Двухтактный усилитель в ультралинейном включении

grat · October 2

ИНСТРУКЦИЯ ПО СБОРКЕ: Двухтактный усилитель в ультралинейном включении
Инж. ХЕРБЕРТ БАЙЛЬ

Ниже описывается усилитель низкой частоты (НЧ) с высоким качеством воспроизведения, сборка которого при наличии некоторых базовых знаний не вызовет трудностей и не потребует специальных измерительных приборов для ввода в эксплуатацию. При точном соблюдении соответствующих указаний можно ожидать его исправной работы. Усилитель задуман как оконечный каскад для радиоприемников с УКВ-блоком, но также может быть построен как самостоятельный мощный усилитель.

В соответствии с современным уровнем техники при радиовещании стремятся передать слушателю как можно более качественное воспроизведение программы. Это требует полосы частот НЧ примерно до 15 кГц, так как доля гармоник в области выше 9 кГц (ширина канала в диапазоне средних волн) составляет весьма существенную часть звуковой картины. Это можно очень отчетливо заметить, если послушать одну и ту же передачу сначала в диапазоне средних волн, а затем для сравнения в диапазоне УКВ. Однако затраты передающей стороны на трансляцию необходимой полосы частот окажутся напрасными, если на приемной стороне отсутствует соответствующая возможность воспроизведения. Решающее значение для этого имеет подходящий НЧ-усилитель на стороне приемника. Промышленно выпускаемые аппараты с УКВ-диапазоном оснащаются такими НЧ-блоками.

Общая схема

Двухтактный оконечный каскад разработан по ультралинейной схеме для режима AB. Свойства этой схемы следует кратко пояснить.

Рис. 1: Пентодная схема
Обычные схемы оконечных каскадов на пентодах обеспечивают большую выходную мощность, но также и высокий коэффициент нелинейных искажений (клирфактор). Экранирующая сетка подключена к плюсу питания и, таким образом, по переменному напряжению находится на нуле (Рис. 1).
Рис. 2: Триодная схема
При триодном включении выходная мощность снижается, но снижается и коэффициент нелинейных искажений. Экранирующая сетка соединена с анодом и, следовательно, находится под полным переменным напряжением анода (Рис. 2).
Рис. 3: Ультралинейная схема
Между этими двумя режимами находится ультралинейная схема, в которой на экранирующую сетку подается часть переменного анодного напряжения от отвода выходного трансформатора (Рис. 3).

Отношение числа витков для отвода экранирующей сетки обозначим как x. Из различных измерений (потребность во входном напряжении, выходная мощность, выходное сопротивление, коэффициент нелинейных искажений, соотношение отвода) получаются оптимальные условия при x = 0,2, если для двухтактной схемы с 2 × EL 84 при анодном напряжении 300 В выбрано выходное сопротивление Raa = 8 кОм.

Двойная обратная связь снижает динамическое внутреннее сопротивление почти до нуля. При правильной настройке регуляторов R₁₃ и R₁₇ (Рис. 13) выходное напряжение остается постоянным вплоть до предела перегрузки, независимо от того, отключен ли громкоговоритель или подключены дополнительные громкоговорители. Таким образом, достигается существенное улучшение воспроизведения, так как все резонансы громкоговорителей сильно демпфируются, а усилитель работает абсолютно устойчиво к самовозбуждению.

Каскад фазоинвертора (вторая система двойного триода ECC 83) построен по зарекомендовавшей себя схеме катодина; первая система работает как предварительный усилитель. В качестве каскада регулировки тембра дополнительно используется лампа EF 86. Настройка четырех различных звуковых окрасок осуществляется с помощью кнопок, в то время как два других регулятора позволяют выполнять любые изменения во всем диапазоне частот. Блок питания выполнен с запасом, так что он может дополнительно взять на себя энергоснабжение радиоприемной части.

Схема

Каскад регулировки тембра

Хотя ценность или необходимость такого каскада часто оспаривается, промышленность оснащает свои топовые модели почти исключительно соответствующими элементами коррекции тембра. В большинстве случаев между двумя каскадами усиления используются RC-цепочки, частотная зависимость которых за счет изменения поворотных регуляторов вызывает подъем или ослабление определенных частотных диапазонов. Согласно Рис. 4, выбран другой способ воздействия на частотную характеристику. Из-за высокого сопротивления обратной связи возникает сильная отрицательная обратная связь по току, в результате чего общее усиление снижается примерно до десятикратного остаточного усиления. Путем шунтирования канала обратной связи импедансными цепями можно сильно поднять отдельные частотные диапазоны. Последовательный резонансный контур с f = 55 Гц обеспечивает подъем низких частот, в то время как конденсатор устраняет обратную связь на высоких частотах. Однако, поскольку максимальный подъем требуется не всегда, его можно плавно снижать до нуля с помощью промежуточных регуляторов. Каскад регулировки тембра, будучи первым каскадом усиления, естественно, особенно чувствителен к помехам; поэтому была использована малошумящая лампа EF 86.

Для звуковых окрасок «Бас», «Оркестр», «Джаз», «Речь», «Регуляторная настройка» перед импедансными элементами включаются различные резисторы, значения которых определяются экспериментально в соответствии с заданной частотной характеристикой. Получающиеся в результате комбинации показаны на Рис. 5, в то время как Рис. 6 представляет частотную характеристику, измеренную по всему усилителю на выходе для громкоговорителей.

Для переключения используется кнопочный регистр фирмы Neumann, Кройцбург/Верра, нормальное исполнение которого имеет три замыкающих и три размыкающих контакта на каждую кнопку. Чтобы сделать этот узел как можно меньше, конденсаторы и 0,1-ваттные резисторы припаиваются непосредственно к кнопочным переключателям. На Рис. 7 показан монтаж четырехкнопочного регистра, где звуковые окраски по Рис. 5b...5d включаются нажатием соответствующей кнопки, в то время как воспроизведение баса по Рис. 5a получается, когда ни одна кнопка не нажата. Если же требуется иметь возможность выбирать каждую отдельную звуковую окраску нажатием кнопки, применяется пятикнопочный регистр, монтаж которого приведен на Рис. 8. Особое экранирование кнопочного регистра не требуется, однако провода накала не должны прокладываться в непосредственной близости. Земляные точки импедансных элементов должны быть подключены вместе к земляной точке лампы EF 86, так как в противном случае неконтролируемые токи по шасси могут привести к появлению фона, из-за чего не удастся выдержать уровень собственных помех в -75 дБ.

Предварительный усилитель и фазоинверторный каскад

Эти два каскада на лампе ECC 83 не представляют никаких особенностей с точки зрения схемотехники. Чтобы напряжения со сдвигом фазы на 180° для раскачки оконечных ламп были как можно более одинаковыми, рекомендуется использовать резисторы R₁₁ и R₁₂ с жестким допуском.

Оконечный каскад

Очень существенную роль в безупречной работе играет выходной трансформатор. При его расчете необходимо учитывать различные факторы:

Первичная индуктивность должна быть большой, чтобы достичь как можно более низкой нижней граничной частоты. Это достигается за счет соответствующего числа витков на большом сечении сердечника.
Емкость обмоток должна быть малой, чтобы достичь требуемой верхней граничной частоты. Это достигается за счет особого расположения отдельных частей обмотки.
Пространство для намотки должно быть использовано полностью, чтобы обеспечить сильную связь между первичной и вторичной обмотками.
Конструкция должна быть абсолютно симметричной, так как ультралинейная схема чувствительна к асимметрии.

Выходной трансформатор собран на сердечнике M85/32, каркас обмотки которого разделен перегородкой толщиной около 1,5 мм на две равные секции А и Б. Перед началом намотки в секции А необходимо вложить в секцию Б деревянные брусочки подходящей ширины или т.п., чтобы по мере заполнения ширина секции А не увеличивалась. Когда секция А полностью намотана, каркас поворачивают на 180° и после удаления вкладышей аналогичным образом наматывают секцию Б. Необходимое число витков и межслойную изоляцию следует брать из руководства по намотке. Число витков вторичной обмотки зависит от подключаемого громкоговорителя или комбинации громкоговорителей. На Рис. 9 показана структура обмоток. На Рис. 10 показана схема соединения обмоток. Сборка сердечника должна производиться только из исправных пластин, иначе из-за потерь на вихревые токи значительно возрастут искажения. Винты для сборки сердечника должны быть защищены изоляционной трубкой от соприкосновения с отдельными пластинами сердечника. Все семь концов обмоток для подключения выведены на одну лепестковую колодку (Рис. 11).

Сопротивления обмоток составляют:

1-16 / 5: 135 Ом
12-16 / 5: 135 Ом
3/8 - 14/19: около 0,3 Ом

Первичная индуктивность составляет 175 Гн, измеренная на выводах 1 и 12 при 220 В 50 Гц. Простая проверка правильности соединения всех обмоток между собой осуществляется путем подачи переменного напряжения около 100...220 В на оба анодных вывода 1 и 12. Теперь с помощью вольтметра переменного тока проверяется, увеличиваются ли постоянно напряжения между точками 1—2/10, 1—11/18, 1—17 до 1—12 (Рис. 10). Если в последующей точке напряжение ниже, чем в предыдущей, то находящаяся между ними обмотка подключена в неправильном направлении.

Для каждой оконечной лампы имеется отдельный катодный резистор, один из которых (R₂₅) с большим номиналом сопротивления и регулировочным хомутом позволяет установить оба анодных тока покоя на одинаковую величину. Независимо от этого, выгодно использовать две ламы с максимально одинаковыми характеристиками (Ia, S). Напряжение отрицательной и положительной обратной связи снимается с выходного трансформатора и через соответствующие делители напряжения подается в катодную цепь первой системы лампы ECC83. Частотная характеристика усилителя согласно Рис. 12 без каскада регулировки тембра практически прямолинейна от 30 Гц до 20 кГц. Накал заземлен через потенциометр баланса фона.

Блок питания

Блок питания рассчитан таким образом, что помимо усилителя может питаться также радиоприемная часть. В качестве сетевого трансформатора подходит трансформатор N 102 U (производства Neumann, Кройцбург/Верра) со следующими характеристиками:

Первичное напряжение:	110 / 125 / 220 В
Вторичное напряжение:	2 × 310 В / 140 mA, с отводами при 2 × 280 В и 2 × 250 В; 6,3 В / 0,9 А; 6,3 В / 4,5 А.

Усилителю требуется около 100 мА анодного тока и 2 А тока накала, так что для радиоприемной части остаются еще около 40 мА анодного тока и 2,5 А тока накала при 6,3 В. Анодное напряжение необходимо снизить с помощью соответствующего сглаживающего фильтра примерно до 250 В.

В качестве сетевого дросселя могут быть использованы:
D65/140 (L = 10 Гн, R = 200 Ом) или D85/140 (L = 25 Гн, R = 280 Ом) (Фирма Neumann).

Механическая конструкция

Расположение отдельных деталей следует выбрать так, чтобы — за исключением проводов накала и анодного напряжения — требовались как можно более короткие соединительные провода. Это особенно относится к первичным выводам выходного трансформатора. Сетевой трансформатор, сетевой дроссель и выходной трансформатор не должны стоять друг за другом или рядом друг с другом в одинаковом положении, а должны быть повернуты на 90° по отношению друг к другу, чтобы не возникало магнитных связей. Расположение дросселя фильтра тембра (Dr₂) при необходимости следует подобрать экспериментально так, чтобы при воспроизведении баса возможные наводки фона были минимальными. Оба регулятора высоких и низких частот устанавливаются непосредственно слева и справа рядом с кнопочным регистром. Так как лампы EL 84 и EZ 81 выделяют значительное количество тепла, необходимо позаботиться о достаточной циркуляции воздуха.

Ввод в эксплуатацию

Перед вводом в эксплуатацию необходимо провести тщательную проверку на отсутствие ошибок в монтаже. В зависимости от нагрузки блока питания только усилителем или дополнительно радиоприемной частью, необходимо с помощью вторичных отводов на сетевом трансформаторе установить постоянное анодное напряжение на сглаживающем конденсаторе равным 380 В. Все значения токов и напряжений приведены на общей схеме (Рис. 13).

Усилитель сначала следует протестировать без подключения каскада регулировки тембра. С помощью R₂₅ токи покоя анодов обеих оконечных ламп должны быть отрегулированы до одинакового значения (35 мА). Для настройки динамического внутреннего сопротивления на ноль на вход лампы Rö₂ подается небольшое напряжение звуковой частоты или напряжение 50 Гц, и параллельно подключенному громкоговорителю (или эквивалентному омическому сопротивлению нагрузки) подходящим прибором измеряется выходное переменное напряжение. Оба регулятора R₁₃ (отрицательная обратная связь) и R₁₇ (положительная обратная связь) поочередно регулируются до тех пор, пока при отключении или подключении громкоговорителя выходное напряжение перестанет изменяться. Если при настройке этих регуляторов возникнет склонность усилителя к самовозбуждению, необходимо проверить цепи обратной связи на правильность полярности.

После подключения каскада регулировки тембра с помощью генератора звуковых частот можно проверить частотную характеристику после нажатия соответствующей кнопки регистра тембра.

Чтобы полностью использовать возможности воспроизведения с этим усилителем, рекомендуется использовать комбинацию из нескольких громкоговорителей. Автором использовалась комбинация, состоящая из одного низкочастотного громкоговорителя мощностью 8 Вт (диаметр диффузора 240 мм) и двух высокочастотных громкоговорителей (диаметр диффузора 100 мм) по схеме согласно Рис. 14, и тем самым было достигнуто очень хорошее воспроизведение. Для хорошего воспроизведения басов, разумеется, необходим соответствующий большой акустический экран.

Инструкция по сборке дросселя фильтра тембра Dr₂

Сердечник: M 42
Толщина пакета: 15 мм
Пластины: Динамо-сталь IV
Количество пластин: 41 штука, толщина 0,35 мм
Сборка: односторонняя (с зазором)
Воздушный зазор: 0,5 мм
Число витков: 2100 витков
Провод: Медный лакированный провод (CuL) 0,2 мм ∅
Индуктивность: 2 Гн

Технические данные

Схема: Двухтактный усилитель в ультралинейном включении
Диапазон частот: 30 Гц ... 20 кГц
Частотная характеристика: ± 0,3 дБ относительно 800 Гц
Выходная мощность: 10 Вт при анодном напряжении 300 В
Выход: низкоомный (3...8 Ом), в зависимости от выходного трансформатора
Динамическое внутреннее сопротивление: регулируемое до нуля
Коэффициент искажений: < 1% при 10 Вт
Регистр тембра: пятиступенчатый с кнопками и двумя регуляторами
Подъем высоких и низких частот: общая регулировка 35 дБ
Уровень собственных помех: около -75 дБ
Электропитание: 220 В / 50 Гц
Потребляемая мощность: около 60 ВА

Руководство по намотке выходного трансформатора (Ü₁)

Сечение сердечника: M 85, Динамо-сталь IV
Толщина пластин: 0,35 мм (85 пластин) или 0,5 мм (60 пластин)
Толщина пакета: 33 мм
Сборка: взаимно-перекрывающаяся (вперекрышку)

Обмотка	Выводы	Число витков	Число слоев	Провод ∅ в мм	Межслойная кабельная изоляция в мм
Секция А:					Основная изоляция 2 × 0,06
I	1—2	325	3	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
II	3—4	28	2	0,85	1 × 0,06 после 1-го слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
III	5—6 6—7	260 390	6	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
IV	8—9	33	2	0,80	1 × 0,06 после 1-го слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
V	10—11	325	3	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Покровная изоляция 3 × 0,06
Секция Б:	(каркас повернуть на 180°)				Основная изоляция 2 × 0,06
VI	12—13	325	3	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
VII	14—15	36	2	0,75	1 × 0,06 после 1-го слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
VIII	16—17 17—18	260 390	6	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
IX	19—20	39	2	0,70	1 × 0,06 после 1-го слоя
					Промежуточная изоляция 3 × 0,06
X	21—22	325	3	0,18	1 × 0,03 после каждого слоя
					Покровная изоляция 3 × 0,06

Электрические компоненты

C₁ Бумажный конденсатор — 50 нФ / 250 В
C₂ Металлобумажный (MP) конденсатор — 0,5 мкФ / 250 В
C₃ Электролитический конденсатор — 16 мкФ / 385 В
C₄ Бумажный конденсатор — 50 нФ / 250 В
C₅, C₁₂ Электролитический конденсатор — 2 × 50 мкФ / 385 В
C₆ Бумажный конденсатор — 50 нФ / 250 В
C₇ Электролитический конденсатор — 25 мкФ / 12...15 В
C₈ Бумажный конденсатор — 0,1 мкФ / 500 В
C₉ Бумажный конденсатор — 0,1 мкФ / 500 В
C₁₀ Электролитический конденсатор — 100 мкФ / 12...15 В
C₁₁ Электролитический конденсатор — 100 мкФ / 12...15 В
C₁₃ Электролитический конденсатор — 50 мкФ / 500 В
C₁₄ Бумажный конденсатор — 5 нФ / 125 В
C₁₅ Бумажный конденсатор — 10 нФ или 15 нФ / 125 В
C₁₆ Металлобумажный (MP) конденсатор — 4 мкФ / 250 В (125 В)
Dr₁ Сетевой дроссель — D 65/140 или D 85/140
Dr₂ Дроссель фильтра тембра — по инструкции по сборке
Rö 1 Лампа — EF 86
Rö 2 Лампа — ECC 83
Rö 3 Лампа — EL 84
Rö 4 Лампа — EL 84
Rö 5 Лампа — EZ 81
S_1... S_10 Кнопочный регистр
S₁₁ Сетевой выключатель — двухполюсный тумблер 2 А / 250 В
Si Слаботочный предохранитель — 0,5 А, инерционный (mT)
Ü₁ Выходной трансформатор — по инструкции по сборке
Tr₁ Сетевой трансформатор — N 102 U
R₁ Углеродистый резистор — 1 МОм, 0,25 Вт
R₂ Углеродистый резистор — 2 кОм, 0,25 Вт
R₃ Углеродистый резистор — 16 кОм, 0,5 Вт
R₄ Углеродистый резистор — 200 кОм, 0,5 Вт
R₅ Углеродистый резистор — 2 МОм, 0,25 Вт
R₆ Углеродистый резистор — 50 кОм, 0,5 Вт
R₇ Углеродистый резистор — 1 МОм, 0,25 Вт
R₈ Углеродистый резистор — 2 кОм, 0,25 Вт
R₉ Углеродистый резистор — 500 Ом, 0,25 Вт
R₁₀ Углеродистый резистор — 100 Ом, 0,25 Вт
R₁₁ Углеродистый резистор — 200 кОм, 0,25 Вт
R₁₂ Углеродистый резистор — 6 кОм, 0,25 Вт
R₁₃ Переменный углеродистый резистор — 5 кОм, линейный, 0,1 Вт
R₁₄ Углеродистый резистор — 1 МОм, 0,25 Вт
R₁₅ Углеродистый резистор — 50 кОм, 0,5 Вт
R₁₆ Углеродистый резистор — 100 кОм, 1%, 0,5 Вт
R₁₇ Углеродистый резистор — 2 кОм, 0,25 Вт
R₁₈ Углеродистый резистор — 100 кОм, 1%, 0,5 Вт
R₁₉ Углеродистый резистор — 300 кОм, 0,25 Вт
R₂₀ Углеродистый резистор — 300 кОм, 0,25 Вт
R₂₁ Углеродистый резистор — 5 кОм, 0,25 Вт
R₂₂ Углеродистый резистор — 5 кОм, 0,25 Вт
R₂₃ Углеродистый резистор — 200 Ом
R₂₄ Углеродистый резистор — 250 Ом, 1 Вт
R₂₅ Проволочный резистор — 300 Ом с хомутом
R₂₆ Углеродистый резистор — 200 Ом, 0,5 Вт
R₂₇ Проволочный резистор — 0,2 Ом
R₂₈ Переменный проволочный резистор — 100 Ом (потенциометр баланса фона)
R₂₉ Переменный проволочный резистор — 100 Ом (потенциометр баланса фона)
R₃₀ Углеродистый резистор — 10 кОм, 0,1 Вт
R₃₁ Углеродистый резистор — 10 кОм, 0,1 Вт
R₃₂ Углеродистый резистор — 3 кОм, 0,1 Вт
R₃₃ Углеродистый резистор — 2 кОм, 0,1 Вт
R₃₄ Углеродистый резистор — 2 кОм, 0,1 Вт
R₃₅ Переменный углеродистый резистор — 10 кОм, линейный, 0,1 Вт
R₃₆ Переменный углеродистый резистор — 10 кОм, линейный, 0,1 Вт

Radio und fernsehen #7 1962.pdf

gu-48 · October 8

Познавательно конечно, и что дальше то,планируете собрать ?

grat · October 8

Меня привлекает в этой статье темброблок. В ламповой версии используются низкоомные потенциометры.

Xрюн222 · October 8

Лет 40+ тому именно по этой статье собирал один из первых своих усилков. Как сейчас помню - несколько журналов RuF случайно вытащил у знакомого на даче из пачки "для растопки".

Если подойти творчески и помыслить не спеша - наверняка можно настроить и целую РИАА коррекцию.