УМЗЧ на "телевизионных" лампах с трансформаторами TH
Практически все сетевые трансформаторы серии TH пригодны для использования их в качестве выходных в двухтактных ламповых усилителях с относительно низковольтными, так называемыми "токовыми” лампами. А наличие у этих трансформаторов четырех выходных обмоток на напряжение 6,3 В (накальных) открывает возможность для реализации интересных схемных решений в недорогих и легко повторяемых УМЗЧ.
Эта статья предлагает использование унифицированных сетевых трансформаторов промышленного производства в качестве выходных в конструкциях ламповых УМЗЧ.Унифицированные накальные трансформаторы ТНхх-127/220-50 из высоковольтных обмоток имеют лишь две сетевые на напряжение 127 В каждая с отводами на 110 В. Допустимая амплитуда переменного напряжения на каждой из этих обмоток окажется в 1,4 раза больше, чем эффективное значение 127 В, — по расчету почти 180 В Поскольку это напряжение при максимальной мощности УМЗЧ превышать нельзя (во избежание введения материала магнитопровода в насыщение), то и анодное напряжение питания ламп выходного каскада следует ограничить в соответствии с приведенными ниже расчетами.На лампе, если она пентод или луче вой тетрод, при наибольшей амплитуде тока минимальное падение напряжения — примерно 40...60 В Стало быть, имеет смысл использовать трансформаторы TH в двухтактных УМЗЧ лишь на пентодах, типовой режим которых нормирован при напряжении 180 + (40...60) = 220...240 В.Такие лампы отечественного производства есть: это пентодные части комбинированных 6ФЗП и 6Ф5П, а также лампы 6П18П. 6П41С, 6П43П. предназначенные для работы в выходном каскаде кадровой развертки телевизоров, и более мощные лампы 6П36С, 6П42С, 6П44С, 6П45С из блоков строчной развертки. На триодах с небольшой крутизной, применяемых в выходных каскадах УМЗЧ, в открытом состоянии падает напряжение значительно больше, приблизительно 100... 140 В. Стало быть, если использовать трансформаторы из серии TH в таком каскаде, следует ориентироваться на напряжение анодного источника питания: 180 + (100... 140) = 280... 320 В.
Это очень близко к типовому режиму лампы 6С4С. Такое значение оптимально и для распространенных пентодов и лучевых тетродов в триодном включении, таких как 6П14П, 6ПЗС, в этом случае их анодное напряжение фактически ограничено допустимым напряжением на экранной сетке.Увеличение анодного напряжения сверх указанных значений приведет лишь к увеличению рассеиваемой мощности на анодах ламп, но не даст прироста выходной мощности усилителя. Лампы с большим номинальным током анода предпочтительнее использовать при более низком анодном напряжении.
Приведенный выше расчет соответствует номинальной рабочей частоте трансформаторов — 50 Гц. на которой достигается максимальная мощность.Для домашнего любительского усилителя это вполне приемлемая нижняя граничная частота полосы звуковоспроизведения. Хотя далеко не всегда усилитель используется до своей максимальной мощности, а при меньших уровнях сигнала нижняя граница частотного диапазона трансформатора снижается линейно! Будем считать, что выполнив ограничения, связанные с приведенными выше расчетами, можно обеспечить вполне приемлемое качество звучания с таким усилителем.
Теперь посчитаем, какую максимальную мощность УМЗЧ можно получить с трансформатором серии TH и какие параметры он обеспечит, если использовать его как выходной в двухтактном усилителе.У большинства таких трансформаторов имеются четыре выходных обмотки на напряжение по 6,3 В, две из которых имеют отводы для получения и 5 В. Увы, не все они одинаковы по току нагрузки. У некоторых из трансформаторов мощными оказываются лишь три обмотки, а то и две.
В табл. 1 представлены важные для использования в УМЗЧ параметры трансформаторов серии TH при различном соединении их вторичных обмоток, соответствующих различному выходному напряжению и приведенному к первичной обмотке сопротивлению нагрузки Raa. При этом первичная обмотка полностью включена в анодную цепь выходных ламп двухтактного усилителя и амплитуда напряжения на ней (разумеется, на частоте 50 Гц) Uaa= 360 В, что соответствует эффективному значению 254 В (2x127 В).
Таблица 1
Это расчетные параметры, которые можно получить при номинальных значениях напряжения на частоте 50 Гц. Разумеется, чтобы обеспечивать в своих выходных обмотках указанные значения тока нагрузки, выбранный трансформатор должен быть в полтора-два раза мощнее, поскольку через провод первичной обмотки еще протекает и постоянный ток покоя ламп. На более низких частотах возможно насыщение материала магнитопровода, тогда трансформатор будет вносить искажения. Автор измерил индуктивность первичных обмоток имеющихся у него трансформаторов при их последовательном включении (127+127 В), соединив выводы 3 и 4, а на выводы 1 и 6 подав напряжение 220 В 50 Гц. Результаты измерений приведены в табл. 2.
Таблица 2
Разброс значений индуктивности для трансформаторов одного типа оказался весьма невелик; с некоторой долей приближения можно считать эти значения типовыми, вполне достаточными для выходных трансформаторов. Например, для нижней частоты 50 Гц (длительный рабочий режим трансформатора) при выходной мощности 80 Вт и Rаа = 813 0м (строка 16 табл. 1), при спаде АЧХ 3 дБ требуемая индуктивность Lаа составит: 813/(2π50) = 2,6 Гн, что с огромным запасом обеспечивает самый мощный трансформатор ТН61.При меньшей мощности, например, для режима с максимальной выходной мощностью 16 Вт и приведенным сопротивлением нагрузки в анодной цепи Raa= 4043 Ом (строчка 6 табл. 1), минимальное значение индуктивности Laa составит 4043/(2π50) = 12,9 Гн, что также обеспечивают все трансформаторы меньшей мощности (ТНЗЗ—ТН51).
Реально трансформаторы серии TH, включенные двумя половинами своей сетевой обмотки между анодами ламп двухтактного каскада, смогут работать на звуковых частотах не ниже 40 Гц. При амплитуде напряжения Uaa примерно 360 В (полное использование по напряжению первичной обмотки трансформатора) и частоте сигнала менее 40 Гц возникают искажения, обусловленные насыщением магнитопровода.Ну и конечно, лампы должны обеспечить соответствующую мощность выходного каскада! Применять здесь нужно исключительно "токовые” лампы, характеризующиеся относительно низким номинальным анодным напряжением, поскольку поднимать его выше рассчитанного значения просто нецелесообразно.
В табл. 3 представлены результаты расчета режимов выходных каскадов УМЗЧ на "токовых" лампах. Несколько замечаний к этой таблице по параметрам некоторых ламп.
Таблица 3
В справочниках представлены весьма противоречивые сведения о лампе 6П36С. При токе накала 2 А (почти как у 6П42С) она обеспечивает импульс анодного тока до 700 мА. Имея гораздо больше, чем у 6П44С, поверхность анода и крупнее баллон, она должна рассеивать и большую мощность. Однако лишь в одном справочнике было найдено для нее значение Ра= 17 Вт (почти везде — 12, как и у 6П18П, что очень странно). Похоже, что в лампе остались какие-то технологические недоработки и ее разработчики ввели эти ограничения.Лампа 6П44С выполнена наиболее оптимально из всех перечисленных. Имея небольшой размер баллона (такой же, как и у 6П41 С), она позволяет рассеивать на аноде в полтора раза большую мощность и обеспечивает в полтора раза больший импульс анодного тока при токе накала, всего на 23 % большем, чем у 6П41С. Вероятно, это достоинство привело к появлению варианта 6П44СМ специально для УМЗЧ — без верхнего анодного вывода, с октальным цоколем и цоколевкой, аналогичной лампе 6ПЗС.Лампа 6П45С может обеспечить импульс анодного тока до 1,4 А (при Ua min = 50 В и Ес2= 200 В) на громких пиках музыкального сигнала, но не синусоидального. Однако такой режим не оговорен в справочниках и опробовать его в реальной конструкции предоставляется самим радиолюбителям. Для этого режима можно ориентироваться на расчетное значение Raa = 480 Ом и ожидаемую пиковую выходную мощность двухтактного усилителя Рвых = 94 Вт. При использовании трансформатора ТН61-127/220-50 подключить нагрузку сопротивлением 4 Ом можно, соединив вторичные обмотки в соответствии с комбинацией 14 из табл. 1. Разумеется, источник анодного питания должен обеспечивать постоянство питающего напряжения 200 В при кратковременных всплесках потребления до 1 А и емкости конденсатора RC-фильтра не менее 1400 мкФ. "Токовые” лампы категорически не рекомендуется использовать при более высоком напряжении, поскольку из-за ограничения мощности рассеяния на аноде они не смогут полностью реализовать свои токовые возможности.
Цоколевки упомянутых здесь телевизионных "токовых" и некоторых усилительных ламп приведены на рис. 1.
Рис.1
В качестве иллюстрации к использованию трансформаторов серии TH в двухтактных ламповых УМЗЧ ниже представлено три различных варианта схемных решений. Хотя все эти устройства могут быть выполнены как вполне работоспособные моноблоки, их не надо рассматривать как законченные конструкции. Рабочие макеты этих усилителей — прекрасные инструменты для дальнейших экспериментов радиолюбителей и инженеров-разработчиков. Главная цель статьи — показать многообразие схемных решений и широкие возможности использования унифицированных сетевых трансформаторов.
Принципиальная схема первого варианта УМЗЧ с унифицированными трансформаторами серий TH и ТАН показана на рис. 2.
Рис.2
Схема классическая и в подробном описании не нуждается. В качестве предварительного усилителя и фазоинвертора использован дифференциальный каскад, в котором один из входов соединен с общим проводом. Ток анода каждого триода — 1,45 мА. Коэффициент усиления каскада от входа до каждого из двух выходов — 25. Лампы выходного каскада работают с автоматическим смещением в режиме класса АВ; баланс тока в плечах устанавливают за счет небольшого (±1,5 В) изменения сеточного смещения. Чувствительность усилителя при максимальной выходной мощности — 0,45 В (эфф.).
Блок питания выполнен на трансформаторе серии ТАН с мостовым полупроводниковым выпрямителем и П-образным LC-фильтром. Для низковольтных "токовых" ламп использование в выпрямителе полупроводниковых диодов вместо кенотронов предпочтительнее. Для моноблока пригодны трансформаторы ТАН2, ТАН 14, а для двухканального усилителя — ТАН28, ТАН42.
Поскольку и предварительный и выходной каскады по схеме симметричны (парафазны), отпадает необходимость в положительном смещении цепи накала относительно катода для уменьшения фона. Однако при желании еще более уменьшить фон такое смещение можно организовать, включив между резистором R18 и точкой соединения элементов R7, С2 дополнительный резистор сопротивлением 300 кОм и мощностью 0,5 Вт. Образованный делитель напряжения придаст цепи накала ламп потенциал около +52 В. Таким образом, паразитные диоды между подогревателями и катодами, через которые переменная составляющая тока фона попадает в катодную цепь лампы, будут закрыты в предварительном каскаде смещением -32 В, а в выходном — -36 В. Параметры усилителя по этой схеме приведены в первых двух строчках табл. 4.
Таблица 4
При замене ламп 6ФЗП на 6Ф5П следует иметь в виду различие в цоколевке этих ламп и соединении обмоток выходного трансформатора. Надо заметить, что оставшиеся не подключенными обмотки 7-8 и 9-10 могут оказаться полезными для оптимального согласования выхода УМЗЧ с головками СЧ и ВЧ, нередко отличающимися по сопротивлению и мощности, а также для четырехпроводного подключения головок двух или трехполосного громкоговорителя.
В усилителе можно применить и пентоды 6П18П, 6П43П, а дифференциальный каскад фазоинвертора выполнить на двойном триоде 6Н23П; такая схема показана на рис. 3.
Рис.3
Здесь использованы трансформаторы других типономиналов и для лучшей линейности предварительного каскада почти в два раза увеличено напряжение анодного питания.Ток анода каждого триода дифференциального каскада выбран равным 6,25 мА. Коэффициент усиления такого каскада (до каждого из парафазных выходов) примерно равен 14. Чувствительность усилителя при максимальной выходной мощности — 0,8 В (зфф.). При желании в обоих УМЗЧ можно сделать входы симметричными: противофазный входной сигнал следует подать на сетку правого по схеме триода через имеющийся конденсатор (СЗ), отсоединив его нижний по схеме вывод от общего провода.Блок питания отличается от предыдущего варианта (см. рис. 2), и в нем рекомендую использовать трансформаторы ТАН4, ТАН17 для моноблока усилителя и ТАН31, ТАН45 — для двухканального усилителя. Выходной каскад питается от двухполупериодного выпрямителя, образованного двумя диодами моста (их аноды соединены с общим проводом), а напряжение +200 В снимается со средней точки анодной обмотки. Сглаживающий фильтр аналогичен примененному в предыдущем варианте УМЗЧ. Предварительный каскад питается повышенным напряжением +370 В от выпрямителя на диодах моста VD1, чтобы за счет увеличения сопротивления резистора в общей катодной цепи обеспечить высокую линейность усиления и лучшую симметрию.Частотный диапазон УМЗЧ на уровне половины максимальной мощности (-3 дБ) — 40...25000 Гц.Изменяемые параметры усилителей по схемам на рис. 2 и 3 сведены в табл. 4.
В усилителях, описываемых в этой статье, можно использовать резисторы ВС, МЛТ, С2-33 и подобные импортные; конденсаторы — оксидные Jamicon, К50-32, К50-26, в качестве разделительных — пленочные К78-2, К73П-2 или аналогичные импортные. Рекомендуется оксидные конденсаторы в анодных и катодных цепях ламп зашунтировать пленочными К78-2 или (из старых) КСО, КБГИ на напряжение не менее 500 В.На рис. 4 изображена схема двухтактного УМЗЧ с "телевизионными" лампами.
Рис.4
Предварительный усилитель в этом устройстве выполнен двухкаскадным. Режим первого каскада усиления на триодной части лампы 6Ф1П выбран близким к типовому с анодным током 10 мА при напряжении на аноде 96 В. Коэффициент усиления каскада равен 7. Фазоинвертор выполнен по схеме дифференциального усилителя на двойном триоде 6Н23П с источником тока в общей катодной цепи. В качестве источника тока использована пентодная часть лампы 6Ф1П. Ток анода каждого триода составляет 6,25 мА. Коэффициент усиления — 14. Таким образом, общий коэффициент предварительного усилителя составит 98.
Чувствительность этого УМЗЧ при максимальной выходной мощности относительно высока — 0,23 В (зфф.).
Поскольку анодное питающее напряжение усилителей с трансформаторами серии TH ограничено в соответствии с вышеприведенными расчетами, а параметры ламп для блоков кадровой и строчной разверток во многом ‘преемственны", представляется возможным для ламп 6П36С, 6П41С, 6П42С, 6П44С, 6П45С разработать единую схему усилителя. Различными окажутся лишь параметры некоторых пассивных элементов, варианты соединения вторичных обмоток и типономиналы сетевого и выходного трансформаторов. Разумеется, потребляемый от блока питания ток и выходная мощность усилителей окажутся также существенно разными.В качестве выпрямителя анодного питания для усилителя на "токовых" лампах лучше использовать диодный мост, после которого установлен сглаживающий LC-фильтр. Такой выпрямитель, по сравнению с кенотронным, обеспечит лучшую стабильность низкого анодного напряжения при больших токах нагрузки, а анодные токи в этих усилителях будут весьма значительные. Резистор R22 в цепи минусового вывода диодного моста VD2 ограничивает ток зарядки конденсаторов С9,С10 фильтра и после включения усилителя должен быть замкнут контактами выключателя SA2 или реле, но не ранее чем через 5 с.Изменяемые при замене ламп параметры усилителя по схеме рис. 4 сведены в табл. 5.
Таблица 5
Баланс выходного каскада в небольших пределах регулируют с помощью подстроечного резистора R19 в цепи экранных сеток. Предварительно выставив этим резистором одинаковые значения тока ламп в режиме покоя, окончательную perулировку симметрии каскада надо провести при номинальном сигнале по минимуму нелинейных искажений.При монтаже усилителей необходимо помнить, что трансформаторы ТАН31, ТАН45, ТАН59 с броневым магнитопроводом и ТАН73, ТАН108 со стержневым имеют различную нумерацию выводов.Можно также попробовать для "токовых" ламп и триодное включение, соединив экранную сетку с анодом, так как их типовой режим предусматривает одинаковое напряжение питания анода и экранной сетки.Если выходной каскад перевести в режим класса А (при снижении выходной мощности в два раза) с автосмещением — с общим резистором в катодах сопротивлением 140 Ом для 6П44С,на этом резисторе будет рассеиваться 6,6 Вт, поэтому надо соединить параллельно четыре двухватных резистора по 560 Ом. Разумеется, следует скорректировать снижение анодного питания на 30 В (напряжение смещения), включив последовательно с анодными обмотками освободившиеся обмотки с выводами 11-12 и 20-21. Таким образом, при автосмещении напряжение питания анода увеличится приблизительно до 230 В. Однако нужно проверить напряжение питания предварительного каскада, чтобы оно не превысило предельное значение 450 В для оксидных конденсаторов. Лишнее напряжение погасит резистор сопротивлением 2,4 кОм (1 Вт), включенный между плюсовым выводом анодного моста и конденсатором фильтра. Аналогично включен гасящий резистор (R8) на схеме рис. 3.
Эта же схема обеспечит получение необходимого усиления и размаха выходного напряжения фазоинвертора для раскачки ламп типа 6С4С. Трансформаторы TH предоставляют широкие возможности в проектировании двухтактных ламповых усилителей. Экспериментируйте!
С. Комаров, г. Москва |
