Пара слов о 6-ПЭ-ТРОЙКЕ

Автор: Sobiratel_sxem, sobiratel_sxem@mail.ru
Опубликовано 20.01.2016
Создано при помощи КотоРед.

     Добрый день, уважаемые читатели. Ну вот уже и приближаются новогодние праздники, веселье, песни и пляски. Ну а какой же новый год может быть без музыки? Вот этим мы с Вами сегодня и займёмся.
     Сегодня мы хотели бы предложить Вам схему качественного усилителя, разработанного в преддверии нового года. О том, что у нас вышло мы сегодня Вам и расскажем.
     На схеме ниже представлена схема электрическая принципиальная спроектированного усилителя.

     За основу данного усилителя был взят усилитель, описанный ранее в статье: «Усилитель с прямонакальным выходом» [1]. Основное отличие данного усилителя – это устройство выходного каскада. Предварительный усилитель-фазоинвертор (ФИ) и промежуточный каскад (усилители тока) претерпели небольшие изменения. Поэтому рассмотрим первые 2 каскада усилителя кратко.
     Итак, сигнал с выхода вашего аудиоустройства, через разделительный конденсатор С1 и антипаразитный резистор R1 поступает на вход предварительного усилителя-фазоинвертора, выполненного на двойном триоде с высоким коэффициентом усиления Ла1 [2]. Данный усилитель-фазоинвертор выполнен по классической схеме несамобалансирующегося фазоинвертора, каждое плечо которого, по сути, представляет собой каскад с общим катодом (ОК).
     С выхода ФИ усиленный сигнал, через разделительные конденсаторы С6, С9 поступает на вход промежуточного каскада – усилители тока. В качестве усилителей тока использованы катодные повторители, по одному повторителю на канал, выполненные на двойном триоде Ла2 [3].
     С выхода промежуточного каскада, через разделительные конденсаторы С10, С11 сигнал возбуждения поступает на вход выходного каскада усилителя. Выходной каскад выполнен по ультралинейной (УЛ) схеме на лучевых тетродах Ла3, Ла4 [4] с фиксированным смещением. Данный принцип построения, при правильном выборе ультралинейного отвода, сочетает в себе 2 основных преимущества:
     - выходная мощность практически равную мощности в тетродном включении;
     - низкий коэффициент нелинейных искажений, свойственный триодному включению.
     Таким образом, УЛ включение можно рассмотреть как своеобразную отрицательную обратную связь. Меняя положение отвода можно плавно переходить от триодного режима к тетродному. Благодаря именно этим 2-ум преимуществам и был выбран данный принцип построения выходного каскада.
     Следует так же отметить, что в усилителе применено раздельное питание каскадов. ФИ и промежуточный каскад питается от выпрямленного и хорошо сглаженного источника анодного питания напряжением 280 Вольт, а выходной каскад от источника напряжением 400 Вольт. Таким образом лампы выходного каскада работают в форсированном режиме с небольшим снижением долговечности (не более 10-15%).
     Отрицательное напряжение смещения на первые сетки выходного каскада подаётся от дополнительного стабилизированного источника отрицательного напряжения через переменные резисторы R19, R20 и резисторы утечки R17, R18.
     Резисторы R13, R21 – резисторы отрицательной обратной связи (ООС).
     Конденсаторы С2, С3, С7, С8, резистор R9 – дополнительный фильтр анодного напряжения ФИ и промежуточного каскада. Его следует устанавливать как можно ближе к точке соединения анодных резисторов нагрузки R3, R7.
     Конденсаторы С12, С13 – дополнительный емкостной фильтр напряжения питания выходного каскада. Он устанавливается в точку соединения выходного трансформатора и провода подачи напряжения питания.
     Нагрузкой выходного каскада служит выходной трансформатор Tr1 с подключённой ко вторичной обмотке акустической системой.
     В качестве катодного конденсатора С5 использован аудиоконденсатор nichicon серии ES [7].
     Остальные использованные детали указаны на схеме.
     Налаживание усилителя не представляет сложности. Перед включением усилителя, резисторы R19, R20 нужно выставить в положение максимального отрицательного напряжения. Далее нужно включить усилитель и дать ему прогреться 5-10 минут. После прогрева усилителя, катодным резистором R6 нужно выставить на одном из анодов лампы Ла1 напряжение равное 160 Вольт. При этом разность напряжений между анодами лампы не должна превышать 5-8%. Если разность напряжений между анодами превышает это значение, то необходимо подобрать другую лампу Ла1, по меньшему разбросу параметров половинок лампы.
     После настройки предварительного усилителя переходим к настройке усилителя тока. Для этого резисторами R11, R15 нужно выставить на катодах лампы Ла2 напряжение равное 140 Вольт.
     Для настройки выходного каскада нужно попеременной подстройкой резисторов R19, R20 выставить токи анодов ламп Ла3, Ла4 выходного каскада равные 30 мА. На этом настройку по постоянному току можно считать законченной.
     Переходим к настройке по переменному току. Для настройки усилителя по переменному току нужно на выход усилителя подключить эквивалент нагрузки – резистор сопротивлением 4 Ом мощностью не менее 30 Вт. Далее на вход усилителя подаётся синусоидальный сигнал частотой равной 1 кГц. Плавно повышая уровень напряжения на входе нужно добиться номинальной выходной мощности усилителя. После этого вращением движка R5 добиться минимального уровня 2-ой гармоники на выходе (то есть настройка производится по спектроанализатору или виртуальному комплексу на базе ПК Visual Analyser, описанный в Л1) .
     После проведения настройки по постоянному и переменному току следует проверить реакцию усилителя на прямоугольный импульс. Правильная форма импульса на выходе представлена фото ниже.

     Если же импульс имеет форму представленную на фото

     т.е. имеет выбросы, то параллельно первичной обмотке выходного трансформатора следует подключить корректирующую ёмкость, которая обычно лежит в пределах от 470 пФ до 4-5 нФ. Так же вместо конденсатора можно использовать RC-цепь Цобеля, подобрав экспериментально значение сопротивления и ёмкости. В такой корректирующей цепи сопротивление резистора обычно лежит в диапазоне от 1 до 10 кОм, а ёмкость конденсатора от 1 до 10 нФ.
     Следует так же отметить, что чрезмерное увеличение ёмкости конденсатора приведёт к искажения формы прямоугольного импульса и сглаживанию фронтов как это показано на фото

     Это свидетельствует о том, что АЧХ в области высоких частот имеет более крутой спад, а полоса пропускания усилителя сузилась.
     На этом настройку усилителя можно считать законченной.
     После настройки усилителя и проработки его в течении 50-ти часов (с целью проконтролировать стабильность параметров) был произведён обмер параметров усилителя на эквиваленте нагрузки (резисторе 4 Ом) с применением виртуального комплекса на базе ПК Visual Analyser.
     АЧХ данного усилителя представлено на фото далее

     По фото видно, что полоса пропускания усилителя по уровню -3 дБ составляет от 20 Гц до 18-19 кГц.
     На фото ниже представлен спектр сигнала на выходе при выходной мощности равной 15 Вт.

     По спектру видно, что коэффициент гармоник грубо равен 0.63%. Уровень самой высокой гармоники 3-ей составляет -40 дБ.
     На фото ниже представлен спектр сигнала на выходе при выходной мощности равной 7.5 Вт.

     По спектру видно, что коэффициент гармоник грубо равен 0.3%. При этом уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -49.5 дБ.
     Номинальная выходная мощность усилителя равна 15 Вт. После превышения данной мощности усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе номинальную мощность около 25 Вт. При этом коэффициент гармоник возрастёт до 5-7 %.
     После замера параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание усилителя. Субъективно усилитель звучит чисто, посторонних шумов, шорохов и скрипов не обнаружено, гитарный оттенок и металлические призвуки отсутствуют.
     Если же для Вас долговечность работы ламп выходного каскада является определяющим параметром, то выходной каскад можно собрать по схеме ниже.

     Отличием данной схемы является применение в выходном каскаде отдельных не задействованных ультралинейных обмоток. При этом коэффициент ультралинейного отвода практически не изменяется в сравнении с исходной схемой. Вторые концы обмоток подключаются к источнику питания ФИ и промежуточного каскада напряжением 280 Вольт. При этом лампы выходного каскада будут работать практически в номинальном режиме.
     АЧХ и полоса пропускания усилителя при данном построении выходного каскада не изменятся.
     На фото далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 12 Вт.

     По фото видно, что коэффициент гармоник равен грубо 0.54%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -41.8 дБ.
     На фото ниже представлен спектр сигнала при выходной мощности усилителя равной 6 Вт.

      По спектру видно, что коэффициент гармоник равен 0.31%, а уровень самой высокой 3-ей гармоники равен -49.9 дБ.
     Номинальная выходная мощность усилителя равна 12 Вт. После превышения данной мощности усилитель так же начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе номинальную мощность около 18 Вт. При этом коэффициент гармоник возрастёт до 3-5 %.
     Субъективно звучание данного усилителя более нейтральное, чем изначального варианта.
     Динамический диапазон описанных вариантов усилителя с применяемым источником питания около 60 дБ т.к. наименьший уровень, ниже которого сигналы потеряются в шумах – это фон переменного тока частотой 50 и 100 Гц. Применяя более качественную фильтрацию напряжений питания можно расширить динамический диапазон усилителя.
     Стоит так же отметить, что радиолампы 6П3С-Е очень надёжны. В качестве эксперимента было произведено более сильное форсирование режима работы выходного каскада.
     В усилителе, выполненном по схеме 1 напряжение питания выходного каскада было увеличено до 500 Вольт. При этом величина сопротивления сеточных резисторов R22, R23 была увеличена до 510 Ом. Номинальная выходная мощность возросла до 18 Вт. После превышения данной мощности усилитель так же начинает плавно входить в ограничение сигнала. В таком режиме усилитель может развивать на выходе номинальную мощность около 35-40 Вт. При этом коэффициент гармоник возрастёт до 10-12 % (что вполне приемлемо для гитарных усилителей). В таком режиме работы долговечность ламп выходного каскада снижается на 30-40%. Звучание форсированного таким образом усилителя понравилось больше всего, по сравнению с ранее описанными вариантами. Данный усилитель дает на выходе наиболее насыщенный звук.
     В качестве ламп Ла3, Ла4 выходного каскада, без переделки и снижения выходной мощности, можно применить лампы 6П3С [5] и КТ-66 [6].

     При этом практически все остальные параметры останутся теми же.
     Так же в качестве ламп выходного каскада можно применить радиолампу Г-807 [8]. При этом нужно заменить ламповую панельку и цоколёвку.
     Если же Вам не нужна высокая выходная мощность усилителя, то в качестве ламп выходного каскада можно применить радиолампы 6П6С [9] и 6Ф6С [10]. Их цоколёвка аналогична радиолампе 6П3С (6П3С-Е, КТ-66). При этом ток катода выходных ламп нужно выставить равным 20 мА.
     Звучание всех приведённых ламп отличается друг от друга, но данные отличия не кардинальные и заключаются больше в нюансах.
     На фото ниже представлен внешний вид макета (без выходного трансформатора и источника питания) спроектированного усилителя во время испытаний радиолампы КТ-66.

     А далее на фото представлено свечение радиоламп КТ-66 после 50-ти часов работы.

     Свечение радиоламп 6П3С не привожу т.к. это делалось мной ранее в экспериментах по построению моего первого лампового усилителя.

     На это на сегодня всё. С уважением, Андрей Савченко, Кривовозов Александр.

 
Список использованной литературы

1) Усилитель с прямонакальным выходом
2) Параметры 6Н2П
3) Параметры 6Н5П
4) Параметры 6П3С-Е
5) Параметры 6П3С
6) Параметры КТ-66
7) Параметры конденсаторов nichicon
8) Параметры Г-807
9) Параметры 6П6С
10) Параметры 6Ф6С

Файлы:
Схема 1 в формате SPlan
Схема 2 в формате SPlan

Все вопросы в Форум.