УНЧ с управлением по второй сетке. Часть 6.



Добрый день, уважаемые радиолюбители. В данной, завершающей части статьи, как и обещал, я хотел бы рассказать Вам о двухтактной раскачке ламп выходного каскада с нестандартным управлением. Данная статья является логическим продолжением предыдущей части статьи. Итак, начнем по порядку.

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

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

Сигнал, с выхода Вашего аудиоустройства, через разделительный конденсатор С1 и антипаразитный резистор R2 поступает на вход предварительного усилителя-фазоинвертора, выполненного на триодах высокой частоты Ла1, Ла2 [1]. Данный фазоинвертор является практически классическим и множество раз был описан мной в предыдущих статьях, поэтому не будем его рассматривать подробно [2].

С выхода предварительного усилителя сигнал, через разделительные конденсаторы С5, С10 поступает на вход промежуточного каскада усиления, выполненного на генераторных триодах Ла3, Ла4 [3]. Нагрузкой данного каскада является трансформатор Tr1 т.е. каскад выполнен с трансформаторной нагрузкой. Величина приведённого к первичной обмотке сопротивления (величина нагрузки) определяется величиной резисторов R14, R15, шунтирующих вторичные полуобмотки трансформатора и вычисляется аналогично выходному каскаду.

Основное назначение данного трансформатора – симметричная двухтактная раскачка ламп выходного каскада с нестандартным управлением. Применение трансформаторной связи каскадов позволяет устанавливать режим ламп промежуточного усилителя и выходного каскада по постоянному току раздельно, что упрощает (в какой-то мере) проектирование данного усилителя и даёт большой простор для экспериментов [4].

Усиленный по мощности сигнал, со вторичных обмоток трансформатора Tr1 поступает на вход выходного каскада, выполненного на строчных лучевых тетродах Ла5, Ла6 в нестандартном включении [5, 6]. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор Tr2 с подключённой ко вторичной обмотке акустической системой.

Конденсаторы С3,С4,С6,С7, резистор R9 – дополнительный развязывающий фильтр питания предварительного усилителя.

Резисторы R10, R16 – резисторы межанодной отрицательной обратной связи.

Резистор R21 – резистор общей отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель полностью.

Резисторы R12, R18 – дополнительные антипаразитные резисторы промежуточного каскада усиления.

Все использованные детали указаны на схеме.

Настройка данного усилителя не представляет сложности. Перед первым включением балансировочный резистор R20 выставляется в среднее положение после чего напряжение смещения ламп выходного каскада (на средней точке вторичной обмотки трансформатора Tr1) выставляется равным 0 Вольт. Так как лампы выходного каскада в данном включении работают в положительной области напряжений на сетке, то при отсутствии смещения ток анодов ламп будет минимален. После этого можно включить усилитель и дать ему прогреться несколько минут.

После прогрева усилителя, резисторами автоматического смещения R3, R7 необходимо выставить напряжение на анодах ламп Ла1, Ла2 равное 150 Вольт. На этом настройку предварительного усилителя по постоянному току можно считать законченной. Переходим к настройке промежуточного каскада усиления.

Для настройки промежуточного каскада усиления необходимо выставить токи анодов ламп Ла3, Ла4 резисторами автоматического смещения R13, R17 равные 20 мА. На этом настройку промежуточного каскада усиления можно считать законченной. Переходим к настройке выходного каскада усилителя.

Для настройки выходного каскада, изменением напряжения смещения на средней точке трансформатора Tr1 и балансировкой токов анодов ламп резистором R20 необходимо выставить ток покоя ламп Ла3, Ла4 равный 30 мА. На этом предварительную настройку выходного каскада по постоянному току можно считать законченной. Тут следует отметить, что источник питания, используемый для подачи смещения на лампы выходного каскада должен иметь путь для прохождения переменной составляющей во всём диапазоне воспроизводимых частот т.е. его выход должен быть зашунтирован конденсатором достаточной ёмкости и качества.

Настройку усилителя по переменному току производят резистором R6 по минимуму искажений на выходе усилителя любым известным способом.

На этом настройку усилителя можно считать законченной.

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

На скрине ниже представлена АЧХ данного варианта усилителя.

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

По скрину видно, что полоса усилителя по уровню -3 дБ лежит от 30 Гц до 32 кГц. Замерить АЧХ выше не позволяют параметры звуковой карты ПК. Полоса усилителя же снизу, определяется индуктивностью первичной обмотки межкаскадного трансформатора Tr1. К данному трансформатору мы ещё вернёмся чуть позже.

На скрине далее показан спектр сигнала на выходе усилителя при максимальной выходной мощности равной 9 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 2.75%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -22.75 дБ.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 5 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 1.2%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -32.5 дБ.

По скринам можно сделать вывод, что усилитель обладает относительно высоким уровнем искажений, несмотря на более линейное включение ламп выходного каскада. Параметры УНЧ по уровню искажений и полосе частот можно значительно улучшить, если применить в качестве межкаскадного трансформатора специализированный трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1:1:1 (т.е. с 4-мя одинаковыми обмотками) и индуктивностью обмоток (каждой обмотки) не менее 60-70 Гн. При этом сопротивление резисторов R14, R15 необходимо увеличить до 20-30 кОм. Кроме того необходимо как можно более точно подобрать в пару лампы выходного каскада усилителя, а так же промежуточного каскада усиления. Подбор необходимо осуществлять в том же включении, в котором лампы будут использоваться в усилителе.

Кроме того, после замены переходного трансформатора придется произвести корректировку режимов предварительного усилителя, промежуточного каскада усиления и выходного каскада по постоянному току, а так же произвести повторную балансировку резистором R6 для получения минимального уровня искажений.

В качестве линейного и хорошо звучащего усилителя можно использовать предварительный усилитель в совокупности с промежуточным каскадом усиления. При этом межкаскадный трансформатор Tr1 необходимо заменить на выходной. Приведённое сопротивление выходного трансформатора должно лежать в районе 10-15 кОм, а минимальная индуктивность первичной обмотки должна быть не менее 60-70 Гн. Выходная мощность данного варианта усилителя может достигать 2-4 Вт.

После испытания варианта усилителя, изображённого на исходной схеме был испытан выходной каскад, описанный в 3-ей части данной статьи – с дополнительными резисторами в цепи первой сетки ламп т.к. данный вариант выходного каскада при проведении испытаний в 3-ей части статьи неплохо себя зарекомендовал.

Для начала в цепь первой сетки ламп выходного каскада был установлен резистор сопротивлением 4.7 кОм. Настройка данного варианта усилителя аналогична настройке исходного усилителя, описанной выше. После установки резистора был произведён обмер основных параметров усилителя.

Так как установка резистора практически не повлияла на форму АЧХ, приводить повторно её не будем.

На скрине ниже представлен спектр сигнала на выходе усилителя при максимальной выходной мощности равной 18 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 2.86%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -25.6 дБ.

На скрине 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 0.56%, а уровень самой высокой гармоники 5-ой равен -29 дБ.

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

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.48%, а уровень самой высокой гармоники 2-ой грубо равен -46 дБ.

После превышения мощности 18 Вт в усилителе начинается сильное ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 36 Вт. При этом суммарный коэффициент гармоник будет равен 7.59%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -17.4 дБ. Спектр сигнала на выходе усилителя в данном режиме работы усилителя показан на фото ниже.

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

После проведения измерения основных параметров усилителя при разной выходной мощности добавочные резисторы в цепи первых сеток ламп выходного каскада были увеличены до 10 кОм, после чего измерения были повторены.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при максимальной выходной мощности равной 20 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 1.84%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -29.54 дБ.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 18 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.6%, а уровень самой высокой гармоники 5-ой равен -35.2 дБ.

На скрине ниже представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 7 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.53%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -45 дБ.

На скрине далее представлен спектр сигнала на выходе усилителя при выходной мощности равной 4 Вт.

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

По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.41%, а уровень самой высокой гармоники 2-ой равен -47.1 дБ.

После превышения мощности 20 Вт в усилителе начинается сильное ограничение сигнала (клиппинг). В таком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 36 Вт. При этом суммарный коэффициент гармоник будет равен 8.4%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -16.3 дБ. Спектр сигнала на выходе усилителя в данном режиме работы усилителя показан на фото ниже.

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

В подборке видео ниже представлена работа макета данного варианта усилителя во время испытаний.


Несколько видео с испытаний усилителя



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

Если сравнить полученные результаты измерений параметров данного варианта усилителя с результатами исходного усилителя, то можно заметить, что суммарный коэффициент гармоник значительно уменьшился, особенно это заметно по уровню гармоник высших порядков. Это объясняется действием ООС, создаваемой протекающим током сетки по добавочным резисторам.

Кроме того возросла значительно выходная мощность усилителя. Причины роста выходной мощности описаны в предыдущей части данной статьи.

Если сравнить результаты измерений из данной части статьи с результатами измерений из предыдущей части статьи, то можно увидеть, что двухтактная раскачка, кроме повышения выходной мощности, приводит к уменьшению суммарного коэффициента гармоник т.к. четные гармоники частично компенсируются на межкаскадном трансформаторе дополнительно к выходному плюс трансформатор работает в более линейном режиме без тока подмагничивания.

Тем не менее, без межкаскадного трансформатора высокого качества (с нужной индуктивностью обмоток, полосой пропускания и линейностью) данный вариант раскачки (как и вариант из предыдущей части данной статьи) считаю нецелесообразным для высококачественного воспроизведения при высоких выходных мощностях, близких к максимальным, а при малых нецелесообразно использовать лампы с высокой мощностью анода. Для получения низкого значения коэффициента гармоник так же необходимо подобрать лампы выходного каскада, промежуточного каскада усиления и предварительного усилителя более точно в пары. Подбор нужно осуществлять в том же режиме и включении, в котором лампы будут использоваться в усилителе. После этого необходимо повторить настройку и подобрать режимы всех каскадов усиления более точно по наименьшему коэффициенту гармоник, повторить балансировку.

Несмотря на высокий коэффициент гармоник, тем не менее данный усилитель вполне можно без особой переделки использовать в качестве гитарного усилителя, сузив полосу пропускания до достаточной величины.

Если же обобщить все полученные практические результаты, то самым оптимальным является усилитель, описанный в третьей части данной статьи с дополнительными резисторами в цепи первой сетки ламп выходного каскада. Данный вариант усилителя является оптимальным при небольших выходных мощностях (до 10-15 Вт).

Рекомендации же для использования варианта раскачки описанного в данной части статьи и предыдущей приведены выше. Данный вариант раскачки, при наличии высококачественного трансформатора оптимален для высоких выходных мощностей (12-15 Вт и выше).

Менее эффективным является управление выходным каскадом усилителя по второй сетке с дополнительными ультралинейными обмотками и без таковых т.к. обладает более высоким коэффициентом гармоник. В таком включении целесообразно использовать лампы линейность которых по второй сетке выше, чем по первой (например 6П44С, 6П41С).

Проектирование усилителей с подобным методом управления, хотя и не является трудновыполнимой задачей, требует некоторых навыков работы с измерительным оборудованием, навыков настройки и налаживания усилителей, умения снять характеристики ламп в заданных режимах работы, навыков подбора ламп в пары.

На этом я заканчиваю эксперименты с нестандартным управлением лампами выходного каскада по второй и двум сеткам. С уважением, Sobiratel_sxem.

P.S. Есть ещё одна идея по поводу усилителя, описанного в третьей части данной статьи. Возможно, когда-нибудь я обязательно ей с Вами поделюсь.


Список использованной литературы


1. Параметры 6С2П
2. Реинкарнация 6П21С
3. Электровакуумные приборы, Госэнергоиздат, 1956 год, Бройде А.М.
4. УНЧ с управлением по 2-ой сетке. Часть 2.
3. Параметры 6П44С
4. Параметры 6П44СМ



Поиск по сайту