Поскольку в большинстве ламповых усилителей применяется согласующий звуковой трансформатор, то возникает закономерный вопрос. Как его победить? Как сделать так, чтобы избежать траты до 1000 зелёных денег на пару трансформаторов. И ещё возникает побочный вопрос. Как избежать затрат на изготовление выходных согласующих трансформаторов 2-3 месяцев драгоценного личного времени и сопутствующих ресурсов?
На поставленные вопросы есть простые ответы. На этом сайте практически в каждой статье показаны схемы в которых можно применить дорогущие и эксклюзивные выходные трансформаторы. Конечно же при этом будет получен превосходный результат. Помимо этого можно попытаться и самостоятельно изготовить, сравнительно недорогой, согласующий трансформатор. Для этого конечно же понадобится намоточный станок, как например показано на картинке.
Кроме того, понадобится медный эмалированный провод, изоляционные материалы и умения. Медный провод нужен в небольшом количестве и всего нескольких диаметров, но купить его будет совсем не просто, поскольку помаленьку его, как правило, не продают. И покупка это довольно не дешевая, посокольку цена меди уходит в гору.
Спроектировать выходной трансформатор не сложно. Примеры с числеными данными есть в статьях по материалам Юрия Игнатенко. Если отфильтровать муть, то легко понять, какие нужны характеристики сердечников и какие витки в первичные и вторичные обмотки. Никакой мистики здесь нету. При этом разумному станет понятно, а секрета-то никакого нету! "Уникальные" трансформаторы имеют вполне определённые параметры: номинальную мощность, магнитную индукцию в сердечнике, коэффициент трансформации, допустимые токи и напряжения. Единственная особенность согласующего трансформатора – чередование обмоток, которое энтузиасты рукодельники называют умным словом "секционирование". Смысл этого рукоблудия простой, и заключается он в улучшении потокосцепления первичных и вторичных обмоток, которые включают разнообразно.
Но можно применить ещё один способ решения проблемы, использовать типовые малогабаритные трансформаторы, описаные в справочниках Сидорова. Однако нужно понимать, что применение обыкновенного трансформатора не обеспечивает сходу потребительских характеристик, необходимых именно для звукового трансформатора. Т.е. ламповый усилитель с типовыми трансформаторами работать будет вполне исправно, но вопрос оценки его качества остаётся открытым. Усилитель будет работать со всеми трансформаторами, показанными на картинках ниже. Да и вообще ламповый усилитель будет работать практически с любыми подходящими понижающими транформаторами броневой или стержневой конструкции.
Но вот результат построения такого усилителя нельзя сходу отнести к высококачественному звуковоспроизведению. И отличие это можно заметить. С одиночным выходным типовым трансформатором чаще всего не удаётся достичь широкой полосы пропускания. Особенно проблематично получить хорошую отдачу в области низких частот. Достаточную мощность (громкость) звука тоже тоже придётся искать довольно упорно. Есть в применении типовых трансформаторов и ограничение от возникновнения в усилителе избыточных искажений. Но это всё характерно для трансформаторов, взятых вслепую. Мне показалось крайне странным, что даже на форуме известного специалиста Сергея Комарова многие телезрители в 2008 году пишут автору полную фигню. Например есть претензии, что для повторения авторской конструкции был взят конкретный ТН-трансформатор и конкретная лампа, и усилитель показал "размытое" звучание. Это же собачий бред! А измерял ли телезритель то, что он взял в свои вымытые руки? Совершенно ответственно утверждаю, что большинство трансов из ширпотреба полное говно, и в лучшем случае из партии неликвидов.
Нужно просто задуматься, какие претензии можно предъявить в старым Жигулям, которые при продаже новому владельцу, не выжимают на шоссе 180 км/час? А кто эти Жигули готовил к гонкам? И вообще, как можно ожидать от типового автомобиля такого экстрима? Нужно вначале разобраться с вопросом, а затем уже писать критические заметки на форум. Надо сначала промерить трансформаторы, понять какие из них пригодны к применению, а какие надо просто отнести на помойку. Хлам должен быть на помойке. Люди-то все разные, но думают тупо одинаково. А с какой стати эти разные-разнообразные люди думают, что все трансформаторы одинаковые?! Знать нужно, что надо искать. И лучше не искать золото в куче фекалий. Примечательно, что для дифференциального включения парных трансформаторов в схемы Сергея Комарова придётся ещё и подбирать их тщательно! А для обеспечения условия секционирования нужно поискать соответсвующие типовые трансформаторы и вникнуть в особенности их заводской намотки. Любопытно, что в сети щас есть такая информация. И если станет понятно, как обмотки намотаны на сердечник, то станет понятно и какую обмотку следует включать в какой узел схемы и в каком порядке. Задумайтесь, чем рукодельные трансформаторы лучше заводских? А ничем. В заводе трансформаторы хоть делали профессионалы и на профессиональном оборудовании. А витки можно и скомбинировать, если знать, как это сделать.
Таким образом, на самом первом этапе обычному телезрителю нужно просто знать, какие из имеющихся в наличии трансформаторов годятся для применения в ламповом усилителе, а что не годится совсем. Для обоснованного выбора нужно провести элементарные измерения, как лабораторную работу. Первоначально достаточно измерить ток холостого хода. Нужно оценить характер рассеяния трансформатора. Чем меньше ток холостого хода, тем лучше трансформатор. Трансформатор не должен гудеть совсем. Нисколько не должен гудеть трансформатор. Совсем нисколько. Для стререо усилителя понадобится пара одинаковых трансформаторов. И желательно иметь ясность по их характеристикам намагничивания. Для схем Комарова нужно иметь две симметричные пары трансформаторов. А реальность к сожалению такова, что два трансформатора из разных свалок отличаются друг от друга на 200-300 процентов. Ток холостого хода одного силовика может быть 40 мА, а другого 120 мА. И какой результат при таком расхождении следует ожидать? Лучше ориентироваться на трансформаторы из одинаковых партий. Этого удаётся достигнуть, когда попадаешь на склад старого оборудования, которое громят на этапе списания. В одинаковых измерительных приборах, одного года выпуска нередко находятся трансформаторы очень близкие по параметрам. Вот с ними и следует иметь дело. Не получится хорошего совпадения, если взять с помойки несколько трансформаторов, причём разных заводов и годов изготовления. Такой фокус не пройдёт.
Если выполнить элементарную диагностику и выбрать близкие по параметрам трансформаторы, то все перечисленные трудности в первом варианте звучания вполне можно вытерпеть. Особенно если взвесить в собственном сознании факт, что на изготовление простого варианта усилителя потрачено, например всего 500 деревянных денег вместо 50000. Иными словами, потратив всего 500 денег можно построить вполне работоспособный ламповый усилитель, звучание которого можно в дальнейшем скорректировать. Есть немаленькая вероятность, что звучание и такого лампового усилителя можно улучшить его грамотной настройкой. При этом возникает некоторая уверенность, что очень и очень многочисленные телезрители останутся довольными звучанием и такого, недорогого, но хорошо настроенного усилителя. А причина тому именно в особенностях лампового звука и определённой харизме ламповой техники, ведь лампы электронные это прямое прикосновение к старине. В этом случае возникает довольно странный, но вполне закономерный вопрос. Зачем большей части любознательных телезрителей-звукослушателей заморачиваться мучительными процедурами намотки специализированных выходных трансформаторов? И к вопросу этому сразу приходит вполне логичный ответ. Есть ощущение, что к изложенной ситуации подходит известная формулировка: ЛУЧШЕЕ ЕСТЬ ВРАГ ХОРОШЕГО.
Взвешивайте, оценивайте, испытывайте. Думайте, думайте и думайте. И тогда может прийти понимание, что даже в технических публикациях содержится очень много авторских заблуждений, которые возведены в степень конечной истины, требующей от читателя сокральной жертвы. Это не касается прямой и наглой рекламы, настырно пристающей к читателю с требованием потратить на ламповый усилитель 100-200-300-400-500 и более тысяч деревянных денег. И за такие деньги людям будет обещано настоящее чудо. Понятно, что большинство нормальных людей уже сумма в 100 тысяч рублей заставит задуматься о понятии здравый смысл. А как ещё можно сопоставить конкретную денежную сумму и ламповую игрушку? А довольно просто. Можно попробовать поставить себя на место изготовителя. И если для изготовления ламповой штуковины превосходного качества читателю потребуется потратить, например месяц, то легко прикинуть в какие деньги он оценивает собственные трудозатраты. Не обманешь себя любимого. Стекляшки при этом по затратам можно оценить в 10 процентов от этой суммы.
Евгений Бортник, декабрь 2017, Красноярск, Россия
Наблюдается интересная тенденция: чем дальше мы отходим от «ламповой» эпохи, тем больше мифов и тумана создается вокруг выходного трансформатора лампового усилителя. Причем не только в вопросах расчета, но и его изготовления. Производителей понять можно, расхваливание своей продукции — закон рекламы, но и во множестве статей независимых авторов процесс намотки трансформатора смахивает на описание тайного обряда.
Давайте разберемся, насколько это сложно и как много времени на это требуется. Разговор пойдет о выходных трансформаторах для однотактных каскадов, а также о других трансформаторах, где не требуются высокая симметрия полуобмоток и выполнение жестких требований по условиям эксплуатации. Предполагается, что у вас есть достаточного сечения магнитолровод, намоточные провода и хотя бы примитивное приспособление для намотки катушек, снабженное счетчиком витков. Имеется в виду любая конструкция — от электрической или ручной дрели, зажатой в тисках, до согнутой резьбовой шпильки, укрепленной в двух деревянных брусках.
Изготовление катушки — дело кропотливое, но не сложное. Чертеж деталей каркаса сборной катушки из гетинак-са или текстолита с защелками показан на рисунке. На чертеже в позиции 1 — щечки; 2, 3 — пластины. Размеры h, b, у, y1и толщина деталей каркаса связаны с размерами и формой магнитопровода. Лучшим материалом для его изготовления можно считать стеклотекстолит (без фольги) толщиной 1,5…2 мм.
При изготовлении деталей оставляйте припуск на окончательную доводку при сборке. Если попытаться сразу выпилить деталь по размеру, то велика вероятность, что ничего защелкиваться не будет, а катушка развалится. У собранной катушки опилите острые углы надфилем и оберните одним-двумя слоями бумаги толщиной 0,1…0,15 мм. На изготовление катушки потребуется два-три часа.
Технологию изготовления трансформатора галетной конструкции затрагивать вообще не будем, поскольку при относительно малом числе галет она проигрывает классической конструкции с неглубоким секционированием и по коэффициенту заполнения, и по индуктивности рассеяния.
Далее начинается более интересное — намотка. Большинство любителей используют рядовую намотку, т. е. провод мотают виток к витку, и через каждый слой укладывают прокладку. Намотать таким образом без станка с укладчиком 3000-4000 витков тонким проводом — титанический труд. Возникает вопрос: а почему не намотать внавал?
Если отбросить благородное возмущение истинных аудиофилов и обратиться к первоисточникам [1, 2], то выяснится, что с коэффициентом заполнения для тонкого провода (0,15-0,4 мм) не так плохо: Г. Цыкин приводит значения 0,7…0,75, у меня получалось 0,5…0,53, что для единичных экземпляров трансформатора с секционированными обмотками вполне допустимо.
Индуктивность рассеяния практически не зависит от способа и плотности намотки. Собственная емкость обмотки (при намотке внавал) получается на 5…10 % меньше. Основной проблемой представляется пониженная электрическая прочность.
Кстати, высокие значения коэффициента заполнения позволяют сделать трансформатор меньше или в тех же габаритах получить большую индуктивность намагничивания. Это важно, так как для высококачественных устройств следует стремиться реализовать трансформатор с минимальными габаритами при заданной индуктивности первичной обмотки. Чем меньше размеры магнито-провода трансформатора, тем лучше — меньше индуктивность рассеяния при заданном секционировании.
Вернемся к обеспечению электрической прочности. В книгах все написано правильно, но большинство рекомендаций относится к серийному производству трансформаторов и соответствию их определенным стандартам. Выполнить трансформатор в соответствии с ними в домашних условиях нереально: нет ни соответствующих материалов, ни технологий. Поэтому будем исходить из двух критериев: первое — реальные условия эксплуатации, второе — неприемлемое в производстве вполне подходит при самостоятельном изготовлении единичных образцов.
Так какое же напряжение может быть на первичной обмотке трансформатора? Допустим, выходная мощность Р усилителя — 5 Вт (это немало для однотактного каскада на распространенных лампах), приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки R — 2 кОм, напряжение питания Ua — 300 В и КПД трансформатора КПД- 0,85. Чтобы получить такую мощность, действующее напряжение на первичной обмотке должно быть равно:
Urms= √PR/КПД= 117B.
Соответственно его амплитуда будет равна: U rms= √2 Urms = 166 В.
С учетом напряжения питания максимальное напряжение на первичной обмотке относительно корпуса усилителя будет равно:
Uw — U + Ua — 466 В.
Это и определяет требования к межобмоточной изоляции (как правило, один конец вторичной обмотки заземлен) и изоляционным свойствам каркаса. Кабельной бумаги толщиной 0,12 мм достаточно два слоя, можно использовать конденсаторную бумагу в 4-5 слоев либо комбинацию из слоя сантехнической фторопластовой ленты и слоя писчей бумаги. Стеклотекстолитовый каркас с лихвой обеспечивает необходимую электрическую прочность.
Высококачественные выходные трансформаторы всегда выполняют секционированными, иначе не удается получить приемлемые значения индуктивности рассеяния. В простейшем случае первичную обмотку делят на две части, но лучше — на три, между которыми располагают вторичную обмотку. Возможно и более глубокое секционирование, но при этом значительно снижается коэффициент заполнения окна магнитопровода и возрастает емкость между обмотками. Из-за усложнения намотки глубокое секционирование используется довольно редко.
Остановимся на трех секциях первичной обмотки.
Минимум индуктивности рассеяния достигается при неравномерном разделении числа витков — в крайних секциях их число в два раза меньше, чем в средней. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки, то в отсутствие сигнала все витки первичной обмотки эквипотенциальны; при максимальной мощности напряжение на частях обмотки будет пропорционально их индуктивности. Следовательно, максимальное переменное напряжение возникает на средней секции обмотки; его амплитуда равна 83 В. Пробивное напряжение изоляции обмоточного провода диаметром более 0,15 мм (ПЭТВ, ПЭВ, ПВТЛ и др.) — не менее 600 В, а число микродефектов допустимо не более 5-7 на 15 м. Для провода диаметром более 0,35 мм микродефекты вообще недопустимы. Поэтому обмотку можно мотать внавал вообще без всяких прокладок; вероятность появления короткозамкнутых витков очень мала.
Для лучшей укладки витков и повышения надежности трансформатора целесообразно через каждые 300-500 витков обмотки укладывать прокладку из конденсаторной бумаги толщиной 0,022 мм в два слоя (такую бумажную ленту можно добыть из старых бумажных конденсаторов — например, группы КБГ). Поэтому основная задача при намотке трансформатора — исключить западание витков.
Межобмоточная изоляция достигается стандартным способом — прокладку делают шире каркаса на 4-5 мм и по ее краям нарезают насечку. Это можно сделать быстро, свернув прокладку в трубку: ее край по контуру прокусывают острыми кусачками. Так как в этом случае используется более толстая и жесткая изоляция (как из условий электрической прочности, так и для возможности нормальной укладки следующей обмотки), западание витков исключено, если вы достаточно внимательны. Желательно исключить западание витков и при укладке межслоевой изоляции. Тут возникают сложности. Так как поверхность обмотки имеет неровности, то даже при наличии насечки на краях прокладки исключить западания витков не удается — провод ее стягивает. Решается этот вопрос следующим образом. На края прокладки накладывается бандаж из узкой полоски тонкой липкой бумаги (можно использовать «малярную ленту») с насечкой по краю, она удерживает прокладку от сползания (или закрывает витки, с которых прокладка уже сползла).
Итак, порядок намотки трансформатора следующий — секции первичной обмотки наматывают внавал с межслоевыми прокладками через каждые 300- 500 витков, секции вторичной обмотки — виток к витку без прокладок (при диаметре провода более 0,6 мм этот процесс сложности не вызывает). Напоминаю еще раз, что межобмоточная изоляция должна быть достаточно жесткой — витки вторичной обмотки должны ложиться ровно. При намотке секций первичной обмотки следует обеспечивать достаточное натяжение провода и стараться, чтобы поверхность обмотки была как можно ровнее. Кстати, при намотке желательно не касаться провода руками, а удерживать его кусочком тонкого фетра или мягкой замши. Намотка ведется от края до края катушки. Выводы обмоток выполняются непосредственно обмоточным проводом с надетой на него фторопластовой трубкой (тонкая трубка прекрасно тянется; растягивая миллиметровую трубочку, можно получить трубку меньшего диаметра). Если провод слишком тонкий, то для повышения механической прочности вывода провод складывают в три-четыре раза и плотно свивают. Эта косичка используется как вывод обмотки, естественно, ее начало должно быть изолировано и надежно закреплено на обмотке. Выводы из цветных проводов, конечно, красивее, но такой вариант практичнее. Конечная изоляция обмоток выполняется из двух слоев кабельной бумаги (можно и писчей).
Коэффициент заполнения окна маг-нитопровода при двух секциях первичной обмотки находится около 0,45, при трех секциях первичной обмотки — около 0,4. Это усредненные данные по результатам намотки нескольких десятков трансформаторов разной мощности.
Управиться с такой работой, в зависимости от имеющегося опыта, вполне можно за пару вечеров.
Для чего пропитывают катушку трансформатора? Основная цель — повышение электрической прочности при неблагоприятных внешних условиях, также пропитка улучшает отвод тепла из внутренних слоев катушки и повышает ее механическую прочность. Конечно, есть и обратная сторона медали, любая пропитка увеличивает собственную емкость трансформатора.
В 99,9 % случаев любительский усилитель стоит на почетном месте в комнате при практически нормальных условиях. Тепловая нагрузка на выходной трансформатор высококачественного усилителя тоже не велика. Во-первых, проектируются такие трансформаторы по несколько иным критериям, чем сетевые, во-вторых, при прослушивании музыки, даже если усилитель имеет значительную выходную мощность, средняя мощность на выходе составляет всего несколько ватт. Поэтому я не советую использовать какую-либо пропитку и тем самым ухудшать, даже незначительно, электрические параметры трансформатора. Конечно, если вы намерены слушать музыку в условиях тропического климата, планируете установить усилитель в автомобиле или предложить его рок-группе, тогда надо задуматься над пропиточным составом и способом пропитки.
Другое дело — магнитопровод трансформатора. В любительской практике часто используют витые магнитопроводы от серийных трансформаторов, которые гри разборке имеют тенденцию расслаиваться. Это не опасно, но отслоившиеся пластинки будут создавать призвуки. По возможности, их следует подклеить, но это мало что даст. Эффективный способ утихомирить трансформатор (клеить все равно надо) — перед окончательной сборкой окунуть подковы магнитопро-вода в масляный лак. Шихтованный магнитопровод тоже целесообразно прокрасить лаком.
При окончательной сборке трансформатора таким же лаком промазывают и формирующую немагнитный зазор прокладку (для ШЛ и ПЛ их соответственно три и две), толщина которой задана при расчете. Ее можно изготовить из тонкого листа электрокартона, текстолита, гети-накса или иного жесткого термостойкого материала. Очень важно обеспечить фиксацию зазора в магнитолроводе надежной стяжкой: стабильность зазора способствует минимизации нелинейных искажений самого трансформатора на низких частотах.
Изготовленный таким образом трансформатор будет иметь электрические параметры не хуже, а возможно, и лучше, чем изготовленный в заводском цехе. В условиях, близких к нормальным, такие трансформаторы работают безотказно.
Итак, сложность самостоятельного изготовления выходного трансформатора сильно преувеличена. Основные хлопоты связаны с поиском магнитопровода, намоточных проводов и сопутствуюших материалов, а не с намоткой. Залогом хороших результатов является обычная аккуратность и внимательность. Даже не имея опыта, вполне реально за неделю изготовить комплект выходных трансформаторов для стереоусилителя. Конечно, не все может получиться сразу, но под лежачий камень вода не течет, поэтому смело беритесь за работу и собирайте свой лучший ламповый усилитель.
Замечу, что теперь появилось много современных изоляционных материалов, так что применять бумагу совсем не обязательно. Использование полиэти-лентерефталатной, лавсановой пленки, армированного фторопласта, стеклоткани приветствуется; применяйте, что легче достать.
У мощных усилителей возможно появление значительного перепада напряжения на выходном трансформаторе при резком сбросе нагрузки. Если при сравнительных прослушиваниях аппаратуры вы предпочитаете делать коммутацию нагрузки на ходу, то не стоит увеличивать электрическую прочность трансформатора, проще зашунтировать его первичную обмотку подходящим варистором или разрядником на 1 кВ.
Естественно, качество трансформ тора зависит и от применяемого магнитопровода, но не следует возводить это в абсолют. В трансформаторах питания бытовой аппаратуры наиболее часто использовалась электротехническая сталь 3411. Она уступает по своим магнитным свойствам современным сталям (производители часто используют сталь 3408), но эти отличия не настолько велики, чтобы их нельзя было частично компенсировать на этапе проектирования трансформатора. На витом магни-топроводе от сетевого трансформатора можно изготовить отличный выходной трансформатор. И вообще, наблюдается любопытный парадокс. Многие производители предлагают высококачественные выходные трансформаторы, но ограничиваются приведением только их основных параметров — чистый «кот в мешке». А трансформаторы с магнито-проводами из стали 3408 и аморфного сплава — «две большие разницы»!
Наибольшие искажения возникают в выходном каскаде усилителя, причем основной причиной искажений является выходной трансформатор.
Выходной трансформатор ограничивает диапазон воспроизводимых усилителем частот как со стороны низких, так и со стороны высоких частот. В предварительных каскадах УНЧ нелинейные искажения невелики в связи с малыми уровнями сигнала, а частотные искажения могут быть значительно снижены правильным выбором элементов усилителя.
Для расширения частотной характеристики в сторону низших частот требуется значительное увеличение индуктивности первичной обмотки трансформатора, однако при этом возникает индуктивность рассеивания, ограничивающая частотный диапазон в области высших частот. Зависимость величины магнитной проницаемости материала сердечника трансформатора от величины тока через обмотки приводит к нелинейным искажениям воспроизводимого сигнала.
Одним из основных способов уменьшения как частотных, так и нелинейных искажений является отрицательная обратная связь (ООС). Однако беспредельно увеличивать глубину ООС нельзя, так как наличие фазовых искажений на крайних частотах уменьшает стабильность работы усилителя и может даже привести к его самовозбуждению. Для улучшения фазовой характеристики усилителя стараются исключить из него элементы, создающие фазовые сдвиги. Одним из таких элементов и является выходной трансформатор.
Если еще учесть, что выходной трансформатор является довольно дорогостоящей в производстве деталью, то становится понятным стремление конструкторов к созданию схем выходных каскадов УНЧ без выходных трансформаторов. При использовании громкоговорителей с сопротивлением звуковой катушки 5-10 Ом осуществить бестрансформаторный выход довольно трудно, так как для получения выходной мощности порядка 5-10 Вт выходные лампы должны обеспечивать ток через нагрузку около 1-1,5 А.
Создание таких ламп представляет довольно трудную задачу, поэтому более удачным решением оказалось увеличение сопротивления звуковой катушки громкоговорителя до 400-800 Ом и создание выходных каскадов, обеспечивающих согласование с такими громкоговорителями. Наибольшее распостранение получил так называемый последовательный двухтактный каскад, описание которого приведено ниже.
Рис. 1: а) обычный двухтактный усилитель б) двухтактный усилитель с параллельно включенными частями нагрузки; в) последовательный двухтактный усилитель
В обычной двухтактной схеме (рис.1а) нагрузка Rн состоит из двух частей, включенных последовательно.
Если использовать в качестве нагрузки высокоомную звуковую катушку громкоговорителя, то она должна иметь сопротивление Rн, вывод от средней точки и, кроме того, должна быть изолирована от корпуса усилителя. Части нагрузки, имеющие сопротивление Rн/2 каждая, могут быть включены и параллельно (рис.1б).
Очевидно, что в этом случае результирующее сопротивление нагрузки будет равно Rн/4. Вывод от средней точки катушки становится ненужным. Недостатком схемы рис.1б является необходимость иметь два отдельных источника анодного питания. Поскольку постоянные составляющие анодного тока через обе лампы равны, то источники питания могут быть объединены (рис.1в).
Так как в этом случае через нагрузку протекают только переменные составляющие анодных токов ламп, то она может быть включена через разделительный конденсатор и один вывод ее может быть заземлен. Усилитель по схеме рис.1в и представляет собой последовательный двухтактный каскад, который имеет следующие преимущества перед обычным двухтактным каскадом: приведенное сопротивление нагрузки оказывается в четыре раза меньше, не нужен вывод от средней точки нагрузки, один из концов нагрузки может быть заземлен. Эти достоинства облегчают применение высокоомных громкоговорителей в качестве нагрузки.
Недостатком последовательного двухтактного каскада является необходимость удвоенного напряжения анодного питания, так как по постоянному току лампы включены последовательно. Поэтому, чтобы осуществить бестрансформаторный усилитель с обычным напряжением источника питания 250-300 В, необходимо иметь лампы, которые при низком анодном напряжении 100-150 В имели бы малое внутреннее сопротивление и отдавали достаточную мощность.
Из выпускаемых нашей промышленностью ламп в бестрансформаторных усилителях может быть использована лампа 6П18П. Последовательный двухтактный каскад, собранный на этих лампах при напряжении источника питания 310 В, отдает мощность порядка 6-8 Вт и согласовывается с нагрузкой, имеющей сопротивление около 800 Ом. При намотке звуковых катушек громкоговорителей проводом диаметром 0,05 мм можно получить сопротивление звуковой катушки порядка 300-400 Ом.
Так как современные усилители НЧ, как правило, используют систему из нескольких громкоговорителей, то сопротивление звуковой катушки громкоговорителя такой величины оказывается в большинстве случаев достаточным. Ниже приводится таблица параметров отечественных высокоомных громкоговорителей для бестрансформаторных схем. Громкоговорители отличаются от аналогичных низкоомных только моточными данными звуковой катушки, которая при необходимости может быть изготовлена самим радиолюбителем.
Особенность двухтактного последовательного каскада является то, что если для обычного двухтактного каскада, при отсутствии сигнала, напряжения на анодах равны, а токи ламп могут несколько отличаться, то для последовательного двухтактного каскада в начальной рабочей точке токи ламп равны, а анодные напряжения могут отличаться друг от друга.
Рис. 2. Схема усилителя без фазоинверсного каскада. Мощность 2 Вт
Предварительный усилитель выполнен на лампе 6Н2П и имеет раздельные плавные регуляторы тембра. Как видно из схемы, усилитель не содержит специального фазоинверсного каскада. Напряжение возбуждения подается только на лампу Л3, а на лампе Л2 это напряжение образуется за счет падения напряжения на сопротивлении R22. Выбранная величина этого сопротивления 180 Ом обеспечивает симметричную работу обеих ламп. Усилитель охвачен ООС глубиной 19 дБ, напряжение которой подается с нагрузки усилителя в цепь катода предоконечного каскада через сопротивление R18.
Низкое выходное сопротивление усилителя 90 Ом достаточно хорошо демпфирует акустическую систему. Выходная мощность усилителя 2 Вт при коэффициенте нелинейных искажений около 1,5%. Чувствительность усилителя 230 мВ, среднее звуковое давление, развиваемое акустической системой, более 10 бар.
Рис. 3. Частотная характеристика усилителя, приведенного на рис. 2:
Недостатком усилителя без фазоинвертора является несимметричность напряжений, поступающих на сетки оконечных ламп, так как на управляющую сетку лампы Л2 поступает напряжение с нелинейными искажениями, возникшими в лампе Л3. В результате не происходит характерной для двухтактного каскада компенсации четных гармоник. Кроме того, такой усилитель может работать только в классе А.
В усилителе применены два низкочастотных громкоговорителя типа 2ГД-6 (Гр1 и Гр2) и два высокочастотных – типа 1ГД-17 (Гр3 и Гр4). Полное сопротивление нагрузки на частоте 1000 Гц равно 960 Ом.
Рис. 4. Усилитель двухканальный безтрансформаторный. Мощность: 6 Вт
Рис. 5. АЧХ усилителя приведенного на рис.4:
Выходная мощность на канал 6 Вт, при КНИ 1%. Чувствительность 0,2 В. В усилителе применены НЧ динамики – пара 5 ГД-16, а в качестве ВЧ – три ВГД-2.
Некоторые трудности в бестрансформаторных усилителях вызывает питание экранной сетки верхней (по схеме) лампы. Для получения пентодного режима экранная сетка должна быть по переменному току замкнута на катод (через конденсатор С13). Однако при этом сопротивление R23 оказывается включенным (по переменному току) параллельно нагрузке и на нем бесполезно рассеивается часть выходной мощности. Увеличение сопротивления R23 уменьшает постоянное напряжение на экранной сетке, в результате чего уменьшается мощность, отдаваемая лампами.
Компромиссной оказывается величина 6,8 кОм, которая, с одной стороны, обеспечивает достаточно высокое постоянное напряжение на экранной сетке и, с другой стороны, не приводит к заметным потерям мощности. Вместо сопротивления R23 может быть включен низкочастотный дроссель, который обладает большим сопротивлением переменному току и малым – для постоянного тока. Однако это усложняет усилитель и не всегда может быть рекомендовано.
На схеме (рис.4) показана схема более совершенного безтрансформаторного усилителя. Усилитель выполнен по двухканальной схеме.
Рис. 6. Безтрансформаторный усилитель мощностью 7 Вт.
ПОС в усилителе осуществлена подачей части напряжения из катодной цепи Л1б в цепь катода Л1а через сопротивление R7. Напряжение ООС подается с выхода усилителя в цепь катода Л1а через сопротивление R11. Между анодом фазоинвертора и управляющей сетки лампы выходного каскада Л2 осуществлена связь по постоянному току. Величина отрицательного смещения на управляющей сетке этой лампы определяется разностью между напряжением на катоде и напряжением, снимаемым на управляющую сетку с делителя R8, R13.
Рис. 7. АЧХ усилителя по схеме на рис.6:
Частотная характеристика усилителя прямолинейна от 20 Гц до частот свыше 100 кГц, что является характерным для бестрансформаторных усилителей. При выходной мощности 7 Вт нелинейные искажения не превышают 0,5%. Все это обеспечивает воспроизведение всего звукового диапазона частот практически без искажений.
Рис. 8. Зависимость КНИ от выходной мощности:
В заключение следует отметить, что бестрансформаторные усилители, построенные по последовательной двухтактной схеме, могут как и обычные трансформаторные двухтактные усилители работать не только в классе А, а также в классах АВ и В.
Так, например, для работы в режиме, близком к классу В, в схеме на рис.3 нужно исключить R17C12 и, отключив R13 от корпуса, подать через него на управляющую сетку Л3 отрицательное смещение порядка 15 В от постороннего источника. При этом будет достигнут дополнительный выигрыш в мощности 10-20%. К выходу усилителя подключаются два, последовательно соединенных громкоговорителя 5ГД-16.
Автор: Кононович Л. (по материалам журнала “Радио” №6/1959 год)
