Ламповый усилитель для наушников схема без выходных трансформаторов

Ламповые усилители без выходного трансформатора

Наибольшие искажения возникают в выходном каскаде усилителя, причем основной причиной искажений является выходной трансформатор.

Выходной трансформатор ограничивает диапазон воспроизводимых усилителем частот как со стороны низких, так и со стороны высоких частот. В предварительных каскадах УНЧ нелинейные искажения невелики в связи с малыми уровнями сигнала, а частотные искажения могут быть значительно снижены правильным выбором элементов усилителя.

Для расширения частотной характеристики в сторону низших частот требуется значительное увеличение индуктивности первичной обмотки трансформатора, однако при этом возникает индуктивность рассеивания, ограничивающая частотный диапазон в области высших частот. Зависимость величины магнитной проницаемости материала сердечника трансформатора от величины тока через обмотки приводит к нелинейным искажениям воспроизводимого сигнала.

Одним из основных способов уменьшения как частотных, так и нелинейных искажений является отрицательная обратная связь (ООС). Однако беспредельно увеличивать глубину ООС нельзя, так как наличие фазовых искажений на крайних частотах уменьшает стабильность работы усилителя и может даже привести к его самовозбуждению. Для улучшения фазовой характеристики усилителя стараются исключить из него элементы, создающие фазовые сдвиги. Одним из таких элементов и является выходной трансформатор.

Если еще учесть, что выходной трансформатор является довольно дорогостоящей в производстве деталью, то становится понятным стремление конструкторов к созданию схем выходных каскадов УНЧ без выходных трансформаторов. При использовании громкоговорителей с сопротивлением звуковой катушки 5-10 Ом осуществить бестрансформаторный выход довольно трудно, так как для получения выходной мощности порядка 5-10 Вт выходные лампы должны обеспечивать ток через нагрузку около 1-1,5 А.

Создание таких ламп представляет довольно трудную задачу, поэтому более удачным решением оказалось увеличение сопротивления звуковой катушки громкоговорителя до 400-800 Ом и создание выходных каскадов, обеспечивающих согласование с такими громкоговорителями. Наибольшее распостранение получил так называемый последовательный двухтактный каскад, описание которого приведено ниже.

Рис. 1: а) обычный двухтактный усилитель б) двухтактный усилитель с параллельно включенными частями нагрузки; в) последовательный двухтактный усилитель

В обычной двухтактной схеме (рис.1а) нагрузка Rн состоит из двух частей, включенных последовательно.

Если использовать в качестве нагрузки высокоомную звуковую катушку громкоговорителя, то она должна иметь сопротивление Rн, вывод от средней точки и, кроме того, должна быть изолирована от корпуса усилителя. Части нагрузки, имеющие сопротивление Rн/2 каждая, могут быть включены и параллельно (рис.1б).

Очевидно, что в этом случае результирующее сопротивление нагрузки будет равно Rн/4. Вывод от средней точки катушки становится ненужным. Недостатком схемы рис.1б является необходимость иметь два отдельных источника анодного питания. Поскольку постоянные составляющие анодного тока через обе лампы равны, то источники питания могут быть объединены (рис.1в).

Так как в этом случае через нагрузку протекают только переменные составляющие анодных токов ламп, то она может быть включена через разделительный конденсатор и один вывод ее может быть заземлен. Усилитель по схеме рис.1в и представляет собой последовательный двухтактный каскад, который имеет следующие преимущества перед обычным двухтактным каскадом: приведенное сопротивление нагрузки оказывается в четыре раза меньше, не нужен вывод от средней точки нагрузки, один из концов нагрузки может быть заземлен. Эти достоинства облегчают применение высокоомных громкоговорителей в качестве нагрузки.

Недостатком последовательного двухтактного каскада является необходимость удвоенного напряжения анодного питания, так как по постоянному току лампы включены последовательно. Поэтому, чтобы осуществить бестрансформаторный усилитель с обычным напряжением источника питания 250-300 В, необходимо иметь лампы, которые при низком анодном напряжении 100-150 В имели бы малое внутреннее сопротивление и отдавали достаточную мощность.

Из выпускаемых нашей промышленностью ламп в бестрансформаторных усилителях может быть использована лампа 6П18П. Последовательный двухтактный каскад, собранный на этих лампах при напряжении источника питания 310 В, отдает мощность порядка 6-8 Вт и согласовывается с нагрузкой, имеющей сопротивление около 800 Ом. При намотке звуковых катушек громкоговорителей проводом диаметром 0,05 мм можно получить сопротивление звуковой катушки порядка 300-400 Ом.

Так как современные усилители НЧ, как правило, используют систему из нескольких громкоговорителей, то сопротивление звуковой катушки громкоговорителя такой величины оказывается в большинстве случаев достаточным. Ниже приводится таблица параметров отечественных высокоомных громкоговорителей для бестрансформаторных схем. Громкоговорители отличаются от аналогичных низкоомных только моточными данными звуковой катушки, которая при необходимости может быть изготовлена самим радиолюбителем.

Особенность двухтактного последовательного каскада является то, что если для обычного двухтактного каскада, при отсутствии сигнала, напряжения на анодах равны, а токи ламп могут несколько отличаться, то для последовательного двухтактного каскада в начальной рабочей точке токи ламп равны, а анодные напряжения могут отличаться друг от друга.

Рис. 2. Схема усилителя без фазоинверсного каскада. Мощность 2 Вт

Предварительный усилитель выполнен на лампе 6Н2П и имеет раздельные плавные регуляторы тембра. Как видно из схемы, усилитель не содержит специального фазоинверсного каскада. Напряжение возбуждения подается только на лампу Л3, а на лампе Л2 это напряжение образуется за счет падения напряжения на сопротивлении R22. Выбранная величина этого сопротивления 180 Ом обеспечивает симметричную работу обеих ламп. Усилитель охвачен ООС глубиной 19 дБ, напряжение которой подается с нагрузки усилителя в цепь катода предоконечного каскада через сопротивление R18.

Низкое выходное сопротивление усилителя 90 Ом достаточно хорошо демпфирует акустическую систему. Выходная мощность усилителя 2 Вт при коэффициенте нелинейных искажений около 1,5%. Чувствительность усилителя 230 мВ, среднее звуковое давление, развиваемое акустической системой, более 10 бар.

Рис. 3. Частотная характеристика усилителя, приведенного на рис. 2:

Недостатком усилителя без фазоинвертора является несимметричность напряжений, поступающих на сетки оконечных ламп, так как на управляющую сетку лампы Л2 поступает напряжение с нелинейными искажениями, возникшими в лампе Л3. В результате не происходит характерной для двухтактного каскада компенсации четных гармоник. Кроме того, такой усилитель может работать только в классе А.

В усилителе применены два низкочастотных громкоговорителя типа 2ГД-6 (Гр1 и Гр2) и два высокочастотных – типа 1ГД-17 (Гр3 и Гр4). Полное сопротивление нагрузки на частоте 1000 Гц равно 960 Ом.

Рис. 4. Усилитель двухканальный безтрансформаторный. Мощность: 6 Вт

Рис. 5. АЧХ усилителя приведенного на рис.4:

Выходная мощность на канал 6 Вт, при КНИ 1%. Чувствительность 0,2 В. В усилителе применены НЧ динамики – пара 5 ГД-16, а в качестве ВЧ – три ВГД-2.

Некоторые трудности в бестрансформаторных усилителях вызывает питание экранной сетки верхней (по схеме) лампы. Для получения пентодного режима экранная сетка должна быть по переменному току замкнута на катод (через конденсатор С13). Однако при этом сопротивление R23 оказывается включенным (по переменному току) параллельно нагрузке и на нем бесполезно рассеивается часть выходной мощности. Увеличение сопротивления R23 уменьшает постоянное напряжение на экранной сетке, в результате чего уменьшается мощность, отдаваемая лампами.

Компромиссной оказывается величина 6,8 кОм, которая, с одной стороны, обеспечивает достаточно высокое постоянное напряжение на экранной сетке и, с другой стороны, не приводит к заметным потерям мощности. Вместо сопротивления R23 может быть включен низкочастотный дроссель, который обладает большим сопротивлением переменному току и малым – для постоянного тока. Однако это усложняет усилитель и не всегда может быть рекомендовано.

На схеме (рис.4) показана схема более совершенного безтрансформаторного усилителя. Усилитель выполнен по двухканальной схеме.

Рис. 6. Безтрансформаторный усилитель мощностью 7 Вт.

ПОС в усилителе осуществлена подачей части напряжения из катодной цепи Л1б в цепь катода Л1а через сопротивление R7. Напряжение ООС подается с выхода усилителя в цепь катода Л1а через сопротивление R11. Между анодом фазоинвертора и управляющей сетки лампы выходного каскада Л2 осуществлена связь по постоянному току. Величина отрицательного смещения на управляющей сетке этой лампы определяется разностью между напряжением на катоде и напряжением, снимаемым на управляющую сетку с делителя R8, R13.

Рис. 7. АЧХ усилителя по схеме на рис.6:

Частотная характеристика усилителя прямолинейна от 20 Гц до частот свыше 100 кГц, что является характерным для бестрансформаторных усилителей. При выходной мощности 7 Вт нелинейные искажения не превышают 0,5%. Все это обеспечивает воспроизведение всего звукового диапазона частот практически без искажений.

Рис. 8. Зависимость КНИ от выходной мощности:

В заключение следует отметить, что бестрансформаторные усилители, построенные по последовательной двухтактной схеме, могут как и обычные трансформаторные двухтактные усилители работать не только в классе А, а также в классах АВ и В.

Так, например, для работы в режиме, близком к классу В, в схеме на рис.3 нужно исключить R17C12 и, отключив R13 от корпуса, подать через него на управляющую сетку Л3 отрицательное смещение порядка 15 В от постороннего источника. При этом будет достигнут дополнительный выигрыш в мощности 10-20%. К выходу усилителя подключаются два, последовательно соединенных громкоговорителя 5ГД-16.

Автор: Кононович Л. (по материалам журнала “Радио” №6/1959 год)

Источник

Ламповый усилителя для наушников с бестрансформаторным выходом своими руками

Рассмотрим сегодня довольно простой, но весьма качественный ламповый усилитель для наушников. Усилитель меня очень приятно удивил и я по новой открыл для себя звучание своих наушников. Если вы хотите вкусить лампового звука то этот ламповый усилитель для наушников идеальное решение.

Ламповый усилитель для наушников

Я уже очень давно планировал собрать себе ламповый усилитель для наушников, но каждый раз напрягала мысль о необходимости намотки выходных трансформаторов. Не то чтобы это большая проблема, да и опыт имеется, но нужно искать железо, проволоку, рассчитывать, мотать….. Вобщем лень брала вверх.

К счастью недавно наткнулся на очень увлекательную статью от Олега Иванова. Статья достаточно большая и глубокая, но я бы рекомендовал с ней ознакомиться. Суть в том, что автор загорелся идеей соорудить ламповый усилитель для низкоомных наушников с бестрансформаторный выходом.

Честно говоря, я всегда довольно скептически относился к ламповым усилителям с бестрансформаторным выходом. Но подход автора выглядел очень убедительным и я загорелся попробовать. Как оказалось – не зря!

Смотрите мое видео по этой статье:

Схема лампового усилителя для наушников

Я никоим образом не претендую на авторство схемы и на какое-то к ней отношение. Я просто выступаю в роли пропагандиста здорового образа жизни рукодельничества и электроники.

Вот так выглядит оригинальная схема автора:

Идея схемы состоит в том, что это SRPP каскад и раскачкой наушников занимается по две лампы в каждом канале. Лампой служит довольно распространенная 6Н6П, являющаяся сдвоенным триодом — всё, как вы любите).

Схема рассчитывалась на коэффициент усиления равный двум. Однако на нагрузку в 32 Ома он составляет чуть более единицы, около 1,2 как заявляет сам автор. Если же ваши наушники более высокоомные, то коэффициент усиления будет стремиться к двум.

Тем не менее несмотря на коэффициент усиления немногим больше единицы – это коэффициент усиления по напряжению. Т.е. усилитель практически не усиливает по громкости, зато он усиливает сигнал по току. А это очень важно, т.к. если усилитель для наушников (так же как и любой другой усилитель) не может обеспечить достаточный ток в нагрузку, то это приводит к проседанию выходного напряжения – а это искажения формы сигнала и смерть для звука.

С другой стороны использовать такой усилитель логичнее с наушниками скорее относящимися к категории «профессиональные», а их сопротивление не часто бывает ниже 50-60 Ом.

Если уровень сигнала вашего источника недостаточный, то автор предлагает решение в виде дополнительного входного каскада на лампе 6Н1П, с коэффициентом усиления равным 10:

С моими источниками сигнала и наушниками я не испытал необходимости в этом каскаде.

Что касается лампы 6Н6П то стоит обратить внимание, что она требует достаточно большого накального тока, порядка 750 мА. Если трансформатор не может обеспечить достаточный ток, то напряжение накала будет проседать.

Плохо это не только тем, что звук будет более зажатым, но и тем что при этом будет происходить «холодный вырыв» электронов из катодов ламп. Это приводит к уменьшению срока службы ламп.

Макетирование

Разумеется перед тем, как пилить шасси и заморачиваться с корпусом для лампового усилителя для наушников я в первую очередь решил проверить всё на макете, чтобы вообще убедиться надо ли оно мне.

Для макетирования я разбомбил какой-то ламповый блок от советского самописца. Очень удобно пользоваться готовыми кусками. Плюс тут и трансформатор хороший, даже с экранами между обмотками.

Макетирование так же удобно для того чтобы подобрать детали, и прикинуть необходимые размеры будущего девайса.

Что меня очень приятно удивило в этой схеме – так это полное отсутствие шумов. Сам автор говорит, что на измерениях спектра есть небольшой пик от сетевой наводки, но он абсолютно отсутствует на слух.

Сборка усилителя

Собирая этот усилитель мне захотелось отойти от классического металлического шасси в пользу «хорошо звучащего» дерева. Правда вместо дерева я воспользовался фанерой, которая в прошлой жизни гордо называлась кухонной доской.

Но вот корпус я все равно предпочел сделать из метала для экранировки потрохов усилителя. На роль крышки пошла крышка от куска какого-то военного прибора для проверки радиоламп в полевых условиях. Это счастье досталось мне от соседа, после сноса его гаража.

После того как я определился с расположением элементов на фанерной крышке корпуса, были просверлены все необходимые отверстия. Тут стоит заострить внимание, пожалуй, только на сверление отверстий под панельки для ламп. Т.к. панельки было решено устанавливать с верхней стороны, то для свободного доступа к контактам, с внутренней стороны я высверливал отверстия бОльшего диаметра, оставляя 4 слоя фанеры, для крепления самих ламп.

Тут стоит быть осторожным и внимательным т.к. фанера любит расслаиваться. Поэтому как только появлялся намек на трещину я подклеивал его суперклеем.

Тонировка дерева

Хотелось замутить дизайн между хайтеком и ретро, поэтому я озадачился идей тонировки фанеры. Перечень морилок в ближайших строительных магазинах меня не удовлетворил и было решено воспользоваться технологией состаривания дерева, найденной в интернетах.

Суть метода сводится к тому, что необходимо замочить в уксусной эссенции металлическую стружку или гвозди, настоять это дело недельку – другую. Затем разбавить водой, нанести полученный раствор на дерево и дождаться его высыхания.

Если лень ждать неделю, то можно приготовить эксперсс-раствор. Для этого подойдет чугунная сковорода. Шкурим ее крупной наждачкой и полученную пыль заливаем все той же уксусной эссенцией. После чего можно сразу разбавить раствор 1:1 или более водой и сразу наносить на дерево.

На самом деле такой раствор это не совсем морилка. Раствор искусственно состаривает дерево. Вообще такая морилка не очень эффективно справляется с сосной, из которой изготавливается большинство фанер, но эффект все же есть. Плюс между волокон остаются черные частички сковородки что тоже выглядить достаточно интересно, проявляя волокна дерева.

После того как деревяшка просохнет можно повторить нанесение. Однако это не даст значительного изменения. Поэтому прошкуриваем фанерку мелкой наждачкой чтобы убрать вылезший ворс и покрываем её слоем лака. В моем случае это матовый паркетный лак.

Корпус лампового усилителя для наушников

Первым делом было сделаны все необходимые отверстия. А под разъёмы для входа/выхода и отверстие для регулятора громкости. На задней стенке был сделано отверстие под интерфейс для сетевого питания.

Это готовый блочек, в котором уже совмещены разъем для сетевого провода, выключатель и предохранитель. Потрясающая штука, заказывал в этом магазине всего по 95 центов:

Когда все отверстия готовы, а новых не предвидится – пора переходить к отделочным работам. Для придания корпусу солидного вида – он был отшкурен до металла, затем отшпаклеван автомобильной шпатлевкой. И, после тщательного прошкуривания, я покрыл его тремя слоями черной краски с промежуточными прошкуриваниями.

Исходно, по классике жанра, корпус предполагался черным матовым. Но, увы, нормальную краску удалось достать только глянцевую. Я использовал акриловую нитрокраску. Однако последний слой, так получилось, я наносил при температуре около 17 градусов, что ниже указанной в условиях нанесения. В результате слой таки получился матовым.

Кожух трансформатора красился вместе с корпусом.

Потроха усилителя для наушников

Когда корпус готов остается только собрать все воедино и заставить работать.

Первым делом я провел провода для накала ламп. Я не стал выпрямлять накал, поэтому провода идущие к лампам желательно делать как можно короче. Накальная обмотка моего трансформатора имеет центральный отвод, который я сразу соединил с выводами экранов между обмотками трансформатора и подключил все это дело к земле.

Детали я напаивал непосредственно на выводы панелек ламп, но так же воспользовался столбиками из оргстекла с контактом, выкрученными из какого-то лампового прибора.

Для усилителя я специально заказал хорошие конденсаторы, однако на момент сборки они не успели придти, поэтому не стал заморачиваться с крепежом имеющихся и посадил все на термоклей. Выглядит не самым лучшим образом, зато все прекрасно работает

После сборки усилитель заработал сходу, но на всякий случай еще раз пробежался по схеме и все проверил.

В качестве проверки правильности работы схемы стоит проверить напряжения в указанных на схеме точках. Если схема собранна правильно, но при этом напряжения отличаются от указанных более чем в 10 раз, то это значит лампам пора на мусорку.

Заключение

В итоге получился вот такой потрясающий усилитель:

С этим усилителем я заново открыл для себя свои наушники. Схема усилителя настолько просто, что ее действительно сможет повторить даже начинающий лампостоитель. Главное не забывать о простых правилах безопасности, а именно не забывать отключать питание и разряжать конденсаторы. На этом у меня всё, более подробно процесс сборки смотрите в моем видео в начале статьи.

Всем удачи и хорошего звука!

Статья написана исключительно для сайта AudioGeek.ru

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂

Источник