Отличительная особенность данного двухтактного лампового усилителя на 6П3С в простоте, легкой повторяемости и работе выходного каскада в двух режимах – ультралинейном и триодном. Автор данной схемы - Анатолий Манаков.
Входной каскад усилителя построен на лампе 6Н9С, выходной – на лампах EL34 или 6П3С. Выходная мощность усилителя с лампами EL34 составляет 16 Вт в ультралинейном включении и 8 Вт в триодном включении. С лампами 6П3С мощность усилителя меньше и составляет 12 Вт и 6 Вт в ультралинейном и триодном включении соответственно. Коэффициент нелинейных искажений менее 0,5 %. Чувствительность усилителя по входу составляет порядка 0,65 В.
На каждом этапе проектирования и строительства мы обнаружили, что эти лампы обеспечивают нужный уровень поляризации и обеспечивают хороший компромисс между максимальной мощностью и минимальными характеристиками искажения. Это позволяет точно калибровать работу торцевых труб, защищая от случайного введения их характеристик в опасные уровни. После описания структуры отдельных ступеней усилителя необходимо также кратко представить этап питания - еще одну очень важную составляющую усилителя. Тороидальный силовой трансформатор с малыми потерями магнитно экранирован, чтобы уменьшить присутствие магнитных полей.
Схема одного из каналов усилителя двухтактного лампового усилителя на 6П3С представлена на рис.1.
Входной сигнал поступает через регулятор громкости на сетку левого по схеме триода VL1 типа 6Н9С, снимается с его анода и поступает на управляющую сетку лампы выходного каскада и одновременно через делитель напряжения поступает на сетку правого триода 6Н9С, переворачивается по фазе и поступает на управляющую сетку второй лампы выходного каскада. Данная схема фазоинвертора отличается от других видов фазоинверторов с резистивной нагрузкой большим коэффициентом усиления и лучшим звучанием.
Для обеспечения «чистой энергии» необходимы как магнитное экранирование, так и двойная фильтрация. В противном случае может возникнуть шум сети, особенно с динамиками высокой производительности. Это также уменьшает шаг и увеличивает разделение каналов. Кроме того, все напряжения питания для ламп низкой мощности и схем управления стабилизируются. Прежде всего, значительно лучшие энергетические параметры, легко добиться высокой мощности. Во-вторых, выходные трансформаторы могут быть меньшего размера, поскольку они работают без постоянной намагниченности и не страдают от поглощения железа.
С выхода фазоинвертора сигнал через разделительные конденсаторы и «антизвонные» резисторы, предотвращающие самовозбуждение выходного каскада, поступает на сетки выходных ламп.
Выходной каскад усилителя выполнен с фиксированным смещением. Напряжение смещения подается с отдельной обмотки трансформатора питания через регулируемые делители напряжения.
Давайте посмотрим на несколько типов фазовых инверторов и объясним, почему это так. На диаграмме слева показан простейший и наиболее часто используемый фазовый инвертор. Но давайте подробнее рассмотрим эту схему. Верхнее плечо представляет собой элементарный резистивный усилитель, а нижний - катодный ретранслятор. Более того, такой фазовый инвертор вообще не увеличивается. Но фазовый преобразователь де-факто имеет нагрузку и оказывает значительное влияние на выход фазового якорного анода.
Если выходное сопротивление анодной цепи фаз-инвертора составляет около 50 тыс. То верхняя ширина полосы плеча будет составлять около 8-10 кГц при полной амплитуде сигнала. По этой причине эта схема практически не используется, если есть триод в конечной степени. В середине века, во многих популярных высокопроизводительных радиопроводах, это решение было использовано. Для приемников он был достаточно высокого качества, но для высококачественного оборудования он не был подходящим.
На выходной трансформатор сигнал поступает с анодов выходных ламп EL34/6П3С, а с него - в нагрузку. Переключателем П1 осуществляется выбор режима работы выходного каскада – ультралинейный либо триодный. Вторая сетка выходной лампы в ультралинейном режиме соединяется с отводом выходного трансформатора, а в триодном режиме – с анодом выходной лампы.
Дифференциальный усилитель имеет два входа и два выхода. Одна розетка инвертирована, другая не инвертирована. Однако, более пристально рассматривая проблему. Одна лампа работает с заземленным катодом, другая с заземленной сеткой! Это означает, что их характеристики совершенно разные. Выходное сопротивление заземленной сетки очень велико. Существует иная степень укрепления обеих степеней. Кроме того, в схеме с заземленной сеткой эффект Миллера намного лучше компенсируется, и он начинает появляться на значительно более высоких частотах.
Схема блока питания лампового усилителя представлена на рис.2.
Лампы выходного каскада EL34/6П3С желательно подобрать попарно. Лампы входного каскада 6Н9С также желательно подобрать по минимальному расхождению падения напряжений на анодах триодов.
Разделительные конденсаторы C2-C4 использованы серии К78-2 на 250 вольт. Шунтирующий конденсатор C11 емкостью 4 мкФ - бумажный или пленочный на напряжение 400 В. Остальные шунтирующие конденсаторы - плёночные серии К73-17. Электролитические конденсаторы можно применить фирм “Samsung”, “Rubicon”, "Elna".
Кроме того, баланс схемы зависит от общего катодного удельного сопротивления. Если это удельное сопротивление достаточно велико, баланс хороший. Но мы не можем значительно увеличить из-за отсутствия электропитания. Поэтому иногда катодная схема питается отдельным блоком питания малой мощности, т.е. биполярная мощность необходима, так же как и операционные усилители.
Трансформаторный усилитель
Кстати, все операционные усилители основаны на дифференциальном усилителе. Учитывая сложность источника питания, эта схема, хотя и имеет хорошие параметры, намного сложнее, чем трансформатор или схема распределенной нагрузки. Усилитель трансформатора кажется самым простым. Однако сделать хороший трансформатор непросто, и его цена довольно высока. Инвертор трансформаторной фазы может достичь идеального баланса плеч, так как нет никаких теоретических препятствий для этого. Все зависит от качества и структуры упаковки.
Резисторы в цепях анодов и управляющих сеток желательно применить серии ВС, остальные - серии МЛТ, подстроечные резисторы - серии СП.
В качестве выходных трансформаторов для данного двухтактного лампового усилителя на 6П3С применены трансформаторы от радиолы "Симфония". Также можно применить и другие выходные трансформаторы, рассчитанные на применение ламп EL34 или 6П3С.
Трансформатор, помимо других хороших функций, все еще может быть высоким, тем самым увеличивая общее усиление. Наибольшая трудность при изготовлении трансформатора для двухтактных усилителей заключается в том, чтобы как можно больше симметрии намотки. Существует много разных мнений о том, какие сердечники лучше для упаковки таких трансформаторов, с одной извилистой шпагатой или с двумя. Мне лично нравится две обмотки, потому что проблема симметрии почти потеряна, нет необходимости в том, чтобы все трюки меняли слои.
Просто оберните два одинаковых ряда, затем положите их соответственно, а затем переверните. Таким образом, мы можем достичь практически идеальной симметрии трансформатора. Драйвер трансформатора имеет еще одну хорошую функцию - он облегчает работу задних фонарей при переключении на токи сетки. Следует отметить, что нагрузочный трансформатор водителя, т.е. фазовый инвертор должен иметь значительно более широкую полосу пропускания, чем при совместной работе. Этого недостаточно, но если это условие не поддерживается, у нас будет усилитель с неприятными изменениями фазы и «звуком» в звуковом диапазоне.
В качестве силовой трансформатор использован ТАН107. В место него можно использовать другие трансформаторы из серии ТАН или ТС. При выборе трансформатора питания надо руководствоваться тем, что трансформатор должен выдавать переменное напряжение на анодной обмотке 250-270 вольт, при токе не менее 0,3 А для ламп 6П3С и не менее 0,4 А для ламп EL34. Для напряжения смещения обмотка трансформатора должна выдавать переменное напряжение в 40-50 вольт. В случае использования ламп 6П3С накальные обмотки трансформатора должны быть рассчитаны на ток не менее 3 А, а для ламп EL34 - не менее 4 А.
Поэтому хороший трансформатор с фазоинвертором должен быть значительно дороже, чем сзади. Если вы посмотрите на схему усилителя, то мы увидим двухтактный усилитель с отрицательной обратной связью и инвертором фазы с распределенной нагрузкой. Такие триоды имеют значительно более слабый эффект Миллера, Кроме того, дополнительная степень позволила вырвать конечную точку, не сигнализируя о фазоинверторе, позволяя ей работать с низкой амплитудой, тем самым уменьшая уровень искажений в ней.
Во всем мире был разработан очень продвинутый, замечательный звук того времени. Этот усилитель неоднократно копировался различными производителями с незначительными и незначительными изменениями. Это чисто пентодический усилитель с несколькими линиями обратной связи. Вход в него использует так называемый парахазный усилитель с двумя пентозами. Выбирая резистор сплиттера, схема может быть сбалансирована в определенном диапазоне напряжений и частот. Очень интересная степень выхода со специальным трансформатором, который имеет две обмотки для обратного канала в катодных контурах задних фонарей.
Выпрямители блока питания выполнены на диодах по мостовой схеме. Диоды шунтированы пленочными конденсаторами (на схеме не показаны). Для анодных выпрямителей использованы конденсаторы 10 нФ х 400 В, а для смещения - 1,5 нФ х 160 В.
Дроссели фильтра питания использованы от телевизоров УЛПЦТ.
Настройка усилителя. Настройка усилителя производиться в режиме молчания. При этом вторичную обмотку выходного трансформатора усилителя необходимо нагрузить на активное сопротивление достаточной мощности, близкое к номиналу акустической системы.
Входной каскад настраивается установкой напряжения в контрольной точке КТ1 в 1,8-2 вольта путем подбора номинала резистора R4.
Для выходного каскада путём регулировки напряжения смещения резисторами R10 и R12 на управляющих сетках устанавливается напряжение 0,035-0,04 вольта (в контрольных точках КТ1 и КТ2). Такое падение напряжения на катодных резисторах R17 и R18 соответствует току анода каждой выходной лампы 35-40 мА.
Фазоинверсный каскад по переменному напряжению настраивается установкой одинакового по величине переменного напряжения на анодах входной лампы 6Н9С регулировкой резистором R7 при подаче переменного напряжения около 0,5 В с частотой 3 кГц на сетку левого триода лампы 6Н9С. Для измерения необходим вольтметр с входным сопротивлением не менее 1 мОм.
Внешний вид, схема включения выходного лучевого тетрода 6П3С показаны на рисунке. По моему глубочайшему убеждению именно лампу 6П3С следует считать самой удачной среди ламп совдеповского изготовления.
В моём представлении лампа 6П3С это универсальный мотор для многочисленных ламповых конструкций. Она имеет очень неплохие характеристики и здоровенную рассеиваемую анодом мощность. Это выгодно отличает лампу 6П3С от многочисленных аналогов. По моему убеждению этот совдеп-образец ничем не уступает зарубежным "крутым" лампам, особенно с учётом ценовой разницы. А цена может отличаться в 100 и более раз, хотя вакуум в лампе такой же. Ниже показан пример любопытной лампы 6П3, ставшей исходной ступенью для создания современной лампы 6П3С. Год выпуска этой лампы 1951, есть образцы ещё более древние, но в отличном работоспособном состоянии, вполне пригодном для построения лампового усилителя.
Сохранение работоспособности электронных ламп полностью определяется условиями хранения. Если учесть, что некоторым образцам ламп по 70 и более лет, то объективная стоимость их на сегодняшний день довольно высока. По отзывам самодельщиков характеристики этой лампы довольно ровные и обеспечивают очень мягкое, комфортное звучание. На практике это предстоит проверить в ближайшем будущем при создании очередной конструкции лампового усилителя. Можу к слову сказать, что в интернете не удалось найти характеристик этой лампы, а также примеров описания конструкций, полученных с её применением.
Уменьшенный вариант лучевого тетрода 6П3С с аналогичными характеристиками показан ниже. Это тетрод 6П6С под октальный цоколь, очень приличная лампочка. Простая замена 6П6С на лампу 6П3С в стандартной октальной панельке никак не отразится на работе большинства устройств. Вероятнее всего даже аудиофилы не заметят подмены. А если по приборам поправить режим по минимуму искажений, то различия не будет вовсе. Обратная замена не желательна, поскольку лампа 6П6С может не вывезти нагрузки по мощности, позволительной для 6П3С.
В самом начале изложения обязан сказать, что традиционный, укоренившийся в сознании людей, подход к изложению статьи от наименования и выбора ламп - не разумный и неправильный. Неразумно начинать выбор автомобиля с мотора и колёс, поскольку вначале оценивают назначение, стоимость, эстетику, функционал и другие характеристики. Здравый смысл говорит о том, что важнейшим узлом лампового усилителя является выходной трансформатор. От его качества зависит качество всего усилителя. Стоимость выходного трансформатора может составлять 80% и более от стоимости всего проекта. Именно от выбора трансформатора, его изготовления или покупки зависит всё, в том числе выбор соответствующего типа ламп. Мое изложение материала в традиционном порядке имеет другую цель. Не хочу показывать удобные и распространённые трансформаторы. Их легко вычислить самостоятельно по растровым картинкам на сайте. Вначале статьи следует показать несколько простеньких двухтактных схем с одиночными лампами. Для таких схем годятся сравнительно слабенькие выходные трансформаторы, например в габарите ТС-40. Говорил неоднократно и повторю еще раз банальную истину. Для двухтактного усилителя простейшего уровня можно применить практически любые стержневые отечественные трансформаторы при правильной распайке обмоток. Смело отправляйте на три буквы советчиков, которые настойчиво рекомендуют мотать трансформаторы самостоятельно. Скорее всего эти люди находятся в плену догмы, либо это люди хитрые, которые хотят затруднить ваш путь к желаемому результату, либо недалёкие. Возможен ещё один вариант: Эти советчики хотят срубить на вашем интересе немного денег. Ну что ж, имеют право. Поэтому уверенно шагайте вперёд не оглядываясь на них, ищите свой путь.
При построении лампового усилителя манипуляции с моточными узлами большинству людей не нужны. Обычно умные слова авторов о рукопашной намотке выходного трансфоратора вызывают ступор и губят ещё не созревший проект на корню. Моточные трудозатраты могут понадобиться обыкновенному телезрителю - любителю сравнительно позднее, когда придёт осознанный интерес и понимание необходимых изменений. А могут они и вовсе не понадобиться, что характерно для 90% начинающих ламповиков. Неплохие результаты первого уровня даёт применение в качестве выходных трансформаторов обыкновенных броневых трансформаторов, имеющих раздельные первичные обмотки на 127 вольт. Однако применение стержневых трансформаторов на порядок выгоднее, поскольку есть компактные и удобные серийные трансформаторы. Их применение сходу даёт результат экономный по времени и ресурсам, и столь же качественный результат по звуку.
В любом варианте применения трансов предпочтительнее иметь две обмотки, рассчитаные на 127 вольт. А если симметричных обмоток больше, то это ещё лучше. Например, в сравнении с броневым трансформатором на 127В, его полный аналог, но рассчитанный на напряжение 220 вольт, просто непригоден для двухтактного усилителя, поскольку имеет единую обмотку. Кроме того, как правило, типовой промышленный трансформатор на 220 вольт имеет огромный ток холостого хода и большое поле рассеяния. Это исключает его применение в ламповой конструкции даже в качестве силового, поскольку дает непобедимый фон переменного тока. Трансформаторам с обмотками на 220 вольт прямая дорога на помойку, поскольку они иногда звенят даже на холостом ходу.
Стержневые трансформаторы с обмотками на 127 вольт применять выгоднее чем аналогичные, но с обмотками на 110 вольт. Это очевидно, поскольку в каждой такой обмотке на 15% большее число витков. Следовательно больше индуктивность и следовательно левая граница частотной характеристики окажется ниже, а низкочастотный диапазон будет расширен. Выходные трансформаторы для ультралинейного включения 6П3С должны иметь симметричные относительно центра отводы с числом витков около 43% от числа витков каждого плеча. Это же правило следует соблюдать при построении схемы дифференциального включения пары трансформаторов. Как известно цоколёвка лампы 6П3С аналогична лампе 6П6С. В большинстве случаев это позволяет применить 6П3С вместо 6П6С, причём значительная часть телезрителей, особенно любители усилителей с переключателем триод-пентод, даже не заметит такой замены. Обыкновенная замена этих ламп в схемах небольшой мощности безболезненна. Из всех слушателей не более 0,1% поймут, что звук несколько другой. При изменении и подгонке режима нужно помнить о разнице характеристик. Ультралинейные отводы трансформатора, например для 6П6С, желательно иметь числом витков около 23% от каждого плеча. А поскольку мощности анодов этих ламп разные, то замена 6П3С на 6П6С вовсе не жалательна.
Внимание! Все трансформаторы для ламповых конструкций следует вначале тестировать по току холостого хода. Только трансформаторы с мелким током холостого хода следует использовать в рукопашных разработках. Все остальные трансформаторы следует продать или утилизировать. На втором этапе выбора трансформаторов следует внимательно отнестись к вопросу симметрирования трансфоматоров, как по величине индуктивности, так и по величине ЭДС (характеристике намагничивания).
Только после тщательного отбора следует сказать себе любимому, что определены качественные выходные трансформаторы, пригодные для конструирования. Колхозникам такие хлопоты покажутся излишеством, поскольку они уверены, что типовые трансформаторы не звучат никак. Именно поэтому такие танцоры пренебрежительно называют типовые трансформаторы "зелёнкой". Если бы квалификация таких спецов была повыше, а самонадеянность послабже, то словосочетание "танцор-колхозник" осталось бы без применения.
Как расчёт, так и настройку лампового двухтактного усилителя лучше выполнять с выхода. Перед настройкой первые лампы можно совсем вынуть из панелек. Вначале для выходного каскада регулятором смещения выставляют ток покоя в разумных пределах и хорошенько прогревают аноды ламп. После прогрева ток покоя уточняют. Общую обратную связь вначале регулирования режима отключают. После настройки выходного каскада можно вынуть выходные лампы и вставить входные. Режим по постоянному току регулируют резистором в катоде первой половинки входной лампы. Затем регулируют режим по переменному току, резистором в катоде второй половинки. Симметрию полуволн, наличие всякого мусора и возбуда контролируют по осциллографу. Манипуляции с удалением ламп позволяют точно контролировать моменты возникновения косяков и сразу определять их причины. Не рекомендую сходу подключать на выход трансформатора динамики. Вместо них нужно обязательно включить нагрузочный резистор. Это избавит от шума и стрессов при внезапном возбуждении. На завершающем этапе все лампы вставляют в панельки и проверяют сквозной канал прохождения сигнала. Нужно понимать, что режимы под нагрузкой накалов могут уплыть на 10% и даже больше. А если подать синус на вход, то просадка по анодам будет вовсе здоровенной. Поэтому следует провести завершающие манипуляции по настройке режимов усилителя под нагрузкой. Затем возвращают (или не возвращают) обратную связь в правильной фазировке и оценивают АЧХ.
Напряжения +400-450 вольт для экранных сеток 6П3С мягко говоря многовато, поэтому их питание лучше перекинуть в предварительный каскад, через дополнительнные обмотки ООС по переменному току. Но если нужна большая мощность, то другого дешевого способа достижения цели нет. Лампы 6П3С такое издевательство выдерживают. Можно поставить ограничивающие ток резисторы. Но это практически не повлияет на качество, которое в схеме с большим превышением напряжения по сеткам будет весьма посредственным.
Далее приведены схемы со сдвоенными лампами в каждом плече выходного каскада. По габариту 0,16 кВА использованных выходных трансформаторов никто не помешает запараллелить в каждом плече и по 3-4 лампы. При этом будет необходимо лишь более основательно подобрать их по величине анодного тока. Точности подбора в 10% вполне достаточно. Не верьте наглецам, запросто складывающим мощности каналов УНЧ в одно эквивалентное значение, для получения внушительных цифр. Это обман. Эквивалентное значение выходной мощности на практике окажется существенно меньше. Ниже показаны схемы с дополнительными драйверами перед выходом. Практика показала, что лучше драйвер для 6П3С не применять. Чувствительности и усиления в схеме хватает и без драйвера. А наличие дополнительных ламп и огрехи в монтаже нередко приводят к самовозбуждению.
В автобалансной схеме фазоинвертора, половинки триодов следует хорошо подбирать. В схеме с разделенной нагрузкой, показанная на картинке, подбор не обязателен. Собственно поэтому на первых этапах лампового строительства лучше осваивать именно опыт деда Вильямсона. Применение подстроечников в катодах триодов позволит немного скроить кривизну половинок ламп, при наличии огрехов в подборе по условию симметрии. Можно заметить, что во многих схемах бывает проще поставить подстроечник, нежели искать точные номиналы и тем более подбирать резисторы в доли процента. Устанавливать подстроечники в аноды не рекомендую.
В некоторых узлах применение подстроечников обязательно, а в некоторых это блажь. На этапе макетирования подстроечники можно порегулировать. Это удобно, когда в качестве несущей основы усилителя использована печатная плата из фольгированного текстолита. Тогда подстроечники паяют прямо на дорожки платы, устанавливая вертикально. Если корпус усилителя перевернуть на монтажный стол, то открывается для доступа всё пространство подвала. Возможности регулирования предоставляются большие, удобно настраивать каждый узел, контролируя режимы по приборам.
Ниже показано применение монтажного стола для построения лампового усилителя, при монтаже деталей в готовый корпус. Монтажный стол всего лишь удобное приспособление, которое позволяет охранить корпус от многочисленных повреждений. Монтажный стол - это просто каркас из деревянных брусков, похожий на табуретку без седёлки, но очень удобная штуковина.
Граждане, помните, ошибки в схемах есть практически всегда, но исправить их не сложно, нужно быть внимательнее как при построении схемы, так и при монтаже. Ламповая схемотехника очень терпима к ошибкам. В большинстве случаев вывести из строя трансформаторы или лампы крайне затруднительно. Анодные источники постоянного напряжения довольно опасны. Поэтому следует соблюдать осторожность.
Для экономии времени можно посоветовать сразу оформлять сво рукоделие в пристойный вид. Дело в том, что куча хлама с перепутанными проводами на столе не только некрасива, но и опасна. А кроме того это двойная работа. Лучше вначале потратить немного времени и изобрести механическую конструкцию культурного внешнего вида, вовнутрь которой позднее будет спрятано ваше безобразное, но любимое творение.
Евгений Бортник, август 2015, Россия, Красноярск
