Прочитав заголовок, многие даже смотреть не станут: тема настолько изъеложена – чего здесь может быть нового? Да, многие показывали свои переделки, характеризуя их в превосходных тонах. Я тоже хочу внести свою лепту.
А качество сего пусть оценивают другие. Еще, как я считаю, лампы 6Р3С незаслуженно опущены. На мой взгляд, их просто надо уметь «готовить»;)
Целью данной модернизации является устранение проблемы выхода из строя выходных ламп из-за неуправляемых токов, а также улучшение качества звучания.
Многие считают лампы 6Р3С крайне ненадежными, и рекомендуют их сразу выбросить и заменить чем-то другим. То, что качество изготовления этих ламп оставляет желать лучшего я согласен.
Особенно в последние годы их выпуска. Здесь потеря вакуума из-за трещин, межэлектродные замыкания и т.п. Но те лампы, которым удалось избежать брака, вполне хороши.
А обратные токи управляющих сеток, рост которых приводят к расплавлению баллонов, вполне можно стабилизировать. Предлагаемая модернизация позволяет не просто стабилизировать напряжения смещения на сетках выходных ламп, но и поддерживать рассеиваемую мощность покоя на анодах стабильной при изменении питающего напряжения электросети.
Типовая схема «Прибоя» не гарантирует надежность аппарата даже с использованием стабилизатора напряжения, как предлагают некоторые в интернете.
Схема доработки усилителя мощности
Предлагаемая схема состоит из фазоинверсного и выходного каскадов, без ООС. Для стабилизации напряжений смещения, и повышения коэффициента усиления фазоинверсного каскада, применены развязывающие катодные повторители на лампе 6Н6П.
Раскачки выходных ламп хватает с хорошим запасом, т.к. усиление ФИ 50…60. Для обеспечения нужного напряжения источника смещения, и его коррекции, на плате блока питания произведены некоторые изменения.
Выпрямитель переделан в удвоитель, для чего добавлены 2 конденсатора и диод. Места для установки электролитов на плате достаточно. Для коррекции смещения добавлены стабилитрон и резистор.
Напряжение стабилитрона задает нужное уменьшение тока покоя выходных ламп при увеличении питающего напряжения, и наоборот. Провода -100В и +33В бросаются дополнительно.
Рис. 1. Схема модернизации лампового усилителя Прибой 50УМ-204С.
Что касается качества звука, схема работает без ООС, что избавляет звук от «транзисторности». Для снижения нечетных гармоник, токи покоя выходных ламп выставляются по возможности большие.
Например, для 6Р3С максимально допустимый ток анодов: Pa max/Ua = 40/420 = 95mA. Но такой ток не обязателен, достаточно 60…80мА (примерно 0,65…0,85В на катодах).
Устанавливать при напряжении сети 220. При его понижении ток будет расти, при повышении – падать. Фазоинвертор регулировать по равенству амплитуд раскачки (можно по нулю переменки на катодах 6Н2П).
А так выглядит схема УМ без привязки к конкретному устройству:
Рис. 2. Принципиальная схема лампового усилителя мощности на 6Н2П, 6Н6П, 6Р3С.
На данный момент имеется испытанная схема переделки «прибоя» с триодным включением выходных ламп, выдающая по 30 ватт на канал.
Звук «Прибоя»
История эта началась осенью 1991 года, когда я озадачился покупкой усилителя мощности в свой домашний стереокомплекс. В «комплекс» тогда входили: катушечный магнитофон первого класса (с усилителем мощности), катушечный магнитофон высшего класса (без усилителя мощности), ЭПУ «Вега ЭП-122» (без фонокорректора) и пара колонок «Radiotehnika S-90». Проблема с покупкой усилителя заключалась в том, что страна переживала непростые времена, и из магазинов сметалось всё.
В это время в продаже появились усилители «Прибой 50УМ-204С». Собирали их в Таганроге, стоили они 350 рублей. Особой популярностью эти усилители не пользовались. Во-первых, они имели довольно-таки неказистый вид. Во-вторых, они были ламповыми. И это в конце XX века!
Мне же ламповая электроника нравилась всегда, денег было достаточно, и я решился на покупку. Сколько раз я пожалел об этом, вы узнаете дальше. TL/DR:
пожалел я о покупке лампового усилителя ровно один раз: через неделю работы усилитель загорелся так, что его пришлось тушить. А потом – ни разу!
Конструкция усилителя очень простая. В её основе лежит сварная рама из алюминиевых уголков. Передняя панель из алюминия. Нижняя и задняя стенки – пластиковые. На корпус надет П-образный кожух из стали. Габаритные размеры усилителя: 430х400х163 мм. Масса усилителя без упаковки: 18 кг.
Вес усилителю придают три трансформатора: два выходных и один силовой. Конструкцию выходных трансформаторов разработчики решили не усложнять, мотать обмотки «бутербродом», перемежая слоями первичную и вторичную, не стали. Зато «железа» для трансформаторов не пожалели, а стянули его так прочно, что трансформаторы в работе не издают никаких вибраций.
На переднюю панель усилителя выведены: кнопка включения, индикатор питания и двойной движковый регулятор уровня. На задней стенке – ввод сетевого шнура, гнездо предохранителя, гнездо линейного входа и клеммы для подключения АС.
Регулятор уровня имеет оригинальную конструкцию. На фото ниже приведён его вид справа и слева:
Выходные каскады усилителя собраны на мощных лучевых тетродах 6Р3С-1. Такие же лампы десятилетиями работали в трансляционных усилителях У-100У4.2. В школе, где я учился, такой, кстати, и стоял.
Выходные каскады двухтактные (Push-Pull, PP), включение ламп – пентодное. Смещение на управляющих сетках – фиксированное, не «автоматическое». Есть отрицательная обратная связь через RC-цепочку с выхода динамика на вход усилителя. Компоненты смонтированы на печатных платах. Никаких «аудиофильских заморочек», короче.
При первом включении «Прибой» потряс меня тем, что не ничем себя не обнаруживал. Светился индикатор, через решетки кожуха просвечивал накал ламп, а колонки не издавали ни звука. Не было ни характерного для транзисторных усилителей «шебуршания», ни фона переменного тока, только при перемещении движков регулятора громкости раздавались негромкие пощёлкивания.
Первое прослушивание произвело благоприятное впечатление. Усилитель давал очень хорошую «детализацию». Омрачалось всё тем, что «S-90» с этим усилителем время от времени весело похрюкивали «басами». «Верхов» же этим колонкам от усилителя не хватало.
У одного из моих приятелей были колонки «Союз 130АС-002». Они ему не нравились своим «топорным» видом, и он решил поменять их на мои «S-90».
Оказалось, что усилитель «Прибой 50УМ-204С» и акустические системы «Союз 130АС-002» просто созданы друг для друга. На месте, где «Radiotehnika S-90» «хрюкала», «Союз 130АС-002» «бумкнул» и сдул струёй воздуха из фазоинвертора лежащую рядом с ним газету.
По невероятному стечению обстоятельств масса акустической системы «Союз 130АС-002» без упаковки – тоже 18 кг.
В катодных цепях выходных ламп усилителя стоит плавкий предохранитель. Как оказалось, он там совсем не лишний. Вот только на заводе вместо предохранителя на 0,4 А был поставлен предохранитель на 4 А.
Возгорание усилителя произошло так: у выходной лампы проплавился стеклянный баллон, выгорели резисторы в цепях катода и экранной сетки, а предохранитель остался цел! К счастью, трансформатор не пострадал.
Общеизвестный факт, что усилительные каскады на электронных лампах склонны к самовозбуждению. Лампы 6Р3С-1 (1989 год выпуска), купленные вместе с усилителем, к самовозбуждению оказались особенно склонны и «выгорели» подобным образом месяцев за шесть. К счастью, предохранители в этих случаях отрабатывали штатно.
«Выгоревшие» 6Р3С-1 я заменял на лампы 1977 года выпуска, которые мне удалось «достать». Лампы подбирал парами, так чтобы при одинаковом отрицательном смещении на управляющих сетках у них был одинаковый ток покоя.
Проверяю режимы этих ламп раз в пять лет, потеря эмиссии есть конечно, но не сильная. А работают они уже скоро как тридцать лет без замены.
В сети есть огромное количество рекомендаций по переделке усилителя «Прибой 50УМ-204С». Может сложиться впечатление, что усилитель состоит из одних недостатков.
Я же всегда исходил из того, что число «204» в названии усилителя означает принадлежность к аппаратуре 2 группы сложности. Это самая низшая категория для усилителей по ГОСТ 24388-88.
Но так ли усилитель «Прибой 50УМ-204С» плох? В 2005 году я получил вместе с журналом «Салон AudioVideo» тестовый диск «АудиоДоктор FSQ». На диске 14 основных дорожек, 2 бонусных. В буклете указано, что записано на дорожках, как это должно звучать, и что делать с аппаратурой, если дорожка звучит не так.
На моем усилителе и акустических системах, все дорожки тестового диска звучат так, как и должны звучать. Согласитесь, что это совсем неплохо для «аппаратуры 2 группы сложности»!
За свою долгую жизнь усилитель пережил полную замену электролитических конденсаторов; подбор номиналов резисторов, подключенных к катодам и экранным сеткам выходных ламп; замену выходных ламп с подбором по парам. И всё!
В усилителе «Прибой 50УМ-204С» соединились моя любовь к музыке и моя любовь к ламповой электронике. Этот усилитель вкупе с АС «Союз 130АС-002» одинаково хорошо воспроизводит как классическую музыку с «винила», так и industrial или trip-hop с компакт-дисков.
Вот например, как звучит финал русского танца из балета П.И. Чайковского «Щелкунчик»:
Практика тридцати лет работы моего «Прибоя» подтверждает правило: простые схемы требуют подбора комплектующих.
В этом усилителю «Прибой 50УМ-204С» совершенно не повезло. Аппаратуру ставили на производство во время крушения хозяйственных связей в стране. По комплектации усилитель напоминает винегрет: качественные конденсаторы К73-16 перемежаются с «помоечными» К10-7; «разнобой» типов резисторов в регуляторе уровня; некачественные лампы 6Р3С-1, наконец.
Никто из моих товарищей по увлечению музыкой на покупку лампового усилителя так и не решился.
От транзисторного звучания усилителя «прибой» к ламповому
(C) АУДИО МАГАЗИH 1/1996
От pедакции: Пpедлагаемая пеpеделка усилителя pассчитана на подготовленного pадиолюбителя. Помните, что пpидется иметь дело с высоковольтными цепями, — беpегите свою жизнь. Жуpнал «Аудио Магазин» не несет отвественности за последствия пpедпpинятой пеpеделки, хотя возможны консультации по вопpосам, пpисланным почтой. Коммеpческое использование пpиведенной констpукции усилителя будет пpеследоваться по закону.
Если вы хотите иметь усилитель, который способен естественно передавать человеческий голос, звучание скрипки и рояля, вам следует снять со своего счета не менее 2 000 долларов и, воспользовавшись советами наставников из «Аудио Магазина», приобрести простенький «Manley» или «Audio Note». Другой путь — за 50 долларов купить на вещевом рынке ламповый усилитель «Прибой» и самому собрать из его деталей усилитель, качество звучания которого будет отвечать самым высоким вашим требованиям. Мысль сделать из «Прибоя» «хайэндовый» усилитель пришла мне в голову год назад, когда в ближайшем продуктовом магазине среди бутылок с крепкими напитками и сладких парочек «Twix» я обнаружил сиротливо выглядывавший из темного угла уприбой 50 УМ 204С». Стоил он всего 60 тысяч рублей, поэтому я купил его, можно сказать, не глядя, даже не проверив, в рабочем ли он состоянии. Первое, что я сделал, притащив этакую тяжесть домой, — вынул из него выходной трансформатор, после чего измерил его коэффициент трансформации и полосу пропускания. Результат показался мне обнадеживающим, поэтому, не теряя времени, я подключил извлеченные выходные трансформаторы к моему усилителю на лампах EL34 (в триодном включении) и стал внимательно слушать скрипичный концерт Паганини в исполнении И. Менухина. «совсем не так плохо» — сказал я себе наконец и недолго думая спустился за еще одним «Прибоем». Позже я посоветовал купить этот усилитель многим своим друзьям, а про себя поблагодарил Володю Стародубцева — автора первого отечественного лампового усилителя (первого после периода их забвения в 60-х годах) за подходящий выходной трансформатор, удобную для переделки конструкцию и умеренную даже для комплекта деталей цену.
1. Электрическая схема усилителя должна быть предельно простой (простота легче всего оценивается по количеству использованных в усилителе элементов, паек и проводов).
2. Все электроэлементы, включая резисторы, конденсаторы, разъемы, соединительные провода (в том числе в источнике питания), а также припой должны быть тщательно отобраны и гармонизованы между собой по звуку.
3. Усилитель не должен содержать даже небольших по величине отрицательных обратных связей.
4. Выходное сопротивление усилителя по возможности должно быть активным, не зависящим от мгновенных значений сигнала и не должно превышать половины номинального сопро тивления громкоговорителя (это требование выполняется только в усилителях с триодным выходом, работающих в классе «А»).
5. У каждого канала усилителя должен быть свой тщательно очищенный от пульсаций и помех источник питания (следует обратить внимание на то, что требования к качеству источника питания усилителя на триодах на по- рядок выше соответствующих требований в источнику питания усилителя, выполненного на пентодах).
Не могу согласиться с мнением Питера Квортрупа, который считает, что только однотактные усилители — панацея от всех бед (,»АМ N4 (5) 95, с. 40). Полагаю, что тщательно проработанный двухтактник, особенно в части фазоинвертора и его связей с выходными лампами, приведет вас в «двухтактный рай». Однако для того, чтобы убедиться в действительных преимуществах ламп перед транзисторами, вам придется пойти на некоторые жертвы, а именно: при включении выходных ламп 6Р3-1 триодом и переводе усилителя в класс А вы потеряете примерно три четверти выходной мощности усилителя. Поэтому, несмотря на «мягкий» клиппинг при его перегрузках, лучше воздержаться от переделки «Прибоя», пока вы не убедитесь, что чувствительность ваших громкоговорителей не меньше, чем 90 дБ/Вт/и. В любом учебнике 50-х годов по усилителям можно прочесть, что КПД двухтактного усилителя на лампах не превышает в классе В на пентодах — 78% , в классе В на триодах — 35,5% , в классе А на триодах — 25%
К сожалению, даже эти значения из-за неидеальности анодных характеристик выходных ламп так и остаются недостижимыми. Поэтому, чтобы владельцы «Прибоя» не подумали, что их хотят лишить главного его достоинства — выходной мощности, остановлюсь подробно на расчете двухтактного выходного каскада, работающего в классе «А» на включенных триодом лампах 6Р3-1. Для расчета воспользуемся приведенными в справочниках данными на лампу 6Р3-1. Для наших целей мы обнаружили немногое: это предельно допустимая мощность рассеивания на обоих анодах Р a max- 40 Вт и предельно допустимое напряжение на второй сетке Ua2max = 300 B.
В триодном включении лампы это напряжение становится предельно допустимым для анодов.
Анодные характеристики включенной триодом лампы, к сожалению, в справочниках отсутствуют, поэтому их пришлось определять экспериментально,
Должен извиниться за возможные погрешности измерений, так как моя измерительная установка состояла только из *U\ТРа, выпрямителя и тестера.
Предварительно защитив лампу от ВЧ-возбуждения,включив в цепь первой (управляющей) сетки резистор 1 ком и междуанодами и второй сеткой — резистор 100 Ом. На определение анодных характеристик ушло не так много времени:для последующего расчета вполне достаточно иметь зависимость тока соединенных параллельно анодов Ia от напряжения на них Ua при равном нулю напряжении смещения первой сетки (Uc1=О). Полученная мною зависимость показана на При больших величинах тока анода она имеет вид прямой, коэффициент наклона которой равен внутреннему сопротивлению лампы Ri=(^Ua/^Ia ) — 288 Ом, а при малых (в нашем случае при Ia меньше Iamin=О,О5А) превращается в кривую. На этом участке анодной характеристики наблюдается быстрый рост внутреннего сопротивления лампы, из-за чего ограничивается отдаваемая в нагрузку мощность. Нанеся на график зависимости тока анода от напряжения на нем (при Uc1=О) границы допустимых режимов лампы — максимальную рассеиваемую на анодах мощность Рamax и предельно допустимое напряжение на второй сетке Uc2max, — а также пунктирную линию, обозначшюпцую минимальный ток анода Iamin, получим ограниченную область, в которой желательно разместить мгновенные режимы включенной триодом лампы 6Р3-1, работаюпцей в выходном каскаде класса А. Если допустить, что анодная нагрузка лампы является активной с оптимальным сопротивлением К, — 2R, — в эту нагрузку триод может выдать наибольшую мощность, — то при усилении сигнала режим лампы «прочертит» так называемую линию нагрузки (ем. рис. I), которая имеет наклон -1/Ra,. Для получения наибольшей выходной мощноem разместим линию нагрузки как можно ближе к кривой Рamax, при этом она будет ограничена слева анодной характеристикой при Uc1=О (с координатами Uamin=120,5 В и Iamax=0,325 А), а справа — значением тока анода Iаmin=0,05 А при напряжении на аноде Uamax=299,5 В. Напомню, что выходу мгновенного режима лампы влево за обозначенную область препятствует ток в цепи первой сетки, а вправо — рост внутреннего сопротивления лампы.
Сопротивление громкоговорителя, преобразованное через выходной трансформатор в на грузку анодов выходных ламп, на самом деле имеет комплексный характер. Считать его активным можно только в первом приближении.
Теперь рассмотрим режим ламп, когда сигнал на выходе усилителя отсутствует. Это так называемый режим покоя ламп. В выходном каскаде класса Аон находится приблизительно в точке, рааделяющей изображенную на рис.1 линию нагрузки на две равные части. В нашем случае этот режим имеетследующие координаты:
x+Uamin) (299,5+120,5) Ua0 = ————- = ————- = 210 В 2 2 (Iamax+Iamin) (0,325+0,05) Ia0 = ————- = ———— = 0,186 A 2 2
В трансформаторном выходном каскаде напряжение режима покоя U *можно считать равным напряжению, подаваемому на этот каскад отисточника электропитания, при этом ток покоя Ia0 устанавливается путемподачи отрицательного смещения на первую сетку лампы относительно ее катода. В предлагаемом усилителе напряжение смещения определ. экспериментально: Uc1 = -15 В. В двухтактных усилителях класса А (в том числе в предлагаемомусилителе) ток покоя устанавливается автоматически за счет падения напряжения на общем для катодов выходных ламп резисторе относительно управляющих сеток, имеющих по постоянному току нулевой потенциал. После того, как определен режим покоя, можно приступать к вычислению максимальной мощности, выдаваемой каждой лампой выходного каскада в нагрузку. Если внимательно всмотреться в рис.1, то можно заметить, что искомая мощность равна площади любого из заштрихованных треугольников. Воспользовавшись элементарными понятиями из геометрии, оценим эту мощность количественно, затем удвоим ее и получим максимальную выходную мощность усилителя, работаюпцего в классе А на лампах 6Р3-1 в триодном включении:
Рвых макс=[U0-Un-(2Ia0-iamax)Ri0](Ia0-Iamin)==[210-23-(0,375-0,05)x300](0,186-0,05)=12,2Вт
где Un=28 В — напряжение приведения (cм. рис.1); Ri0 — внутреннее сопротивление лампы в режиме покоя (по результатам измерений Ri0 = 300 Ом).
Переделанный усилитель исполнен двухкаскадным, входной каскад, он же является и фазоинвертором, выполнен на двух триод-пентодах 6Ф12П, но в данном случае используются только триоды этих ламп (неиспользованные выводы пентодов соединяются с общим проводом).
Данный фазоинвертор — это т. н. «схема с длинным хвостом», режимы работы триодов ламп 6Ф12П: Egc≈1.3 В, Eac≈196 В, Ia≈7.7 мА, Ra=25 кОм. Дополнительный источник отрицательного напряжения (≈105 В), необходимый для работы этой схемы, получен с использованием обмотки 7-8 (42 В) силового трансформатора и выпрямителя с удвоением напряжения. Настройка режима работы фазоинвертора осуществляется подстроечным резистором СП5-16ВА 10 кОм.
В выходном каскаде модернизированного усилителя используются триоды 6С19П-В, их «квартет» (по паре для левого и правого каналов) был отобран примерно из полутора десятков, имевшихся в наличии, ламп. Для 6С19П-В применено автоматическое смещение — в их катодах стоят два, включенных в параллель, «керамических» резистора 510 Ом, мощностью 10 Вт каждый, режимы работы ламп: Egc≈39 В, Eac≈150 В, Ia≈76 мА, Ra≈1300 Ом (при нагрузке 8 Ом). Рассеиваемая на анодах ламп мощность (11.4 Вт) немного превышает паспортную (11 Вт), но усилитель эксплуатируется уже много лет, и каких-либо проблем с лампами 6С19П-В не отмечено.
Источник анодных напряжений (выпрямитель) в усилителе — «двухэтажный», нижний «этаж» обеспечивает питание выходного каскада (≈192 В), суммарная ёмкость конденсаторов фильтра здесь — 4000 мкФ. Соответственно, сумма напряжений нижнего и верхнего «этажей» — это напряжение питания входного каскада / фазоинвертора (≈389 В).
В качестве переходных (межкаскадных), а также блокировочных, в цепях питания, в переделанном аппарате используются металлобумажные конденсаторы типа К42У-2, МБГО-2 и ОМБГ-2. Регулятором громкости является сдвоенный переменный резистор ALPS 50K RK18 DX2.
Схема усилителя мощности «Прибой 50УМ-204С» на лампах 6Ф12П и 6С19П-В:
