остался знакомый ультралинейный выходной каскад с небольшими изменениями (с целью удобства наладки и повышения устойчивости), и, как уже говорилось с улучшенным выходным трансом. На схеме я условно разделил предварительные каскады, связка триодов в котором собственно и являются моим ноу-хау;), и выходной каскад, вместо которого можно присоединмть любой подходящий. При правильно изготовленном и налаженном усилке, максимальные амплитуды на управляющих сетках выходных ламп должны быть не менее 80В в нагрузке 47к. А это дало возможность полностью раскачать 6П45С. И что важно, при всех своих достоинствах схема оказалась даже проще той, от которой пришлось уходить.
В результате получился усилитель со звучанием, которое (при должных мерах), вполне может претендовать на hi-end ;) Усилитель абсолютно устойчив, поэтому его можно использовать как с глубокой ООС, так и вообще без неё - линейность всех каскадов обеспечивает малые искажения и с разомкнутой петлёй ООС.
Из двух 6Р3С, мне удавалось получить >150ватт, из двух 6П45С - >220 ;), а в варианте с сеточными токами (специально для музыкантов) - 400ватт пиковой мощности! Но та схема уже заметно отличается от приведённой.
Подробные параметры усилителя я сейчас привести не могу - давно не мерял. Тем, кому нужен звук а не параметры, информации для повторения я дал достаточно, а если очень нужно, могу (хоть и очень в лом) перемерять. Для журнала перемерял бы наверное. А тут и так сойдёт:o)
Что касается наладки, то она проста:
- собрать стандартную схему измерения параметров;
- отключить ООС;
- включить усил и прогреть катоды;
- резисторами R10 и R11 выставить токи покоя вых. ламп 30...60мА (0,06...0,12В на катодах), но обязательно одинаковыми;
- без подачи сигнала на вход, регулем R2 выставить на катоде фазоинвертора 105В;
- подать сигнал на вход до получения напряжения на нагрузке 15 вольт (для 6-омного варанта);
- резистором R9 выставляется минимум 2-й гармоники на выходе;
- восстановить ООС (не обязательно).
Пункт 7 можно пропустить, если заменить R8 и R9 на один, сопротивлением 12к (это может на качество даже никак не повлиять, особенно с ООС).
Для питания усилителя понадобились дополнительные напряжения: 410В(10мА/канал) и стабилизированное 68В (б/т). На схеме показан идин из вариантов их получения из имеющихся. Здесь можно сделать по-разному. У меня, например, есть источник стаб. +220В для питания предусилителя, так я +68 получил делителем.
В своё время схема была окутана коммерческой тайной:). Теперь please - пусть кто хочет попробует. Повторюсь, что связка УН-ФИ универсальна, и может быть использована для раскачки различных выходных PP каскадов (триодных, пентодных, класса А, АВ). Для каждого конкретного случая возможно придётся произвести перерасчёт некоторых элементов, что делается очень легко. В этом я могу оказать помощь нуждающимся.
P.S: Подобной переделке хорошо поддаются усилители "Прибой" - качество заметно улучшается.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
Радио-лампа | 6Н1П | 2 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | ||
Радио-лампа | 6П45С | 2 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | ||
С1, С5, С6 | Конденсатор | 1 мкФ | 3 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | |
С2 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 1 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | |
С3 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | |
С4 | Конденсатор | 0.047 мкФ | 1 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | |
R1 | Резистор | 220 кОм | 1 | 0.5 Вт | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R2, R9 | Подстроечный резистор. | 4.7 кОм | 2 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот | |
R3 | Резистор | 100 Ом | 1 | 0.5 Вт | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R3 | Резистор | 100 кОм | 1 | 2 Вт. По ошибке в схеме два резистора именуются как R3 | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R4 | Резистор | 2 МОм | 1 | 0.5 Вт | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R6 | Резистор | 1 МОм | 1 | 0.5 Вт | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R7 | Резистор | 12 кОм | 1 | 2 Вт | Поиск в Чип и Дип | В блокнот |
R8 | Резистор |
Ламповый усилитель своими руками
, данный усилитель выполнен на доступных деталях, которые можно купить за копейки на радио рынке или найти где-нибудь дома, от старого телевизора.
Все детали усилителя смонтированы навесным монтажом. Панели для ламп лучше подобрать керамические.
Ламповый усилитель рассчитан на работу с предварительным усилителем, в котором установлены все регуляторы тембра и громкости, например, подойдет линейный выход компьютера.
(Пример внешнего вида)
Выходная мощность усилителя равна 20 вт
Коэффициент нелинейных искажений не более 1,2%
Чувствительность усилителя 500 мв
Неравномерность частотной характеристики от 30 гц до 25 кгц не превышает ±1 дб.
Усилитель выполнен на лампах: 6Н2П (1 шт.), 6П14П (4 шт.).
Схема лампового усилителя . Принципиальная схема лампового усилителя приведена на рис. 1. Ламповый усилитель имеет два каскада: фазоинвертор и выходной каскад. Фазоинвертор выполнен по самобалансирующейся схеме. Выходной каскад выполнен на четырех лампах типа 6П14П, работающих по двухтактной схеме в режиме АВ. Напряжение смещения на управляющие сетки ламп L2, L3, L4, L5 подается с общего катодного сопротивления R12. Резисторы R13 - R16 препятствуют самовозбуждению усилителя на сверхвысоких частотах.
Рис.1. Двухтактный ламповый усилитель на 20 Вт
С вторичной обмотки выходного трансформатора в цепь катода лампы L1 фазоинвертора 6Н2П, введена глубокая отрицательна обратная связь. Питание лампового усилителя поступает с диодного моста D1, D2, D2, D4. Анодное напряжение на фазоинвертор подается через развязывающий фильтр R9C2.
Выходной трансформатор лампового усилителя Т1 выполнен на магнитопроводе из пластин типа Ш-30 при толщине набора пластин 35 мм. Первичная обмотка содержат 2 по 1200 витков провода ПЭЛ 0,31, вторичная обмотка содержит 88 витков провода ПЭЛ 1,0.
Намотку выходного трансформатор лампового усилителя выполняют на каркасе со средней щечкой. Последовательность намотки секций обмоток трансформатора и схема соединения обмоток показаны на рис. 2. Вся первичная обмотка трансформатора разделена на шесть секций по 300 витков, вторичная обмотка трансформатора разделяется на четыре секции по 44 витка. Сначала наматывают секции 1—8—2—7—3 трансформатора, затем каркас снимается с намоточного станка, переворачивается на 180° и наматывают секции 4—9—5—10—6.
Рис.2. Выходной трансформатор лампового усилителя
на 20 Вт
а - расположение обмоток трансформатора; б - схема соединения обмоток трансформатора
Блок питания лампового усилителя выполнен на сердечнике из пластин Ш-40 при толщине пакета пластин 50 мм. Сетевая обмотка содержит 430 витков провода ПЭЛ 0,8. Обмотки II содержит 400 витков провода ПЭЛ 0,31; обмотка накала кенотрона содержит 11 витков провода ПЭЛ 1,0, а обмотки накала ламп L4 и L5 содержат по 13,5 витков провода ПЭЛ 1,0.
Для расчёта мощности усилителя по номиналу предохранителя нам надо узнать его КПД (коэффициент полезного действия), который зависит от класса работы усилителя. Ниже приведено описание основных классов усилителей, которые используются в автозвуковой индустрии:
Класс А. Усилители данного класса обладают низким КПД около 20-30%, но дают сигнал очень высокого качества. Усилители А-класса можно встретить лишь в очень дорогих аудиосистемах Hi-End уровня.
Класс АВ. Большинство автомобильных усилителей принадлежат именно к этому классу. Они способны выдавать достаточно качественный сигнал при относительно неплохой эффективности. КПД этих усилителей около 50%. Усилители AB-класса используются в головных устройствах (ГУ).
Класс D. Это самый современный класс усилителей, в котором применяется цифровая обработка сигнала. Усилители D класса очень мощные, компактные и выделяют меньше тепла, однако в данный момент применяются только для работы в НЧ-диапазоне, т.е. с сабвуферами. Большинство 1-канальных усилителей (моноблоков) относится к этому классу. КПД таких усилителей примерно 70-80%.
Зная класс усилителя и номинал его предохранителя можно расчитать примерную мощность, которую он способен выдать. Предохранитель ограничивает потребляемую мощность, т.е. усилитель не может долговременно потреблять ток, сила которого больше, чем номинал предохранителя. Из общего курса физики известно, что потребляемая мощность равняется произведению напряжения на силу тока:
P=U*I (потребляемая мощность)
В нашем случае значение U равняется напряжению бортовой сети автомобиля ~14В при заведённом двигателе, а значение I равняется номиналу предохранителя или их сумме, если предохранителей несколько.
По данной формуле мы можем рассчитать потребляемую усилителем мощность. Умножив это значение на КПД, мы получим мощность, которую усилитель способен отдать. Если обозначить КПД буквой E (effectiveness), то формула примет вид:
P=U*I*E (выдаваемая мощность)
Это значение равно суммарной мощности всех каналов усилителя, и если этих каналов больше, чем 1, то это число необходимо разделить на количество каналов N:
P=(U*I*E)/N (мощность на канал)
Это и есть общая формула для оценки мощности любого усилителя.
Пример 1:
Люди часто спрашивают о мощности усилителей, встроенных в головные устройства. Многие считают, что их магнитолы действительно выдают те самые 4х50W, которые написаны на панели или коробке. Давайте посчитаем, так ли это на самом деле.
В большинстве ГУ стоят предохранители на 10А и используются усилители класса AB с КПД ~50%. Подставляем данные в формулу:
P=(14В*10А*0,5)/4=17,5Вт на канал! Примерно такую мощность способен выдать усилитель ГУ. Самые мощные образцы с предохранителями на 15А выдают порядка 25Вт на канал. Результаты расчёта совпадают с реально замеренными значениями мощности.
При расчёте стоит учитывать, что полученное значение характеризует максимальную долговременную мощность усилителя на минимальную нагрузку (если усилитель способен работать на 2Ома, 1Ом или даже ниже). Это особенно важно при сравнении моноблоков, т.к. их мощность уменьшается при повышении сопротивления акустической системы.
Пример 2:
Расчёт мощности 1-канального усилителя (моноблока) D-класса. Допустим, что моноблок имеет два предохранителя по 30А. КПД возьмём равным 80%:
P=14В*60А*0,8=672Вт
Т.к. усилитель 1-канальный, то переменная N в формуле равна 1 и не изменит результат. Данную мощность усилитель развивает на минимальную нагрузку (эту информацию можно найти в инструкции к усилителю). Допустим это 1Ом. При увеличении нагрузки в 2 раза мощность уменьшится примерно в 1,5 раза. Т.е. для 2Ом это где-то 450Вт, для 4Ом примерно 300Вт. Это очень грубое приближение, но в большинстве случаев эти цифры подтверждаются на практике.