Концепция конструирования современных ламповых УЗЧ

Более скромным представляется выбор мощных лучевых тетродов и оконечных пентодов для выходного двухтактного каскада по ультралинейной схеме включения (в обычной схеме включения они практически непригодны для современных УЗЧ). Здесь самыми лучшими можно считать немецкие лампы EL-34 и EL-12. Полным отечественным аналогом первой из них является лампа 6П27С, аналога второй нет ни среди отечественных, ни среди американских ламп.

Наконец, допустимо использовать специально предназначенную для устройств кадровой развертки цветных телевизоров лампу 6П41С. Что касается выходных "строчных" ламп всех типов телевизоров, то они из-за крайне низкого КПД малопригодны для работы в классе А. Справедливости ради следует сказать, что разработанный в свое время автором этой книги стереофонический УЗЧ, предназначавшийся для телерадиокомбайна "Темп-5", получившего в 1958 г. на Всемирной выставке в Брюсселе "Гран-при" и Большую золотую медаль, имел в оконечном каскаде... именно "строчные" лампы типа EL-36 (6П31С).

Если радиолюбителя устроит неискаженная выходная мощность 10 Вт (что, на наш взгляд, более чем достаточно для любой жилой квартиры), лучше всего применить самый распространенный в мировой и отечественной практике оконечный пентод типа EL-84, полным аналогом которого (не считая надежности и долговечности) является отечественная лампа 6П14П.

Значительно проще обстоит дело со второй группой ламп для фазоинверсных, предоконечных каскадов и каскадов предварительного усиления. Абсолютное большинство западных производителей современных ламповых УЗЧ ограничивают их номенклатуру четырьмя типами. Два из них являются представителями более "древних" серий. Это американские 8-штырьковые октальные двойные триоды типов 6SN7-GT и 6SL7-GT, аналогами которых служат отечественные лампы 6Н8С и 6Н9С. Два другие представляют западноевропейские пальчиковые двойные триоды типов ЕСС-87 и ЕСС-83, к которым по параметрам близки отечественные лампы 6Н1П и 6Н2П.

Кроме того, специально для входных (первых) каскадов предварительного усиления можно рекомендовать не применявшиеся прежде для этой цели высокочастотные одиночные триоды типов 6СЗП и 6С4П, предназначенные для усиления и генерирования сигналов СВЧ. Вызвано это тем, что указанные триоды характеризуются низким уровнем собственных шумов (эквивалентное сопротивление внутренних шумов не более 170 Ом) и ничтожными токами утечки в цепи накал-катод.

Это обстоятельство чрезвычайно важно для достижения общего уровня собственного фона и шумов УЗЧ на уровне -70...-80 дБ. Более подробно о физике возникновения фона в первом каскаде усилителя будет рассказано в разделе, посвященном конструированию конкретных УЗЧ.

И наконец, третья группа - лампы для выпрямителей. На первый взгляд может показаться абсурдным применение кенотронов в наши дни, когда имеется огромное количество кремниевых диодов и диодных сборок не только полностью заменяющих кенотроны, но и обладающих несравненно лучшими показателями по КПД и экономичности.

Тем не менее ни одна западная фирма не использует в источниках питания для ламповых усилителей полупроводники, отдавая предпочтение лампам. Это объясняется необходимостью предотвратить появление на анодах ламп (в первую очередь -мощных выходных) высокого напряжения до тех пор, пока их катоды не прогреются до температуры, обеспечивающей возникновение довольно плотного электронного облака вокруг катода. Пренебрежение этим требованием очень скоро приводит к "отравлению" катодов мощных ламп, к их преждевременному старению и выходу из строя.

Ассортимент используемых кенотронов сравнительно невелик и включает следующие типы: 5ЦЗС, 5Ц8С, 5Ц9С. Из американских ламп наиболее употребительны 5U4G, 5Y3G, 5V4G, из западноевропейских - EZ-12.

Для ламп всех каскадов (а особенно оконечных) нужно применять только керамические, а не пластмассовые панельки. Панельки ламп предварительных каскадов усиления должны иметь выступающий фланец, на который снаружи надевается металлический цилиндрический экран, защищающий лампу от внешних наводок. Для входных каскадов желательно, чтобы этот экран был не алюминиевым, а железным (его можно сделать из листового кровельного оцинкованного железа).

Трансформаторы и дроссели. Следующими по степени важности после ламп можно считать все виды намоточных деталей, в число которых входят выходные, переходные и силовые трансформаторы, а также дроссели фильтров питания. Остановимся на принципах их изготовления, общих для всех разновидностей, и начнем с материалов для магнитопроводов.

Для выходных трансформаторов низкочастотных каналов (если усилитель двухканальный) лучше всего применять ленточные, О-образные магнитопроводы, что позволяет все обмотки выполнять полностью симметричными (например, две половинки первичной обмотки двухтактного пушпулльного оконечного каскада размещать на двух "половинках" магнитопровода). Это обеспечивает максимальную идентичность их индуктивностсй при строго одинаковом числе витков. Толщина листов железа должна быть не более 0,35 мм. Использование железа толщиной 0,5 мм для выходных трансформаторов недопустимо.

Если все же используется магнитопровод из сборных пластин, то каждая из них обязательно должна быть отлакирована с обеих сторон, чтобы снизить до минимума потери на токи Фуко. То же относится и к пластинам-перемычкам.

Если усилитель двухканальный, то для высокочастотного канала для намотки выходного трансформатора лучше всего использовать ферритовый магнитопровод от выходного трансформатора строчной развертки старых ламповых телевизоров (трансформаторы типа ТВС-110). Более подробно об изготовлении трансформаторов будет рассказано далее.

Проще всего использовать готовый промышленный силовой трансформатор от старых ламповых телевизоров. Для этой цели подходят трансформаторы от телевизоров "Темп-6 (6М, 7, 7М)", так как их практически не нужно дорабатывать. Имеющуюся на таком трансформаторе обмотку накала кинескопа можно использовать для накала лампы первого (входного) каскада усилителя, общую накальную обмотку - для питания накала (через отдельный выпрямитель) ламп остальных каскадов. Правда, при использовании этого трансформатора, имеющего асимметричную вторичную обмотку, придется применить анодный выпрямитель, подробное описание и схема которого приведены в разделе "Источники питания".

В УЗЧ с выходной мощностью более 40 Вт лучше поставить готовый силовой трансформатор от телевизора КВН-49 либо изготовить подобный трансформатор самому по данным, приведенным в конце книги. Если же выходная мощность не превышает 20 Вт, вполне подойдут силовые трансформаторы от старых ламповых приемников "Минск-55", "Минск-Р7", "Нева-51 (52, 55)", "Октябрь", "Рига-

Т689", которые придется переделать.

Для гарантии получения высокого качества трансформатор с необходимыми параметрами можно изготовить самостоятельно.

Дроссели фильтров выпрямителей лучше, и проще всего использовать заводские, предпочтительнее от телевизоров "Темп-3 (6, 7)", "Рубин-102", "Авангард", "Беларусь", или изготовить их по приводимым дальше данным. Принципиально новым для читателей этой книги может оказаться требование обязательной настройки дросселей фильтра в резонанс на частоту 100 Гц. Это необходимо для повышения эффективности фильтрации выпрямленного напряжения.

Наиболее трудоемки в изготовлении выходные трансформаторы.

Здесь не удастся использовать ни один стандартный трансформатор от промышленных приемников и телевизоров, и их придется полностью выполнить самостоятельно, начиная от специального каркаса для обмоток и кончая внешними экранами. Дело это трудоемкое и кропотливое, требует большого внимания и терпения, а также предполагает наличие специального оборудования и приспособлений (в первую очередь - намоточного станка с укладчиком провода "виток к витку" и точным счетчиком числа витков). Поэтому описанию изготовления выходных трансформаторов будет уделено особое внимание.

Конденсаторы. Требования, предъявляемые к конденсаторам и резисторам, предназначенным для использования в современных ламповых усилителях, существенно отличаются от требований для обычной бытовой радиоаппаратуры. Начнем с конденсаторов, и в первую очередь с переходных или разделительных, включаемых между анодом лампы предыдущего каскада и управляющей сеткой последующего.

Как правило, к обкладкам такого конденсатора бывает приложено довольно высокое постоянное напряжение (100...300 В), поэтому первое требование к ним - это соответствующее рабочее напряжение, которое должно по крайней мере на 30...50% превышать реально приложенное в схеме, т.е. иметь паспортное значение 250...500 В.

Нынешнее поколение радиолюбителей, воспитанное на полупроводниковой элементной базе, уже успело отвыкнуть от таких значений рабочих напряжений, поэтому на этот параметр следует обратить особое внимание.

Но главное требование к переходным (разделительным) конденсаторам - это недопустимость сколько-нибудь заметной утечки. Для того чтобы это было понятно, напомним, что переходной конденсатор одним концом подключен к источнику постоянного напряжения 200...300 В (анод предыдущей лампы), а другим - к сетке лампы следующего каскада, в цепи которой включен резистор утечки сетки сопротивлением 0,5...1 МОм. Если даже ток утечки конденсатора составит всего 1 мкА, то на резисторе сопротивлением 1 МОм он создаст падение напряжения в 1 В, а это сдвинет на характеристике рабочую точку лампы также на 1 В, что сделает бессмысленной саму идею создания высококачественного усилителя.

Поэтому все без исключения конденсаторы для переходных цепей должны быть предварительно проверены и отобраны по этому параметру.

Для этого читателю придется собрать устройство по схеме, приведенной на рис.3, и с его помощью осуществить индивидуальный отбор, подвергнув разбраковке, возможно, не один десяток конденсаторов.

ВНИМАНИЕ!

Предостережение 1. Поскольку ток утечки по абсолютной величине весьма мал, для его измерения необходимо воспользоваться гальванометром. А чтобы случайно не вывести этот высокочувствительный и дорогой прибор из строя, необходимо строжайше придерживаться следующего порядка действий:

1. Установить переключатель S3 (смотри схему) в положение "Контроль".

2. Проверить испытуемый конденсатор тестером на отсутствие короткого замыкания (пробоя).

3. Подключить конденсатор к зажимам "Сиспыт"-

4. К зажимам "U-" подключить высокое напряжение (300, 400 или 500 В в зависимости от рабочего напряжения конденсатора) и по шкале вольтметра проверить значение напряжения.

5. Переключатель S3 перевести в положение "Работа".

6. Не ранее чем через 30 с нажать на кнопку S2 и посмотреть на шкалу миллиамперметра, стрелка которого не должна отклониться ни на одно деление, после чего кнопку отпустить.

7. Левой рукой нажать кнопку S1, после чего, не отпуская первую кнопку, правой нажать кнопку S2 и по шкале гальванометра определить ток утечки конденсатора.

Предостережение 2. Если в п. б стрелка миллиамперметра хотя бы на ничтожную величину отклонилась от нуля, ни в коем случае не нажимайте на кнопку S1 (гальванометр), а конденсатор отложите как непригодный для использования в вашем УЗЧ.

Какой тип конденсаторов лучше всего применять? Вопрос этот весьма непростой, потому что большинство переходных конденсаторов должны иметь емкость 0,1...0,5 мкф при рабочем напряжении

300...400 В. Чаще всего это бумажные или металлобумажные конденсаторы, а именно они, как правило, имеют большой ток утечки. Считается, что наилучшей изоляцией (а следовательно, и наименьшим током утечки) обладают конденсаторы с фторопластовой, полистирольной и полипропиленовой изоляцией. Однако большинство радиолюбителей не в состоянии определить тип изоляции конденсатора ни по его внешнему виду, ни даже по маркировке. Поэтому предлагаем на выбор наиболее подходящие типы из числа выпускаемых отечественной промышленностью. Вот эти типы:

КМ-3 0,22 мкф 250 В; К10-47 0,1...1,0 мкф 250 и 500 В;

К73-9 0,1...0,15 мкф 400 В; К73-11 0,1...1,0 мкф 400 В;

К73-15 0,1...0,22 мкф 250 и 400 В; К73-16 0,22...1,0 мкф 400 В;

К73-17 0,1...1,0 мкф 400 В; К78-2 0,1 мкф 300 В;

К78-4 0,47...1,0 мкф 500 В; К78-6 0,12...1,0 мкф 400 В.

Для низковольтных цепей (например, в устройствах регулировки громкости и тембра, тонкомпенсации, частотно-зависимой обратной связи и т.п.) выбор типов конденсаторов менее критичен по отношению к току утечки и практически не ограничивает конструктора. В то же время для этих цепей на первый план выступает требование минимального отклонения фактической емкости от указанного номинала, что для разделительных конденсаторов несущественно.

Следует отметить, что порой не так важно абсолютное значение емкости конденсатора (оно вполне может отличаться от указанного на схеме даже на 10%), как одинаковость фактической емкости двух конденсаторов в двух одноименных цепях симметричной схемы.

К конденсаторам фильтров выпрямителей или оксидным конденсаторам в катодных цепях ламп требования наименее жесткие. Можно использовать любые имеющиеся в распоряжении типы, лишь бы они обеспечивали достаточный запас по значению рабочего напряжения и подходили по размерам и способу крепления. Необходимо напомнить, что в отдельных узлах (например, в выпрямителе-удвоителе) некоторые конденсаторы имеют незаземленный отрицательный вывод, который обычно соединен с корпусом конденсатора. В этих случаях корпус такого конденсатора должен быть надежно изолирован от корпуса усилителя, чтобы полностью исключить возможность случайного замыкания или поражения током высокого напряжения.

Резисторы. При подборе резисторов радиолюбитель, привыкший работать с транзисторами, столкнется с двумя новыми для него проблемами. Во-первых, в отличие от большинства транзисторных схем для лампового усилителя, где все лампы работают в классе А и, следовательно, потребляют заметную (порой значительную) мощность, существенной становится номинальная мощность резисторов, поэтому дальше в схемах вы сплошь и рядом будете встречаться с обозначением мощности 0,5; 1,0; 2,0 и даже 5,0 и 10,0 Вт. Обратите на эти обозначения должное внимание. Лучше всего использовать в работе резисторы типов МЛТ (ОМЛТ) с допусками 2 и 5%, С2-ЗЗН с допусками 1, 2 и 5%, Р1-4 с допусками 1, 2 и 5%, С 1-4 мощностью 0,5 Вт и допусками 2 и 5 %.

Идеально было бы использовать прецизионные резисторы типов С2-14 или С2-29В с допусками 0,25...1,0%, охватывающие всю шкалу сопротивлений от 10 Ом до 5,1 МОм и мощностей от 0,125 до 2 Вт, однако это может быть накладно.

В качестве резисторов мощностью свыше 5 Вт лучше всего применять типы С5-35В (старое обозначение ПЭВ), С5-37 с допусками 5% или прецизионные типов С5-5 и С5-16 с допусками 0,5...2,0%.

Второй, более существенный момент - это допустимый разброс абсолютных значений. К сожалению, приходится констатировать, что в некоторых цепях требуется применение резисторов с допуском 1-2%. Можно утверждать, что у большинства радиолюбителей таких резисторов в ассортименте не окажется. Поэтому автором был предложен компромиссный вариант, состоящий в том, что вместо одного прецизионного резистора в отдельных ответственных случаях в схемах и на печатных платах предусмотрена "сцепка" из двух последовательно соединенных резисторов.

В этом случае сопротивление одного (основного) резистора выбирается чуть меньше указанного, а его недостаток компенсируется подбором сопротивления второго резистора. Сказанное поясним примером. Пусть на схеме указано суммарное сопротивление сцепки 110 кОм с допуском 1 %. В этом случае из нескольких резисторов указанного номинала с помощью тестера (лучше - цифрового омметра) отбираем резистор, скажем, 105 или 108 кОм и дополнительно к нему из другой группы с номинальным значением 5,1 или 2,0 кОм резистор, имеющий сопротивление 5 или 2 кОм. Это, бесспорно, легче, чем найти резистор сопротивлением, равным точно 110 кОм.

Впрочем, не следует заранее пугаться: в схеме обычно встречается всего несколько резисторов, сопротивление которых столь критично. В большинстве других случаев вполне допустим разброс 5, а в некоторых цепях и до 10%.

В отношении переменных резисторов наибольшие трудности ожидают при применении сдвоенных и спаренных регуляторов громкости и тембра в стереоусилителях. Главный их недостаток состоит в том, что в положении минимального значения (ось - до конца влево) переход движка с графитового покрытия на металлическое основание у двух потенциометров происходит не одновременно: у одного - чуть раньше, у другого - чуть позже, вследствие чего, например, громкость в одном из каналов пропадает полностью, а в другом - нет. Для современного лампового усилителя это считается абсолютно недопустимым.

Если не повезет и вы не сможете подобрать достаточно идентичные сдвоенные потенциометры, придется их доработать. Доработка сведется к тому, что в одном из двух сдвоенных резисторов (а скорее всего в обоих) придется исправить этот дефект чисто механически - подгибанием дужки токосъемника, если это допускает конструкция, или взаимным, навстречу друг другу, смещением платформ, несущих токосъемники.

Кроме того, для обеспечения большего срока службы и предотвращения шорохов и тресков все без исключения оперативные регуляторы (громкость, тембр, стереобаланс) необходимо еще до установки в усилитель вскрыть, протереть рабочую (токонесущую) часть спиртом или чистым бензином (но не автомобильным и уж тем более не растворителем или ацетоном!), затем равномерно смазать чистым техническим вазелином (можно детским, но ни в коем случае не косметическим!), снова аккуратно и плотно закрыть крышками, а в зазор между осью и втулкой капнуть одну (не больше!) каплю машинного или трансформаторного масла.

В качестве установочных и регулировочных переменных резисторов, которыми придется пользоваться крайне редко, в основном при первичной регулировке и настройке усилителя, лучше всего выбирать пыле- и влагозащищенные, с надежным контактом между токосъемником и рабочей поверхностью дужки (например, типов СПЗ-9, СПЗ-16, СПЗ-45б, СП4-2М-б или проволочные подстрочные типов СП5-16В-б и СП5-2В).

Полупроводниковые приборы. Ранее было отмечено, что в современных ламповых усилителях транзисторы и диоды практически не используются ни одной из фирм-производителей.

Дело в том, что ламповые усилители, производимые западными фирмами, как правило, представляют собой либо самостоятельный мощный оконечный блок с линейной АЧХ, стандартным входом (1 или 10 В на нагрузке 600 Ом), выходом в 20, 40, 50 или 100 Вт на нагрузке 4 или 8 Ом без каких-либо регуляторов и индикаторов, либо полный УЗ Ч (моно или стерео - и то и другое встречается одинаково часто) с коммутируемыми входами под стандартные источники звуковых сигналов, регулятором громкости и двумя регуляторами тембра. В стереоусилителях помимо этого иногда присутствует регулятор стереобаланса.

И это все. Никаких эквалайзеров, светодиодных индикаторов уровня сигнала, сигнализаторов перегрузки, экспандеров (расширителей динамического диапазона) - ничего, кроме действительно отличного высококлассного усилителя. А в таком усилителе транзисторы и в самом деле ни к чему.

В нашем случае мы имеем дело не с промышленными разработками, а с конструкциями, которые каждый читатель этой книги будет изготавливать в единственном экземпляре. Поэтому будет не только позволительно, но и оправдано усложнить конструкцию, введя в нее некоторые сервисные дополнения. К их числу следует отнести блок расширенных регулировок тембра (в четырех участках рабочего диапазона), систему индикации предельного неискаженного уровня выходного сигнала, электронно-оптическое устройство для точной установки стереобаланса по реальному сигналу и ряд других.

А поскольку все эти сервисные устройства на сам процесс усиления низкочастотных сигналов влияния не оказывают, вполне разумно выполнять их на транзисторах и полупроводниковых диодах, а не на дополнительных лампах, что мы скрепя сердце и сделаем.