Ламповый двухтактный усилитель с нетрадиционным питанием на лампах 6П6С и 6Н9С
Для питания современных ламповых усилителей чаще всего применяют кенотронные выпрямители напряжения. Их основное преимущество перед полупроводниковыми — задержка подачи анодного напряжения. Однако, этой задержки можно добиться и при помощи источника тока, например, на полевом транзисторе. Он же может служить ставшим популярным в последнее время «электронным дросселем». Тем не менее это устройство не может в полной мере заменить полноценный, «медно-железный» дроссель. Соотнеся эти факты, мне пришла в голову идея создания лампового усилителя с не совсем стандартным блоком питания. В качестве входной лампы применен двойной триод 6Н9С. Он дал наиболее естественный, живой звук из ряда ламп: 6Н1П, 6Н2П, 6Н23П, ЕСС83, 6Н8С, 6Н9С. 6Н8С по звуку оказалась очень похожа на 6Н1П, Звук оказался слегка завуалированным, мутноватым. ЕСС83 похожа на 6Н23П, недаром их любят современные аудиоинженеры особенно западные) за мягкий, теплый звук. 6Н2П – чисто гитарная лампа, в домашнем аудио ее лучше не применять. Самый живой звук удалось получить именно с лампой 6Н9С. В мощной части усиления применены лампы 6П6С. Для оконечного каскада лампы выбирались из октальных 6П3С, 6П3С-Е, 6П44СМ, 6П6С, 6П31С. Именно тетроды, никакой триодной романтики. Лампа 6П6С выбрана как самая музыкальная. Данная подборка ламп позволила создать весьма чувствительный усилитель, который при громком воспроизведении музыки не забывает передавать ее тихие нюансы, что весьма ценно. При прослушивании была использована акустика сопротивлением 8 Ом и чувствительностью 91 дБ (Ultimate Stage TR36). С ней усилитель показал потрясающие результаты. Звуковая картина была панорамной, масштабной, не смотря на расстояние между колонками более трех метров. Особенно порадовал бас, даже не оказалось необходимости накручивать его с помощью темброблока на источнике сигнала. Подобная аудиосистема вполне самодостаточна и без сабвуфера. Прослушивание тестовых композиций подтвердило это.
Фазоинверсный каскад (Рис.1), он же входной, осуществлен на обоих триодах лампы 6Н9С. Перед окончательным монтажом конструкции мною было опробованы два варианта фазоинверторов: вышеупомянутый, а так же фазоинвертор с расщепленной нагрузкой(Рис.2). Единственным достоинством последнего стала простота настройки, которая заключалась в подборе равных величин анодного и катодного сопротивлений. Балансный каскад сложнее, так как требует настройки не только по постоянному току (для установки рабочей точки на ВАХ), но и по переменному, то есть по величине переменного сигнала на сетке второго триода. Так же немаловажное преимущество балансного каскада – бОльшее (по сравнению с каскадом с расщепленной нагрузкой) усиление. Хотя, как известно, каскад с расщепленной нагрузкой усиления не дает вообще. Однако, на входной каскад и фазоинвертор изначально было предусмотрено только два триода в баллоне одной лампы. Поэтому выбор почти однозначно пал на балансный фазоинвертор.
Вообще ламповые усилители ЗЧ следует рассчитывать «с конца». То есть с выходного каскада. По величине напряжения смещения определяем напряжение раскачки, под это напряжение подбирается драйверный каскад, его лампа, которая выбирается, как правило, из нескольких разных типов по разным критериям. Некоторые из них: внутреннее сопротивление, форма ВАХ, форма баллона, эргономичность. Лампу следует отбирать оптимальной не только для данной схемы, но и для данного корпуса. Схема усилителя приведена на (Рис.3). Она двухкаскадная с двухтактным оконечным каскадом. Так как оконечный каскад работает в классе А, то применено автоматическое смещение мощных ламп. Номиналы элементов схемы приведены в (Табл.1).
RC-цепочка в анодной нагрузке входных триодов установлена для улучшения работы усилителя. Немногие источники с описанием конструкций, в которых применена такая цепочка. Сопротивление резистора R определяется по формуле: R=0,12*Ra
Емкость конденсаторов С3 и С4 определяется экспериментально при подаче на вход усилителя сигнала частотой 1000 Гц. Наблюдается прямоугольный сигнал на выходе каскада. Подбором емкости конденсатора С3 (С4) добиваемся его наилучшей формы. Лампу 6Н9С стоит подбирать с одинаковыми параметрами обоих ее триодов, здесь это весьма принципиально. Однако, для других ламп того же типа значение этой емкости будет уже другим. Конечно же, никто не собирается слушать прямоугольный сигнал, но применение подобной RC-цепочки лишний раз говорит о тщательности настройки каскада.
Лампа 6П6С работает в режиме согласно даташиту в режиме:
Ua=250 В;
Ia=70 mA;
Uc1= -15 В;
Uc2= 250 В;
Ic2=5 mA;
Ра=17,5 Вт;
Raa=10 kOm.
Рвых=10 Вт. (класс А)
Перевод тетрода 6П6С с большим внутренним сопротивлением в триодный режим не улучшает положения – в таком случае выходная мощность даже в двухтактном варианте не превышает 4 Вт, что, несомненно, недостаточно для желаемого уровня громкости.
В качестве нагрузки входного каскада применено составное сопротивление из двух параллельно соединенных резисторов. Помимо субъективных предпочтений такого способа организации нагрузки, данным способом еще выигрывается максимальная мощность, рассеиваемая на нагрузке.
В устройстве отсутствует регулятор громкости. После многих экспериментов с переменными резисторами, фирмы ALPS – в том числе, они не дали удовлетворительного результата: у некоторых при равном угле поворота ручки регулятора была разная громкость в каналах усилителя, а большинство давали заметное влияние на звук давали ощутимое влияние. Поэтому было решено регулировать громкость с источника сигнала – и только тогда звучание стереосистемы стало безукоризненным.
В усилителе питание организованно не совсем традиционно: применены как классические, «железные», так и электронные дроссели. Как видно из схемы (Рис.4), в силовом трансформаторе только одна анодная обмотка, общая для обоих каналов. Таким образом получены меньшие фазовые сдвиги между каналами. Как это происходит? Когда анодная обмотка одна, то после выпрямителя стоит один электролит, если анодных обмотки две, то соответственно два электролитических конденсатора. Электролиты даже из одной партии, скорее всего с разной индуктивностью. С этим можно бороться только усреднением, введя много конденсаторов, впрочем, данный подход не оправдан, ибо городить ящик емкостей и экономически, и энергетически не совсем оправдано. Почему? Ну, с денежным вопросом, думаю, всем и так понятно. Давайте рассмотрим цепь «трансформатор-выпрямитель-конденсатор-нагрузка». Источник энергии - это не трансформатор с выпрямителем (они только заряжают конденсатор), а сам конденсатор. Поэтому не важно, какой диод будет стоять – быстрый или нет. Ему главное успевать заряжать конденсатор.
Конечно же это не исключает емкостей после делителей напряжения в БП, но они не должны быть большим. И не нужно городить батарей из конденсаторов. Более того, по рекомендации Нобу Шишидо именно электролитические конденсаторы малых емкостей следует шунтировать неполярными конденсаторами.
Вторая отличительная черта конструкции – применение двухзвенного источника питания, в котором после LC-фильтра включены два (по количеству каналов) электронных фильтра, выполненных на полевых транзисторах. 2SK2996. Печатная плата фильтра представлена на (Рис.5). Для поддержки постоянства питания входного каскада можно применить стабилитроны, в том числе – вакуумные.
Конструктивно корпус усилителя выполнен в виде деревянного ящика габаритами 220*500*80 мм. Схема расположения элементов конструкции в нем представлена на (Рис.6). Корпус открытый, то есть его лампы выведены наружу. Силовой и выходные трансформаторы разнесены в противоположные стороны корпуса, между ними – лампы. Дроссель блока питания расположен рядом с силовым трансформатором, его обмотка защищена декоративным металлическим кожухом. Материал корпуса – древесина, покрашенная автомобильной краской баллоном-распылителем. Каждый из выходных трансформаторов помещен в индивидуальный чехол, сделанный из поликарбоната, обработанный шпатлевкой и так же покрашенный. В итоге получились вполне красивые чехлы. Пространство между чехлом и трансформатором залито парафином, но вполне допустимо применить и воск. Сборка из чехла и трансформатора монтирована на корпус усилителя при помощи эпоксидной смолы. В месте соединения корпуса и выходных трансформаторов в корпусе следует просверлить отверстия для проводников, идущих от трансформатора.
Моточные данные выходного трансформатора такие: первичка 5100 витков провода диаметром 0.2 мм с отводом от середины. Вторичная обмотка - 160 витков провода диаметром 0,9 мм для нагрузки 8 Ом
В качестве магнитопровода использован сердечник от трансформатора ТС-80. Используя его, мы добиваемся нижней частоты воспроизведения 25 Гц (по уровню +/-2 дБ). Коэффициент трансформации равен 31. Трансформатор содержит две одинаковые катушки. Каждая из них содержит по 3 секции первичной и две секции вторичной обмоток. Каждая из секций первичной обмотки содержит 850 витков медного провода соответствующего диаметра, каждая из вторичных секций состоит из 40 витков. Все секции первичной и вторичной обмотки соединены между собой соответствующим образом. Межслойная изоляция – конденсаторная бумага, что бы там про нее не говорили. Мотать нужно очень плотно, так как окно магнитопровода невелико. Все вторичные обмотки соединены последовательно. Вообще, соединять вторичные обмотки последователь или параллельно – не очень хорошо, впрочем, это вопрос весьма отдельный. После намотки катушки (пока еще без магнитопровода) следует проварить в воске или парафине в течение 4-5 часов.
Каждый из выходных трансформаторов проварен в воске и заключен в индивидуальны чехол их поликарбоната. Размеры чехлов: 130*85*110 мм. Пространство между трансформатором и чехлом так же заполнено воском. Нет, не бойтесь, в процессе работы усилителя воск не плавится. Неровности на месте спаев чехлов замазываются шпатлевкой, сушатся и затираются мелкозернистой наждачной бумагой. Готовые чехлы красят из баллона. При работе даже на полную выходную мощность трансформаторы молчат, как и должно быть.
Дроссель L1 содержит две одинаковые обмотки. Он намотан на магнитопроводе из Ш-образных пластин размером 70*80 мм. Толщина набора – 20 мм.
В качестве силового трансформатора применен перемотанный телевизионный ТСШ-170. Напряжения его вторичных обмоток указаны на схеме блока питания (Рис.4).
Максимальная выходная мощность усилителя составляет 10 Вт, но я снял характеристики при уровне выходного сигнала, обычного для эксплуатации в случаях для нагрузок 8 и 4 Ома соответственно. Данные измерений после часового прогрева усилителя приведены для нагрузки 4 Ома приведены (Табл.2), а графики АЧХ приведены соответственно на (Рис.7) АЧХ в низкочастотной области отдельно представлены на (Рис.8).
Настройка усилителя заключается в балансировке фазоинвертора. Регулировкой переменного резистора R11 добиваются равенства переменных напряжений на анодах триодов при переменном сигнале на входе усилителя. Далее на вход подают прямоугольный сигнал и подбором, а лучше — плавной подстройкой конденсатора переменной емкости добиваются наилучшей формы прямоугольника на выходе каскада. Затем настраивается оконечный каскад. Очень важно не ввести выходной трансформатор в насыщение, а, так как этот каскад двухтактный, то нам необходимо установить равные токи в каждом плече. В конструкции я использовал неподобранные пары ламп 6П6С, что не помешало получить прекрасные результаты. Регулировкой резисторов R14 и R15 добиваемся равных токов анода. Хорошо, если по величине они будут хоть чем-то похожи на значения, указанные в даташите. Резистор обратной связи R* переменный, его сопротивление выбирается по вкусу в пределах от 2,7 до 4,7 кОм. Его регулировкой добиваемся наиболее устойчивой работы на максимальной громкости по басу.
О комплектухе несколько слов. Катодные полярные конденсаторы от производителей Rubycon и Jamicon, неполярные конденсаторы, стоящие в блоке питания – отечественные, марки К73-17, К73-16, конденсатор С7 и С9 в ФИ – марки К42У-2, С8 и С10 – марки КСО. Эти конденсаторы, вопреки своему большому возрасту, ведут себя очень нейтрально, и шунтирование ими межкаскадных конденсаторов бОльших емкостей благоприятно сказывается на звуке. Хваленые на форумах конденсаторы Wima показали не лучший результат.
Анодные резисторы – углеродистые, марки С2-23-1, остальные – МЛТ или ОМЛТ.
Все лампы очень полезно подобрать в пары по равному току покоя в рабочей точке или хотя бы брать образцы одной даты выпуска из одной партии.
Силовой и выходные трансформаторы максимально удалены друг от друга. Ламповые панельки вмонтированы в П-образную конструкцию из фольгированного текстолита.
Выходные клеммы расположены за выходными трансформаторами, длина проводов между клеммами и трансформаторами – минимальная. Всего 6 клемм для возможности подключения акустики сопротивлением 4 и 8 Ом.
Замены, которых лучше не делать. Аналогом лампы 6П6С является импортная 6V6, а лампа 6Н9С с некоторыми оговорками заменяема на пальчиковую 6Н2П или ECC83, хотя любая замена неблагоприятно скажется на звуке, так как, например, лампа 6Н2П только по ВАХ и внутренним характеристикам похожа на 6Н9С, а вот по звуку существенные различия заметны.
