Что такое УМЗЧ и для чего он нужен. Какие бывают виды схем УМЗЧ. Как устроен типичный УМЗЧ. Какой порядок сборки УМЗЧ своими руками. Какие компоненты необходимы для создания УМЗЧ.
Что такое УМЗЧ и его назначение
УМЗЧ расшифровывается как усилитель мощности звуковой частоты. Это устройство предназначено для усиления электрических сигналов звукового диапазона частот (20 Гц — 20 кГц) до уровня, достаточного для нормальной работы акустических систем. УМЗЧ является ключевым элементом любой аудиосистемы, так как обеспечивает необходимую мощность для воспроизведения звука.
Основные функции УМЗЧ:
- Усиление входного звукового сигнала по напряжению и току
- Согласование маломощного источника сигнала с акустической системой
- Обеспечение требуемой выходной мощности для качественного воспроизведения звука
- Минимизация искажений при усилении сигнала
Качественный УМЗЧ должен обеспечивать высокую линейность усиления, низкий уровень шумов и искажений, широкий динамический диапазон и равномерную амплитудно-частотную характеристику.
Основные виды схем УМЗЧ
Существует несколько основных видов схем усилителей мощности звуковой частоты:
1. Однотактные усилители
Простейший вид УМЗЧ, где усиление происходит только в одном плече схемы. Имеют низкий КПД и высокие искажения, но отличаются простотой конструкции. Применяются в основном в маломощной аппаратуре.
2. Двухтактные (push-pull) усилители
Наиболее распространенный тип УМЗЧ. Сигнал усиливается двумя комплементарными плечами схемы. Обладают высоким КПД и низкими искажениями. Существуют в различных вариантах исполнения (класс AB, B, D и др.).
3. Мостовые усилители
Состоят из двух двухтактных усилителей, включенных по мостовой схеме. Позволяют получить высокую выходную мощность при относительно низком напряжении питания. Часто используются в автомобильных усилителях.
4. Усилители класса D
Импульсные усилители с широтно-импульсной модуляцией сигнала. Отличаются очень высоким КПД (до 90%) и малыми габаритами. Широко применяются в современной аудиотехнике.
Устройство типичного УМЗЧ
Типичный усилитель мощности звуковой частоты состоит из следующих основных функциональных узлов:
- Входной каскад (предварительный усилитель)
- Драйверный каскад
- Выходной каскад
- Цепи обратной связи
- Блок питания
- Система защиты
Входной каскад обеспечивает предварительное усиление слабого входного сигнала. Драйверный каскад усиливает сигнал по току для раскачки мощного выходного каскада. Выходной каскад является силовым и обеспечивает основное усиление сигнала. Цепи обратной связи корректируют характеристики усилителя и снижают искажения. Блок питания обеспечивает все каскады необходимым питанием. Система защиты предохраняет усилитель от перегрузок и аварийных режимов.
Порядок сборки УМЗЧ своими руками
Сборка УМЗЧ своими руками требует определенных навыков и включает следующие основные этапы:
- Выбор принципиальной схемы усилителя
- Подбор и приобретение необходимых компонентов
- Изготовление печатной платы
- Монтаж компонентов на плату
- Сборка блока питания
- Установка радиаторов охлаждения
- Монтаж усилителя в корпус
- Настройка и регулировка параметров
- Проверка работоспособности и тестирование
При сборке важно строго следовать схеме, соблюдать полярность компонентов и обеспечивать качественную пайку. Особое внимание следует уделить монтажу силовых цепей и отводу тепла от мощных транзисторов.
Необходимые компоненты для создания УМЗЧ
Для сборки типичного транзисторного УМЗЧ потребуются следующие основные компоненты:
- Транзисторы (входные, драйверные, выходные)
- Резисторы (постоянные и подстроечные)
- Конденсаторы (электролитические и пленочные)
- Диоды и стабилитроны
- Трансформатор питания
- Радиаторы охлаждения
- Печатная плата
- Корпус
- Коммутационные элементы (разъемы, выключатели)
Важно использовать качественные компоненты с соответствующими номиналами и допусками. Особое внимание следует уделить подбору согласованных пар выходных транзисторов. Компоненты силовых цепей должны выбираться с запасом по мощности и напряжению.
Преимущества самостоятельной сборки УМЗЧ
Сборка усилителя мощности звуковой частоты своими руками имеет ряд преимуществ по сравнению с покупкой готового устройства:
- Возможность создать уникальный усилитель с желаемыми характеристиками
- Глубокое понимание принципов работы УМЗЧ
- Существенная экономия средств
- Развитие навыков конструирования электронных устройств
- Возможность легкой модернизации и ремонта в будущем
Однако стоит учитывать, что качественная сборка УМЗЧ требует определенных знаний и опыта в области электроники и пайки. Новичкам рекомендуется начинать с простых проверенных схем под руководством более опытных радиолюбителей.
Настройка и тестирование собранного УМЗЧ
После завершения сборки усилителя необходимо провести его настройку и тестирование. Основные этапы включают:
- Проверка монтажа и отсутствия коротких замыканий
- Настройка тока покоя выходных транзисторов
- Проверка симметрии выходного каскада
- Измерение коэффициента усиления
- Снятие амплитудно-частотной характеристики
- Измерение уровня искажений на разных частотах
- Проверка работы схем защиты
Для проведения измерений потребуются генератор звуковой частоты, осциллограф и измеритель нелинейных искажений. После настройки усилитель обязательно нужно протестировать в течение длительного времени на номинальной мощности.
Простой УМЗЧ на комплементарных составных транзисторах, схема и настройка.
Как увеличить мощность легендарного транзисторного усилителя мощности JLH Джона Линсли Худа без потери естественности и
прозрачности звучания?
Ответ не сложен — трепетно сберечь схемотехническую простоту УНЧ и озаботиться сохранением максимально короткой и неглубокой
отрицательной обратной связи! Ну и естественным образом, обеспечить работу усилителя в режиме, максимально близком к классу А.
Озадачился этим вопросом и уважаемый Г. Попцов, опубликовавший в журнале Радиоконструктор №1-2016 схему аудио усилителя мощности на
комплементарных транзисторах TIP112, TIP117, обеспечивающую 20Вт выходной мощности при однополярном напряжении питания +40В.
Ознакомимся со статьёй:
ПРОСТОЙ УМЗЧ НА ТРАНЗИСТОРАХ
Обычно, если требуется сделать УНЧ «по быстрому» и «без лишних деталей» радиолюбители обращают свои взоры на микросхемы —
интегральные УМЗЧ.
Однако, УМЗЧ «по быстрому» и относительно «без лишних деталей», можно сделать и без микросхем, используя мощные разноструктурные транзисторы Дарлингтона TIP112 и TIP117. Получится очень простой усилитель, всего на трех транзисторах, развивающий выходную мощность до 20W при питании от однополярного источника напряжением 40V.
Параметры усилителя:
1. Диапазон рабочих частот 30-200000 Гц.
2. КНИ в диапазоне рабочих частот — не более 0,2% при Pвых 10W на нагрузке 8 Ом.
3. Максимальная выходная мощность при КНИ не более 1% — 22W на нагрузке 8 Ом.
4. Максимальная выходная мощность возникает при уровне входного сигнала 1,2V.
Принципиальная схема УМЗЧ на TIP112 и TIP117 показана на рисунке. Входной сигнал поступает через цепь C1-R1 на первый каскад на
транзисторе VT1. Сигнал с его коллектора поступает на выходной каскад на комплементарной паре мощных транзисторов Дарлингтона VT2 и VТ3,
соответственно TIP112 и TIP117.
Для создания напряжения смещения на базах этих транзисторов с целью устранения искажений типа «ступенька» и термостабилизации включена между их базами цепь из диодов VD1-VD3 в прямом направлении по току и дополнительного корректирующего резистора R6.
Рис.1. Принципиальная схема УНЧ на транзисторах TIP112, TIP117 с выходной мощностью 20Вт.
ДЕТАЛИ И НАЛАЖИВАНИЕ
Напряжение смещения на базу транзистора VT1 поступает с выхода УНЧ, с точки соединения эмиттеров VT2 и VT3 через резисторы R3 и R4.
В процессе налаживания подстройкой резистора R4 нужно на эмиттерах VТ2 и VT3 установить постоянное напряжение, равное половине
напряжения питания.
Попцов Г. РК-2016-01.
Схема получилась хорошей, однако есть нюансы:Ясен хулахуп, что одной регулировкой уровня постоянного выходного напряжения нам обойтись не удастся — необходима установка тока покоя выходных транзисторов (VТ2 и VT3).
Как выяснилось, в данном схемотехническом построении существует оптимальная величина этого тока, при превышении либо понижении которого — резко увеличиваются нелинейные искажения. Причём ток этот необходимо устанавливать определённой величины для различных сопротивлений нагрузки:
1,5А — для 4-омной нагрузки,
1А — для 6-омной,
0,7А — для 8-омной.
Поэтому — вместо R6 следует впаять переменный резистор номиналом 330…470 Ом и посредством него установить ток покоя выходных транзисторов на указанном уровне.
Ну, вроде и всё! А на следующей странице полюбуемся на схему ещё одного легендарного усилителя из 70-ых — УМЗЧ HITACHI с выходным
каскадом на полевых транзисторах.
УМЗЧ с усилителем напряжения по схеме с общей базой
До недавнего времени среди радиолюбителей была популярна классическая структура усилителя мощности [1], в которой дифференциальный каскад на входе УМЗЧ нагружен на каскад усиления напряжения с транзистором по схеме с общим эмиттером, за которым следует каскад усиления мощности, как правило, представляющий собой двух- или трехступенчатый усилитель тока. Такая структура и теперь является базовой для интегральных микросхем УМЗЧ.
За последние четыре десятка лет эта схема мало изменилась, ее варианты умножились за счет распространения мощных полевых транзисторов. Она обеспечивает необходимые параметры, измеряемые малыми значениями нелинейных искажений, легко поддающиеся расчету выходную мощность и коэффициент усиления. Вполне объяснима це- лесообразность применения входного дифференциального каскада, обеспечивающего высокую стабильность всего устройства в статическом режиме.
Выходной каскад, представляющий собой двух- или трехступенчатый эмит-терный повторитель, вносит минимальные гармонические искажения при почти полном, соизмеримым с напряжением питания (правильнее сказать, с его половиной) размахом напряжения на выходе устройства. Сложнее обстоят дела с усилителем напряжения — драйвером. За 60-летний период существования биполярного транзистора его включение по схеме с общим эмиттером (ОЭ) неплохо изучено, выявлены все его сильные и слабые места, что и послужило его применению во всех аналоговых и цифровых устройствах в широком диапазоне частот, а также в усилителях постоянного тока.
К недостаткам транзисторного каскада по схеме с ОЭ стоит отнести низкую температурную стабильность и далеко не самый линейный режим усиления. И то, и другое в большинстве устройств устраняется разного рода отрицательными обратными связями, которые снижают динамические характеристики каскада и его коэффициент усиления. Кроме того, ухо слушателя за эти годы привыкло к звуку классического транзисторного усилителя, и большинство слушателей новых требований не предъявляют.
Рис. 1
В описываемом УМЗЧ (его схема на рисунке) драйверный каскад собран на биполярных транзисторах VT6, VT7, включенных по схеме с общей базой (ОБ). Такой каскад имеет лучшую частотную характеристику и позволяет получить большую амплитуду сигнала на выходе, так как напряжение насыщения у транзистора, включенного по схеме с ОБ, меньше, чем у аналогичного каскада с включением транзистора по схеме с ОЭ
Конечно, каскад по схеме с ОБ также не лишен недостатков. Он не обеспечивает усиления по току, поэтому ток нужно усилить в предшествующем ему дифференциальном каскаде, который можно собрать на составных транзисторах.
На входе устройства имеется фильтр R1C3, не пропускающий сигналы с частотой выше 100 кГц, с него сигнал поступает на инвертирующий вход УМЗЧ через аналог неполярного оксидного конденсатора в виде С1, С2. На точку соединения этих конденсаторов подано поляризующее напряжение смещения через резистор R2. На этот же вход поступает сигнал ООС с выхода устройства через резистор R14.
Ток через каждое плечо дифференциального каскада, как и коллекторный ток каскада усиления напряжения, равен 3 мА. При всех своих недостатках инвертирующий усилитель известен своей большей устойчивостью по сравнению с неинвертирующим фазу сигнала
Выходной каскад, состоящий из двух ступеней эмиттерного повторителя, имеет несколько нестандартный узел стабилизации тока покоя и температурного режима на транзисторах VT8 и VT9. Он обеспечивает стабилизацию тока покоя первой ступени выходного каскада, а следовательно, и напряжения на резисторе R15. Это. соответственно, приводит к стабилизации тока покоя транзисторов VT12 и VT13, в эмиттерных цепях которых имеются проволочные резисторы R16 и R17. Как показала многолетняя авторская практика, такая схема стабилизации позволяет заметно снизить переключательные искажения, приводящие к появлению гармоник высокого порядка, свойственных «транзисторному звучанию». Автор более десятка лет использует в своей конструкторской и ремонтной практике это техническое решение [2], и оно вполне себя оправдывает.
Плавная «ступенька» хорошо отслеживается цепями ООС, приближая работу выходного каскада к так называемому режиму экономичного класса А, что делает субъективное восприятие воспроизведения звукового сигнала легче и прозрачней Штриховыми линиями показана схема при использовании сетевого трансформатора без вывода средней точки во вторичной обмотке В этом случае резисторы R20 и R21 в цепи питания обязательны, резистор R22 следует заменить проволочной перемычкой, а предохранитель FU3 исключить.
Кратко о параметрах усилителя. При чувствительности 2 В описываемый УМЗЧ обеспечивает на нагрузке сопротивлением 8 Ом синусоидальную мощность 120 Вт При использовании нагрузки сопротивлением 4 Ом следует удвоить число выходных транзисторов вместе с резисторами в их эмиттерных цепях, тогда можно будет получить выходную синусоидальную мощность до 180…200 Вт. Осциллографическое наблюдение через активный режекторный фильтр, подавляющий на 40 дБ основную гармонику синусоидального сигнала, показало, что уровень гармонических искажений составляет примерно 0,03 °о При указанных на схеме номиналах резистора R14 цепи ООС и резистора на входе R3 коэффициент усиления равен 26 дБ.
Для монтажа усилителя использована макетная плата, на которой собраны дифференциальный каскад и усилитель напряжения для двух каналов Их цепи питания плюсовой и минусовой полярности соединены «звездой» на выводах конденсаторов С5, С6 соответственно
Весь выходной каскад был собран на общем теплоотводе вместе с узлом стабилизации тока выходного каскада Важно, чтобы мощные транзисторы каждого канала (VT10-VT13) были установлены на общий теплоотвод, а транзисторы VT8 и VT9 цепи токовой и термостабилизации имели бы с ними тепловой контакт (их можно смонтировать на выводах транзисторов VT10 и VT11) Цепи питания выходного каскада также соединены «звездой» на выводах конденсаторов С7, С9 и С8, СЮ соответственно.
Сетевой трансформатор Т1 должен быть габаритной мощностью не менее 250 Вт с вторичной обмоткой, рассчитанной на напряжение 70 В при токе не менее 3,5 А с выводом средней точки (или без него — с учетом указанных выше изменений).
Все транзисторы выходного каскада должны быть установлены на тепло-отводе площадью не менее 1200 см2 (на один канал).
Вместо оксидных конденсаторов С1, С2 можно применить один пленочный (полиэтилентерефталатный) конденсатор емкостью 1…2,2мкФ на напряжение 63 В (К73-16, К73-17), исключив, естественно, резистор поляризации R2. Емкость блокировочных конденсаторов С7, С8 можно увеличить до 1 …2,2 мкФ.
Налаживание усилителя следует начать с проверки правильности монтажа и его соответствия принципиальной схеме. В авторском варианте дифференциальный каскад и усилитель напряжения собраны на отдельной плате, поэтому сначала был проверен именно этот узел без подключения его к выходному каскаду. Для этого коллекторы транзисторов VT6 и VT7 и правый по схеме вывод резистора R14 временно соединили вместе. После подачи на усилитель питания в этой точке соединения напряжение не должно превышать 1О…15мВ. Также полезно проверить токи плеч дифференциального каскада и усилителя напряжения на соответствие указанным на схеме значениям.
После проверки следует подключить усилитель напряжения к выходному каскаду включив вместо одного из предохранителей (FU2 или FU3) миллиамперметр, и, подав напряжение питания, убедиться в том, что потребляемый ток всего устройства не более 150.
..200 мА (как правило, он не более 100 мА). Также необходимо убедиться в том, что на выходе устройства напряжение близко к нулю.
Затем, подключив к выходу УМЗЧ резистор сопротивлением 8 Ом и осциллограф, необходимо подать на вход УМЗЧ сигнал прямоугольной формы, чтобы с помощью осциллографа на разных уровнях сигнала убедиться в отсутствии самовозбуждения или существенных выбросов на перепадах напряжения. Если таковое все-таки присутствует, то необходимо увеличить емкость конденсатора С4 (в авторском варианте усилитель устойчив и без него).
Следует иметь в виду, что сразу после включения ток покоя выходных транзисторов должен быть в пределах 70…90 мА. Однако после получасового прогрева он должен подняться до 120… 150 мА и стабилизироваться.
Литература
1. Данилов А. А. Прецизионные усилители низкой частоты. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004, с. 56, 57.
2. Сапожников М. Доработка УМЗЧ с нестандартным включением ОУ. — Радио 2000, №8, с. 17.
Автор: М.
Сапожников, г. Ганей-Авив, Израиль
Трансформаторы для УМЗЧ
Одной из самых популярных конструкций радиолюбителей являются усилители мощности звука УМЗЧ . Для качественного прослушивания музыкальных программ в домашних условиях чаще всего используют достаточно мощные, 25…50Вт/канал, обычно стереоусилители.
Такая большая мощность вообще не нужна для того, чтобы получить очень большую громкость: усилитель, работающий на половинной мощности, позволяет добиться более чистого звука, искажений в этом режиме, и они есть даже у лучших УМЗЧ, они практически незаметны .
Собрать и настроить хороший мощный УМЗЧ достаточно сложно, но это утверждение верно, если усилитель собран из дискретных деталей — транзисторов, резисторов, конденсаторов, диодов, может быть даже операционных усилителей. Такую конструкцию может сделать достаточно квалифицированный радиолюбитель, который уже собрал не один-два усилителя, сожгнув на первых опытах не один килограмм мощных выходных транзисторов.
Современная схемотехника позволяет избежать таких материальных, а главное моральных затрат. Для сборки достаточно мощного и качественного УМЗЧ можно купить одну-две микросхемы, добавить к ним несколько пассивных частей, все это напаять на небольшую печатную плату, и, пожалуйста, перед вами УМЗЧ, который будет работать сразу после коммутации на.
Качество воспроизведения будет очень хорошим. Конечно, получить «ламповый» звук не получится, но многие фирменные, и, особенно, китайские усилители останутся позади. Ярким примером такого решения проблемы качественного звука можно считать микросхему TDA7294.
Двухполярное напряжение питания микросхемы имеет очень большой диапазон ±10…±40В, что позволяет получать от микросхемы мощность свыше 50Вт при нагрузке 4Ом. Если такая мощность не требуется, просто немного понизьте напряжение питания. Выходной каскад усилителя выполнен на полевых транзисторах, что обеспечивает хорошее качество звука.
Чип очень сложно вывести из строя.
Выходной каскад имеет защиту от короткого замыкания, кроме того есть еще и термозащита. Микросхема, как усилитель, работает в классе АВ, КПД которого составляет 66%. Следовательно, для получения выходной мощности 50 Вт потребуется блок питания мощностью 50/0,66 = 75,757 Вт.
Собранный усилитель крепится на радиатор. Для уменьшения габаритов радиатора очень неплохо, что тепло от радиатора отводится вентилятором. Для этих целей вполне подойдет небольшой компьютерный кулер, например, от видеокарты. Конструкция усилителя представлена на рис. 1.9.0005
Рисунок 1. Усилитель на микросхеме TDA7294
Следует отметить небольшую особенность микросхемы TDA7294. У всех таких мощных микросхем задняя металлическая спинка с отверстием для крепления к радиатору подключается к общему проводу схемы. Это позволяет закрепить микросхему на металлическом корпусе усилителя без изолирующей прокладки.
На микросхеме TDA7294 этот крепеж электрически соединен с минусовой клеммой источника питания, вывод 15.
Поэтому изолирующая прокладка с теплопроводной пастой КПТ-8 просто необходима. Еще лучше, если микросхема будет установлена на радиатор вообще без прокладки, только с теплопроводной пастой, а сам радиатор будет изолирован от корпуса (общий провод) усилителя.
Рисунок 2. Типовая схема включения TDA7294
Об усилителях на микросхеме TDA7294 можно говорить очень много, и те несколько строк, которые были написаны выше, вовсе не претендуют на полноту информации. Этот усилитель упоминается лишь для того, чтобы показать, какой мощности может понадобиться трансформатор, как определить его параметры, ведь статья называется «Трансформаторы для УМЗЧ».
Часто строительство начинается с создания прототипов, питание которых производится от лабораторного блока питания. Если схема оказалась удачной, то начинаются все остальные «столярные» работы: изготавливается корпус или используется подходящий от аналогичного промышленного устройства. На этом же этапе изготавливается блок питания и подбирается подходящий трансформатор.
Так какой трансформатор нужен?
Чуть выше было рассчитано, что блок питания должен быть не менее 75 Вт, и это только на один канал. Но где сейчас найти монофонический усилитель? Теперь это как минимум двухканальное устройство. Поэтому для стерео варианта необходим трансформатор мощностью не менее ста пятидесяти ватт. На самом деле это не так.
Такая большая мощность может потребоваться только в случае усиления синусоидального сигнала: просто подать синусоиду на вход и сидеть, слушать. Но долго слушать монотонный заунывный гул вряд ли доставит удовольствие. Поэтому нормальные люди чаще слушают музыку или смотрят фильмы со звуком. Вот тут и сказывается разница между музыкальным сигналом и чистой синусоидой.
Реальный музыкальный сигнал представляет собой не синусоиду, а сочетание больших кратковременных пиков и длительных сигналов малой мощности, поэтому средняя мощность, потребляемая от источника питания, намного меньше.
Рис. 3.
Фактическая звуковая мощность. Средние уровни (желтая линия) синусоидального и реального звуковых сигналов при одинаковых максимальных уровнях
Как рассчитать мощность УМЗЧ
Методика расчета мощности приведена в статье «Расчет мощности для усилитель мощности», который можно найти по ссылке,
В статье приведены соображения по выбору параметров блока питания, где также можно скачать программу для расчета блока питания с учетом особенностей воспроизводимых музыкальных программ. Программа работает без установки в систему, достаточно распаковать архив. Результаты работы программы сохраняются в текстовом файле, который появляется в папке, где находится программа расчета. Скриншоты программы представлены на рисунках 4 и 5.
Рисунок 4. Ввод данных в программу расчета
Расчеты выполнены для блока питания, собранного по схеме, представленной на рисунке 5.
Рисунок 5. Блок питания УМЗЧ. Результаты расчета
Таким образом, для двухканального усилителя мощностью 50 Вт с нагрузкой 4 Ом требуется трансформатор мощностью 55 Вт.
Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В при токе нагрузки 1А. Из этих соображений и следует выбирать трансформатор для УМЗЧ.
Казалось бы, слабоват оказался трансформатор. Но, если внимательно прочитать упомянутую чуть выше статью, то все становится на свои места: автор достаточно убедительно рассказывает, какие критерии следует учитывать при расчете блока питания УМЗЧ.
Тут можно сразу задать встречный вопрос: «А если мощность подручного трансформатора будет больше расчетной?». Да ничего страшного не произойдет, просто трансформатор будет работать вполсилы, не будет особо напрягаться и сильно греться. Естественно, выходные напряжения трансформатора должны быть такими же, как и расчетные.
Габаритная мощность трансформатора
Нетрудно заметить, что чем мощнее трансформатор, тем больше его размеры и вес. И это совсем не удивительно, ведь есть такое понятие, как габаритная мощность трансформатора. Другими словами, чем больше и тяжелее трансформатор, тем больше его мощность, тем больше мощность нагрузки, подключенной к вторичной обмотке.
Расчет габаритной мощности по формуле
Для определения габаритной мощности трансформатора достаточно простой линейкой измерить геометрические размеры сердечника, а затем с приемлемой точностью все рассчитать по упрощенной формула.
P = 1,3 * Sc * So,
где P — общая мощность, Sc = a * b — площадь ядра, So = c * h — площадь окна. Возможные типы сердечников показаны на рисунке 5. Сердечники, собранные по схеме ГЛ, называются бронированными, а подводные сердечники — стержневыми.
Рисунок 6. Типы сердечников трансформатора
В учебниках по электротехнике формула расчета габаритной мощности офигенная, и намного длиннее. В упрощенной формуле приняты следующие условия, присущие большинству сетевых трансформаторов, просто некоторые усредненные значения.
Считается, что КПД трансформатора 0,9, частота сетевого напряжения 50 Гц, плотность тока в обмотках 3,5 А/мм2, магнитная индукция 1,2 Тл. 0,4, а коэффициент заполнения стали 0,9.
. Все эти значения входят в «реальную» формулу расчета общей мощности. Как и любая другая упрощенная формула, эта формула может дать результат с погрешностью в пятьдесят процентов, такова расплата за упрощение расчета.
Тут достаточно вспомнить хотя бы КПД трансформатора: чем больше габаритная мощность, тем выше КПД. Так трансформаторы мощностью 10…20 Вт имеют КПД 0,8, а трансформаторы мощностью 100…300 Вт и выше имеют КПД 0,9.2…0,95. В тех же пределах могут изменяться и другие величины, входящие в состав «реальной» формулы.
Формула, конечно, довольно простая, но в справочниках есть таблицы, где «у нас уже все рассчитано». Так что не усложняйте себе жизнь, а пользуйтесь готовым продуктом.
Рисунок 7. Таблица для определения габаритной мощности трансформатора. Значения рассчитаны для 50Гц
Третья цифра в маркировке сердечника ПЛ указывает на параметр h — высота окна, как показано на рисунке 6.
Помимо габаритной мощности, в таблице есть еще такой важный параметр, как количество витков на вольт. Причем наблюдается такая закономерность: чем больше размер сердечника, тем меньше число витков на вольт. Для первичной обмотки этот номер указывается в предпоследнем столбце таблицы. В последнем столбце указано количество витков на вольт для вторичной обмотки, которое несколько больше, чем в первичной обмотке.
Это отличие связано с тем, что вторичная обмотка расположена дальше от сердечника (сердечника) трансформатора и находится в ослабленном магнитном поле, чем первичная обмотка. Чтобы компенсировать это ослабление, необходимо несколько увеличить количество витков вторичных обмоток. Здесь вступает в действие некоторый эмпирический коэффициент: если при токе во вторичной обмотке 0,2…0,5 А количество витков умножить на коэффициент 1,02, то при токах 2…4 А коэффициент возрастает до 1.06.
Как определить число витков на вольт
Многие формулы в электротехнике являются эмпирическими, полученными методом многочисленных экспериментов, а также методом проб и ошибок.
Одной из таких формул является формула расчета числа витков на 1 вольт в первичной обмотке трансформатора. Формула довольно проста:
ω = 44/S
тут вроде бы все ясно и просто: ω — искомое количество витков/вольт, S — площадь жилы в квадратных сантиметрах, а 44 — это, как некоторые авторы говорят, постоянный коэффициент.
Другие авторы подставляют в эту формулу «постоянный коэффициент» 40 или даже 50. Так кто прав, а кто нет?
Для ответа на этот вопрос формулу следует немного преобразовать, вместо «постоянный коэффициент» подставить букву, ну хотя бы К.
ω = K/S,
Тогда вместо постоянного коэффициента переменный получается, или, как говорят программисты, переменная. Эта переменная может принимать различные значения, естественно, до некоторой степени. Величина этой переменной зависит от конструкции сердечника и марки трансформаторной стали. Обычно переменная К находится в пределах 35…60. Меньшие значения этого коэффициента приводят к более жесткому режиму работы трансформатора, но облегчают намотку за счет меньшего количества витков.
Если трансформатор предназначен для работы в качественной аудиоаппаратуре, то К выбирают максимально высоким, обычно 60. Это поможет избавиться от помех с частотой сети, исходящих от силового трансформатора.
Теперь можно обратиться к таблице, представленной на рисунке 7. Имеется сердечник ШЛ32Х64 площадью 18,4 см2. В предпоследнем столбце таблицы указано число витков на вольт для первичной обмотки. Для железа ШЛ32Х64 составляет 1,8 витка/В. Чтобы узнать, какой величиной К руководствовались разработчики при расчете этого трансформатора, достаточно произвести простой расчет:
К = ω * S = 1,8 * 18,4 = 33,12
Такой маленький коэффициент говорит о том, что качество трансформаторного железа хорошее или просто стремились сэкономить медь.
Да, стол хороший. Если есть желание, время, сердечник и обмоточный провод, остается только закатать рукава и намотать нужный трансформатор. Еще лучше, если вы сможете купить подходящий трансформатор или достать его из собственных «стратегических» запасов.
Трансформаторы промышленные
Когда-то советская промышленность выпускала целую серию малогабаритных трансформаторов: ТА, ТАН, ТН и ТПП. Эти аббревиатуры расшифровываются как, анодный трансформатор, анодно-накальный, накальный и трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры. То есть трансформатор марки ТПП может оказаться наиболее подходящим для рассмотренного выше усилителя. Трансформаторы этой модели выпускаются мощностью 1,65…200Вт.
При номинальной мощности 55Вт вполне подойдет трансформатор ТПП-281-127/220-50 мощностью 72Вт. Из обозначения можно понять, что это трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры, заводской номер разработки 281, напряжение первичной обмотки 127/220В, частота сети 50Гц. Последний параметр довольно важен, учитывая, что трансформаторы ТПП выпускаются и на частоту 400 Гц.
Рисунок 8. Параметры трансформатора ТПП-281-127/220-50
Первичный ток указан для напряжений 127/220В. В таблице ниже указаны напряжения и токи вторичных обмоток, а также выводы трансформатора, к которым припаяны эти обмотки.
Схема всего многообразия трансформаторов ТПП одна: все те же обмотки, все те же номера выводов. Вот только напряжения и токи обмоток у всех моделей трансформаторов разные, что позволяет подобрать трансформатор на любой случай жизни.
На следующем рисунке показана электрическая схема трансформатора.
Рисунок 9. Электрическая схема трансформаторов ТПП
Для блока питания двухканального усилителя мощностью 50Вт, пример расчета которого был приведен чуть выше, необходим трансформатор мощностью 55Вт . Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В при токе нагрузки 1А. Совершенно очевидно, что для получения таких напряжений необходимо будет соединить синфазные обмотки 10 и 20В, а синфазную обмотку 2,62В
10 + 20-2,62 = 27,38В,
что практически соответствует расчету. Таких обмоток две, которые соединены последовательно в одну со средней точкой. Соединение обмоток показано на рисунке 10.
Рисунок 10. Соединение обмоток трансформатора ТПП-281-127/220-50
Первичные обмотки подключаются в соответствии с технической документацией, хотя можно использовать и другие ответвления, которые точнее подобрать выходное напряжение.
Как подключить вторичные обмотки
Обмотки 11-12 и 17-18 соединены по фазе — конец предыдущей обмотки, с началом следующей (начало обмоток указано точкой). В итоге получается одна обмотка с напряжением 30В, а по условиям задачи требуется 26,5. Для приближения к этому значению обмотки 19-20 подключаются к обмоткам 11-12 и 17-18 в противофазе. Это соединение показано синей линией, получается половина обмотки со средней точкой. Красной линией показано соединение другой половины обмотки, показанное на рисунке 5. Соединение точек 19а 21 образует середину обмотки.
Последовательные и параллельные обмотки
При последовательном соединении лучше всего, если допустимые токи обмоток равны, выходной ток для двух и более обмоток будет одинаковым. Если ток одной из обмоток меньше, это будет выходной ток получившейся обмотки. Это рассуждение хорошо, когда есть принципиальная схема трансформатора: просто припаяйте перемычки и измерьте, что получилось.
А если схемы нет? Об этом пойдет речь в следующей статье.
Допускается также параллельное соединение обмоток. Здесь требование такое: напряжение обмоток должно быть одинаковым, а соединение синфазным. В случае трансформатора ТПП-281-127/220-50 возможно подключение двух 10-вольтовых обмоток (выводы 11-12, 13-14), двух 20-вольтовых обмоток (выводы 15-16, 17- 18), две обмотки по 2,62В (выводы 19-20, 21-22). Получите три обмотки с токами 2,2А. Подключение первичной обмотки производится в соответствии с справочными данными трансформатора.
Вот как хорошо получается, если известны данные трансформатора. Одним из важных параметров трансформатора является его цена, которая в немалой степени зависит от фантазии и наглости продавца.
Рассмотренный в качестве примера трансформатор ТПП-281-127/220-50 у различных интернет-продавцов предлагается по цене 800…1440 рублей! Согласитесь, что это будет дороже, чем сам усилитель. Выходом из этой ситуации может стать использование подходящего трансформатора, полученного из старой бытовой техники, например, из ламповых телевизоров или старых компьютеров.
Борис Аладышкин
Читайте также по этой теме: Как определить неизвестные параметры трансформатора
Транзистор умзч по схеме лампы. Двухтактный ламповый усилитель на ЕСС85 и EL34
При проектировании ламповых усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) многие авторы используют выходные каскады, работающие в классе А. Они аргументируют свое решение минимальным коэффициентом нелинейных искажений таких каскадов. Однако каскады, работающие в классе А, имеют довольно приличный начальный ток анода (рабочая точка лежит в середине линейного участка характеристики лампы). Поэтому КПД лампы будет очень низким. Постоянный ток, протекающий через лампу, нагревает ее электроды. Если не предусмотреть принудительное охлаждение ламп, то их электроды будут интенсивно разрушаться. Следует отметить, что при построении усилителей класса А с выходной мощностью 10…20 Вт еще возможно создание компактной системы охлаждения. Но если усилитель рассчитан, например, на 100 Вт, то придется соорудить очень громоздкий «кулер».
Поэтому выгоднее использовать более экономичный режим работы лампы в классе В. Недостатком этого режима является повышенный уровень нелинейных искажений. Это связано с тем, что в этом режиме рабочая точка лампы лежит на более нелинейном начальном участке характеристики лампы. При двухтактной схеме включения ламп это вызывает искажение в виде «ступеньки». Есть очень простой способ компенсировать такие искажения. Для этого усилитель должен быть охвачен глубокой отрицательной обратной связью.
Предлагаемый усилитель питается от двухтрансформаторного блока питания (рис. 1). Трансформатор ТЗ обеспечивает питание анодных цепей всей схемы и сеточных цепей выходных ламп усилителя, Т4 формирует напряжения накала, напряжения смещения на сетках выходных ламп и напряжения для питания вентиляторов, охлаждающих усилитель. Для снижения уровня фона лампы предварительного усилителя нагреваются от источника постоянного тока.
Рис. 1. Двухтрансформаторный блок питания 9Принципиальная схема усилителя 0005
показана на рис.
2. Предварительный усилитель собран на малогабаритном двойном триоде VL1. Уровни входных сигналов регулируются переменными резисторами R1 и R2. Сигналы левого и правого каналов подаются на трехполосные регуляторы тембра. Далее сигналы через компенсирующий усилитель на двойном триоде VL2 поступают на фазоинверторы на двойном триоде VL3. Корректирующие RC-цепи, подключенные к катодам триодов ВЛ2, уменьшают нелинейные искажения усилителя и предотвращают его самовозбуждение на инфранизких частотах. На анодах ВЛ3 получаются противофазные сигналы, необходимые для работы двухтактных выходных каскадов. Противофазные сигналы «раскачиваются» предусилителями на двойных триодах VL4, VL5 до уровней, необходимых для возбуждения выходных ламп VL6…VL9.. Оба тетрода в каждой лампе соединены параллельно для увеличения выходной мощности. Лампы нагружены выходными трансформаторами Т1, Т2.
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя (нажмите для увеличения)
Трансформаторы согласовывают высокое сопротивление ламп с сопротивлением динамиков.
Усилитель собран в дюралюминиевом корпусе. Вентиляторы М1 и М2 расположены так, что они обдувают выходные лампы. XS1 — розетка «JACK» или «miniJACK». Р1, Р2, Р11, Р13, Р15, Р17, Р19, R21 — любые переменные резисторы подходящего типа. SA1 должен выдерживать ток до 6 А при напряжении питания 220 В. Для Т1 и Т2 используются сердечники Е-образной формы сечением 32х64 мм. Обмотки I, III содержат по 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,4 мм, а обмотки IIа и IIб — по 100 витков того же провода. Обмотка IV содержит 70 витков провода ПЭВ-2 d1,2 мм. ТЗ и Т4 намотаны на тороидальных сердечниках сечением 65х25 мм (Т3) и 40х25 мм (Т4). Т3 имеет первичную обмотку, состоящую из 600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм, и вторичную обмотку, состоящую из двух обмоток по 570 витков того же провода. Первичная обмотка Т4 состоит из 1600 витков провода ПЭВТЛ-2 d0,31 мм, обмотка II — 500 витков того же провода, III и IV — 52 и 104 витка провода ПЭВТЛ-2 d0,8 мм. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2 показан на рис.
3.
Рис. 3. Порядок намотки обмоток для Т1 и Т2
Настройка усилителя начинается с источника питания. Снимите лампы ВЛ6…ВЛ9 с панелей и включите питание. При этом должен загореться HL1, а М1 и М2 должны сработать. Измеряются постоянные выходные напряжения, которые должны отличаться от указанных в схеме не более чем на ±10%. Ползунки громкости установлены в крайнее правое положение, а регуляторы тембра — в среднее положение. Временно отключите цепи защиты окружающей среды (R52, C46, C47, R75, C38, C51). На входы ЛК и ПК подаются синусоидальные сигналы частотой 1 кГц и амплитудой 250 мВ. Двухканальный осциллограф контролирует противофазные сигналы на анодах ламп ВЛ4, ВЛ5 (их амплитуды должны быть одинаковыми, а форма неискаженной). Установить на место ВЛ6…ВЛ9, а к выходам подключить либо акустические системы, либо (лучше) эквиваленты нагрузки (резисторы 8 Ом х 150 Вт). На выходе также должен наблюдаться неискаженный сигнал. Восстановить цепочку охраны окружающей среды.
Если усилитель с самовозбуждением, следует подобрать емкости С38, С47 или резисторы R52, R75. В этом случае сильно уменьшить ООС нельзя, так как соответственно возрастет коэффициент нелинейных искажений. На этом настройка усилителя завершена.
Для корректировки работы усилителя следует помнить, что включение усилителя без нагрузки категорически запрещено. Несоблюдение этого требования приведет к выходу из строя выходных ламп и трансформаторов.
См. другие статьи раздела .
Раньше я предвзято относился к звучанию двухтактных ламповых усилителей, считая, что однотактник даст им «на сто очков вперед».
Почему? Был у меня когда-то двухтактный ламповый усилитель, собранный «по не знаю какой схеме», на лампах EL34. Он не прозвучал.
Но тогда еще не собирал усилители. И я решил закрыть для себя этот вопрос, собрав ПП на EL34. Более того, у меня в заначке была пара выходных трансформаторов, подаренных одним очень хорошим человеком! Это:
Схема усилителя
Выбрал схему «по Манакову»:
Начал как всегда со сборки корпуса.
Не буду подробно останавливаться на технологии его изготовления, подробно о ней я рассказал в Как всегда собрал усилитель на отдельном металлическом шасси, смонтированном внутри корпуса на стойках. Это минимизирует количество отверстий в верхней крышке усилителя. Для изготовления корпуса использовал алюминиевый уголок 20×20х2,0, листы дюралюминия, толщиной 1,5 мм (для верхней крышки) и 1 мм (для нижней крышки и шасси). Обшивка выполнена из бука, тонирована и покрыта лаком в несколько слоев. Дюрал окрашен аэрозольной краской. В этот раз я использовал готовые колпачки для трансформаторов, заказав их заранее.
На балконе производились все механические работы. Я использовал складной верстак, дрель, электролобзик, дисковую шлифовальную машину, ручную фрезу, дремель и профессиональное стусло. За годы радиолюбительской работы у меня солидно «обросли» хорошие инструменты. Это позволяет мне выполнять многие сложные работы гораздо быстрее и точнее. Но большую часть этой работы можно выполнить вручную.
Конечно, с дополнительными усилиями и временем.
Радиодетали, как правило, самые распространенные. В качестве разделительных использовал конденсаторы К78-2 и К71-7, все остальное — «солянка».
Купил лампы EL34 уже подобранные в «четвёрку».
Трансформатор силовой: тор, 270Вх0,6А — анодная вторичка, 50Вх0,1А — вторичка для смещения, 2×6,3×4А — для питания накаливания.
Внес некоторые изменения в схему
Вместо лампы 6Н9С сначала предположительно попробовал использовать 6Н2П (ЭВ). В итоге получил… «мертвый» звук. Не то! Нисколько. И отверстия под панели просверлены, и шасси уже установлено. Что делать? Начал искать замену лампе. Оказалось, что лампа ЕСС85 (по отзывам коллег на форумах) «весьма ровная». Получил пару. Изменены номиналы «обвязочных» резисторов. В анодах 36 кОм (2Вт), катодные резисторы — 180 Ом, смещение около 1,5 В. Сразу скажу, звуку это очень пошло на пользу!
Электронный дроссель
Вместо обычных дросселей я также использовал «электронный дроссель», собранный по такой схеме:
Замечу, что реальное падение напряжения на дросселе составляет порядка 20-25 В.
Учитывайте это в своем дизайне!
Плата дроссельной заслонки также включена.
Селектор входов
Селектор входов я организовал на трех реле TAKAMISAWA (по количеству входов), которые переключают слаботочный сигнал. Печатную плату коммутатора делать не стал, собрал все на макетной плате.
Схема примерно такая:
Ради красоты поставил стрелочные индикаторы. Индикаторы управляются отечественной микросхемой К157ДА1. Схема переведена на однополярное питание, печатная плата прилагается.
Выключатель, микросхема К157ДА1 и диоды подсветки индикатора питаются от одного источника стабилизированного напряжения.
Из особенностей сборки
Наиболее важным является распределение земли. Хорошо видно, что я организовал две точки заземления, собрал на них земли левого и правого каналов и подключил их к «минусу» конденсатора фильтра анодного напряжения.
В итоге вкупе с «электронным дросселем» это дало очень хороший эффект. Я вообще не слышу фона. Не 10, не 5, не 2 сантиметра от динамика.
Настройка усилителя
Здесь привожу Манакова полностью:
Первый этап настраивается по падению постоянного напряжения 1,8-2 В в контрольной точке на катодном резисторе подбором номинала этого резистора.
Второй каскад настраивается по падению постоянного напряжения в контрольных точках на катодных резисторах ламп 1 Ом выходного каскада, регулировкой напряжения смещения на управляющих сетках этих ламп. Падение напряжения на них должно быть 0,035-0,04 В, что соответствует анодному току каждой лампы 35-40 мА. Самые «экономные» могут уменьшить выходной ток лампы до 25-30 мА. Думаю излишне напоминать, что все эти настройки нужно производить в беззвучном режиме.
По переменному напряжению фазоинверсный каскад настраивается при подаче на сетку левого триода лампы 6Н9С переменного напряжения около 0,5 В частотой 3 кГц, подстроечный резистор в цепи сетки правого триод лампы задает одинаковое переменное напряжение на анодах лампы.
В этом случае нужно использовать вольтметр с входным сопротивлением не менее 1 МОм.
Добавлю только, что при использовании ламп EL34 токи покоя можно (и нужно!) безопасно поднимать примерно до 56 — 60 мА, при анодном напряжении около 350 В.
Файлы
Чертежи печатных плат электронная почта дроссель и указатель уровня:
▼
) усилитель мощности звука использует лампы выходного каскада, работающие в классе «А», сверхлинейное включение, и собран в виде моноблока — лампового усилителя. В схеме можно использовать несколько разных ламп, в том числе КТ77 / 6L6GC / КТ88 с драйвером для 12SL7 . Вне зависимости от того, какой тип ламп используется для вывода, звук получается «бархатным» и утонченным.
в драйвере (предусилитель звука) лампа работает в режиме динамической нагрузки — СРПП. Альтернативный драйвер можно сделать по номеру 5751.
. Не исключены и другие варианты, такие как 12AU7 , 12AT7 и 12AX7 . Выходная мощность этой схемы может достигать 50 Вт.
Схема достаточно простая, как для лампового УМЗЧ, но если вы не знакомы с ламповой техникой или не имеете опыта монтажа высоковольтных то это не очень подходящий проект для дебюта . Для полного исключения взаимного влияния отдельных каналов (левого и правого) конструктивно все выполнено моноблоками — каждый со своим блоком питания. С одной стороны, этот вариант сложнее и дороже, но и в нем есть свои преимущества.
На рисунке ниже показано самое простое. В блоке питания можно использовать обычный трансформатор, выпрямитель, фильтр. Обмотка накаливания 6 вольт и 4 ампера. При использовании только ламп на 6,3 вольта напряжение соответственно снижается до вышеуказанного уровня.
Более чувствительные электрические цепи размещаются как можно дальше от силовых трансформаторов.
Конденсаторы фильтра были приклеены к шасси. Использование земли в виде толстого большого оголенного медного провода хорошо зарекомендовало себя в плане минимизации гула, шума и возможности оптимизации контуров заземления. При правильном соединении всех элементов схемы ток равен 1,25 деленному на номинал резисторов. Так 10 Ом дадут 0,125 ампер тока (при использовании ламп КТ88 нужно 180 мА).
Настройка и тестирование усилителя
Сразу предупреждаем, что в этой цепи присутствуют смертельные напряжения, будьте предельно осторожны при проведении любых измерений. Сначала включите питание и проверьте напряжения. Должно быть 12 вольт постоянного тока между свечением 12SL7 и около 475 вольт на блоке конденсаторов фильтра. Вставьте лампы. Следите за возможными проблемами (внутри ламп есть светящиеся красным тарелки, искры, дым, шум и другие интересные вещи, указывающие на плохие новости). Еще раз проверьте напряжение. Они должны быть в соответствующих диапазонах. Если они сильно отличаются, значит что-то подключено неправильно.
Если все в порядке, отключите питание и прикрутите динамики к выходу. Включите питание. Звука любого рода (шума или шума) должно быть мало или вообще не быть. Если в 10-20 см от динамиков слышно легкое гудение, то вероятно проблемы с установкой (экран, вес…).
Подключите усилитель и посмотрите, что произойдет. Звук должен быть теплым и мягким, без заметных искажений. Теперь пришло время сбалансировать ток на выходных лампах с помощью подстроечного резистора на 25 Ом. Дайте усилителю поработать не менее 20 минут и снова проверьте настройки. Они, вероятно, немного изменились — подправьте это. Горячие и опасные светильники после окончательной сборки лучше накрыть защитной сеткой (особенно если у вас есть домашние животные или дети). Приятного прослушивания!
Сразу оговорюсь — эта антология никоим образом не претендует на звание пособия по ламповой схемотехнике. Схемы (в том числе и исторические) подбирались по сочетанию технических решений, по возможности с «изюминками».
А вкусы у всех разные, так что не уточняйте, если не угадали… В старых схемах ряд номиналов приведен к стандартным.
Для увеличения выходной мощности усилителей, помимо «запараллеленных» ламп, еще в 30-е годы использовались двухтактные каскады (двухтактный) . Для возбуждения двухтактного каскада необходимы два противофазных напряжения, которые проще всего получить с помощью трансформатора. Это до сих пор делается в самых бескомпромиссных конструкциях, но степень влияния межлампового трансформатора на качество сигнала чуть ли не больше, чем у выходного. Поэтому в подавляющем большинстве двухтактных усилителей для получения противофазных напряжений используется специальный фазоинверсный каскад.
- Основные типы фазоинверсных каскадов
- отдельный инвертирующий каскад в одном из плеч усилителя
- автобалансный фазоинвертор
- фазоинвертор с катодной связью
- фазоинвертор с раздельной нагрузкой
Каждое из решений имеет свои преимущества и недостатки.
В период расцвета качественных ламповых усилителей наибольшее распространение получили фазоинверторы с разделенной нагрузкой и катодной связью.
Фазоинвертор с катодной связью обеспечивает некоторое усиление, но идентичность выходных сигналов зависит от степени связи. Глубокую связь можно получить только при использовании большого сопротивления связи (за это схема была названа длинный хвост — «длиннохвостый») или источники тока в катодной цепи (а это тогда совсем не приветствовалось). Кроме того, выходные сопротивления плеч такого фазоинвертора существенно различаются (один триод включен по схеме с общим катодом, второй — с общей сеткой).
Фазоинвертор с раздельной нагрузкой позволяет получить идентичные сигналы, но несколько ослабить их. Поэтому приходится увеличивать коэффициент усиления до фазоинвертора (что чревато его перегрузкой) или использовать двухтактный предоконечный каскад. Однако именно этот тип фазоинверторов получил наибольшее распространение в промышленных конструкциях, так как обеспечивает хорошую повторяемость в серийном производстве.
Вопрос экономии в те годы был приоритетным. И радиолюбителей, и конструкторов очень смущала дополнительная лампа. Поэтому неудивительно, что в начале 50-х годов на страницах радиотехнических изданий появились схемы двухтактных усилителей, не содержащих отдельного фазоинвертора. Выходной каскад таких усилителей был выполнен по схеме с катодной связью и работал в «чистом» классе А. Предлагались как новые схемы, так и переделка существующих однотактных усилителей в двухтактные. По нашу сторону «железного занавеса» этот тип усилителей не прижился из-за низкого КПД, а по другую сторону они использовались давно.
Предельно простая схема такого усилителя, предназначенная для повторения любителями, приведена ниже (спасибо Клаусу, приславшему схему — без нее картина была неполной). Обратите внимание на дату…
рис.1. Простой двухтактный усилитель Pвых = 6 Вт. Выходной каскад выполнен по схеме с катодной связью. Приведенное сопротивление нагрузки 8 кОм. Конструктивные данные трансформатора неизвестны.
В блоке питания применен двухполупериодный выпрямитель на кенотроне прямого накала 5Y3GT и LC-фильтр. / Melvin Leibovitz Hi-Fi Power Amplifier (Электронный мир, 19 июня)61)
Интересно включить регулятор громкости на входе оконечного каскада и только один переходной конденсатор. Степень катодной связи невелика, поэтому характер звука, скорее всего, будет как у однотактного (с четными гармониками). Общего ООС нет, так как запас по усилению небольшой.
Однако введение УНВ в пентодный усилитель крайне желательно — без него выходное сопротивление очень велико. Это хорошо только для диапазона СЧ (потому что уменьшает интермодуляционные искажения в динамике), а для всех остальных применений противопоказано. Глубокую ООС можно ввести в усилитель только при прямом соединении каскадов.
рис.2. Двухтактный усилитель класса А. Усилитель выполнен по схеме с прямым соединением каскадов и охвачен глубокой ООС (~30 дБ). Двухтактный выходной каскад работает в классе А. Он выполнен по схеме с катодной связью и не требует отдельного фазоинверсного каскада.
Сеть VL3 заземлена по переменному току. Часть напряжения с катодов выходных ламп подается на экранирующую сетку VL1, стабилизирующую режим постоянного тока.
Регулировка сводится к подбору R1…R3 так, чтобы напряжение на управляющих сетках ламп было -12 В относительно их катодов.
Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш-22х50. Первичная обмотка содержит 2х1000 витков провода d=0,18 мм, вторичная — 42 витка провода d=1,25. Обмотки секционированы, вторичная обмотка размещена между слоями первичной. (В. Павлов. Качественный усилитель НЧ (Радио, № 10/1956, с. 44)
Усилители режима А обеспечивают высокое качество звука, однако переход в режим АВ при той же мощности рассеяния на аноде позволяет Вы можете получить в 2-3 раза больше выходной мощности Выходной каскад в режиме AB уже не может работать с катодной связью, поэтому без отдельного фазоинверсного каскада не обойтись.
Стремление уменьшить если не количество ламп, то хотя бы количество цилиндров, привело к появлению схемы усилителя на основе двух триодов-пентодов.
Низкочастотные триоды-пентоды когда-то были специально разработаны для однотактных усилителей приемников и телевизоров (триодная часть использовалась в драйвере, пентодная — в выходном каскаде). Впрочем, в двухтактном применении они тоже не подкачали. Опубликованная ниже схема имела множество воплощений. Ультралинейный вариант, например, был в самом первом издании книги Гендина «Высококачественные любительские УНЧ» (1968)
Рис. 3 Двухтактный усилитель на триод-пентодах. Pвых = 10 Вт. Фазоинвертор по схеме с разделенной нагрузкой, прямая связь с первой ступенью. Выходной каскад — пентодный с фиксированным смещением. Известны также варианты этой схемы со сверхлинейным переключением выходных ламп, с комбинированным и автоматическим смещением. Конструктивные данные трансформатора неизвестны. Цепь R3C2 обеспечивает стабильность усилителя NFB с обратной связью.
Кстати, про ультралинейное включение выходных пентодов. В двухтактном исполнении у них есть еще один плюс — дополнительная компенсация гармоник, возникающих в выходном каскаде.
Поэтому подавляющее большинство любительских конструкций выполнено по ультралинейному варианту. В отечественных промышленных образцах сверхлинейные усилители опять же не прижились из-за сложности выходного трансформатора. Для получения высоких характеристик требуется полная симметрия конструкции, секционирование обмоток, сложная коммутация. При использовании трансформаторов массового производства выигрыш от применения сверхлинейной схемы незаметен.
Следующая схема стала классической и послужила основой для бесчисленного множества дизайнов.
рис.4. Ультралинейный усилитель Pвых = 12 Вт, кг
Несмотря на свои высокие характеристики, как обычные пентодные, так и ультралинейные усилители редко использовались без общей обратной связи. Применение ООС снижает выходное сопротивление усилителя и улучшает условия работы низкочастотных головок. А вот для уменьшения выходного сопротивления усилителя можно использовать не только отрицательную, но и положительную обратную связь.
В схеме следующего усилителя используется комбинированная обратная связь.
рис.5. Ультралинейный усилитель Главной особенностью усилителя является сочетание обратной связи по напряжению и обратной связи по току, что улучшает согласование усилителя с динамической головкой в области основного механического резонанса. Глубина обеих обратных связей регулируется синхронно, что исключает самовозбуждение усилителя.
Первый каскад — усилитель напряжения. Фазоинвертор выполнен по схеме с катодной связью. Выходной каскад выполнен по типовой ультралинейной схеме и дополнен балансировочным регулятором РП1. На втором триоде VL1 выполнен микрофонный усилитель. Выходной трансформатор выполнен на сердечнике Ш35х40. 86мм (60м) В.Иванов — Усилитель НЧ (Радио №11/1959 стр. 47-49)
Триодный выходной каскад имеет низкий уровень искажений и низкий выходной импеданс даже без общей обратной связи. Характеристики каскада слабо зависят от приведенного сопротивления нагрузки. Это уменьшает индуктивность выходного трансформатора.
