Универсальный усилитель HI-FI мощностью 15 Вт

Информация о материале
Категория: Radioamator
Опубликовано: 04.03.2021, 07:45
Автор: Grzegorz Makarewicz
Просмотров: 6231

Универсальный усилитель HI-FI мощностью 15 Вт.
Radioamator, Rok X, kwiecień 1960, Nr 4 (Радиолюбитель, год X, апрель 1960 года, № 4)

Редакция: Следующее описание относится к системе, модель которой была построена по нашему поручению и практически протестирована проектировщиком.

Описанный здесь усилитель идеально подходит в качестве оконечного усилителя мощности для воспроизведения музыки с пластинок или кассет в квартире. Также подходит для трансляции танцевальной музыки в средних залах и клубах.

Строительство простое; его может выполнить любой радиолюбитель с базовыми теоретическими и практическими знаниями.

Выходной каскад мощности.

Из-за необходимости получить мощность не менее 10 Вт с очень низкими нелинейными искажениями, я решил использовать усилитель конечного каскада в двухтактной системе с отрицательной обратной связью в экранирующей сетке. Это называется «Ультралинейная» система. Напряжение обратной связи в этой системе получается от ответвлений или от отдельных обмоток выходного трансформатора. Изменяя отношение переменного напряжения экранирующей сетки к анодному переменному напряжению, мы меняем условия работы торцевых ламп. При этом соотношении, равном единице, трубки работают как триоды, так как экранирующие решетки соединены с анодами, а при равном нулю соотношении они действуют как пентоды (рис. 1).


Рис. 1. «Ультралинейная» система.

Для отношений с промежуточными значениями схема имеет ряд преимуществ перед двухтактными схемами, как с триодами, так и с пентодами, и, прежде всего, меньшее количество нелинейных искажений при больших и малых сигналах за счет низких потерь мощности. Более того, такая обратная связь значительно снижает внутреннее сопротивление системы.

Для ламп EL34 наиболее выгодным будет отключение на 20% (Usz / Ua = 0,2, конечно, со стороны источника питания).

«Ультралинейная» схема с лампами EL84 дает примерно вдвое меньше нелинейных искажений по сравнению с традиционной двухтактной схемой с меньшей мощностью на 10%. «Ультралинейная» схема требует особой конструкции выходного трансформатора.

Выходной трансформатор.

Обе половины анодных обмоток трансформатора следует разместить симметрично, разделив окно на две секции, каждая по одной половине анодной обмотки. Дисбаланс сильно влияет на фазовые сдвиги и разницу амплитуд между анодным током и напряжением экрана, поэтому даже гармоники более высоких частот могут не выдержать.

На рис.2 представлена ​​схема обмоток такого трансформатора, а на рис.3 показано расположение обмоток.


Рис. 2. Схема обмоток выходного трансформатора.
Первичная обмотка: медный провод 0,18 мм, покрытый эмалью.
Вторичные обмотки: медный провод 0,75 мм в эмали.


Рис. 3. Расположение обмоток на корпусе выходного трансформатора (стрелки указывают направления намотки)

Я использовал сердечник с размерами, указанными на рис.4.


Рис. 4. Размеры сердечника выходного трансформатора.
Сечение жилы (эффективное) 7,9 см2, композитная жила без зазора.

Конечно, можно использовать и другой сердечник, если его поперечное сечение достаточно велико и обмотки помещаются в его окно.

Фазоинвертор.

В современных усилителях с двухтактным выходом реверс фазы происходит без помощи трансформатора или дросселя, потому что ступень фазоинвертора иногда подвергается отрицательной обратной связи, а цепи, содержащие индуктивности, не позволяют использовать достаточно сильную обратную связь.

Существует несколько схем фазоинвертирующих ламп, из которых я выбрал схему, показанную на рис.5.


Рис. 5. Схема фазоинвертора.

О качестве схемы фазоинвертора можно судить по ее симметрии, которую можно выразить соотношением напряжений E1 / E2. Для системы, показанной на рис.5, это отношение выражает соотношение:

где k2 - коэффициент усиления лампы V2.

Если R5 = R4 = R5 (как обычно), то:

Как видно, симметрия схемы тем лучше, чем больше коэффициент усиления лампы V2.

Например, рассчитаем схему для лампы 6J5 (половина лампы 6SN7). Сопротивление R2 = 0,1 МОм и сопротивления R3 = R4 = R5 = 0,25 Ом. Тогда k = 14, и соотношение напряжений E1 / E2 будет 1,21, что не подходит для усилителя Hi-Fi. В нашем случае у нас есть половина лампы ECC83. Коэффициент усиления этой лампы равен 100. Поскольку R2 = 0,2 МОм, а внутреннее сопротивление трубки составляет 80 кОм, ее коэффициент усиления по напряжению будет равен:

Следовательно, симметрия:

так это правильно.

Принципиальная схема усилителя.

Схема усилителя представлена ​​на рис.6.

Рис. 6. Схема усилителя.

Количество используемых в системе элементов минимально, чтобы максимально снизить стоимость сборки усилителя без снижения его качества. Усилитель рассчитан на работу с громкоговорителями с сопротивлением 3,5 ÷ 4 Ом, что не означает, что при нагрузке на громкоговоритель, например, 7 Ом, он будет работать плохо. В этом случае он может не дать полную мощность.

Как видно из рис. 6, помимо обратной связи, в конечном каскаде использовалась обратная связь, охватывающая весь усилитель. Делитель напряжения состоит из резисторов: 800 Ом и 180 Ом. Резистор 180 Ом блокируется конденсатором емкостью 1000 пФ для коррекции уже существующего фазового сдвига на самых высоких частотах в диапазоне. Обратная связь более 20дБ, чувствительность усилителя при 10ВА на выходе около 1,2В (при нагрузке 5Ом).

Из-за низкой чувствительности вам понадобится предусилитель, который позволил бы управлять конечным усилителем от адаптера или магнитофона..

Предусилитель.

Принципиальная схема предусилителя представлена ​​на рис.7.


Рис. 7. Схема предусилителя и корректора АЧХ.

Этот усилитель состоит из двух каскадов усиления, между которыми находится резистивно-емкостный эквалайзер характеристики в известной и широко применяемой схеме.

В верхнем положении ползунка потенциометра «W» мы подняли высокие частоты, потому что сопротивления 50 кОм и 100 кОм только для высоких частот шунтируются конденсатором на 200 пФ. В нижнем положении ползунка этого потенциометра отсекаются высокие частоты, формируется резистивно-емкостной делитель напряжения, состоящий из сопротивления 100 кОм и конденсатора 23000 пФ, отсекающего высокие частоты полосы.

Работа регулятора тембра низких частот аналогична. В верхнем положении ползунка потенциометра «N» сопротивление 50 кОм, емкость 20000 пФ, последовательно соединенные с сопротивлением 10 кОм, образуют делитель, который пропускает только низкие тона и сильно ослабляет высокие тона. В нижнем положении ползунка потенциометра «N» создается делитель: 50 кОм, 3000 пФ и 10 кОм, на котором низкие частоты ослаблены, поэтому мы имеем отсечение низких тонов. Для 1000 Гц система имеет более или менее постоянное демпфирование, независимо от положения отдельных регуляторов. Коэффициент усиления первого каскада усилителя на 1000 Гц составляет примерно 2.

Усиление второго каскада предусилителя из-за отрицательной обратной связи по току (катодный резистор не блокируется конденсатором) составляет всего около 30.

Чувствительность всего устройства (на 10Вт и 5Ом на выходе) около 20мВ.

Поскольку предусилитель довольно чувствителен, все элементы эквалайзера должны быть тщательно экранированы.

Источник питания.

Схема блока питания представлена ​​на рис.8.


Рис. 8. Схема питания усилителя.

Как видите, это совершенно обычный блок питания. Фильтр состоит (рис. 6) из дросселя 5 ÷ 10Гн и двух электролитических конденсаторов по 32 мкФ каждый. Чтобы убрать сетевой гул, исходящий со стороны катода, обмотка накала ламп симметризована потенциометром 50 Ом, в центре которого имеется напряжение около +12 В (катоды конечных ламп). Это необходимо для уменьшения выбросов катодного волокна.

Монтаж усилителя.

Все описанные выше элементы усилителя собраны на общем шасси размерами 200x300x60 мм. Расположение элементов на шасси показано на рис.9.


Рис. 9. Расположение элементов на шасси.

Сборка начинается с механического крепления элементов к шасси. Убедитесь, что сетевой трансформатор не расположен слишком близко к выходному трансформатору, а потенциометры расположены подальше от проводов питания (особенно от накаливания). Затем приступаем к выполнению так называемого шина заземления из толстого медного провода. Эскиз, представленный на рис.10, поможет нам понять, как сделать заземляющую шину.


Рис. 10. Изготовление заземляющей шины.

Начинаем эту работу с входной розетки. Следует помнить, что уровень сетевого гула в усилителе зависит от подключения к шине заземления. Рейка может подключаться к шасси только в одной точке, предпочтительно где-то рядом с источником питания. Электролитические конденсаторы цепей фильтра и развязки следует монтировать на шайбах, изолирующих корпус (минусы) от шасси. Корпуса этих конденсаторов заземляются путем подключения их к шине.

После того, как эта работа проделана, подключаем цепи нагрева усилительных ламп, лампу выпрямителя, а затем питание анодных цепей. Теперь мы можем приступить к правильному электромонтажу. Начнем с конца, то есть с усилителя мощности. Соединяем аноды и экраны торцевых ламп с соответствующими разъемами на выходном трансформаторе максимально короткими кабелями. Затем постепенно переходим к схемам фазоинвертора и предусилителя, закрепляя резисторы и конденсаторы разъемами там, где могут возникнуть короткие замыкания из-за смещения элементов (например, при переноске усилителя).

Заземление отдельных резисторов (катода, утечки) производится припаиванием клемм непосредственно к шине заземления, по возможности в одной точке для цепей одной ступени.

Заземление экрана кабеля, соединяющего входные клеммы усилителя с потенциометром, контролирующим силу звука, должно производиться на самом входе.

После (тщательной) сборки следует также внимательно проверить систему, затем вставить выпрямительную лампу в розетку и после подключения усилителя к сети убедиться, что на свечах накаливания ламп усилителя нет высокого напряжения. Здесь следует помнить, что лампы ECC83 имеют нить накаливания, подключенную к другим контактам, чем другие типы ламп серии "80".

После этого начального испытания электролитические конденсаторы следует разрядить, закоротив их через резистор 100 кОм на землю (не с помощью отвертки, поскольку будет протекать большой ток, который может повредить внутренние соединения электролитического конденсатора), затем вставить все трубки, повернуть на громкоговорителе и попробуйте, не включается ли усилитель некорректным обратным подключением. Будьте осторожны, чтобы не повредить громкоговоритель, потому что возбужденный усилитель выдает мощность около 20 Вт.

Если все в порядке, измеряем анодное и катодное напряжения. На катодах выпускных ламп должно быть напряжение 11 ÷ 12В. Положительное напряжение блока питания (после фильтра, на другом его конденсаторе) должно быть около 325В. При управлении усилителем напряжение не должно падать более чем на 5 ÷ 10В.

На этом мы можем закончить статические испытания усилителя.

В случае возбуждения следует отключить обратную связь и убедиться, что возбуждение прекратилось. Если да, измените направление подключения обратной связи, поменяв клеммы вторичной обмотки.

Дома дальнейшие тесты ограничиваются проверкой влияния усилителя на слух. Поэтому мы проверяем, не искажает ли усилитель, правильно ли работает регулировка характеристики и, наконец, не слишком ли большой гул (шум) в сети.

При аккуратном исполнении по общим правилам сборки и при правильных напряжениях на электродах ламп усилитель должен нормально работать.

Полученные результаты.

Описываемый усилитель был детально изучен. Полученные результаты представлены ниже.

1. Тест усилителя мощности (без предусилителя)

Усилитель нагружен реальным сопротивлением 5 Ом. Частотная характеристика (рис.11) линейна от 20 Гц до 20000 Гц (-1 дБ) с выходной мощностью 10 Вт при 1000 Гц..


Рис. 11. Частотные характеристики усилителя.

Гармонические искажения на частоте 1000 Гц в зависимости от выходной мощности: 1 Вт - 0,15%, 5 Вт - 0,15%, 10 Вт - 0,3%, 12 Вт - 0,4%, 14 Вт - 0,9%, 15 Вт - 2% (рис.12).


Рис. 12. Характеристики нелинейных искажений усилителя.

Чувствительность усилителя при выходной мощности 10Вт - 1,2В.

Для тестирования усилителя использовался генератор PPAE со средним содержанием гармоник около 0,12%.

2. Тестирование предусилителя.

Частотную характеристику можно регулировать в следующих пределах: 30 Гц ± 16 дБ, 20 кГц ± 18 дБ.

Нелинейные искажения существенно не увеличивают коэффициент гармонических искажений усилителя.

A.D.