Классический усилитель на 6Ф12П+6П43П. Занимательные эксперименты.



Добрый день, уважаемые радиолюбители.

В предыдущих частях данной статьи ( 1, 2 ) я рассказывал Вам о том как строил и настраивал усилитель на 6Ф12П в предварительном усилителе и 6П43П в оконечном каскаде.

Самым последним экспериментом была замена радиолампы предварительного усилителя 6Ф12П на двойной триод 6Н3П с отстройкой по минимуму искажений получившейся связки. Таким образом в конечном варианте усилителя радиолампа 6Ф12П не использовалась, но название статьи осталось неизменным, дабы подчеркнуть целостность данной серии экспериментов, но в общем-то данная статья не об этом...

Сегодня я хотел бы поделиться с Вами первой серией экспериментов, проведённых со схемотехникой выходного каскада данного усилителя. Итак, пожалуй начнём.

На схеме ниже приведена схема электрическая принципиальная первого варианта спроектированного усилителя.

Принципиальная схема.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Если рассмотреть схему усилителя подробно, то можно заметить, что предварительный усилитель остался без изменения, все изменения коснулись только построения выходного каскада усилителя. В первом эксперименте выходной каскад усилителя был переведён на фиксированное смещение.

Отрицательное напряжение смещения подаётся на сетки ламп Ла2, Ла3 от источника питания через дополнительный CRC-фильтр, состоящий из конденсаторов С9, С10 и резистора R17. Резистор R17, совместно с переменным резистоором R16 образуют дополнительно регулируемый делитель напряжения.

Принцип работы и настройка данного варианта усилителя аналогична усилителям, описанным в предыдущих частях данной статьи ( 1, 2 ), поэтому подробно этот момент рассматривать не будем. Единственно отличие в настройке - это настройка выходного каскада. Для настройки выходного каскада перед первым включением необходимо резистор R16 выставить в положение максимального сопротивления, а резистор R12 в среднее положение. После включения усилителя и прогрева его в течении 3-5 минут необходимо подстройкой переменного резистора R16 выставить токи ламп Ла2, Ла3 выходного каскада равные 30 мА. При этом балансировка по постоянному току производится переменным резистором R12. После установки заданных токов настройку по постоянному току можно считать законченной.

Настройка по переменному току производится по минимуму искажений резистором R7 любым известным способом. После настройки усилителя по переменному току настройку усилителя можно считать законченной.

После настройки усилителя было произведено измерение основных параметров усилителя. На скрине ниже представлена АЧХ данного варианта усилителя при номинальной выходной мощности равной 12 Вт.

АЧХ.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что полоса пропускания усилителя по уровню -3 дБ грубо простирается от 20 Гц до 32-33 кГц. Замерить АЧХ в большую сторону не позволяют параметры установленной в ПК звуковой карты.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при номинальной выходной мощности равной 12 Вт

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.25%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -57 дБ, что является отличным результатом для данного усилителя.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при половинной выходной мощности.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.21%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -58 дБ.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при четверти от номинальной выходной мощности.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.09%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей (и примерно такой же 2-ой) грубо равен -69...-71 дБ дБ.

После превышения номинальной мощности 12 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение (клипинг). В таком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 25 Вт. Спектр сигнала на выходе усилителя в таком режиме работы представлен на скрине ниже.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 5.76%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -23 дБ.

После измерения основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание. Усилитель даёт на выходе чистый естественный звук, инструменты в верхней части звукового диапазона прослушиваются чётко (без излишнего подчёркивания), низкие частоты воспроизводятся так же чётко (без подбубнивания и подбашивания).

Тем не менее, несмотря на хорошие параметры усилителя в данном варианте включения, не рекомендуется радиолампы 6П43П использовать с фиксированным смещением т.к. возможен уход ламп в разнос (в саморазогрев). Из имеющихся у меня в наличии 4 ламп 6П43П только одна из них стабильно держит выставленный ток, 2 штуки немного плавают по току (2-3 мА за 30-40 минут работы) и одна ведёт себя крайне нестабильно (изменение тока покоя за 30-40 минут может составлять 8-12 и более мА... вплоть до лавинного саморазогрева). При замене ламп выходного каскада на радиолампы 6П14П, 6П15П, 6П18П, EL84 с корректировкой режима по постоянному току усилитель можно эксплуатировать безопасно в данном варианте включения ламп выходного каскада.

После проведения экспериментов с фиксированным смещением выходной каскад усилителя был переделан на полуавтоматическое смещение. Схема электрическая принципиальная данного варианта усилителя приведена на схеме ниже.

Принципиальная схема.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Если рассмотреть кратко, то данный вариант усилителя отличается от предыдущего только введением дополнительных резисторов автоматического смещения R18, R19 в цепи катодов ламп выходного каскада, а так же шунтирующих конденсаторов С13, С14, устраняющих местную ООС со стороны катода.

Принцип работы и настройка данного варианта усилителя ничем не отличается от предыдущего, поэтому рассматривать их не будем, а сразу перейдём к рассмотрению результата измерения основных параметров усилителя.

На скрине ниже представлен спектр сигнала на выходе усилителя при номинальной выходной мощности равной 12 Вт.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.39%, а уровень самой высокой 2-ой гармоники грубо равен -55 дБ.

На скрине далее представлен спектр сигнала при половинной выходной мощности.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.31%, а уровень самой высокой гармоники 2-ой грубо равен -58 дБ.

На скрине ниже представлен спектр сигнала на выходе усилителя при четверти выходной мощности.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.13%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -62 дБ.

После превышения номинальной мощности 12 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клипинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе мощность равную 18 Вт. Спектр сигнала в таком режиме работы усилителя представлен на скрине ниже.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 2.45%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -35 дБ.

После измерения основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание. В целом звучание данного варианта усилителя аналогично предыдущему, за исключением более мягкого отыгрывания НЧ (с незначительным подбубниванием при средней и выше выходной мощности. Сказывается влияние 2-ой гармоники).

Благодаря введению дополнительных резисторов автоматического смещения (и тем самым перевода усилителя на полуавтоматическое смещение) в данном режиме параметры ламп выходного каскада достаточно стабильны и позволяют безопасно эксплуатировать усилитель без риска ухода в разнос (саморазогрев)... но за стабильность приходится платить некоторым увеличением искажений...

После прослушивания усилителя в течении нескольких дней эксперименты были продолжены. Следующий вариант усилителя родился во время обсуждения с Александром Широким способа стабилизации тока покоя выходного каскада с целью исключения подмагничивания тороидального выходного трансформатора при возможной разбалансировке плеч. Данный вариант усилителя представлен на схеме ниже.

Принципиальная схема.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

Основным отличием данного усилителя от предыдущих вариантов является применение токового зеркала с коэффициентом отражения тока 1:1 для задания режима ламп выходного каскада по постоянному току.

Токовое зеркало реализовано на биполярных транзисторах VT1, VT2. Токозадающим плечом является плечо, реализованное на транзисторе VT1. Ток покоя определяется внутренним сопротивлением лампы Ла2 по постоянному току в рабочей точке, а так же резисторами R13, R15. Заданный ток отражается с коэффициентом равным 1:1 во второе плечо, реализованное на транзисторе VT2.

Кроме того, падение напряжения на резисторах R13, R15, а так же транзисторе VT1 является для лампы Ла2 напряжением автоматического смещения, что дополнительно стабилизирует режим выходного каскада по постоянному току.

Для устранения глубокой местной ООС со стороны катода токовое зеркало дополнительно шунтировано конденсаторами С9, С10.

Предположим, по каким-то причинам ток радиолампы Ла2 начал увеличиваться. В связи с увеличением тока покоя увеличивается падение напряжения на токозадающем резисторе R15, что приводит к уменьшению тока покоя из-за возросшего напряжения автосмещения + само токовое зеркало старается поддержать заданный ток. При уменьшении тока покоя происходит всё в точности наоборот.

В это же время ток второго плеча при правильной настройке токового зеркала изменяется на такую же самую величину. Таким образом разбалансировки выходного каскада по постоянному току не происходит.

Для корректной и стабильной работы токового зеркала транзисторы VT1, VT2 должны иметь одинаковый тепловой режим и статический коэффициент усиления по току. Кроме того данные транзисторы необходимо установить на радиатор площадью 4-5 квадратных сантиметров толщиной 0.5-1 мм. Идеальным вариантом является использование согласованной пары транзисторов в одном корпусе либо прикрепление транзисторов на радиатор с обратных сторон напротив друг друга через изолирующие прокладки.

Настройка выходного каскада данного варианта усилителя не представляет сложности. Для установки токов покоя радиоламп Ла2, Ла3 необходимо подобрать величину резистора R15, при этом разбалансировка токов плеч компенсируется подбором резистора R14. На этом настройку выходного каскада можно считать законченной.

После настройки данного варианта усилителя было произведено так же измерение основных параметров усилителя.

На скрине ниже представлен спектр сигнала при номинальной выходной мощности равной 8 Вт.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.95%, а уровень самой высокой гармоники 2-й грубо рвен -49 дБ.

На скрине ниже представлен спектр сигнала при выходной мощности равной 6 Вт.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.33%, а уровень самой высокой гармоники 2-й грубо равен -58 дБ.

На скрине далее показан спектр сигнала при выходной мощности равной 3 Вт.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.06%, а уровень самой высокой гармоники 4-ой грубо равен -70 дБ.

После превышения номинальной мощности 8 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клипинг). В таком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 16 Вт. Спектр сигнала на выходе усилителя в таком режиме работы показан на скрине ниже.

Спектр.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По скрину видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 3.2%, а уровень самой высокой гармоники 5-й грубо равен -29 дБ.

Что же касается стабильности тока покоя, то при изменении выходной мощности от 0 до максимальной ток покоя одного плеча изменяется от 28.4 до 33.5 мА, а второго плеча от 27.9 до 32.9 мА т.е. в одном плече ток покоя изменяется всего на 5 мА, а во втором на 5.1 мА, что подтверждает нормальную работу токового зеркала. Разбаланс плеч во время работы усилителя составляет около 0.1 мА. Переменная составляющая тока анода при этом изменяется в одном плече от 0 до 44.2 мА (действующего значения) и от 0 до 41 мА (действующего значения) во втором плече. Разбаланс плеч по переменному току связан с разбросом характеристих радиоламп выходного каскада Ла2, Ла3. Токовое зеркало не оказывает влияния на работу выходного каскада по переменному току.

По приведённым измерениям можно сделать вывод о том, что в целом линейность усилителя на средней мощности и ниже увеличилась благодаря лучшей симметрии выходного каскада. Для уменьшения искажений во всём диапазоне выходных мощностей необходимо лампы выходнгого каскад подобрать в пары более точно.

На фото ниже представлены показания амперметров при измерении переменной и постоянной составляющей токов анодов ламп выходного каскада при изменении мощности от 0 до максимальной.


Фото 1. Фото 2. Фото 3. Фото 4.
Фото 5. Фото 6. Фото 7. Фото 8.

Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне


После проведения настройки и измерения основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание усилителя. Отличительной чертой данного варианта усилителя является наиболее чёткое и детальное воспроизведение НЧ. Всевозможные подбубнивания и подбашивания отсутствуют. Из представленных в данной статье вариантов усилителя звучание данного варианта мне понравилось больше всего.

В подборке видео ниже показана работа макета усилителя во время проведения испытаний.


Несколько видео с испытаний усилителя



Не стоит судить о качестве воспроизведения по данным видеозаписям т.к. микрофон фотоаппарата обладает посредственным качеством + ужасная акустика помещения со множеством эхо (по видео это прекрасно видно). Видео предназначено исключительно для демонстрационных целей.

Все интересующие вопросы по этой и ранее опубликованным конструкциям пишите на майл: Sobiratel_sxem@mail.ru . На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко.


Список использованной литературы


1. Параметры 6Н3П
2. Н. Трошкин. Фазоинверторы, журнал Class A, Апрель 1997 г, стр. 16-21
3. Параметры 6П43П
4. Параметры BD139



Поиск по сайту