Околокомпьютерный усилитель.



Добрый день, уважаемые радиолюбители. Как известно, история развивается по спирали и история развития аудиотехники в этом не исключение. Если взглянуть на рынок усилителей воспроизведения, то можно заметить, что в последние несколько лет произошла вновь реинкарнация ламповых усилителей, а некоторые производители возобновили производство радиолам. Сегодня мы хотели бы предложить Вам конструкцию несложного лампового усилителя, предназначенного для совместного использования с акустическими системами небольшой мощности для озвучивания небольших комнат. Итак, начнём!

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

На схеме выше представлена схема электрическая принципиальная спроектированного усилителя. Разберёмся кратко как он работает.

Сигнал с выхода Вашего аудиоустройства через разделительный конденсатор С1 и антипаразитный резистор R2 поступает на вход предварительного усилителя напряжения, выполненного на радиолампе Ла1 [1]. Усилитель напряжения выполнен практически по классической схеме с общим катодом. Катодный резистор R3 преднамеренно не шунтирован конденсатором большой ёмкости, для возможности подачи общей отрицательной обратной связи с выхода усилителя. Кроме того, на данном резисторе падает напряжение местной обратной связи, дополнительно линеаризующей характеристики усилителя. Анодной нагрузкой усилителя напряжения служат резисторы R4, R5, включённые делителем для возможности снятия напряжения вольтодобавки.

С выхода предварительного усилителя напряжения, усиленный сигнал поступает непосредственно на сетку фазоинвертора, выполненного по схеме с разделённой нагрузкой и дополнительной вольтодобавкой на радиолампе Ла2 [1]. Напряжение вольтодобавки подаётся в катод фазоинвертора через конденсатор С4, с анодного делителя предварительного усилителя напряжения.

С выхода фазоинвертора, пара противофазных сигналов, через разделительные конденсаторы С5, С6 поступает на вход выходного каскада, выполненного на радиолампах Ла3, Ла4 [4] в пентодном включении с автоматическим смещением. Автоматическое смещение задаётся резисторами R12, R13. Конденсаторы С7, С8 необходимы для устранения местной ООС, создаваемой протекающей переменной составляющей тока анода по резисторам автоматического смещения. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор Tr1 с подключенной на выход акустической системой.

Резистор R9, конденсаторы С2, С3 – дополнительный фильтр питания предварительного усилителя и фазоинвертора.

Конденсаторы С9, С10 – дополнительный фильтр питания выходного каскада.

Резистор R14 – резистор общей отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель полностью.

Все использованные детали указаны на схеме.

Для питания цепей вторых сеток ламп выходного каскада использован выпрямленный и хорошо сглаженный источник питания напряжением 200 Вольт. Главное требование источника питания вторых сеток – это возможность протекания переменной составляющей тока вторых сеток через данный источник во всём диапазоне воспроизводимых частот т.е. на выходе источника питания должны быть установлены конденсаторы достаточной ёмкости и качества.

Так же следует отметить, что постоянная времени разряда конденсаторов фильтра напряжения вторых сеток должна быть значительно меньше постоянной времени разряда фильтра анодного источника питания. В противном случае возможна ситуация, когда напряжение второй сетки при выключении и включении усилителя может значительно превысить анодное и вывести радиолампы из строя.

Настройка данного усилителя не представляет сложности. После включения усилителя и прогрева в течении 3-5 минут необходимо резистором R3 выставить напряжение на аноде Ла1 равное 150 Вольт, а резисторами R12, R13 токи анодов ламп выходного каскада Ла3, Ла4 равные 25 мА. На этом настройку усилителя по постоянному току можно считать законченной. Настройка по переменному току производится балансировочным резистором R8 любым известным способом по минимуму искажений на выходе усилителя. На этом настройку усилителя можно считать законченной.

Следует отметить одно интересное свойство данного фазоинвертора с вольтодобавкой: например, если принять резисторы фазоинвертора R6 и R7+R8 равными по величине, то переменные напряжения, снимаемые с анода и катода относительно общего провода будут несколько отличаться по амплитуде.

Если увеличивать сопротивление резистора R5 с одновременным уменьшением сопротивления резистора R4, то разность амплитуд сигналов, снимаемых с анода и катода фазоинвертора будет так же уменьшаться, вместе с тем будет уменьшаться и коэффициент усиления каскада в некоторых пределах. Если же сопротивление резистора R4 увеличивать и одновременно уменьшать сопротивление резистора R5, то разность напряжений, снимаемых с анода и катода будет увеличиваться, но вместе с тем будет и увеличиваться конечный коэффициент усиления каскадов.

Максимальный же коэффициент усиления каскадов обычно достигается при равенстве сопротивлений резисторов R4 и R5. В этом же случае достигается и максимальная разность амплитуд между переменными напряжениями, снимаемыми с анода и катода фазоинвертора. При этом напряжение, снимаемое с анода будет значительно выше напряжения, снимаемого с катода. Так же изменение величины сопротивлений делителя R4, R5 значительно сильнее влияет на напряжение, снимаемое именно с анода т.к. со стороны катода фазоинвертор работает как каскад с общим катодом, усиление которого близко к единице, а со стороны анода как каскад с общим катодом, при этом падение переменного напряжения на катодном резисторе является напряжением отрицательной обратной связи.

Вышеперечисленные факторы вынуждают использовать в аноде и катоде фазоинвертора с разделённой нагрузкой и вольтодобавкой значительно разные по сопротивлению резисторы.

После настройки усилителя и проработки в течении 50-ти часов с целью проконтролировать стабильность параметров были произведены измерения основных параметров усилителя.

На фото ниже показана АЧХ данного усилителя при номинальной выходной мощности.

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

По фото видно, что полоса усилителя по уровню -3 дБ лежит от 20 Гц до 33 кГц. Замерить АЧХ выше не позволяют параметры применяемой звуковой карты ПК. Так же можно заметить, что АЧХ имеет значительный резонансный подъём, начинающийся от 20 кГц. В связи с этим, АЧХ повторно была снята с применением специализированного аудиоанализатора R&S®UPV [3]. Повторные замеры выявили присутствие резонансного пика на частоте равной 33 кГц величиной +10 дБ. В связи с этим в усилитель была введена дополнительная цепь коррекции, о которой я расскажу чуть ниже.

На фото ниже представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 8 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник равен 0.39%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей равен -44.43 дБ.

На фото ниже 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 0.13%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей равен -53.59 дБ.

После превышения выходной мощности 8 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе мощность равную 12 Вт. Спектр сигнала при выходной мощности равной 12 Вт показан на фото далее.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 1.9%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей равен -29.3 дБ.

На фото далее представлена реакция усилителя на прямоугольный импульс.

Реакция на прямоугольный импульс.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По фото можно заметить, что прямоугольный импульс имеет выбросы большой величины, превышающие 10% от амплитуды импульса, соответственно коррекцию в усилителе производить нужно обязательно.

В качестве корректирующих мер, параллельно резистору общей отрицательной обратной связи R14 был включён дополнительный «ускоряющий» конденсатор ёмкостью 47 пФ, а так же в целях устранения резонансного пика параллельно первичной обмотке выходного трансформатора был включён конденсатор ёмкостью 510 пФ. В совокупности с индуктивностью первичной обмотки данный конденсатор образует фильтр нижних частот, с частотой среза около 20-22 кГц. После добавления данных конденсаторов были измерены основные параметры усилителя повторно.

На фото далее представлена АЧХ усилителя при номинальной выходной мощности после введения дополнительной коррекции.

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

По фото видно, что полоса усилителя по уровню -3 дБ лежит от 20 Гц до 30 кГц. Так же можно заметить, что благодаря введению дополнительного конденсатора параллельно первичной обмотке трансформатора и образованию ФНЧ совместно с индуктивностью обмотки резонансный подъём был подавлен.

На фото ниже показан спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 8 Вт после введения дополнительной коррекции.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник равен 0.36%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей равен -43.77 дБ.

На фото далее показан спектр сигнала на выходе усилителя при половинной выходной мощности после введения дополнительной коррекции.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.13%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей равен -53.59 дБ.

После превышения выходной мощности равной 8 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение (клиппинг). В таком режиме усилитель может развивать на выходе мощность равную 12 Вт. Спектр сигнала при выходной мощности равной 12 Вт после введения дополнительной коррекции показан на фото далее.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 1.56%, а уровень самой высокой гармоники, 3-ей грубо равен -30.97 дБ.

На фото ниже показана реакция усилителя на прямоугольный импульс после введения дополнительной коррекции.

Реакция на прямоугольный импульс.
Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне

По фото видно, что выбросы на фронтах прямоугольного импульса практически полностью сгладились и находятся в допустимых пределах относительно амплитуды импульса.

Так же следует отметить небольшой нюанс, а именно: если во время испытаний усилителя и измерения его основных параметров не будет обнаружен резонансный пик на АЧХ усилителя, а так же выбросы на прямоугольном импульсе коррекцию усилителя производить не нужно.

Для ещё большего уменьшения уровня искажений необходимо выходной каскад перевести с автоматического смещения на фиксированное, а так же подобрать лампы выходного каскада в пары. Высокий уровень 3-ей гармоники связан с нелинейностью характеристик ламп выходного каскада в пентодном включении. Для более лучшего подавления 3-ей гармоники можно порекомендовать дополнительно перевести усилитель в ультралинейное включение с дополнительными ультралинейными обмотками. При этом коэффициент ультралинейного отвода подбирается экспериментально.

После измерения основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание усилителя. Усилитель даёт на выходе чистый звук, посторонние шумы, трески и скрипы отсутствуют, гитарный оттенок так же отсутствует, инструменты в верхней части звукового диапазона прослушиваются чётко.

Лампы выходного каскада Ла3, Ла4 можно заменить на 6П14П, 6П15П, 6П43П, EL84, PL86 с корректировкой резисторов автоматического смещения R12, R13.

В подборке фото ниже показаны фото макета усилителя во время проведения испытаний.


Несколько фотографий с испытаний усилителя

Фото 1. Фото 2. Фото 3. Фото 4.
Фото 5. Фото 6. Фото 7. Фото 8.
Фото 9. Фото 10. Фото 11. Фото 12.
Фото 13. Фото 14. Фото 15. Фото 16.

Кликните на фото для увеличения. Фото откроется в новом окне


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, Мостовенко Дмитрий.


Список использованной литературы


1. Параметры 6С2П
2. Параметры 6П18П
3. Официальный сайт компании R&S



Поиск по сайту