Ламповый Classic
Андрей Мищенко, г. Новая Каховка, Херсонская обл.
Устройство представляет собой классический ламповый усилитель {рис.1).
Конструкция и идейная концепция в большинстве навеяны подходом к построению усилительных устройств 30-60-х годов прошлого века. Я считаю, что почти все в этой области было уже придуман, испытано, разработано, изготовлено в этот промежуток времени становления и расцвета ламповых звукоусилительных устройств. В конструкцию была заложена идея работы с разными типами ЭВП, все они являются типовыми широкоизвестными лампами для УЗЧ.
Простота схемы и минимум элементов, на мой взгляд, наиболее реально покажут, на что способна ламповая схемотехника родом из 50-х. Конструктивная возможность быстрой смены относительно большого количества ламп, при сохранении прочих равных условий, делает возможным проведение объективного сравнительного прослушивания. Да и в процессе эксплуатации очень удобно «подобрать лампу» для разных музыкальных жанров, или даже под настроение. Причем никаких изменений в схеме производить не нужно: просто переставить лампы буквально на ходу, и переключив с помощью тумблеров отводы анодной обмотки силового трансформатора, установить необходимое анодное напряжение.
Благодаря схожей цоколевке ламп (рис.2) и вполне очевидному включению катодных цепей, в выходном каскаде можно использовать прямонакальные триоды и лампы косвенного накала подобной цоколевки. Лампы, пригодные к использованию в данном УЗЧ: входные 6Н9С, 6Н8С, выходные 6С4С, EL34, 6ПЗС, 6Ф6С, 6П6С и их разновидности. Такой подход, конечно же, требует неизбежных компромиссов, это касается и режимов ламп, и несколько неоптимального Ra выходного трансформатора, но достижение максимальной выходной мощности не является главным приоритетом данной конструкции.
На общем шасси размещено два канала однотактных усилителей мощности (рис.3) и общий ИП. Входной каскад на двойном триоде по схеме «на сопротивлениях», регулятор уровня (громкости) — без затей, это БРИГовский «дискретник», включенный по схеме L-аттенюатора. Включение выходных ламп триодное, смещение автоматическое.
Классическая схемотехника задает в качестве выпрямительного элемента кенотрон, хотя его применение продиктовано не только историческими параллелями. Известно, что трансформаторы хорошо работают с синусоидальной формой тока, а выпрямитель — не самая наилучшая нагрузка, наличие емкостного фильтра приводит к резкому повышению импульсов зарядного тока, тем более, что усилитель у нас работает в классе А, постоянно потребляя максимальную мощность. При некоторых неблагоприятных условиях это может привести к излучению помех, вызванных насыщением трансформатора на вершинах синусоид, причем спектр может быть достаточно широк и попасть в виде помехи в полезный сигнал. Полупроводниковые диоды в момент переключения также являются источниками ВЧ помех. Не следует забывать и то, что в схему заложена возможность работы с прямонакальными триодами 6С4С — это еще один паразитный канал проникания помех (в цепь накала). Кенотрон имеет относительно высокое внутреннее сопротивление, которое способствует ограничению импульсов зарядного тока и не имеет обратных токов полупроводниковых диодов, его применение решает большинство упомянутых проблем.
Питание усилителя общее для обоих каналов, выпрямительный элемент кенотрон 5ЦЗС, допустимо и 5Ц4С (рис.4).
Фильтр — обычный CLC, общий для обоих каналов. Для меня важнее излишне не «раздувать» источник, поэтому решено было применить выпрямитель и фильтр общий, который на минимальном, но вполне достаточном уровне обеспечивает необходимое затухание между каналами. Дальнейшее улучшение этого параметра достигается изготовлением усилителей в разных корпусах, на мой взгляд это нецелесообразно.
Трансформатор питания установлен в nep-маллоевом экране, его тип ОСД1-0.3, катушка имеет шесть обмоток и два статических экрана из медной фольги. Экраны уложены между ~220В сетевой и анодной -первый, между анодной и накальными — второй. Наличие экранов эффективно подавляет помехи из электросети, что важно также и для питания накалов прямо-накальных ламп. Количество витков анодной обмотки подобрано для EL34 с Еа 400 — 420 В при токе 2 х 70 мА, отвод для работы с 6С4С и клонов 6ПЗС на 360 — 380 В, 300 — 320 В для 6Ф6С, 6П6С. Накальных обмоток четыре: для кенотрона 5 В, две для накала выходных ламп, и отдельная для входной лампы. Точное количество витков сказать трудно, трансформатор в процессе макетирования перед полной сборкой был многократно скорректирован, количество витков на вольт примерно 3,7, диаметр провода первичной, обмотки 0,75 мм, анодной 0,35 мм, накалы выходных ламп и кенотрона 1,5 мм, входной 0,75 мм.
Колодка сетевого питания стандартная трехштырьковая, от старой оргтехники, имеет встроенный фильтр — эффективное средство борьбы с помехами из электросети.
Металлическое шасси усилителя и все крупногабаритные элементы, установленные на нем, не имеют соединения с шиной GND собственно усилителя, а подключены к среднему выводу колодки питания. Вся остальная аппаратура у меня модернизирована подобным образом, что значительно уменьшает напряжение помехи на межблочном кабеле и элементах усилителя независимо от того, пришла ли она из электросети, либо наведена мощными внешними электростатическими или магнитными полями.
Выключатель питания — поворотный «галетник» — одновременно чисто механически выполняет функцию плавного поэтапного запуска усилителя. В первом положении включения сетевое напряжение на силовик поступает через резистор R20 сопротивлением 91 Ом (15 Вт), это исключает бросок тока через нити накала ламп, плавно нарастающее переменное напряжение, выпрямленное кенотроном, заряжает первую емкость фильтра С9. Благодаря полученной с помощью R20 задержки облегчается пусковой ток кенотрона, что немаловажно при работе на относительно большую емкость фильтра. Во втором положении переключателя R20 замыкается, получаем номинальные переменные напряжения вторичных обмоток силового трансформатора, в третьем (рабочее положение) замыкается цепь дросселя L1 и на схему подается номинальное напряжение анодного питания. Для эффективной работы переключать следует с интервалами в несколько минут. Конденсаторы С14, С15 и резистор R16 подавляют индуктивные выбросы в дросселе и силовом трансформаторе, исключая искрение на контактах галетника в моменты переключения. Резисторы R17, R18 не допускают чрезмерного повышения напряжения на С9 в процессе процедуры запуска. В остальном схема стандартна и особенностей не имеет.
Для выходных трансформаторов использовано железо и конструктив «силовиков» блоков питания вычислительной техники производства ГДР 1975 г. Сердечник набран из пластин толщиной 0,35 мм, которые предварительно подрезаны для получения стандартных ШI пластин (изначально они были Фпр).
С помощью специально изготовленных струбцин пластины были собраны в пакеты, выровнены и пришлифованы на наждачном кругу для удаления заусениц после обрезки и идентичности размеров. Размеры пластин примененного железа 104×104 мм, пластины мягкие из светлой стали покрыты только с одной стороны прочным зеленоватым лаком, при сборке сердечника важно положить их лаком в одну сторону. Толщинанабора 55 мм, ширина среднего стержня 34 мм, окно 67 мм х 16 мм, каркасы набраны из гетинакса.
В качестве немагнитной прокладки я неожиданно нашел интересный материал — изоляционная прокладка от устаревших автомагнитол, она обычно слегка приклеена к нижней крышке корпуса и защищает от замыкания металл и пайки на печатной плате. Материал напоминает гетинакс, толщина его 0,2 мм, не боится температуры и деформаций, одной такой «крышки» в аккурат хватает на пару трансформаторов. Подобной толщины плотный электрокартон или гетинакс сейчас найти довольно трудно.
О намотке выходных трансформаторов несколько подробнее. Заинтересовавшись ламповой звукоусилительной техникой, я сразу понял, что трансформаторы для своих нужд лучше изготавливать самостоятельно (опыт в намотке/перемотке уже был). С помощью простого самодельного моточного станка было намотано и испытано немало выходных трансформаторов РР и SE, силовиков, дросселей. Эксперименты и испытания собственных выходных трансформаторов и промышленных экземпляров привели к несколько необычному «рецепту» схемы намотки.
Сложные ТВЗ со специальной схемой намотки необходимы для ламповых усилителей повышенной мощности и экономичности, особенно это актуально в энергетически выгодных режимах работы класса «В» двухтактных ламповых УНЧ. Достижение высоких, очень часто только измеряемых, параметров не в последнюю очередь добиваются с помощью общей ООС, глубина которой ограничивается, как известно, качеством выходных трансформаторов. Для обеспечения устойчивой работы в петле ОООС, требования к таким основным параметрам, как фазовые искажения и полоса пропускания ТВЗ значительно превосходят минимально необходимые для звуковоспроизведения, моточные изделие получаются сложными и нетехнологичными, что затрудняет их изготовление в любительских условиях.
Однотактные усилители, как правило, не проектируются для больших выходных мощностей, высокая линейность три-одного оконечного каскада, принципиально работающего в классе «А», наличие подмагничивания в сердечнике делает применение общей ООС необязательным и даже вредным. Относительно небольшую выходную мощность таких УНЧ для достижения необходимой громкости компенсируют использованием громкоговорителей с высокой отдачей, в специфическом акустическом оформлении. Такие АС в большинстве обладают относительно ровным импедансом в НЧ области, что снижает требования по коэффициенту демпфирования — еще один повод «необязательности» ООС. Все сказанное привело меня к мысли упрощения ТВЗ. Отказ от секционирования позволил получить еще несколько преимуществ, особенно в условиях любительского изготовления. Неизбежное ухудшение связи между обмотками ослаблено за счет выбранного сердечника — он имеет узкое и длинное окно, отсутствие спаек между выводами секций, особенно толстого провода вторич-ки, повысили общую надежность и исключили возможность ошибок при намотке. Катушка, состоящая из двух цельных кусков провода, это тоже большой плюс. Отсутствие дополнительной высоковольтной изоляции между секциями первички и вто-рички дополнительно дает более 15% обьема окна. Теперь выгоднее мотать вторичку первой, при этом длина витка получается минимальной, минимальным получается и активное сопротивление; учитывая это, я смело мог несколько уменьшить диаметр провода вторички, роено укладывая его в три слоя, тем самым еще освободив дополнительно место в окне. В сравнении с классическим методом намотки ТВЗ, удалось намотать расчетное количество витков более толстого провода первички. В ТВЗ описываемого усилителя такое же количество витков провода 0,31 мм уложено вместо едва вмещавшегося 0,25 мм при обычной намотке, причем активное сопротивление уменьшилось с почти 400 до 270 Ом.
Итак, вторичка имеет три слоя провода 1 мм по 60 витков в слое. Первичная — двадцать четыре слоя провода 0,31 мм по165 витков в слое, изоляция между слоями — конденсаторная бумага 0,03 мм, между обмотками двойной слой лакоткани оставшейся от размотки этих же трансформаторов.
Расположение выводов обмоток имеет немаловажное значение — начало вторички по ходу намотки это горячий выход, конец вторички подключен к клемме (-) и на GND УМ, вывод начала первичной подключен к Еа, вывод конца обмотки к аноду выходной лампы. Количество слоев изоляционной бумаги не равно в слоях первички, начиная с двух слоев через каждые шесть слоев в изоляцию добавляется еще слой, т.е. количество слоев изоляции, перед последними шестью слоями первички уже составляет 6 слоев конденсаторной бумаги. Такая схема намотки приводит к максимальному подавлению внутренних резонансов на ВЧ в ТВЗ и однозначно благотворному влиянию на характер звучания УНЧ в целом. Параметры ТВЗ: индуктивность первички при токе 50 мА 30 Гн; при амплитуде напряжения, соответствующей 10% номинальной мощности (6 Вт для EL34 и 3 Вт для 6ПЗС) на активной нагрузке 8 Ом завал АЧХ на частоте 13 кГц -0,5 дБ, 18 кГц — 3 дБ, 30 кГц -6 дБ.
Конструкция и шасси. Усилитель задумывался как надежное стабильное устройство для продолжительной эксплуатации, поэтому изготовлению шасси и расположению элементов уделено особое внимание. Конструкция устройства открытого типа, с лампами, крупногабаритными элементами, органами управления и коммутации расположенными сверху, это не только дань моде, для примененных типов ламп так обеспечивается наилучшее охлаждение. Основу корпуса являет рамка из дуба высотой 75 мм толщиной 25 мм, внешними размерами 250×480 мм. Внутри по периметру выбрана «четверть», в которую вставлена фальшпанель из 3 мм дюралюминия.
На фальшпанели сверху размещены трансформаторы, выходные/входные клеммы, колодка предохранителя и сетевого питания, тумблеры переключения анодного напряжения, вырезаны отверстия для ламп, просверлены отверстия для валов выключателя питания и регулятора входного сигнала, шлицов подстроечников в накалах 6С4С.
Силовой трансформатор заключен в экран и крепится к фальшпанели с помощью резиновых втулок — амортизаторов, выходные трансформаторы притянуты через картонные прокладки винтами М4, причем под винты одеты карболитовые фигурные втулки (применяемые обычно для изоляции фланцев мощных транзисторов от теплоотвода), что исключает замыкание пластин сердечника на винты и шасси. Обе панели перед сборкой загрунтованы и окрашены запекаемой автоэмалью.
Расположение элементов на шасси (рис.7) имеет большое значение. В расчет принимается и минимальная длина всех проводников, и отсутствие возможных нежелательных взаимосвязей между элементами. Наиболее чувствительная к поме хам, входная часть расположена на противоположной стороне шасси от силового трансформатора и кенотрона — элементов, имеющих максимальные амплитуды переменных магнитных и электрических полей. Входные клеммы расположены непосредственно у регулятора уровня, а он вблизи входной лампы. Под фальшпанелью, на 6 мм глубже, с помощью втулок и угольников закреплена основная «монтажная» панель, она меньшего размера, изготовлена также из 3 мм дюралюминия. Для снижения наводок все нахальные провода свиты и расположены в полости между панелями. На нижней крышке и 8 углу деревянного основания возле входной лампы и регулятора приклеена медная фольга, соединенная с GND шасси — это еще один дополнительный экран.
На монтажной панели закреплены практически все малогабаритные элементы усилителя, ламповые панели, выключатель питания, регулятор уровня и входные гнезда.
Данный конструктив имеет и чисто технологический смысл. Известно, что все вокруг ламп прилично нагревается в основном за счет излучения тепла анодами ламп. Фальшпанель в этом случае является еще и тепловым экраном, что значительно снижает температуру монтажной панели со всеми расположенными на ней элементами, это увеличивает эксплуатационную надежность устройства и стабильность параметров во времени, кроме того, снижается температура ламповых панелей и, главное, контактов — «лир» в них. Этому моменту я бы уделил некоторое внимание, многие конструкторы-любители иногда неоправданно много внимания уделяют подбору проводов, конденсаторов, резисторов и т.п., постепенно это обрастает всякими несуразицами. Согласен, качество и тип элементов сильно влияют на звучание усилителя, но есть белые пятна, оставленные без внимания. Возьмем, например, цепь от анода лампы до точки соединения с анодным резистором: проволочный медный вывод внутри баллона приварен к аноду, далее выходит через стекло и запаивается к торцу никелированной латунной трубочки — ножки, затем механический контакт с посеребренной лирой панельки и через пайку к выводу внешнего элемента. В конструкции октальной лампы, увы, изменить ничего не удастся, остается уделить внимание внешнему механическому контакту.
Перед монтажом следует разобрать панельки, вынув лиры, (я использовал панели 1968 г. в.), серебрение на лирах давно превратилось в черный окисел. Лиры следует разогнуть и тщательно ластиком вычистить до блеска, ни в коем случае не использовать наждачную бумагу! После этого серебрянооловя-ным припоем и кусковой канифолью следует облудить лиры заново. Необходимо внимательно следить за температурой паяльника, чтобы полуда легла равномерным тонким и однородным слоем. Проделав такую процедуру со всеми лирами, необходимо на некоторое время погрузить их в небольшую емкость со спиртом и хорошенько промыть, взбалтывая. Все лиры тщательно вытираются от остатков промывки и устанавливаются в панельки. В монтажной панели намеренно профрезерованы отверстия такого диаметра, чтобы керамические панельки с трудом вставлялись в них, края отверстий смазаны теплопроводной пастой КТП-8 для максимально возможного отвода тепла.
У переднего среза монтажной панели просверлено десять отверстий диаметром 12 мм, а противоположный срез смазан пастой КТП-8. В самой монтажной панели у переднего края просверлено десять отверстий диаметром 10 мм, а противоположный открыт совсем, это улучшает циркуляцию воздуха, протекающего через диаметральные отверстия вокруг ламп в фальшпанели,дополнительно способствуя снижению температуры внутри шасси.
Монтаж схемы усилителя навесной с использованием карболитовых стоечек-лепестков и контактных планок. • В устройстве почти не используются такие материалы, как пластик или ПВХ-изоляция, эти материалы не следует использовать в ламповых устройствах: нагреваясь, они газят хлором и прочей «таблицей Менделеева», что приводит к разрушению контактных соединений. Для внутренних соединений применен многожильный монтажный провод 0,75 мм2 во фторопластовой изоляции.
Пайка соединений выполнена серебрянооловяным припоем, места паек покрыты лаком. После сборки и отладки все проводники увязаны в жгут обычной хлопчатобумажной ниткой, натертой церезином, как показано на рис.7. Корпус усилителя закрыт снизу крышкой из ДВП с перфорированными отверстиями для охлаждения.
Все перечисленные мероприятия привели к однозначному положительному результату, усилитель после сборки и наладки эксплуатируется более года, время от времени с интервалами в месяц — два проверка режимов по постоянному току не показывает каких-либо значимых отклонений.
Субъективное восприятие музыкальных программ не вызывает сомнений в правильности подхода к схемотехнике и конструированию.
Конструктивная невосприимчивость к помехам и наводкам, высокая стабильность параметров, также прямо и косвенно приводят к улучшению звукопередачи.
Усилитель, конечно же, имеет и недостатки, специфичные для подобных устройств: ламповый окрас проявляется более или менее с разными лампами, невысокая выходная мощность и низкий коэффициент демпфирования приводят к необходимости применения специфических АС. Но в отличие от своих высококачественных транзисторных собратьев, Classic, не являясь высокоточным устройством масштабирования входной мощности, превосходит своей «художественностью» и деликатностью в обращении со звуковым материалом. Замечания по схеме и режимы.
Усилитель предназначен для работы непосредственна, от линейного выхода стационарного CD проигрывателя. Входную лампу лучше устанавливать для EL34 — 6Н8С, для остальных 6Н9С, или комбинировать, как больше понравится. Питание накала триода 6С4С осуществлено переменным током, как и всех остальных ламп, а минимума фона добиваются подстройкой резистора R9.
Коротко о примененных компонентах: катодные шунтирующие конденсаторы С1, СЗ, С4 от Philips, разделительные С2 КБГ-М 1956 г.в., блокировочные по питанию входных/выходных каскадов С7 пленочные Wima MKT, С6 — КБГ-М. Электролиты в питании С8, С9 Samsung, С5 Hitachi. Резисторы в обвязке входной лампы ПТМН 0.5 +-2%, остальные ОМЛТ-1. В катодах выходных ламп керамические на 5 и 10 Вт, a R9 — проволочные подстроечники ППБ-3. Режимы ламп при корректных напряжениях источника питания устанавливаются автоматически и соответствуют техническим условиям.
Радиохобби 4/2008