Целью данного проекта было собрать несложный ламповый усилитель своими руками. Основные трудности, с которыми приходиться столкнуться радиолюбителям, решившимся собрать ламповый усилитель – это изготовление трансформаторов и корпуса. Преодолеть их удалось использованием унифицированных трансформаторов ТАН и готовых корпусов фирмы Gainta. И хотя данный усилитель нельзя отнести к категории hi-end, он будет интересен для радиолюбителей, решившихся приобщиться к ламповому звуку.
↑ Блок питания с под-под-вы-под-вертом. Ленивый ИИП
До этого уже читал на Датагоре статью многоуважаемого AlexD про усилитель на 6П6С и импульный БП: Я назвал его «Куб». Компактный ламповый усилитель с ИБП. Поэтому остановился на схеме из статьи Алексея. И уж если делать, то только с импульсником. Причин много — сложновато становится найти железо и провод даже для выходников, а уж тратить целый транс в качестве силового не позволяла совесть.
В наше время довольно неплохой ИБП можно приобрести за сравнительно небольшие деньги и повсеместно. Небольшой вес. Хотя тут плюс сомнителен, я встречал людей, которые измеряют «круть» усилителя именно весом. Мол поставил — сломалась полка, вот это настоящий Хай-энд. Ну и просто хотелось собрать именно импульсник.
Но вот с повторением ИБП как-то не задалось. Потратил кучу времени, денег и текстолита, а вместо блока питания получались довольно неплохие детонаторы. Отсюда вывод, что видимо кривизна рук не позволяет… Тогда решил взять обычный ATX-блок питания от ПК и поднять напряжения на шине +5В до 6,3В и использовать ее как накальную.
Проще всего это сделать с ATX-блоком на ШИМ tl494. Все элементы, которые висят на ногах 1, 2, 3, 4, 13 и 14 нужно удалить и вместо них собрать точно, как на приведенной схеме.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
1 нога — усилитель ошибки шим, именно по ней и будет регулировка 2, 3 — частотозависимая обратная связь 4 — «мягкий старт» БП. Регулируется емкостью кондера С2 Резистором Р1 можно будет точно установить напряжение накала.
По этому принципу можно переделать почти все компьютерные ИБП. Мне удалось поднять шину +5В до 6,3В на многих ШИМ. И только с sg6105 не заладилось — максимум 6В, хоть плачь. Она самая вредная на мой взгляд, трудно поддается «обману». Очень хороши ИБП фирмы FSP. Собрают довольно качественно и всегда ставят свою собственную разработку — модуль SFP3528.
Для наглядности, схема блока питания и что нужно отпаять
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Переделанный БП
Полдела сделано, теперь анодное!
И тут возникла проблема. Пробовал перематывать силовой транс. Но БП начинал работать не стабильно, сильно грелись ключи. А более склонные к суициду творения китайских мастеров и вообще сгорали. В общем, после экспериментов решил я попробовать прицепить дополнительный трансформатор для анодного напряжения. И это сработало!
Данные доп транса :
I — 16 витков ПЭВ2 — 2 мм II — 150 витков ПЭВ2 — 0,36 мм
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Феррит также вырван из ИБП. Можно купить его, но главное, чтобы не было зазора в центральном керне. Чтобы разобрать трансформатор, его нужно поварить в воде минут 10-15. После того, как клей размякнет, можно вытащить 2 половины феррита. Тут лучше не тянуть дурниной, а нежно раскачивать половинки, т. к. феррит очень хрупкий. Если он все же сломался (что наверняка произойдет), его можно склейть супер клеем.
Далее сматываю все обмотки с обоймы.
И начинаю мотать свой трансформатор. Мотаю первичку. Первичка мотается вся сразу, в один слой. Тут надо запомнить направление намотки. Все обмотки нужно мотать в одну сторону. Это важно.
Вторичка мотается из расчета примерно 1 виток — 2 вольта. Вы спросите — почему таким толстым проводом? Вся обмотка легко помещается на каркасе, ее не надо впихивать. Без проблем мотается анодная + обмотка смещения. Вот поэтому, пускай лучше с запасом будет. Да и мотать толстый провод удобнее, чем тонкий.
Намотанная вторичка
и собранный трансформатор
Теперь нужно подключить наш доптранс к блоку питания. Для этого первичку дополнительного транса подключаю во вторичку силового (обмотка из которой формируется шине +12 Вольт). Тоесть нужно подпаяться к выводам вторичной обмотки штатного транса ИБП. У разных БП схема намотки может отличатьс. Для проверки нужно померить тестером переменку на выводах вторички — там должно быть примерно 20 Вольт переменки.
Такое подключение не нарушает режим работы компьютерного ИБП и является по сути обычной нагрузкой.
Усилитель с комбинированной ООС
Несмотря на высокие характеристики и обычные пентодные, и ультралинейные усилители редко использовались без общей ООС. Применение ООС снижает выходное сопротивление усилителя и улучшает условия работы низкочастотных головок.
Но для снижения выходного сопротивления усилителя можно использовать не только отрицательную, но и положительную ОС. В схеме следующего усилителя использована комбинированная обратная связь.
Рис. 5. Принципиальная схема ультралинейного лампового усилителя на 6Н2П, 6Н1П и 6П14П.
Основная особенность усилителя — комбинация ООО по напряжению и ПОС по току, улучшающая согласование усилителя с динамической головкой в области основного механического резонанса.
Сигнал ПОС снимается с датчика тока (R19), включенного в «земляной» вывод выходного трансформатора. Глубина обеих обратных связей регулируется синхронно, что исключает самовозбуждение усилителя.
Первый каскад-усилитель напряжения. Фазоинвертор выполнен по схеме с катодной связью. Выходной каскад выполнен по типовой ультралинейной схеме и дополнен регулятором балансировки RP1. На втором триоде VL1 выполнен микрофонный усилитель.
Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш25х40. Первичная обмотка содержит 2х(1100+400) витков провода d=0.18мм, вторичная — 82 витка провода d=0,86мм (6Ом)
↑ Плавная подача анодного
Так же нужна плавная подача анодного напряжения. Иначе при стартовой зарядке емкостей, БП будет работать на малое сопротивление и будет уходить в защиту.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
В диодный мост подойдут только ультрафасты. Более медленные будут сильно греться. Конденсаторами С1 и С2 регулируется время задержки. С 10мкФ выход в рабочий режим составляет около 3х минут. Полевик подойдет любой с подходящим напряжением. Его нужно будет повесить на небольшой радиатор, т. к. в момент открытия полевик будет греться. Ну и желательно что-нибудь повесить в нагрузку анодного, иначе выходное напряжение будет отличаться в большую сторону. Я в качестве нагрузки вешаю две последовательно соединенные лампы 220В х 40Вт.
Фото готового устройства. Эта плата для другого усилителя, отличается только наличием обмотки смещения.
Двухтактный усилитель на триод-пентодах
Желание сократить если не число ламп, то хотя бы число баллонов, привело к появлению схемы усилителя на двух триод-пентодах. Низкочастотные триод-пентоды были в свое время специально разработаны для однотактных усилителей приемников и телевизоров (триодная часть использовалась в драйвере, пентодная — в выходном каскаде).
Рис. 3. Принципиальная схема двухтактного лампового УМЗЧ на триод-пентодах (6BM8, 6Ф3П, 10 Ватт).
Фазоинвертор по схеме с разделенной нагрузкой, связь с первым каскадом непосредственная. Выходной каскад пентодный с фиксированным смещением. Известны также варианты этой схемы с ультралинейным включением выходных ламп, с комбинированным и автоматическим смещением. Конструктивные данные трансформатора неизвестны.
Цепь R3C2 обеспечивает устойчивость усилителя с замкнутой петлей ООО.
↑ Схема усилителя
Схема практически без изменений — по статье Алексея Я назвал его «Куб». Компактный ламповый усилитель с ИБП
Только добавлен С1 в катоды 6н9с.
Собранная плата
↑ Выходные трансы — 80% успеха любого ламповика
Выходные трансы я мотал на ПЛ-железе от ТС-90. Выбирать железо нужно из расчета: Звуковая мощность = 1/5 от Габаритной. Максимальная выходная мощность на них около 15 Ватт. Нам подходит! Намоточный данные
I — 4000 вит проводом 0,23 мм II — 80 вит проводом 0,9 мм для нагрузки 4 Ома + 30 вит для 8 Ом.
Очень удобная вещь — отводы для разной нагрузки, если у вас несколько пар акустики. Нижняя граница воспроизведения была расчитана на 15 Гц. Первичка и вторичка последовательно.
Вот схема намотки для 1 катушки. И схема соедения обмоток 2х катушек.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
При сборке выходного трансформатора на торцы половинок сердечника, которые прилегают друг к другу, необходимо, причем делать это ОБЯЗАТЕЛЬНО, нанести тонкий слой магнитного лака и только после этого можно стянуть магнитопровод. Магнитный лак готовится на основе порошка карбонильного железа, который применяется в различных электромеханических устройствах, и нитролака марки НЦ. Во время приготовления порошок добавляется в лак небольшими порциями при непрерывном перемешивании до получения однородной массы консистенции жидкой сметаны. Полученную смесь необходимо сразу же в течение 2-3 минут использовать. Применять для приготовления магнитного лака клей типа БФ, КС, “Марс” или им подобные, а тем более эпоксидный, не рекомендую, так как может потребоваться разборка трансформатора, что в таком случае сделать будет весьма затруднительно. При отсутствии фабричного порошка карбонильного железа его не сложно приготовить самому. Для этого необходимо сердечник из карбонильного железа измельчить при помощи надфиля или просто раздавить в пассатижах. Применять для этой операции наждачную бумагу или абразивный камень нельзя, поскольку в порошок могут попасть довольно крупные и очень твердые посторонние частицы. Само собой разумеется, что измельчать сердечник надо как можно тоньше и, т.к. он имеет небольшую прочность, сделать это будет совсем несложно.
Налаживание усилителя особенностей не имеет. Вначале, как и обычно, устанавливают режимы работы ламп по постоянному току, далее симметрируют фазоин-версный каскад на частотах 100 Гц и 18-25 кГц. Единственное специфичное именно для цирклотрона отличие заключается в том, что для проверки оконечной ступени усилитель вертикального отклонения осциллографа должен иметь дифференциальный вход, который подключается к выходной обмотке (допустим, выводы 1 и 1′) автотрансформатора.
Кроме перекрестных ООС, действующих в области высоких частот, в усилителе имеются еще три петли обратной связи, которые работают во всем диапазоне звуковых частот. Первая из них охватывает оконечный и предвыходной каскады. Ее сигнал снимается с анодных нагрузок выходных ламп VL5-VL8 и через цепочки C12R18, C13R22 подается а катоды VL3 и VL4, соответственно. Вторая цепь ООС действует только в оконечном каскаде. Она возникает за счет применения ультралинейного включения выходных ламп. И, наконец, третья цепь — петля общей ООС. Ее напряжение снимается с вторичной обмотки выходного трансформатора и через нс-цепочку, состоящую из резистора R13 и конденсатора С8, подается на управляющую сетку лампы VL1.2. Конденсатор С8 корректирующий. Он устраняет самовозбуждение аппарата на ультразвуковых частотах. Его емкость зависит от собственной емкости монтажа, глубины обратной связи и ряда других факторов и подбирается экспериментально. Резисторы R2 и R13 образуют делитель напряжения. Его параметры определяют глубину общей ООС. При указанных на принципиальной схеме номиналах элементов усилитель имеет чувствительность порядка 1,5 В. В том случае, когда требуется более высокая чувствительность, необходимо уменьшить глубину обратной связи путем увеличения сопротивления резистора R13.
В этом месте считаю полезным сделать небольшое отступление и сказать пару слов об ООС. Дело в том, что в последнее время идут яростные споры между сторонниками и противниками применения обратной связи в тракте звукоусиления, причем обе стороны приводят вполне резонные аргументы и контраргументы. Не вдаваясь в детали данной дискуссии, рекомендую читателям опробовать идею, предложенную одним из гуру в области электронных ламп Давидом Манли и самим ответить на поставленный вопрос. Идея сводится к следующему. В ряде аппаратов, производимых фирмой “Manley Audio Laboratories”, например, в предварительном усилителе “Manley The Purist” (1600$), либо в усилителях мощности “Manley SE/PP 300В” (5500$) предусмотрена плавная регулировка глубины обратной связи от 0 до 10…12 дБ. С ее помощью можно изменять характер звучания аппаратуры в соответствии с индивидуальными вкусами слушателя, особенностями помещения и т.п. Тех читателей, которых заинтересовало данное предложение, хочу предупредить о нескольких “подводных камнях”. Об изменениях номинальной чувствительности и рабочей полосы аппарата, коэффициентов демпфирования и нелинейных искажений речь не идет. Эти проблемы очевидны, а вопросы, связанные с ними, достаточно хорошо исследованы, так что их можно сравнительно легко учитывать. Значительно сложнее учесть влияние паразитных емкостей и индуктивностей монтажа, поскольку они совместно с сопротивлениями резисторов, входящих в цепь ООС, образуют разнообразные фильтры, и при регулировке глубины обратной связи будут изменяться АЧХ и ФЧХ петли ООС. Последствия этого могут быть самыми непредсказуемыми. Чтобы свести данные проблемы к минимуму, необходимо тщательно продумать топологию монтажа, “до упора” снизить паразитные связи и реактивности. Кроме того, нельзя забывать, что переменные резисторы имеют собственную емкость, вследствие чего их полоса пропускания зависит от угла поворота движка. Поэтому проведение подобного эксперимента требует серьезной подготовки и тщательного отбора компонентов высокого качества.
Оконечный каскад выполнен по двухтактной ультралинейной схеме на лампах VL5-VL8. Цепи их управляющих сеток содержат антипаразитные элементы — R23, R24, R27, R28 и резисторы утечки R19, R21, R25, R26. Переменный резистор R20, входящий в эти цепи, служит для балансировки плеч выходного каскада по постоянному току. Его средний вывод подключен к “минусу” источника напряжения смещения. Выходное напряжение этого источника при наладке усилителя подбирается в пределах -25. ..-30 В таким образом, чтобы анодный ток покоя каждой из ламп равнялся 60 мА. С целью повышения выходной мощности до 35 Вт применено параллельное включение ламп. При этом оптимальное сопротивление нагрузки в цепи анода составляет 2,7 кОм. Поскольку оконечный каскад содержит 4 лампы, потребовалось принять меры, призванные скомпенсировать производственно-технологический разброс их характеристик. Для решения этой задачи служат двухваттные катодные резисторы R29, R30, R33, R34. Токоог-раничивающие резисторы R31, R32, R35, R36, включенные последовательно с экранными сетками VL5-VL8, являются не только компенсирующими элементами, но и снижают опасность электрической перегрузки этих электродов. Коэффициент включения экранных сеток составляет 0,42.
Выходной трансформатор изготовлен на базе магнитопровода ШЛМ-40х50 с размером окна 24х72 мм. Сердечники такого типоразмера используются в трансформаторах ОСМ-0,4. Первичная обмотка содержит 3120 витков провода ПЭВ 0,355 мм. Она разделена на две половинки по 1560 витков, каждая из которых размещена на своей стороне каркаса катушки. Для этого каркас вертикальной перегородкой делится на две равные части. В перегородке необходимо сделать прорезь, через которую в процессе намотки катушки пропускаются проводники вторичных обмоток. Каждая из половинок первичной обмотки разделена на 4 неравные секции. Неравномерное распределение провода по секциям вызвано, с одной стороны, стремлением упростить выполнение отвода от 42% витков, а с другой — необходимостью иметь четное количество слоев в каждой секции. Невыполнение последнего условия значительно усложняет изготовление катушки трансформатора, а также ухудшает качество намотки. Секции первичной обмотки имеют следующую конст” рукцию. Секции 1 и 8 содержат по 520 витков, уложенных в 8 слоев; 2, 4, 5 и 7 по 390 витков, которые намотаны в 6 слоев, и, наконец, секции 3 и 6 имеют по 260 витков в 4 слоя. Каждый из слоев любой секции “первички” состоит из 65 витков. Вторичная обмотка состоит из двух последовательно соединенных частей, что позволяет эксплуатировать предложенный усилитель с акустическими системами сопротивлением 4 и 8 Ом.
Впрочем, к особенностям выбора конденсаторов, устанавливаемых в катодной цепи лампы, мы еще вернемся при изучении оконечного каскада. По переменному току второй и оконечный каскады связаны между собой разделительным С4. Этот элемент на качество звучания влияет самым радикальным образом и поэтому разговор о требованиях к его качеству заслуживает особого внимания. Сразу отметим, что идеального компонента, который бы совершенно не портил звук, в природе просто-напросто не существует. К таковым можно было бы отнести вакуумные либо воздушные конденсаторы, однако представить, а тем более реализовать на практике усилитель с «проходником» размером с пару танковых аккумуляторов весьма проблематично. Поэтому выбор типа С4 всегда является компромиссом. Конечно, можно просто отметить высокое качество специализированных аудиофильских изделий таких фирм как Jensen Capacitors либо экзотики «разлива» Audio Note, и на этом поставить точку, но запредельная цена таких компонентов моментально переводит их практически для всех радиолюбителей в разряд столь же запредельных мечтаний. Остановимся подробнее на реально доступных элементах общего применения отечественного производства. По мнению многих разработчиков аудиоаппаратуры наилучшими считаются бумаго-масляные и бумаго-фольговые изделия типов К40-9-5 (с 5-й приемкой); К40-У9; К40А-2; КБГ; ОКБГ; БМ-2; БМТ-2. Чуть хуже металлобумажные вроде МБМ, МБГ, К42-…. Последние отличаются тем, что их обкладки получают нанесением на бумагу тонкого, не более 1 мкм, слоя металлизации (для сравнения: толщина алюминиевой фольги 80 мкм), а после свертывания пакета в рулон заготовку пропитывают церезином. Вследствие таких конструктивных и производственно-технологических особенностей металлобумажные конденсаторы по сравнению с бумаго-масляными и бумаго-фольговыми имеют пониженную электрическую прочность, которая за счет диффузии ионов металлизации в диэлектрик в процессе старения уменьшается еще больше. Относительно личных пристрастий отмечу, что меня настораживает некоторая «вязкость» звучания бумажных конденсаторов в области высоких частот. В то же время «слюдянка», обеспечивая четкость и прозрачность «верха», не позволяет получать необходимую пластичность и рельефность звука в области средних частот и мид-баса, которыми столь славится «бумага». После ряда экспериментов удалось установить, что параллельное включение бумажного и слюдяного конденсаторов, емкость последнего должна составлять 1…7% от емкости основного, позволяет совместить достоинства звучания обоих типов.
Подбором соотношений емкостей можно в некоторой степени изменять характер звуковоспроизведения. Практика показала, что для разделительного конденсатора емкостью более 0,1 мкФ в случае, когда входное сопротивление последующего каскада составляет не менее 200 кОм, слюдяной дополнительный конденсатор должен иметь емкость в пределах 2…10 тыс. пФ. Таким образом, С4 можно составить из «бумажника», скажем, типа К40У-9 или БМТ-2 емкостью 0,22…0,25 мкФ с рабочим напряжением не менее 250 В и слюдяного конденсатора, например, КСО-5, КСО-11, емкостью 3000…6800 пФ с таким же, либо бОльшим, максимальным рабочим напряжением. В случае построения стереофонического варианта усилителя к подбору конденсаторов, составляющих «проходник» С4, следует подойти особенно аккуратно. В первую очередь из имеющегося запаса однотипных «бумажников», причем желательно чтобы они были из одной партии, с помощью цифрового прибора необходимо отобрать два конденсатора с реально одинаковой емкостью. Последнее требование более важно, чем точное соответствие номинала указанному на принципиальной схеме. Поскольку емкость разделительного конденсатора менее критична, чем в корректирующих цепях, С4 может лежать в пределах 0,17…0,29 мкФ.
Необходимость использования одинаковых элементов в обоих каналах аппарата вызвано стремлением получить равные АЧХ и ФЧХ, к рассогласованию которых стереосистемы очень критичны, в то время как при одноканальном звуковоспроизведении даже очень большие фазовые искажения практически не сказываются. Рекомендуется проверить тангенс угла диэлектрических потерь и ток утечки при номинальном рабочем напряжении. Они, разумеется, должны быть минимальными. Нелишним будет измерить коэффициент собственных нелинейных искажений конденсаторов с помошью прибора и методики, предложенных в [Лукин Е. «Комплекс для измерения сверхнизких нелинейных искажений» — «Радиохобби» №2/2000 с.40]. Полезно убедиться в том, что собственный механический резонанс конденсатора не попадает в область звуковых частот. Детали, имеющие (механический) резонанс в звуковом диапазоне, для аудиоаппаратуры не пригодны.
↑ Корпус
Для меня корпус — это просто неимоверный труд. Я могу приложить просто выдающееся терпение и все равно он получиться кривым и убогим. Да и вообще, когда собрано, лежит на полу, работает и поет — открывает жуткий приступ лени делать что-то дальше.
Прикидываю все на своих местах. Хотел сделать идикацию, но как всегда обманулся с размерами.
Обшит листовым пластиком.
Сверху выход для воздуха.
И собранный окончательно:
↑ Вывод
Собрал в кучу, усилок заработал сразу, что является величайшим чудом! Звук понравился больше чем звук 6П7С. Хотя запаса по мощности пратически нет, мои старенькие 35АС довольно неплохо раскачивает. Особенно понравился низ — он плотный, приятный, «ненапрягающий» чтоли. Нравится полное отсутствие фона.
Надеюсь, кому-нибудь тоже пригодиться такое использование импульсников. Я их называю «ленивый ИИП». Собрать его просто и не затратно. Такие доработанный ИБП с дополнительным трансформаторм у меня работают в 3-х усилителях. Все стабильно, полет нормальный.
