Станислав Симулкин, г. Алчевск Луганской обл.
Источник - журнал (с) "Радиохобби", 2001. - N2. - C.31-32.
6П1П - лучевой тетрод в стеклянном "пальчиковом” исполнении (рис.1), предназначенный для УМЗЧ.
Накал 6,3 В/ 0,5 А, анод 300 В / 70 мА / 12 Вт, экранная сетка 250 В / 7 мА / 2,5 Вт, крутизна 4,9 мА/В, ресурс 2000 часов (для 6П1П-ЕВ 5000 часов). Лампы-аналоги, отличающиеся иным конструктивным исполнением, но идентичные или близкие электрическими характеристиками: 6П6С, 6V6, 6AQ5, EL90, 6L31. Типовые зависимости выходной мощности и коэффициента гармоник от сопротивления анодной нагрузки показаны на рис.2.
Применение лампы 6П1П в однотактном оконечном каскаде класса А в усилителях звуковой частоты при работе с автоматическим смещением показано на рис.3.
Емкости конденсаторов С1. С2 и С4 определяются нижней рабочей частотой усилителя (Тн = 1/(2nCR)). Емкость С3 зависит от качества исполнения выходного трансформатора (Тр.вых.) и требуемой АЧХ в области средних и высоких частот. Рекомендуемые электрические режимы работы лампы в таком применении: Еа=255 В. Ua=250 В, Ес2=250 В, Ек=13 В, Рк=270 Ом, Iа0=44 мА, lc20=4 мА, Rc2=910 Ом, Uc1=8,9 В. Этому режиму соответствуют внутреннее сопротивление лампы Ri=50 кОм, сопротивление нагрузки в цепи анода Ra=5,0 кОм, Рвых=4 Вт, Кг=7%.
Применение лампы 6П1П в однотактном оконечном каскаде класса А в усилителях звуковой частоты при работе с фиксированным отрицательным смешением на управляющей сетке показано на рис.4.
Емкости конденсаторов С1 и С3 определяются нижней рабочей частотой усилителя. Емкость С2 зависит от качества исполнения выходного трансформатора и необходимой АЧХ в области средних и высоких частот. Резистор R1 сопротивлением в несколько Ом. вводимый в цепь катода, служит для компенсации технологического разброса характеристик ламп и не является обязательным. Большой запас по мощности этого резистора повышает надежность устройства в случае межэлектродного пробоя в лампе. Рекомендуемые электрические режимы работы лампы в таком применении: Еа=255 В, Ua=250 В, Ес2=250 В, Ес1= -12.5 В, la0=45 мА, |с20=5 мА, Rc2=620 Ом, Uc1=8,9 В. Такому режиму соответствуют Rl=50 кОм, Ra=5.5 кОм, Рвых=4.5 Вт, Кг=7%.
Пример практической реализации усилителя звуковой частоты с однотактным выходным каскадом не лампе 6П1П показан на рис.5.
Его входной каскад собран на половинке двойного триода 6Н2П. Данную лампу можно заменить "октальной" 6Н9С. Переменный резистор R1 служит для регулировки громкости, а резистор R2 предотвращает "провисание" сетки входной лампы при обрыве движка потенциометра. Выходной каскад собран по однотактной схеме с использованием автоматического смещения, обеспечивающего ток анода 45 мА. Конденсатор С5, включенный параллельно анодной обмотке выходного трансформатора - корректирующий. Его ёмкость, подбираемая экспериментально. может лежать в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч пФ в зависимости от качества трансформатора и требований к АЧХ в области средних и высших частот. Иногда может потребоваться включение последовательно с этим конденсатором резистора сопротивлением от сотен Ом до нескольких десятков килоом. В ряде случаев корректирующий конденсатор может отсутствовать вообще.
Технические характеристики предложенного усилителя следующие: максимальная выходная мощность до 4 Вт при входном напряжении около 0,7 В и коэффициенте гармоник около 1,5%. Рабочий диапазон частот от 40 Гц до 18-20 кГц при неравномерности АЧХ не более 2 дБ. Усилитель охвачен общей ООС глубиной около 15 дБ. Следует отметить, что ООС безболезненна лишь при изготовлении выходного трансформатора с надлежащим качеством - минимальными паразитными емкостями и индуктивностями, в противном случае может возникнуть трудноустранимое самовозбуждение. Если все же оно произошло, то необходимо или уменьшить глубину ООС, увеличив сопротивление резистора R5, либо ввести в цепь ООС корректирующее RC-звено. В первом случае ухудшаются технические характеристики усилителя, в частности, увеличивается коэффициент гармоник, сужается полоса рабочих частот, уменьшается коэффициент демпфирования. Последствия второго шага на первый взгляд не столь очевидны, но по мнению многих известных специалистов-звукотехников, именно несогласованность характеристик собственно усилительного тракта и петли ООС приводит ко всем тем неприятностям, в которых принято в последнее время обвинять QQC.
Оптимальное сопротивление анодной нагрузки составляет 5,5 кОм, что требует применения выходного трансформатора с коэффициентом трансформации 0,0426 (для нагрузки 8 Ом и КПД трансформаторе 80%). Он выполняется на магнитопроводе ШЛМ 25 х 40 с размерами окна 15 х 45 мм и средней длиной магнитной силовой линии 16 см. Первичная обмотка содержит 4350 витков провода ПЭВ2-0.18 и разбита на три секции по 1450 витков. Каждая секция состоит из 10 слоев по 145 витков, ширина намотки каждого слоя примерно 39 мм. Вторичная обмотка для нагрузки 8 Ом содержит 184 витка провода ПЭВ2-0.83 и разделена на 4 секции. Каждая секция представляет собой один слой шириной примерно 39 мм с количеством витков 46. Порядок размещения обмоток на каркасе катушки следующий: вначале наматывается первая секция вторичной обмотки, далее первая секция анодной, затем вторая секция вторичной и т.д., последней будет четвертая секция вторичной (рис.6).
При использовании высококачественной изоляции разумной толщины суммарная высота обмоток составит около 12 мм. Поскольку у каждой из обмоток все секции соединяются последовательно, при изготовлении катушки необходимо внимательно следить за расположением начала и конца провода. Для секций первичной обмотки, имеющих четное количество слоев, данное правило выполняется автоматически, т.е. при намотке справа-налево начало и конец будут находиться справа. К последнему подпаивается начало провода второй секции и намотка производится в том же направлении. Секции вторичной обмотки содержат нечетное количество слоев, поэтому при намотке справа-налево начало провода для нечетных секций будет находиться справа, а для четных - слева, а значит четные секции необходимо наматывать слева-направо. При выполнении таких требований отдельные проводники секций можно рассматривать как единое целое. Магнитопровод трансформатора собирается с зазором около 0,15 мм, который уточняется экспериментально. При необходимости создания выходного трансформатора с иными характеристиками воспользуйтесь рекомендациями из [I]. В крайнем случав возможно применение выходных трансформаторов от телевизоров, например, ТВЗ1-2 или ТВЗ1-9, но по причине их невысокого качества возможно возникновение проблем, о которых было сказано выше, а также некоторое ухудшение технических характеристик усилителя.
Налаживание правильно собранного из заведомо исправных деталей устройства обычно сводится к проверке режимов по постоянному току. Если при включении усилителя возникает самовозбуждение, в первую очередь поменяйте местами выводы вторичной обмотки выходного трансформатора. Генерация при этом, как правило, пропадает. Реже причиной самовозбуждения является неудачная топология монтажа или низкое качество выходного трансформатора. В последнюю очередь, если это необходимо, скорректируйте АЧХ конденсатором С5. Остается добавить, что описанная конструкция потребует ток по цепям питания анода и накала 55 мА и 1.2 А соответственно.
Двухтактные выходные каскады усилителей звуковой частоты на лампе 6П1П показаны на рис.7 и рис.8.
Первая схема - с автоматическим смещением, как правило, применяется для случая, когда оконечные лампы работают в режиме класса А или АВ при углах отсечки анодного тока больше 150°. Каскад с фиксированным смещением чаще применяют при работе выходных ламп в классе В с минимальным током покоя, либо АВ с углом отсечки анодного тока манее 150°, хотя в ряде случаев данное построение схемы используется и для класса А. Емкость конденсаторов С1-С4 в схеме рис.7 и С1-СЗ на рис.8 зависит от нижней рабочей частоты. Катодные резисторы Rk в схеме на рис.8 выполняют ту же роль, что и Rk на рис.4, причем для двухтактного оконечного каскада вопрос компенсации технологического разброса параметров ламп более актуален, поэтому, если есть возможность, сопротивление этих резисторов следует выбрать побольше. Резистор R1 служит для симметрирования схемы. Его сопротивление выбирают в пределах 10...35 % от Rc1.
Рекомендуемые электрические режимы при работе ламп 6П1П в двухтактном выходном каскаде класса А: Еа=290 В. Ua=280 В, Ес2=250 В, Ес1=-15 В (либо Ек=15 В, Рк=180 Ом при автоматическом смещении), 1а0=65 мА, 1э0=10 мА, Rc2=3 кОм, Uc1=21.2 В, Rl=110 кОм. Raa=11.6 кОм, Рвых=10 Вт, Кг=2,1%. Необходимо учитывать, что указаны суммарные, т.е. для двух ламп, данные: токи в цепях анодов и экранных сеток, выходная мощность, напряжение возбуждения, приложенное между управляющими сетками ламп. Номинальное сопротивление нагрузки между анодами, т.е. для всей первичной обмотки выходного трансформатора, внутреннее сопротивление суммарное для обеих ламп, сопротивление автоматического смещения в цепи катода общее для всего каскада (при желании применить индивидуальное смещение для каждой лампы сопротивление удваивается), гасящий резистор в цепи экранной сетки общий для всего каскада. Напряжение источника анодного питания (+Ев) и гасящего сопротивления в цепи сетки экранной Rc2 даны для случая, когда падение напряжения на каждой половине первичной обмотки выходного трансформатора составляет 10 В.
Примечание. При необходимости получения иных характеристик выходного каскада, работающего в классе А, для каждой лампы двухтактного каскада можно выбрать подходящий режим, соответствующий однотактному каскаду (рис. 3. 4. 5), учитывая при этом следующие основные особенности двухтактной схемы: ток, потребляемый по цепям анода и экранной сетки, удваивается; максимальная выходная мощность удваивается; внутреннее сопротивления активных элементов для всего каскада удваивается; оптимальное сопротивление в анодной цепи всего каскада удваивается; в схеме с автоматическим смешением сопротивление в катодной цепи всего каскада уменьшается вдвое; коэффициент нелинейных искажений уменьшается за счет компенсации четных гармоник.
Пример практической реализации усилителя звуковой частоты с двухтактным оконечным каскадом, работающим в классе А на пампе 6П1П, показан на рис.9.
Входной каскад одновременно выполняет функции усилителя напряжения и фазоинвертора. С целью достижения высокой симметрии и получения приемлемого коэффициента усиления была выбрана парафазная схема. В случае использования в ней двойного триода 6Н23П коэффициент передачи равен 12,5, что позволяет получить номинальную чувствительность всего усилителя около 0.75 В. В анодную цепь правого по схеме триода включен подстроечный резистор R3. Он предназначен для компенсации разброса коэффициентов усиления между половинками лампы и симметрирования плеч каскада. Конденсатор С2 устраняет разбаланс АЧХ и ФЧХ верхнего и нижнего плеча фазоинвертора.
Выходной каскад собран по двухтактной схеме с автоматическим смещением. Переменный резистор R14 позволяет балансировать каскад по постоянному и частично по переменному току. Последнее возможно благодаря местной ООС небольшой глубины, которая возникает за счет падения напряжения на этом резисторе. Таким образом удается до некоторой степени скомпенсировать производственно-технологический разброс характеристик выходных ламп.
В соответствии с современной концепцией High-End усилитель общей петлей ООС не охвачен, но тем не менее достигаются высокие технические характеристики. Номинальная выходнвя мощность - 8 Вт при коэффициенте гармоник не более 3,7%. Рабочий диапазон частот по уровню -3 дБ От 40 Гц до 23 кГц.