Ламповый усилитель циклотрон схема. Гибридный циклотрон без оос класса "а"

Эта идея родилась после многочисленных экспериментов с
однотактными циклотронами, где выходной автотрансформатор
нужно было « передавливать » противотоком для получения
нуля на его выводах. Итак, все по порядку, что же это за зверь
однотактный циклотрон и чем он лучше обыкновенного усилителя
построенного по традиционной схеме? Для начала пользуясь
железным правилом аудиофила: « Нет элемента – нет проблемы »
создадим наиболее короткий тракт от ЦАПа до динамика. Тут
нужна лампа с высокой крутизной и большим усилением, чтобы
на одном каскаде получить около одного ватта выходной
мощности, что вполне достаточно для субъективной оценки
качества звука. В таком коротком тракте будет слышно все:
качество пайки, длина проводов и т.д. поэтому монтажу нужно
уделить особое внимание. Схема на рисунке 1.

Рис. 1.

Нижняя лампа это собственно усилитель мощности, а верхняя
простейший, но эффективный источник тока, достаточно
взглянуть на ВАХ 6Ж52П в пентоде и сразу понятно почему
верхняя лампа стабилизирует именно ток, а не напряжение.
Его задача (источника тока) – « передавить » напряжение на
автотрансе до нуля. Для чего это нужно? А лишь для того, что
по давно устоявшейся традиции считается, что на динамике не
должно быть никакой постоянки, это мол, для него вредно.
У меня другое мнение – это не вредно, это даже полезно, но
об этом чуть ниже.
Настройка схемы проста. Резистором R2 выставляем 150
вольт между катодом и экранирующей сеткой лампы Л2.
Резистором R1 добиваемся нулевого потенциала на автотрансе.
Токи: I1 - ток Л1, I2 - ток Л2, они должны быть равны.
В качестве Тр1 применен тот же транс, что и во втором варианте
схемы, но здесь без зазора 0,12 мм.
Что получаем в итоге от циклотрона:
1. Автотранс можно мотать на ТОРах, т.к. отсутствует
подмагничивание сердечника.
2. Частотный диапазон расширяется до теоретического
предела: снизу – 0 Гц (зависит от индуктивности и
Ri выходной лампы), сверху – до 100 кГц (зависит
от собственной емкости автотранса).
3. Ну и главное, звук, субъективно становится более
резким и прозрачным. Все что терялось в воздушном
зазоре между первичкой и вторичкой при
трансформации, теперь присутствует в выходном
сигнале.
Скептики могут улыбнуться и возразить – зачем нужен весь этот
геморрой с источником тока? В ответ скажу просто и коротко –
это улучшает качество звука.
Теперь переходим к основной части статьи.
Так вот, в процессе экспериментов родилась мысль, а нельзя ли
вообще убрать источник тока, и чем это грозит динамику?
Оказалось ничем, смотрим схему на рисунке 2.

Рис. 2.

В качестве автотранса были использованы два телевизионных
трансформатора ТВ – 3Ш, 1 – это первичка, 2 – это вторичка.
Трансы разбираются, I пластины удаляются, далее стыкуем
их теми местами, где были I пластины с зазором 0,12 мм,
обмотки соединяем параллельно. Схема на рисунке 3.

Рис. 3.

Посчитаем мощность, которая падает на динамике:
Р = 0,00017 х 0,02 = 0,0000034 Вт
Ну и что, до сих пор страшно включить динамик в анод?
По-моему этими микроваттами и муху не убьешь, не говоря уже
об акустике. Разумеется, окончательный выбор остается за Вами,
но еще раз хочу сказать – автотранс реально улучшает качество
звука. Тем более, (я так думаю) что небольшая постоянка
не дает диффузору сильно болтаться после одиночного импульса,
чем и объясняется более резкое звучание схемы на низах.
Такой простой переделкой из ТВЗ в автотранс можно улучшить
качество звука любого однотактного усилителя. Но нужно не
забывать, что во втором варианте используется автотранс с
зазором.
Так же необходимо помнить, что между колоночным кабелем
и землей присутствует высокое напряжение опасное для жизни.
Я бы советовал припаять колоночный кабель прямо к автотрансу
без переходных клемм на корпусе, а разъемы на колонке
закрыть небольшим кожухом.
Удачи и хорошего звука.

Максимов Андрей Владимирович. sattelite2006()yandex.ru

Комментарии к статье:

Усилитель был разработан в 1995 году. При разработке преследовалась цель найти альтернативу выходному ламповому каскаду, но с сохранением "лампового" звучания, с максимально коротким звуковым трактом, с работой выходных транзисторов в режиме "А" и без ООС. Основная идея - ламповый усилитель напряжения на входе и транзисторный усилитель тока на выходе.

Были опробованы различные варианты лампового каскада, но окончательный выбор пал на трансформаторный каскад. Межкаскадный трансформатор сложнее в изготовлении и дороже, но прибавка в качестве звука себя оправдывает. Кроме того, такой каскад надёжнее, стабильнее, есть гальваническая развязка от выходного транзисторного каскада и нагрузки.

Усилитель термостабильный, саморазогрева транзисторов нет; выходное постоянное напряжение (условный “0”) не меняется со временем. Фон и щелчки при включении и выключении отсутствуют.

Полоса частот усилителя полностью определяется межкаскадным трансформатором, в данном случае, понижающим, что снижает требования к сложности изготовления (секционирование). Необходимо только обеспечить минимальную межобмоточную ёмкость. Коэффициент трансформации можно использовать от 5:1+1, при этом чувствительность будет около 1,5 В, до 2:1+1 - чувствительность около 0,6 В, но трансформатор в последнем случае будет несколько сложнее. Данные одного из изготовленных трансформаторов на сердечнике Unitra (размер примерно соответствует ОСМ-0,1 - сечение 10 см2).

Первичная обмотка содержит 2128 витка провода 0,25 мм. Секций пять - 3+3+4+3+3 - всего 16 слоёв по 133 витка в слое. Две отдельные вторичные обмотки, каждая из которых состоит из четырёх секций (по одному слою) по 100 витков провода диаметром 0,35 мм, включенных последовательно, всего 400+400 витков. Межслойная изоляция - 0,1 мм (бумага), межсекционная - 0,3 мм (бумага + фторопласт +бумага). Ктр. 5,3:1+1. Активное сопротивление первичной обмотки - 130 Ом, вторичной - 13+13 Ом. В зазорах сердечника по одному слою чертёжной кальки. Полоса усилителя с таким трансформатором: 17 Гц - 35 кГц. Чувствительность при таком трансформаторе - около 1,6 В.

Выходное сопротивление усилителя- около 1,5 Ома при токе 1 А, при токе 1,5 А - 1,1Ома.

В первой схеме - смещение литиевым элементом 3,3 В (CR2016-2032 и т.п.), смещение выходного каскада - от 5 вольтового источника, общего для двух каналов. Ток покоя выбирается делителем, для 2SK1058 при напряжении 2,5 В - 1 А примерно, при 2,9 В - 1,5 А. При этом мощность в режиме “А” с током покоя 1 А - несколько Вт (далее в режиме АВ до полной мощности), при 1,5 А уже до 20 Вт при напряжении питания 24 В. При этом напряжении - мощность 33 Вт на нагрузке 6 Ом до заметных ограничений. Мощность можно повысить увеличением напряжения питания выходного каскада и увеличением площади радиаторов, температура которых не должна быть более 65-70 град С. Драйвер - обычный трансформаторный каскад с 6П15П в триоде.

Особенность этой схемы - при включении в течение полминуты наблюдается незначительный фон (первичная обмотка “разомкнута” до прогрева лампы). Исключить эффект можно применением примитивного реле задержки включения громкоговорителей на транзисторе и любом реле, контакты которого должны закорачивать выводы нагрузки (тока при этом практически нет) - усилитель абсолютно не боится короткого замыкания на выходе. Дополнительно можно вывести светодиод “готовности”, подключенный к свободным контактам реле, на переднюю панель.

Постоянное выходное напряжение на выходе усилителя при условии, что транзисторы из одной “коробки” - как правило, не превышает 25 мВ. Если это напряжение около 100 мВ или более - можно немного изменить схему смещения , включив дополнительный многооборотный подстроечный резистор, и выставить “0”.

В “дежурном режиме” можно уменьшить потребление электричества и нагрев радиаторов снижением тока покоя с 1.5 до 0.3А. Для этого необходимо включить дополнительный резистор между источником смещения 5 В и делителем смещения и параллельно ему тумблер, которым можно выбрать необходимый режим.
Во втором варианте схема несколько упрощена за счет того, что напряжение автоматического смещения драйвера используется для смещения выходного каскада. При этом 5 вольтовый источник для смещения транзисторов выходного каскада и литиевый элемент в сетке драйвера из схемы исключаются.

При смещении драйвера 2,5 В (2,9 В) получаем 1 А тока покоя (1,5 А). При таком включении смещения невозможно корректировать “0” на выходе (в случае постоянного напряжения 100 мВ или более), нужен только подбор пар транзисторов; хотя на практике такая необходимость - редкость. Поскольку смещение выходных транзисторов растёт синхронно с прогревом лампы, то начальный фон при включении отсутствует.

Переключить усилитель в режим с малым током покоя можно разделив катодный резистор на два последовательно соединённых резистора, в точку соединения которых и переключать концы вторичных обмоток.

Усилитель очень хорошо “ложится” в корпус и шасси промышленного усилителя 100У-101, на этой базе было сделано несколько экземпляров. Для питания выходного каскада и накалов в этом случае удобно использовать трансформатор ТПП-322, для драйвера - любой подходящий ТА; например, ТА46. Электролитические конденсаторы Hitachi HP3, HU4; шунтирующие пленочные Rifa PHE 426 и Epcos MKT; резисторы лампового каскада - ПТМН, в выходном каскаде - металлоплёночные. В выпрямителях накала, смещения и выходного каскада - диоды Шоттки, в питании лампового каскада - BYV26C. Для защиты можно применить предохранители на 3-5А в “переменной” цепи питания оконечных транзисторов. Температура радиаторов в этой конструкции при токе покоя 1,1 А - около 60С.

Звук усилителя чистый и ясный, с красивой серединой; усилитель достаточно быстрый и легко справляется с динамичной музыкой. “Играет” именно драйверный каскад, повторители практически ничего не привносят. По приведённой схеме усилители изготавливались неоднократно, и большая часть их до настоящего времени у владельцев работают в качестве основных (некоторые - дополнительных). Улучшения звука можно достичь, увеличивая ток драйверной лампы 6П15П до 50-60 мА или заменой лампы; хорошие результаты были получены при использовании IL861.

Задача была поставлена следующим образом: построить домашний HiFi-стереоусилитель мощностью ориентировочно 10-12 Ватт из оказавшихся в наличии деталей.
Попытаться оптимизировать имеющиеся схемы, используя измерительные приборы, недоступные в 30-е - 50-е годы прошлого века, и получить коэффициент гармоник меньше 0.5% на максимальной мощности.
Иметь в каждом канале выходы для двух сопротивлений нагрузки - 8 и 16 Ом.

Схема:

Выходные трансформаторы ТПП280-127/220-50, анодный ТА247, накальный ТН46. Напряжения указаны те, что были измерены в реальной схеме без сигнала. В скобках значения для правого канала.
Ток покоя каждой лампы выходного каскада примерно 30-35 миллиАмпер.
Цепи накала, питания пропеллера, зажигания светодиодов и переключения входов мне рисовать было лень. На выходном трансформаторе остались четыре неиспользованные обмотки, которые можно скоммутировать на восьмиомную нагрузку.

При достаточно низком коэффициенте гармоник наблюдался изрядный, на 10-15 Вольт, разнобой напряжений на анодах ламп предоконечного каскада. То есть что-то там балансировать я не стал.

Цирклотрон был выбран только потому, что трансформаторы, применённые в качестве выходных, при традиционном включении не пропускали ниже 70-80 Герц, зато анодный трансформатор позволил получить четыре изолированных источника по 350 Вольт на холостом ходу.

Результаты работы спектроанализатора.
Левый канал:

Правый канал:

измерения проведены, когда оба канала качают в нагрузку мощность, близкую к началу ограничения - напряжение на эквиваленте нагрузки 16 Ом 14 Вольт. Это значение условно принято за максимальную выходную мощность - приблизительно 12 Ватт.
Полоса с завалом -2дБ от 30 до 18000 Герц при уровне -6дБ
Коэффициент гармоник при уровне выхода -20дБ, то есть при мощности одна сотая от максимальной - приблизительно 0.06% (разрешающую способность моей измерительной системы иллюстрирует вот эта картинка:

При увеличении напряжения смещения выходного каскада до -13.5 Вольт коэффициент гармоник на максимальной мощности не меняется, а вот при уровне выхода -20дБ составляет примерно 0.12-0.15%, что ярко иллюстрирует разницу между классом A и классом AB.

Уровень шума/фона приблизительно -75дБ, никаких специальных мер для борьбы с фоном я не применял. Чувствительность примерно полвольта или даже выше - сигнала на выходах компьютерной звуковухи и сиди-проигрывателя вполне хватает для полной раскачки, да ещё с запасом децибел шесть. При этом разбаланс по усилению между каналами примерно 3 дБ.

Ещё несколько картинок:

Я пока не понял, как мне соорудить простой программный двухчастотный генератор для измерения интермодуляционных искажений, но посмотрев на уже полученные картинки, решил, что делать этого не буду. В конце концов, 0.4% гармоник на 12-ти Ваттах от пары 6П14П без обратной связи - это даже лучше, чем я ожидал.
Для получения такого результата пришлось тщательно подбирать лампы и балансировать фазоинвертер. При "неоптимальных" лампах коэффициент гармоник (при условии балансировки) на максимальной мощности возрастает в полтора-три раза, например, при установке в предоконечный каскад 6Н1П он составлял примерно 0.7%.

Отвечу на любые вопросы и померяю что угодно - если смогу:-)

В старой советской литературе его называли противопараллельным (мостиковым) усилителем, в западной – циклотроном (circlotron, цирклотрон). Вы называйте, как удобнее и привычнее. В статье я буду употреблять слово "циклотрон".
А по сути он – двухтактный мостовой каскад. В дальнейшем, для простоты, буду называть его циклотроном, т. к. всем это понятие более знакомо. Циклотроны по способу связи с нагрузкой делятся на трансформаторные, автотрансформаторные, дроссельные, анодные, SE-циклотроны и бестрансформаторные (OTL) циклотроны.

Дальнейшее моё повествование будет об OTL-циклотроне, т. е. о бестрансформаторном двухтактном мостовом силовом каскаде с резисторами в катодах выходный ламп.

Почему я обратился к данной теме?
Причин несколько. Во-первых, было много нападок со стороны адептов трансформаторных усилителей на всё, что было без трансформаторов, во-вторых, честно признаюсь, я не смогу намотать качественный выходной транс кустарно, считаю, это может сделать далеко не каждый любитель и то на профессиональной оснастке. Ну, и, в-третьих, у меня появились несколько 6С33С-В, захотелось построить нечто масштабное и мощное на этих замечательных триодах. Так что назло первой причине, сожалея о второй и благодаря третьей, я принялся за воплощение идеи.

Первый проект

Началось всё в далёком 1996 году, тогда у меня ещё не было интернета и цифрового фотоаппарата, поэтому картинок поэтапной сборки усилителя, к сожалению, предоставить не могу. Работа на 90% была выполнена в течение года, потом останавливалась на годы и годы по разным причинам. Прикидывая схему будущего аппарата, я исходил из максимума, что можно выжать из пары 33-х ламп в двухтакте не цели ради, а спортивного интереса для. Пробный вариант делался на макете. Нагрузкой усилителя предполагались АС на двух последовательно соединённых динамиках ЛОМО 2А12-У4 общим сопротивлением 30 Ом (читайте статью об АС в разделе “Проекты акустики”).

Расчёт усилителя вёлся по характеристикам ламп.

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Начну с конца тракта. В плечах оконечного каскада (ОК) по одной лампе 6С33С-В. Анодное напряжение было выбрано 160В с током покоя 100мА. Смещение -60-70В фиксированное. Хочу обратить внимание, что в циклотроне через катодные резисторы в статике ток не протекает, катоды находятся под нулевым потенциалом. Поэтому смещение только фиксированное! Оба катодных резистора включены параллельно нагрузке, их номинал выбирается исходя из того, чтобы не шунтировалась нагрузка.

По переменному току лампы ОК циклотрона включены параллельно, а значит и Rвых в четыре раза меньше, чем в обычных двухтактных схемах. Каскад нормально работает при номиналах Rк – 510Ом-3кОм. Попробовал даже при Rк=15Ом, но падала мощность каскада, и наблюдалось некоторое “заострение” вершин синусоиды. Так как усилительный каскад является катодным повторителем, то напряжение на Rк почти равно входному на сетке. Переменным резистором в цепи смещения выставляется “баланс нуля” на выходе в статике после прогрева ламп. Контролируется этот ноль при помощи миллиамперметра с центральной шкалой и пределами отклонения -50…+50мА, подключённого через ограничительный резистор 200 Ом. Даже при самом максимальном разбалансе плеч (ручка потенциометра вывернута в любое крайнее положение) и при включении сразу полного питания, стрелка прибора совершает кратковременный бросок на отметку 50мА или даже чуть зашкаливает, что соответствует временному появлению в нагрузке постоянки 10В. На практике эта цифра при правильном прогреве ламп на порядок ниже.

Драйверной лампой была выбрана 6Н6П-Е, сетки которой непосредственно связанны с анодами фазоинвертора (ФИ) на 6Н23П-ЕВ (Uа=110В, Iа=7…8мА). ФИ с катодными связями. На анодах 6Н6П-Е напряжение +260…265В, катодным резистором подбирается напряжение на катоде 115...116В. При таком режиме каждый триод драйвера кушает до 20мА. Хочу ещё раз напомнить, что этот макет прогонялся 13 лет назад, возможно какие-то нюансы я уже подзабыл. Но! Что я помню точно. Мощность удалось развить до 50Вт, было очень горячо! Пришлось обдувать панельки 33-х вентилятором. АЧХ оказалась практически линейна от 10Гц до 200кГц. Искажения и уровень шума и фона не измерялись. Картинка синуса 1кГц на осциллографе была идеальна. Поскольку АС для испытания не были тогда ещё готовы, я просто подключил два последовательно соединённых динамика 2А12-У4 и прослушал на небольшой мощности. Усилитель играл, а это главное.

С изготовлением шасси проблем не было. Так как я служил инженером на кафедре радиосвязи некогда ликвидированного и разрушенного военного училища связи и занимался передатчиками большой мощности, то имел выходы на различные оборонные предприятия и НИИ города, которые разрабатывали и поставляли нам технику. С материалами и деталями тоже проблем не было, тогда было золотое время. Так в одном из цехов я заказал шасси размером 350х350х65мм. Эту гнуто-сварную конструкцию мне изготовили из листа меди толщиной 2мм со всеми необходимыми отверстиями.

Построение ОК не поменялось, поменялись режимы работы. Анодное напряжение 95В, смещение -29-30В. Режим класса АВ. При номинальном входном напряжение ~2В амплитуда на выходе ФИ ~30В, что вполне достаточно для раскачки 33-х ламп. При указанных режимах на эквиваленте нагрузке 30Ом я имею переменки 20В, что соответствует примерно 13Вт мощности.
Кто-то скажет, что за бред!? В двухтакте на 33-х всего 13 ватт. Я ещё раз оговорюсь – печка мне не нужна, я ставил целью не выжать 50Вт на канал, а лишь найти компромисс между “можно”, “нужно” и “целесообразно и комфортно”. Если увеличить номинал анодных резисторов ФИ до 110кОм при Еа+330В, получив напругу на анодах +90…+95В, то при входном сигнале ~4В на выходе ФИ можно добиться размаха ~70В. Но это для тех, кто захочет большей мощи. Надо только не забыть, что при этом лампы ОК необходимо побольше припереть, да и анодное напряжение поднять. Иначе нелинейность в начале характеристики обеспечена. Ещё одно замечание. Если резистор в сетке 6С33С мал (как правило ставят 1…3кОм), то эти ~70В просядут до ~40В. Чтобы этого не произошло, сеточный резистор следует брать килоом 30…100. Проверено. В ходе настройки усилителя выяснилось, что при смещении ОК -20…-22В наступает ограничение.

Желание повысить мощность за счёт увеличения входного сигнала и увеличения смещения до -40…45В приводит к искажению типа “ступенька”.

Смещение 6С33С-В подаётся от стабилизатора на одном транзисторе типа КТ-973А.

На стадии макетирования я пробовал стабилизировать анодное выходных ламп на транзисторах 2Т-834А, но потом отказался, т.к. теряю на них около 5…6 Вольт напряжения. Просмотрев несколько схем циклотронов на забугорных сайтах, я отметил, что питание выходных каскадов нестабилизированное, номинал ёмкостей фильтра 2200…4700мкФ. Накалы всех ламп питаются переменным током. Вообще, чтобы избавиться от всего этого геморроя с сетью, я планирую купить промышленный сетевой стабилизатор, благо этого добра навалом.

Конструкция и детали

Шасси, как я уже писал, выполнено из листовой 2мм меди. Прошу прощения за неприглядный местами внешний вид – краска с годами кое-где облупилась.

В центре установлен трансформатор.

Под ним сетевой переключатель типа 4П2Н от военки, он имеет два направления и четыре положения – выкл., прогрев, полное питание и выкл. Тут же рядом выходят выводы сетевой обмотки транса.

С ручкой переключатель соединён стальным стержнем через подшипник.

Сзади размещены четыре банки К50-29 10000мкФх100В.

В то время они оказались под рукой (современные раз в 6-8 меньше по объёму и легко влезают внутрь подвала). Там же находятся лампы стабилизаторов.

На задней стенке – гнёзда, клеммы, предохранительные колодки. На передней стенке – ручки переключателя сети и регуляторов “баланс нуля”. Вдоль левого и правого бортов расположены лампы, сверху спереди – приборы.

Детали, в основном, отечественные, используемые в военке.

Сигнальные и слаботочные цепи развёл проводом МС. Монтаж, за исключением стабилизаторов смещения и нескольких элементов стабилизатора высокого анодного, навесной.

Общие провода входного каскада собраны в точку у катодных резисторов и кондёра фильтра.

“Земли” катодных резисторов ОК и цепей смещения спаяны вместе. Далее общие провода всех каскадов и каналов сводятся на конденсаторах фильтра высокого анодного. Методом тыка на шасси была определена точка общего заземления усилителя, она оказалась в центре рядом с сетевым переключателем. В эту же точку припаялся конец от экранирующей обмотки силовика. Кстати, наличие этого соединения, в плане фона, ощутимо на слух. В нижнюю крышку шасси я врезал два небольших плоских вентилятора (12Вх170мА) для обдува панелек 6С33С-В.

Включение и настройка

Включение начинается с установки ручки переключателя сети в положение “прогрев”. На все цепи схемы подаются половинные напряжения питания. Лампы предварительно прогреваются и минут через десять можно подавать полное питание. В процессе дальнейшего прогрева регуляторами “баланс нуля” по приборам ставим ноль на выходе. Хочу заметить, что после получасового прогрева гуляния анодных токов 33-х ламп устаканиваются, и, сделав последнюю подстройку баланса нуля, можно слушать музыку. Собственно особой настройки не требуется, надо проверить номиналы напряжений и токов, указанных на схеме, и подобрать правильные режимы работы ламп – подбор резистора в катоде ФИ и установка напряжения смещения ОК подстроечным резистором стабилизатора.

Прослушивание

Нагрузил усилитель на АС на 2А12-У4. Предварительного усилителя и регуляторов тембра у меня пока нет, поэтому прямо с виниловой вертушки (вых.~250мВ) подал сигнал. Сравнивал звучание с транзисторной “Радиотехникой” при отключённых темброблоке и тонкомпенсации. Даже своим среднестатистическим слуховым аппаратом учуял, что ламповый звук лучше твёрдотельного – более живой и естественный. Чувствуется хорошая динамика 33-х триодов. Если в динамиках прослушивается фон, можно попробовать поменять между собой концы обмотки ~70в в выпрямителе одного из плеч.

В планах

Хочу в дальнейшем поэкспериментировать, вместо OTL использовать дроссельную и автотрансформаторную связь с нагрузкой. Сейчас я в поиске железа от ТС-180 или ТС-250. Поэтому, как будут результаты изысканий по этой теме, я продолжу свою статью.

Начинал своё хобби с простых транзисторных схем усилков, цветомузыки и прочего, что печаталось в «Радио».

Двадцать лет назад собрал свой первый двухкассетник.
С 1996г. увлёкся ламповыми схемами.

Читательское голосование

Статью одобрили 34 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Если вы потратили круглую сумму на 5 метров экзотического колоночного кабеля, Вы задумывались о пятистах метрах провода в выходных трансформаторах вашего лампового усилителя?
Выходные трансформаторы – это дорогие компоненты со сложной намоткой, чтобы работать должным образом на высоких частотах. Они являются главными виновниками мягкого баса в ламповых усилителях. Основными причинами этого являются перенасыщение магнитопровода на низких частотах. Кроме того, из-за сопротивления обмотки теряется около 10% выходной мощности. Альтернативой является бестрансформаторный выход – OTL (output transformer Less).

Принцип работы

Описываемая OTL схема предлагает несколько решений. Во-первых, в целях защиты динамиков в случае неисправности ей необходимо естественное ограничение тока без использования вспомогательных цепей защиты. Во-вторых, проблема в том, как реализовать симметричный выходной каскад, когда лампы не имеют NPN и PNP структуры как транзисторы.
Одним из вариантов был цирклотрон «circlotron», изобретенный Сесил Холлом в 1951 году, но, который, однако, препятствует использованию естественного ограничения тока и вынуждает использовать очень сложную конфигурацию блока питания. Вместо этого, была разработана схема с некомплементарным выходным каскадом с использованием комбинированной местной обратной связи. Была достигнута хорошая симметрия и низкий уровень гармоник, что было подтверждено в последующих измерений. Такая конфигурация имеет больше общего со схемой Futterman, за исключением того, что пара пентодов используется для драйверного каскада вместо разделителя фазы. Пентоды по сравнению с триодами смогли обеспечить достаточный ток и усиление.
Общей целью проекта было иметь простую схему, как можно с минимальным количеством компонентов на пути сигнала, а также двухтактный принцип работы. Двухтактный каскад не только уменьшает гармонические искажения, но и обеспечивает значительное уменьшение пульсаций питания. Получилась стабильная, надежная конструкция, которая не нуждается в постоянной регулировке. Для этого включена цепь обратной связи постоянного тока, которая после первоначальной настройки держит напряжение смещения в пределах 20 мВ. Последующая корректировка вряд ли потребуется в течение долгого времени, даже после замены ламп.
Я знаю, что обратная связь – спорный вопрос и многие считают, что, в конечном счете, она должна быть нулевой. Тем не менее, нулевая обратная связь в этой конструкции может привести к звуковым шумам и выходному сопротивлению 8Ω, которое может серьезно повлиять на тональный баланс большинства акустических систем. Поэтому было решено применить глубину обратной связи 26дБ, которая является обычной для большинства классических схем ламповых усилителей и понижает выходное сопротивление до 0.4Ω для хорошо контроля баса. Тем не менее, преимущество самодельного усилителя (англ. DIY, D.I.Y.; ди ай уай, от англ. Do It Yourself - «сделай это сам») является то, что вы можете настроить обратную связь в соответствии с вашим собственным вкусом. Простейший способ уменьшить обратную связь до 11 дБ – это убрать конденсаторы связи между первой и второй ступенями.
Наконец, для того, чтобы «раскачать» нормальную акустику было решено, что нужна мощность не менее 20 Вт. Очевидный выбор ламп выпал на Российский 6C33C триод, потому что одна пара может выдать 2,5А тока на 8-омную нагрузку при умеренном питании 150V. Это позволяет получить 25W на 8Ω нагрузки или 40 Вт на нагрузке 16Ω. Если вы можете увеличить нагрузку с 40 до 100Ω, то вы можете легко получить 50 Вт мощности в классе А. Измерения показали, что искажение с включенной обратной связью были меньше, чем у генератора сигналов. Это дало 0,14% THD при 2W с 8Ω нагрузкой без обратной связи, или 0,007% 26дБ с обратной связью.

Конструкция и детали.

Сигнал с входного гнезда SK1 подается на сетку лампы V1A через регулятор громкости RV1, C1 и R1. Включение обратной связи обеспечивается резисторами R1 и R3, которые смешивают сигнал выхода и входа. Глубина обратной связи составляет около 29 и может быть изменена отношением R3/R1. Другими словами, при входном напряжении 500 мВ получаем 25 Вт на 8Ω нагрузке. Когда RV1 установлен на максимум, входное сопротивление составляет около 26к (RV1 параллельно с R1). Конденсатор C1 используется для максимальной обратной связи по постоянному напряжению. При отсутствии смещения, на сетке V1A присутствует тот же потенциал, что и на V1b через R4. Тем не менее, небольшая разность напряжений на катодах каждой лампы, из-за неидеальной схожести, может привести к напряжению на управляющей сетке V1A. Это сразу же отображается на нагрузке в виде постоянного напряжения, потому что 100% обратная связь по постоянном току, через R3, сохраняет входное и выходное напряжения равными. Триммером RV2 можно добиться нулевого смещения на выходе.
Неоновая лампа Н1 служит для ограничения напряжения подогреватель-катод на обеих половинах V1 до 65 В во время прогрева. Она не светится при нормальной работе. Симметричные выходы входного каскада соединены с управляющими сетками V2 и V3 конденсаторами C3 и C4. Существуют также частичные связи постоянного тока через сопротивления R8 и R9. Драйверный каскад образуют лампы V2 и V3 и связанные с ними компоненты. Выходы этого каскада напрямую связаны с сетками V4 и V5, которые образуют выходной каскад. Триммер RV3 позволяет скорректировать напряжения на сетках V4 и V5, тем самым установить ток выходного каскада. Выбор тока покоя предполагает компромисс между сроком жизни ламп и искажениями.
В теории, можно увеличить ток покоя выходных ламп максимально до 400 мА, после чего их аноды будут рассеивать 60 Вт. Это даст низкие искажения, но резко снизит срок службы. Тем не менее, можно добиться гораздо более длительного срока трубки с более низким током покоя, скажем, 200 мА. Это также уменьшит количество тепла, вырабатываемого усилителем! В драйвере были выбраны пентоды, потому что они могут прокачать большее напряжение, чем триоды, а также потому, что они обладают лучшими токовыми характеристиками. Последнее обеспечивает симметрию в выходном каскаде. Еще одним преимуществом пентода является фактическое отсутствие эффекта Миллера, емкости между анодом и управляющей сеткой, в связи с наличием экранной сетки. Это увеличивает пропускную способность каскада и устраняет необходимость в компенсации частотных составляющих для того, чтобы усилитель оставался стабильным, когда применяется обратная связь. Единственным недостатком является то, что они производят чуть больше гармонических искажений нечетного порядка, чем триоды. Тем не менее, EF86 (советский аналог 6Ж32П) были разработаны для аудио. EF86 был очень успешно использован в драйвере знаменитого усилителя Quad II.
V4 является катодным повторителем. Это означает 100% отрицательную связь между катодом и сеткой, в результате имеем единичное усиление и снижение выходного импеданса.
V5 является анодным повторителем и для того, чтобы иметь тот же коэффициент усиления и выходное сопротивление, как V4, он должен иметь 100% отрицательную обратную связь между анодом и сеткой. Это достигается с помощью драйвера тока, который, по определению, имеет очень высокое сопротивление источника, что не ослабляет обратную связь, которая образована через R13. Хотя постоянное напряжение на анодах V2 и V3 отличается, это действительно не оказывает большого значения на режимы работы пентодов.
R15 обеспечивает привязку управляющей сетки V1A к общему проводу во время разогрева усилителя, в случае отсутствия подключенных громкоговорителей.
Газоразрядный предохранитель N2 гарантирует, что выходное напряжение остается в пределах безопасных значений при любых условиях. Если выходное напряжение превышает 90 В, он срабатывает, понижая тем самым выходное напряжение до безопасного.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Хотя блок питания достаточно обычный и мало нуждается в описании, есть несколько моментов, которые нужно отметить: в случае неисправности, заставив защелку выходной каскад либо вверх или вниз, R33 предоставляет средства ограничения тока через выходную стадию и громкоговоритель. Если его значение было слишком малым, трубка вывода или громкоговорителя или оба могут быть повреждены. Если его значение было слишком высоким, небольшое напряжение смещения через громкоговоритель может вызвать значительный дисбаланс в напряжение питания HT2 и HT4. Предохранители FS1 и FS2, сработают в маловероятном случае, если обе лампы драйверного каскада, V2 и V3, не работают (или не подключены), тем самым вызывая чрезмерный ток через обе лампы выхода V4 и V5. В теории, только один предохранитель необходим, но здесь два включены для того, чтобы на любые неполадки они реагировали симметрично.

Улучшение этой конструкции возможно, если для нагревателей V1 использовать постоянный ток и включить схему таймера задержки, чтобы напряжение HT2 HT4 подавалось только тогда, когда все лампы уже разогреты.
Выбор сглаживающих конденсаторов C8-C15 важен, потому как они определенно находятся на пути прохождения сигнала между выходными лампами и громкоговорителем, и поэтому должны быть хорошего качества. Они должны быть свободны от внутренних вибрации, а это значит, что они не должны «петь». Во многих точках во время прогрева есть потенциально высокое напряжение, поэтому резисторы должны иметь соответствующую мощность.
2-х ватные резисторы могут выдерживать 500 В постоянного напряжения. Кроме того, они хорошо звучат, и обладают низким тепловым шумом 1 мкВ / V и низким температурным коэффициент 50 ppm / ° C. Вы можете заметить из фото 2, что монтаж немного тесноват, поэтому рекомендуется использовать большее шасси, чем 12 «× 9″ × 3 » которое было использовано. Усилитель производит довольно много тепла, и в идеале лампы должны иметь больше пространства вокруг себя для циркуляции воздуха. Также должна быть хорошая вентиляция под шасси.
Включение и наладка усилителя
Перед первым включением убедитесь, что Триммер RV2 находится примерно в среднем положении
и что RV3 установлен на минимальное сопротивление.
Вращая RV3, увеличиваем ток покоя с нуля до желаемой величины (автор поставил его на 200 мА), контролируем его амперметром M1. Во время нормальной работы M1 едва дергается, это не индикатор уровня! Тем не менее, отрадно иметь его на лицевой панели как раннее предупреждение на случай, если что-то пойдет не так.
После 20 минут прогрева подкорректируйте RV3 в случае необходимости. Затем подключите милливольтметр к выходным терминалам и настройте RV2 для получения нулевого значения. Всегда это нужно делать с выкрученной громкостью до минимума или при замкнутом входном разъеме.
Когда усилитель работает, никогда не включайте его сразу же после выключения, есть вероятность сжечь предохранители.

Использованные источники
1. C. T. Hall, “Parallel Opposed Power Amplifiers”
US Patent 2,705,265, June 7, 1951.
2. J. Futterman, “A Practical Commercial Output
Transformer-less Amplifier,” J. Audio Eng.
Soc., (1956 October).
3. Circlotron history page http://circlotron.
tripod.com/.

Список необходимых компонентов показан в таблице.

C1, C2………………Capacitor, 1μF 450V polypropylene Ansar
C3, C4………………Capacitor, 0.1μF 630V polypropylene
Ansar
C5…………………….Capacitor, 10μF 250V electrolytic
C6, C7, C18……….Capacitor, 100μF 250V electrolytic
C8, C9, C10-15….Capacitor, 6800μF 63V electrolytic Elna
“tonerex” or Samwha “for audio”
C16, C17, C19……Capacitor, 100μF 500V electrolytic
D1, D2, D3, D4…Diode (fast recovery), FR605G 6A 600V
D5, D6……………..Diode, 1N4006 1A 800V
FS1, FS2…………..Fuse and holder, 3.15A 20mm
M1……………………Ammeter, 0-1A DC
N1……………………Neon lamp, wire ended, T2
N2……………………..Gas discharge tube (GDT), 90V DC sparkover
N3……………………Neon indicator, panel mounted
PL1…………………..Plug, IEC chassis
R1, R2………………Resistor, 34k 0.1% 0.25W precision metal
film Welwyn
R3, R4……………..Resistor, 1M 0.1% 0.25W precision metal
film Welwyn
R5, R6……………..Resistor, 100k 0.1% 0.25W precision
metal film Welwyn
R7…………………….Resistor, 470k 1% 2W 500V metal film
Maplin
R8, R9……………..Resistor, 4M7 5% 0.5W 3.5kV metal film
Vishay (match pairs to within 1%)
R10, R11…………..Resistor, 1M 1% 2W 500V metal film
Maplin
R12, R13, R15…..Resistor, 100k 1% 2W 500V metal film
Maplin
R14…………………..Resistor, 15k 5% 0.5W metal film
R16…………………..Resistor, 10k 5% 0.5W carbon film
R17-20………………Resistor, 47R 5% 0.5W carbon film
R21, R22…………..Resistor, 1k 5% 0.5W carbon film
R23-30……………..Resistor, 10k 5% 0.5W carbon film
R31, R32…………..Resistor, 1k 5% 1W carbon film
R33………………….Resistor, 1k 5% 10W wire wound
Welwyn
RV1…………………..Resistor, variable 100k
RV2…………………..Resistor, trimmer 1k 20-turn 1W cermet

RV3…………………..Resistor, trimmer 10k 20-turn 1W cermet
Spectrol + 32mm panel mount adaptor
S1…………………….Switch, double pole single throw 250V
AC 5A
SK1………………….Socket, phono
SK2………………….Terminals (shrouded) to suit loudspeaker
cable
T1…………………….Mains transformer, 6V + 6V 15VA
T2…………………….Mains transformer, 12V + 12V 225VA
T3…………………….Mains transformer, 120V + 120V 625VA
V1…………………….Tube, ECC83 + B9A socket
V2, V3………………Tube, EF86 (matched pair) + B9A socket
V4, V5………………Tube, 6C33C (matched pair) + socket
Chelmer
Chassis…………….Steel, 17″ × 10″ × 3″ Hammond
audioXpress February 2010 Тим Меллоу