Ламповый или ? Этот вопрос в конце прошлого века часто рассматривался в различных «аудиофильских» изданиях. В настоящее время он, по сути, уже не актуален, так как оба варианта пользуются спросом на рынке и прочно занимают свои места в различных «нишах» звукотехники.

Качественный ламповый усилитель класса Hi-Fi

Например, для домашнего аудиокомплекса в ряду современных стереофонических усилителей класса High End предлагается «Houston Mini-1998SE», собранный на лампах 12АХ7 и EL84 по двухтактной ультралинейной схеме с трансформатором. Несмотря на ограниченную выходную мощность (около 10 Вт на канал), качество и динамика звучания усилителя с различной акустикой, по оценкам экспертов, не уступает высококачественным транзисторным УЗЧ, развивающим гораздо большую мощность.

Интерес к Hi-Fi ламповым усилителям в настоящее время вызван не только ностальгией аудиофилов по какому-то особенному «прозрачному’, «мягкому», «ламповому» звучанию, но и реальными достоинствами ламповых УЗЧ. Для практических целей выбор чаще всего делают, исходя из реальных возможностей усилителя, отвечающего конкретным требованиям.

Например, постройка и эксплуатация высококачественного лампового усилителя с однотактным выходным каскадом, работающим в режиме класса «А», по всем показателям, в том числе и по экономическим, во многих случаях не оправдана. Поэтому многие аудиофилы и музыканты по-прежнему отдают предпочтение классическому двухтактному ламповому выходному каскаду с трансформатором, который, собственно, и является важнейшим элементом, определяющим параметры и качество работы усилителя в целом.

Изготовить трансформатор для лампового усилителя в домашних условиях

Сделать хороший выходной трансформатор в домашних условиях достаточно сложно, а приобрести или заказать выполненный по всем правилам - недешево. В последнее время появились предложения использовать для ламповых УЗЧ в качестве выходных стандартные унифицированные трансформаторы типа ТАН или ТН. И хотя в этом случае не стоит рассчитывать на получение максимально возможных параметров, такой вариант заслуживает внимания благодаря доступности и практичности.

В настоящее время еще сохранились ламповые усилители, используемые музыкантами и выпущенные более 30 лет назад. Эта аппаратура, как правило, «гоняется» до полного физического износа. Многолетний опыт ее эксплуатации свидетельствует о надежности ламповых усилителей. Многие экземпляры, произведенные, например, такими фирмами как BEAG, TESLA, MARC HAL и другие, хорошо сохранились. Их ремонт чаще всего ограничивался заменой ламп и электролитических конденсаторов.

В более сложных случаях приходилось заменять элементы, от которых могли зависеть параметры усилителей. Некоторые элементы, например, резисторы, при неисправности разрушались. При этом их номинал по надписи определить было невозможно. Его подбирали опытным путем, лишь бы ламповый усилитель заработал, так как не все владельцы и ремонтники имели схемы аппаратуры.

По этим причинам, а также в связи с повышенным интересом к ламповой схемотехнике читателей, возможно, заинтересуют схемы наиболее популярных в конце прошлого века эстрадных усилителей. Эти схемы могут служить классическими образцами высококачественных ламповых УЗЧ, которые совместно с хорошей акустикой как раз и обеспечивают то качество звучания, по которому многие аудиофилы и музыканты испытывают ностальгию.

Простая схема лампового усилителя высокой мощности

На рис.1 показана «Marchal super 100РА». Ламповый усилитель обеспечивает выходную мощность 100 Вт на 8-омной нагрузке. При этом коэффициент нелинейных искажений не превышает 3% (регуляторы тембров установлены в среднее положение). Музыканты используют ламповый усилитель чаще всего как инструментальный.

УЗЧ имеет 4 высокоомных входа, то есть по два параллельных: Вх1 и Вх2, соединенные через резисторы R1, R2; ВхЗ и Вх4, соединенные через резисторы R7 и R8. Смешанные сигналы попарно усиливаются отдельными на сдвоенном триоде VL1 (ЕСС83) и через регуляторы уровня R10 и R13 подаются на следующий каскад усиления лампу VL2 (ЕСС83), который также выполняет роль смесителя.

При этом частотная характеристика по входам 1 и 2 (на выходе катодного повторителя второго триода VL2) линейна, а по входам 3 и 4 имеет подъем в области высоких частот, что достигается элементами пассивной частотной коррекции С5, С7, R12. Эффект звучания, получаемый в результате такой коррекции, называют «бриллиант».

Кроме того, в предварительном усилителе имеются три регулятора тембра раздельно по низким, средним и высоким частотам. Низкое выходное сопротивление, которое обеспечивает катодный повторитель, позволяет уменьшить взаимозависимость пассивных регуляторов тембров, собранных по простой схеме с минимальным количеством деталей (переменные резисторы R19, R20, R21; постоянный R18; конденсаторы С9, С11, С12).

Следующий каскад фазоинвертор (VL3) также собран на двойном триоде ЕСС83 и имеет регулируемую частотную коррекцию (переменный резистор R30, конденсатор С14) в цепи отрицательной обратной связи (ООС), позволяющую получить так называемый «эффект присутствия», т.е. подъем усиления в области средних частот (примерно от 2 до 5 кГц) на 6…8 дБ.

Следует учитывать, что при выбранном способе регулировки за счет ослабления действия ООС возрастают нелинейные искажения, которые при максимальном усилении на частоте 3 кГц могут составить 15%, что является приемлемым для инструментального звучания и даже нравится некоторым музыкантам, создавая определенную тембровую окраску. Если УЗЧ, собранный по данной схеме, предполагается использовать в составе аудиокомплекса для воспроизведения музыки или вокала, указанные элементы лучше вообще не устанавливать.

Двухтактный выходной каскад собран на 4-х лампах VL4…VL7 типа EL34 (аналог 6П27С), включенных по две параллельно в каждом плече. Выбранный вариант схемы на лучевых тетродах является наиболее простым, в связи с чем для надежной работы с минимальным коэффициентом нелинейных искажений требуется подбор ламп с идентичными параметрами. На практике это осуществить сложно. Можно ограничиться выбором ламп из одной партии (по году и месяцу выпуска), если они ранее не были в эксплуатации.

Как уже отмечалось, параметры усилителя во многом зависят от правильного расчета и качественного выполнения выходного трансформатора Т2. Для данной модели усилителя удалось найти лишь краткое описание трансформатора: магнитопровод - пластины Ш32х65: анодная обмотка состоит из 4-х секций, каждая секция содержит по 660 витков, намотанных проводом ПЭЛ диаметром 0,27 мм (лучше использовать ПЭВ диаметром 0,32мм).

Секции 1 и 3, а также 2 и 4 соединены параллельно, а их пары меду собой - последовательно. Вторичная обмотка также состоит из 4-х секций по 160 витков провода ПЭЛ диаметром 0,67 мм. Все секции соединены параллельно. Для тех, кто не имеет опыта самостоятельного изготовления выходных трансформаторов, этих данных может оказаться недостаточно, так как неправильное расположение и соединение какой-либо из обмоток может стать причиной ухудшения параметров и даже самовозбуждения усилителя.

Более подробное описание конструкции выходного трансформатора, рекомендации по выбору материалов и его изготовлению для усилителя фирмы Marchal. который по основным параметрам близок к описанному, даны в . Дроссель L1 выполнен на магнитопроводе Ш20х40 и имеет 200 витков провода ПЭЛ диаметром 0.41 мм. Данные силового трансформатора Т1: магнитопровод Ш40х55; первичная обмотка для напряжения сети 220 В 450 витков провода ПЭЛ диаметром 0.62 мм; вторичная обмотка для питания анодов ламп состоит из двух половин по 410 витков в каждой, намотанных проводом ПЭЛ диаметром 0,41 мм.

Каждая половина при номинальной нагрузке должна обеспечивать переменное напряжение не менее 200 В. Специальная обмотка, предназначенная для получения сеточного смещения (38 В), имеет 78 витков провода ПЭЛ диаметром 0,25 мм. Накальная обмотка содержит 15 витков провода ПЭЛ диаметром 1,8 мм. При номинальном напряжении сети она должна обеспечивать напряжение накала не менее 6,3 В.

Налаживание усилителя наминают с установки напряжения смещения (-38 В) подстроечным резистором R47. Чтобы не вызвать значительный перегрев выходных ламп из-за большого тока покоя, перед началом регулировки движок резистора устанавливают так, чтобы напряжение смещения было максимальным. Подстраивая резистор R45, добиваются минимального уровня фона, при этом входы 1-4 временно соединяют с общим проводом.

Несмотря на мировую популярность ламповых эстрадных усилителей фирмы Marchal, для большинства наших музыкантов они так и остались несбыточной мечтой. По понятным причинам гораздо большее распространение у нас получила эстрадная аппаратура, производимая в странах СЭВ. Большой популярностью в свое время пользовались комплекты эстрадной аппаратуры венгерской фирмы BEAG.

Обычно комплекты состояли из трех ламповых усилителей: двух инструментальных, один из которых предназначался специально для бас-гитары, и одного голосового. Каждый ламповый усилитель комплектовался акустической системой, соответствующей его предназначению.

Выходные каскады усилителей строились по идентичным двухтактным схемам на двух лучевых тетродах EL34 с трансформатором и могли развивать выходную мощность до 60 Вт на активной нагрузке 8 Ом. На рис.2 показана схема оконечной ступени инструментального усилителя «АЕХ25СГ фирмы BEAG.

Она включает в себя:

1. предварительный ламповый усилитель (левая половина двойного триода VL3), на катод которого подается напряжение общей ООС;
2. фазоинвертор (правая половина VL3);
3. двухтактный выходной каскад на лампах VL4, VL5 (EL34) с фиксированным смещением (-42 В).

При отключенной акустической системе эта цепочка выполняет роль балластной нагрузки.Для питания анодов ламп усилителя используется выпрямитель (диоды VD1, VD2), собранный по схеме с удвоением напряжения. При этом обмотка силового трансформатора Т1, обеспечивающая анодное напряжение (+480 В), должна быть рассчитана на ток, в несколько раз больший потребляемого при номинальной выходной мощности усилителя.

Обмотка Т1, предназначенная для получения напряжения смещения, должна обеспечивать переменное напряжение около 32В лучше не менее 40. Тогда можно ввести регулировку напряжения смещения, заменив резистор R35 подстроенным с сопротивлением несколько десятков килоом. К накальным обмоткам подключены подстроенные резисторы RP5 и RP6, предназначенные для установки минимального уровня фона.

Предварительный ламповый усилитель на двойном триоде

На рис.3 показана схема предварительных каскадов усилителя «АЕХ250». В них используются два двойных триода ЕСС808. Ламповый усилитель имеет два идентичных входа с раздельными предварительными усилителями на лампе VL1 и регуляторами уровня RP1 и RP2, после которых сигналы смешиваются и усиливаются общим двухкаскадным усилителем на лампе VL2.

Между его каскадами установлены пассивные регуляторы тембра низких (RP3) и высоких (RP4) частот. Каких-либо иных особенностей схема не имеет Для некоторых конденсаторов указано рабочее напряжение, рекомендуемое производителем. Модель голосового усилителя «АЕХ650», предназначенного для усиления сигналов от 4-х микрофонов, отличается, в основном, построением предварительных каскадов.

При этом в нем имеется раздельная регулировка тембров по низким и высоким частотам для каждого входа. К усилителю можно подключить ревербератор «АКХ200» фирмы BEAG, построенный по принципу магнитной звукозаписи на кольцевую ленту. Данные выходных трансформаторов, подходящих по параметрам для выходного каскада усилителя «АЕХ250», можно найти в указанной литературе.

Люди, которые любят хорошую музыку, наверное, знают о ламповом усилителе Hi-End. Его можно сделать самостоятельно, если вы умеете пользоваться паяльником и имеете какие-нибудь знания по работе с радиотехникой.

Уникальный аппарат

Ламповые усилители Hi-End - это особый класс бытовой техники. С чем это связано? Во-первых, у них есть довольно интересный дизайн и архитектура. В этой модели человек может увидеть все, что ему нужно. Это делает аппарат поистине уникальным. Во-вторых, характеристики лампового усилителя Hi-End отличаются от альтернативных моделей, в которых используют Отличие Hi-End в том, что во время монтажа используется минимальное количество деталей. Также, оценивая звучание данного аппарата, люди больше доверяют своим ушам, чем измерениям нелинейных искажений и осциллографу.

Выбор схем для сборки

Предварительный усилитель довольно просто собрать. Для него вы можете выбрать любую подходящую схему и начать сборку. Другой случай - выходной каскад, то есть усилитель мощности. С ним, как правило, возникает множество различных вопросов. Выходной каскад имеет несколько типов сборки и режимов работы.

Первый тип - однотактная модель, которая считается стандартным каскадом. При работе в режиме «А» он имеет небольшие нелинейные искажения, но, к сожалению, имеет довольно плохой КПД. Также следует отметить среднюю выходную мощность. Если вам необходимо полностью озвучить довольно большое помещение, необходимо будет применять двухтактный усилитель мощности. Эта модель может работать в режиме «АВ».

В однотактной схеме для хорошей работы устройства достаточно всего двух частей: усилителя мощности и предварительного усилителя. В двухтактной модели уже используется фазоинверсный усилитель или драйвер.

Конечно, для двух типов выходного каскада, чтобы комфортно работать с , необходимо согласовать высокое межэлектродное сопротивление и низкое сопротивление самого прибора. Это можно сделать с помощью трансформатора.

Если вы являетесь ценителем «лампового» звучания, то должны понимать, что необходимо использовать выпрямитель, который произведен на кенотроне, для достижения такого звука. При этом нельзя использовать полупроводниковые детали.

Разрабатывая ламповый усилитель Hi-End, можно не применять сложные схемы. Если вам нужно озвучить достаточно небольшое помещение, то можно применить простую однотактную конструкцию, которую проще сделать и настроить.

Ламповый усилитель Hi-End своими руками

Перед началом монтажа необходимо разобраться с некоторыми правилами для сборки такого рода приборов. Нам необходимо будет применить основной принцип монтажа ламповых приборов - минимизацию креплений. Что это значит? Вам нужно будет отказаться от монтажных проводов. Конечно, это не везде получится сделать, но их количество необходимо свести к минимуму.

В Hi-End применяются монтажные лепестки и планки. Они используются в виде дополнительных точек. Такая сборка называется навесной. Также вам нужно будет распаивать резисторы и конденсаторы, которые находятся на ламповых панелях. Крайне не рекомендуется использовать печатные платы и собирать проводники так, чтобы получились параллельные линии. Таким образом сборка будет выглядеть хаотичной.

Устранение помех

Позже нужно устранить низкочастотный фон, если, конечно, он присутствует. Также важным пунктом является выбор точки заземления. В этом случае можно применить один из вариантов:

• Тип соединения - звезда, при котором все «земляные» проводники соединяются в одну точку.
• Второй способ - прокладка толстой медной шины. На нее необходимо распаивать соответствующие элементы.

Вообще, лучше самостоятельно найти точку заземления. Это можно сделать, определив уровень низкочастотного фона на слух. Чтобы это сделать, нужно постепенно замкнуть все сетки ламп, которые расположены на земле. Если при замыкании последующего контакта снижается уровень низкочастотного фона, то вы нашли подходящую лампу. Чтобы добиться желаемого результата, необходимо экспериментально устранять нежелательные частоты. Также нужно применить следующие меры, чтобы улучшить качество своей сборки:

• Чтобы сделать цепи накала радиоламп, нужно применить скрученный провод.
• Лампы, которые используются в предварительном усилителе, нужно закрывать заземленными колпаками.
• Также заземлить необходимо корпусы с переменных резисторов.

Если вы хотите питать накал ламп предварительного усилителя, можно применить постоянный ток. К сожалению, это требует подключения дополнительного блока. Выпрямитель будет нарушать стандарты лампового усилителя Hi-End, так как это полупроводниковый прибор, который мы использовать не будем.

Трансформаторы

Еще один важный момент - использование различных трансформаторов. Как правило, применяются силовой и выходные, которые необходимо подключать перпендикулярно. Таким образом вы сможете уменьшить уровень низкочастотного фона. Трансформаторы следует располагать в заземленных кожухах. Необходимо помнить, что сердечники каждого из трансформаторов также следует заземлить. Не нужно применять когда будете устанавливать приборы, чтобы не появились дополнительные проблемы. Конечно, это не все особенности, связанные с монтажом. Их довольно много, и все рассмотреть не получится. При установке Hi-End (лампового усилителя) нельзя использовать новые элементные базы. Их сейчас применяют для подключения транзисторов и интегральных микросхем. Но в нашем случае они не подойдут.

Резисторы

Качественный ламповый усилитель Hi-End - это ретроприбор. Конечно, детали для его сборки должны быть соответствующие. Вместо резистора может подойти углеродный и проволочный элемент. Если вы не жалеете средств на разработку этого прибора, следует применить прецизионные резисторы, которые довольно дорого стоят. В ином случае применимы МЛТ-модели. Это довольно неплохой элемент, о чем свидетельствуют отзывы.

Ламповые усилители Hi-End также применимы с ВС-резисторами. Их изготавливали около 65 лет назад. Отыскать такой элемент довольно просто, достаточно всего лишь прогуляться по радиорынку. Если вы применяете резистор с мощностью больше 4 Ватт, нужно выбирать проволочные эмалированные элементы.

Конденсаторы

В установке лампового усилителя следует использовать различные типы конденсаторов для самой системы и блока питания. Они, как правило, применяются для регулировки тембра. Если вы хотите получить качественный и естественный звук, следует применять разделительный конденсатор. В этом случае появляется малый ток утечки, который позволяет изменить рабочую точку лампы.

Такой вид конденсаторов подключается к анодной цепи, по которой течет большое напряжение. При этом необходимо подключать конденсатор, который поддерживает напряжение больше 350 вольт. Если вы хотите применять качественные элементы, нужно использовать детали от компании Jensen. Они отличаются от аналогов тем, что их цена превышает 3 000 рублей, а цена самых качественных радиоэлементов доходит до 10 000 рублей. Если применить отечественные элементы, лучше выбирать между моделями К73-16 и К40У-9.

Однотактный усилитель

Если вы хотите применить однотактную модель, необходимо сначала рассмотреть ее схему. В нее входит несколько компонентов:

• блок питания;
• оконечный каскад;
• предварительный усилитель, в котором можно регулировать тембр.

Сборка

Начнем сборку с предварительного усилителя. Монтаж его происходит по довольно простой схеме. Также необходимо предусмотреть регулировку мощности и разделитель на регулировку тембра. Он должен быть настроен на низкие и высокие частоты. Чтобы повысить срок годности, нужно применить многополосный эквалайзер.

В смехе предварительного усилителя можно увидеть сходства с распространенным двойным триодом 6Н3П. Необходимый для нас элемент можно собирать аналогичным способом, но использовать оконечный каскад. Это также повторяется в стереофоническом варианте. Помните, что конструкция должна быть собрана на монтажной плате. Сначала ее необходимо отладить, а потом можно установить на шасси. Если вы все правильно установили, то прибор должен сразу включиться. Дальше следует перейти к настройке. Величина анодного напряжения для разных типов ламп будет отличаться, поэтому нужно будет подбирать ее самостоятельно.

Составляющие

Если вы не хотите использовать качественный конденсатор, то можно применить К73-16. Он подойдет, если рабочее напряжение будет больше 350 вольт. Но качество звука будет заметно хуже. Также для такого напряжения подойдут электролитические конденсаторы. К усилителю нужно подключить осциллограф С1-65 и подать сигнал, который пройдет от генератора звуковой частоты. При начальном подключении нужно установить входной сигнал около 10 мВ. Если вам нужно узнать коэффициент усиления, нужно будет использовать выходное напряжение. Чтобы подобрать среднее соотношение между низкими и высокими частотами, необходимо подобрать емкость конденсатора.

Фото лампового усилителя Hi-End вы можете увидеть ниже. Для этой модели были использованы 2 лампы с октальным цоколем. К входу подключен двойной триод, который включен параллельно. Оконечный каскад для этой модели собран на лучевом тетроде 6П13С. В этом элементе вмонтирован триод, который позволяет получить хорошее звучание.

Чтобы настроить и проверить работоспособность собранного устройства, необходимо использовать мультиметр. Если вы хотите получить более точные значения, то следует применять звуковой генератор с осциллографом. Когда вы взяли соответствующие приборы, можно переходить к настройке. На катоде Л1 указываем напряжение около 1,4 Вольт, это получится сделать, если будете использовать резистор R3. Ток выходной лампы необходимо указывать 60 мА. Чтобы сделать резистор R8, необходимо установить параллельно пару резисторов МЛТ-2. Другие резисторы можете применять разных типов. Следует отметить довольно важный компонент - разделительный конденсатор С3. Он не зря был упомянут, поскольку данный конденсатор оказывает сильное влияние на звук прибора. Поэтому лучше использовать фирменный радиоэлемент. Другие элементы С5 и С6 - пленочные конденсаторы. Они позволяют увеличить качество передачи различных частот.

Блок питания, построенный на кенотроне 5Ц3С, стоит найти. Он соответствует всем правилам построения прибора. Самодельный ламповый усилитель мощности класса Hi-End будет иметь качественный звук, если вы найдете данный элемент. Конечно, в ином случае стоит искать альтернативу. В этом случае вы можете использовать 2 диода.

Для лампового усилителя Hi-End можно использовать соответствующий трансформатор, который применялся в старой ламповой технике.

Заключение

Чтобы сделать ламповый усилитель Hi-End своими руками, необходимо выполнять последовательно и аккуратно все действия. Для начала подключается блок питания с усилителем. Если вы правильно настроите эти приборы, то можно монтировать предварительный усилитель. Также с помощью соответствующей техники можно все элементы проверять, чтобы не допустить поломку После сборки всех элементов воедино можно приступать к оформлению прибора. Для корпуса хорошо может подойти фанера. Чтобы создать стандартную модель, необходимо сверху расположить радиолампы и трансформаторы, а на передней стенке уже можно вмонтировать регуляторы. С помощью них вы сможете усилить тембр и посмотреть индикатор питания.

Не секрет, что ламповая аппаратура звукоусиления в последние 10 лет переживает второе рождение, а фотографии ламповых конструкций «прописались» на обложках популярных аудиожурналов; выпуск радиоламп освоен (или возобновлен?) ведущими компаниями США, Европы и Японии.

К сожалению, информация о радиолампах разбросана по устаревшим справочникам, выпущенным до 80-х годов прошлого столетия, представляющим библиографическую редкость, а также по сайтам Интернета, зачастую не оптимизированным для поисковых машин. Не хватает информации и по звуковому применению ламп, изначально не предназначенных для этих целей (модуляторных, генераторных, телевизионных).

Задача книги- собрать воедино информацию о наиболее популярных радиолампах, разработанных (или применимых) для использования в звукоусилении, познакомить читателя с современной ламповой схемотехникой.
Приводятся не только данные о цоколевках, электрические параметры, вольт-амперные характеристики (ВАХ) радиоламп, но и рекомендации по их применению, включая различные схемы построения ламповых каскадов и аппаратуры звукоусиления.
Автор умышленно избегает субъективных оценок качества звучания, псевдонаучных, откровенно коммерческих и даже мистических терминов («виртуальная глубина», «тональный баланс», «воздушность» ит. п.). Причины, по которым один усилитель обеспечивает лучшее звучание, чем другой (обладающий аналогичными объективными параметрами), следует искать с помощью спектроанализатора, а не магических пассов и заклинаний.

Книга адресована любителям высококачественного звуковоспроизведения. Приведенный материал объяснит, как собрать свой первый Hi-Fi ламповый усилитель. Но это не все, чем интересна данная книга.

Для начинающих радиолюбителей представлена глава «Основы схемотехники ламповых усилительных каскадов». Тем, кто решил приобрести готовый усилитель или сравнить характеристики моделей заводского изготовления, будет интересна глава «Обзор рынка ламповых Hi-Fi усилителей. Как сделать правильный выбор при покупке».

Книга является также справочным пособием по ламповой схемотехнике, электронным лампам, применяемым в современной аппаратуре высококачественного звукоусиления, руководством по конструированию усилительных каскадов с обзором наиболее интересных схемотехнических решений. В приложениях приведены методики расчета и готовые примеры конструкций выходных трансформаторов. Глава «Обзор ресурсов Интернет по ламповой Hi-Fi усилительной технике» позволит существенно расширить кругозор читателей в области ламповой схемотехники и сэкономить время (и деньги) при поиске информации в сети Интернет.

Книга предназначена для широкого круга радиолюбителей и любителей качественного звука.

Внимание!
В ламповых конструкциях используются опасные для жизни напряжения. При работе со схемами, приведенными в настоящей книге, будьте предельно внимательны и осторожны. Начинающим радиолюбителям следует произвести проверку и первое включение собранной конструкции под руководством опытных специалистов. Помните, что опасность представляет даже устройство, отключенное от электрической сети, - конденсаторы блока питания могут сохранять заряд в течение нескольких суток. Берегите себя и своих близких.

Издательство: Наука и Техника
Серия: Домашний мастер
Год: 2006
Страниц: 272
ISBN: 5-94387-177-2
Формат: PDF
Качество: отличное
Размер файла: 67,28 мб
Скачать: Торопкин М.В. Ламповый Hi-Fi усилитель своими руками (2-е изд.)

Рассмотрим пример построения и расчёта одной из схем усилителей мощности звуковых частот (сокращённо - УМЗЧ)

Хорошая штука операционные усилители (ОУ)! Номенклатура обширная, характеристики отличные, цена сравнима с транзисторами, да вот беда - напряжение питания в большинстве случаев ±15 В, что ограничивает выходное напряжение примерно на уровне ±10 В, выходное сопротивление тоже довольно большое - порядка нескольких кОм. Это не позволяет использовать ОУ непосредственно для работы на громкоговорители. Но у нас же ещё есть "Резерв главного командования" - мощные транзисторы! Только вот для получения большой мощности на выходе УМЗЧ им требуется довольно высокое напряжение питания. Ну и что? Делаем предварительный каскад на ОУ со стабилизированным питанием ±15 В, а транзисторный выход - с питанием нестабилизированным напряжением величиной, какое только нам выходные транзисторы позволят. Почему с нестабилизированным? Тут несколько причин: трудность реализации с приемлимыми характеристиками экономичности и качества высоковольтного стабилизатора достаточной мощности; также и тем, что вносимые питанием помехи и искажения в мощных каскадах практически гораздо менее существенны, чем в предварительных каскадах за счет разницы в отношении сигнал/помеха.
Переходим непосредственно к схеме. Схема УМЗЧ выбрана двухполосной, что позволяет применить ОУ довольно с низкими частотными характеристиками. Вся схема фактически представляет собой инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью (ООС) и коэффициентом усиления, равным R2/R1 . Коэффициент усиления не следует выбирать больше 10, что фактически при входном сигнале ±10 В даёт на выходе сигнал ±100 В. Полоса частот данного УМЗЧ практически ограничена только частотными характеристиками выходного каскада. Также надо отметить хорошую стабильность "нуля", обусловленную применением ОУ и оптимальными частотными характеристиками.

Принципиальная схема УМЗЧ

Описание и расчёт схемы

Для того, чтобы полоса частот в усилителе не ограничивалась характеристиками ОУ, входной сигнал подаётся на низкочастотный и высокочастотный тракты. Сигнал раскачки подаётся на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 , которые образуют каскодные пары VT1-VT3 и VT2-VT4 на транзисторах противоположной структуры.
Для начала зададим коллекторные токи транзисторов VT1—VT4 по 10 мА. В результате ток через резисторы R12 , R13 должен быть 20 мА. В качестве VD1 и VD2 используем светодиоды с падением напряжения на них 1,6 В (большинство красных светодиодов). Данные светодиоды можно использовать одновременно в качестве индикаторов включения питания. Возможна также замена данных светодиодов на стабилитроны или стабисторы с соответствующим напряжением стабилизации, но тогда мы теряем функцию индикации включения питания усилителя.
Учитывая падение напряжения на VD1 и VD2 , равное 1,6 В на каждом и вычитая напряжения база-эмиттер на транзисторах VT3 и VT4 получаем напряжения на резисторах R12 и R13 по 1 В. Отсюда: делим падение напряжения на резисторах R12 и R13 (по 1 В) на заданный через них ток в 20 мА получаем R12=R13=1 В / 20 мА = 50 Ом . Ближайшее стандартное значение номинала сопротивления - 51 Ом.
При отсутствии сигнала ток через резисторы R5=R6 составляет примерно 0,6 В / R6 . Именно на эту величину ток через резисторы R9 , R10 должен превышать заданный коллекторный ток транзисторов VT1 , VT2 (по 10 мА).
Для наиболее эффективного использования источников тока на транзисторах VT3 , VT4 нужно, чтобы их коллекторные токи изменялись от среднего значения в 10 мА на ±10 мА, т.е. чтобы диапазон их изменения составлял от 0 до 20 мА. Исходя из этого определим сопротивление резисторов R5=R6= 10 В / 10 мА = 1 кОм (совпадает со стандартным номиналом). Отсюда получаем ток через резисторы R5 , R6 в состоянии покоя 0,6 В / 1 кОм = 0,6 мА, а через резисторы R9 , R10 — (10+0,6)=10,6 мА. Следовательно, R9=R10=15 В / 10,6 мА = 1,4 кОм. Выбираем стандартное значение номинала 1,3 кОм.
Расчёт сопряжения ОУ с оконечным каскадом на этом закончен. Теперь переходим к выходным транзисторам.

Защита выходных транзисторов по току обеспечивается транзисторами VT5 , VT6 , базовые цепи которых подключены к датчикам тока R18 , R19 . В случае, если напряжение на базе транзистора VT5 или VT6 превысит 0,6 В (UБЭ ≈ 0,6 В), соответствующий транзистор откроется и зашунтирует переход база-эмиттер соответствующего выходного транзистора VT7 или VT8 . Ток ограничения на выходе составит:

Iогр = UБЭ / R18 - ((Uп - Uвых).R16) / (R14.R18)

При работе этот ток возрастает вместе с током нагрузки, когда выходное напряжение приближается к величине питающего напряжения Uп . При условии R14.R18/R16 = Rн , ток ограничения при любых положительных значениях Uвых для транзистора VT7 или отрицательных для VT8 будет больше тока нагрузки на величину ΔI=UБЭ/R18-Uп/Rн . Задавшись величиной ΔI=(0,1...0,2)Imax и зная величины Uп и Rн можно рассчитать сопротивление резистора R18 исходя из предыдущей формулы. Величину Rн следует задавать минимально возможной. Далее, выбираем сопротивление резистора R16 в диапазоне от 200 до 800 Ом и определяем сопротивление R14=Rн.R16/R18 . Т.к. схема симметричная, то: R14=R15 , R16=R17 , R18=R19 .
Максимальная мощность, рассеиваемая на каждом из транзисторов VT7 , VT8 в рабочем режиме на НЧ при выбранном способе защиты составляет: Pmax=(U2БЭ.R14)/(4.R18.R16)=0,25Rн(UБЭ/R18)2 .
Заметим, что в аварийном режиме, т.е. при КЗ выхода усилителя на землю, рассеиваемая на выходных транзисторах мощность не превысит (0,1...0,2)Imax.Uп , а при замыкании выхода усилителя на источник питания выходные транзисторы вообще закроются. Причем, это наступает в момент, когда Iогр=0 , т.е. когда Uвых=Uп-UБЭ.Rн/R18 . В реальных условиях VT7 запирается при Uвых менее минус(2...4) В, VT8 — при Uвых более +(2...4) В. По сравнению со схемой защиты без использования делителей R14-R17 применённая схема имеет очевидные преимущества: максимальная рассеиваемая мощность при замыкании выхода на землю составляет в 6-11 раз меньшую величину, а при замыкании на источник питания ещё вдвое меньшую.
Из-за падения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ОУ при повышении частоты увеличиваются искажения сигнала. Поэтому надо принять меры к тому, чтобы ВЧ тракт начинал работать раньше, чем станут заметными искажения сигнала в НЧ тракте, выполненном на ОУ. Для этого частоту среза фильтра нижних частот (ФНЧ) на входе ОУ, образованного R3 и С2 следует выбирать около 10 кГц, т.е. R3 =16 кОм, С2 =1000 пФ. Частоту среза фильтра верхних частот (ФВЧ) R4C1 следует выбирать не выше 1 кГц, т.е. R4 =20 кОм, С1 =0,01 мкФ. Коэффициент усиления разомкнутого тракта ВЧ устанавливается резисторами R7 , R8 . Коэффициент усиления необходимо устанавливать совместно с выбором ёмкости С3=С4, так, чтобы при замкнутой цепи ОС всего усилителя достигался желаемый вид переходных процессов. В принципе в данной схеме можно достигнуть значения КНИ 0,005 %.
Для ОУ достаточно стандартной частотной коррекции. При возбуждении усилителя на высоких частотах её можно подавить введением базовые цепи транзисторов резисторов. Возможно, потребуется в случае индуктивного характера нагрузки подключить корректирующую RC-цепочку, а такжезашунтировать R2 конденсатором небольшой ёмкости, включенным последовательно с резистором сопротивлением 0,1R2 . Выходные транзисторы могут быть составными, что позволяет достичь хороших энергетических и качественных показателей. И напомню - про мощность резисторов забывать не стоит. Во-первых, она определяется током через резистор - P=I2.R , во-вторых - максимально допустимым напряжением на резисторе.

Литература:
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир 1982
2. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 89. — М.:ДОСААФ, 1985
3. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. — М.: Советское радио, 1979