Силовой трансформатор для лампового усилителя своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 16.09.2024

Своими руками

Собрать выходной трансформатор для 6П14П своими руками – заветная мечта большинства радиолюбителей, желающих получить на выходе лампового усилителя высококачественный звук.

Требования к трансформаторному изделию

Для того чтобы собрать выходной трансформатор своими руками – в первую очередь потребуется разобраться в следующих вопросах технического характера:

По какой схеме будет включаться данный трансформатор.
Какую звуковую мощность планируется получить на выходе усилителя с его помощью.
Какими должны быть намоточные характеристики этого устройства.

Важно! Лишь при условии правильного выбора всех перечисленных выше параметров удастся сконструировать высококлассный усилитель с прекрасными характеристиками звучания во всем диапазоне частот.

Рассмотрим каждое из условий получения качественного усиления более подробно.

Схема включения

Для самостоятельного изготовления усилителя на пентодах 6П14П сначала следует подобрать подходящую схему, что при наличии Интернета сделать очень просто. Для этого достаточно набрать в поисковой строке соответствующий запрос и выбрать наиболее понравившееся схемное решение. При этом важно определиться с тем, по какому варианту предполагается делать выходной узел усилителя: на одной или на двух лампах (одно- или двухтактный режим).

При этом исполнении подойдет размещенная слева схема (в нее для удобства включены предварительный каскад на двойном триоде 6Н2П и блок питания с силовым трансформатором Т2).

Выходная мощность

Выходная мощность для рассматриваемой схемы может колебаться в диапазоне от 12-ти до 25-ти Ватт (при сопротивлении нагрузки 4 Ома).

Обратите внимание! В режиме максимальной мощности коэффициент искажений в этом случае составит не более 5%, а выходное напряжение на обмотке звукового преобразователя – порядка одного вольта.

Вторичную обмотку двухтактного устройства для получения оптимальной мощности удобнее рассчитывать на то количество витков, которое соответствует комплексному сопротивлению подключаемого динамика (4 или 8 Ом).

Основные характеристики

Перед тем как намотать выходной трансформатор для 6П14П следует более подробно ознакомиться с его конструкцией, имеющей следующие характеристики:

В состав преобразователя входят две обмотки, представляющие его первичную и вторичную многосекционные катушки.
Трансформатор для лампового устройства наматывается на сердечнике Ш30.
Толщина набора его пластин составлять 36 мм.

Для размещения обеих катушек выходного трансформатора под двухтакт на 6П14П размеры его рабочего окна необходимо выбрать не менее чем 60 на 30мм.

При таких конструктивных данных преобразователя его намоточные параметры принимают вполне конкретные значения, которые рассматриваются в следующем разделе.

Намоточные характеристики выходного трансформатора

Для того чтобы намотать выходной трансформатор для двухтактного усилителя на 6П14П потребуется изготовить двойной каркас, искусственно разделенный специальной перегородкой.

Расположение намоточных секций на каркасе трансформатора для ламп 6П14П, а также схема подключения первичной и вторичной обмоток изображены на фото.

Каркас первичной обмотки имеет шесть одинаковых по размеру секций, каждая из которых содержит по 300 витков. Вторичная катушка поделена на 4 отделения, содержащие по 44 витка.

Последовательность намотки

Последовательность их намотки своими руками выглядит так:

В первую очередь наматываются витки в секциях каркаса, обозначенных на фото номерами 1,8,2,7,3.
После этого частично намотанная конструкция снимается со станка и разворачивается на 180 градусов.
На следующем этапе работ продолжается намотка оставшихся секций, пронумерованных цифрами 4,9,5,10,6.

Все отделения первичной обмотки выходного трансформатора для лампового усилителя на 6П14П соединяются между собой по последовательной схеме. В отличие от нее вторичная катушка состоит из двух половинок, включенных последовательно, каждая из которых содержит в своем составе две параллельно подсоединенные секции.

Дополнительная информация: Благодаря такому способу формирования катушек трансформаторное устройство обеспечивает оптимальные передаточные характеристики каскада.

Последнее означает, что при секционном построении вторичной обмотки упрощается ее согласование с нагрузками различной величины.

Кроме того, данный подход к намотке катушек своими руками позволяет получить симметричную схему с малым коэффициентом индуктивного рассеяния. Благодаря этому собранный каскад отличается прекрасными АЧХ и ФЧХ характеристиками.

Параметры трансформатора питания

Для того чтобы изготовить трансформатор питания для лампового усилителя 6П14П потребуется воспользоваться магнитопроводом на основе электротехнической стали Ш-40, имеющей толщину набора в 50 мм. Намоточные параметры преобразовательного устройства выглядят следующим образом:

В первичной (сетевой) обмотке должно иметься 430 витков медного провода в изоляции ПЭЛ 0,8.
Его вторичную катушку следует наматывать проводом ПЭЛ-0,31, число витков которого должно быть не менее 400 (от нее питается выпрямитель, обеспечивающий получение анодных напряжений для ламп).
В обмотке накальной цепи двойного триода 6Н2П (б-б) необходимо намотать 11 витков провода ПЭЛ-1.0.

Питающие обмотки, работающие на цепи накала ламп L4 и L5 (в-в), имеют по 13,5 витков провода ПЭЛ 1,0. По завершении сборки силового блока полный комплект электротехнических устройств будет готов к установке в рабочую схему.

При выполнении всех обозначенных в статье требований удается получить качественный выходной трансформатор для ламп 6П14П, гарантирующий надежную работу двухтактного усилительного каскада.

Не секрет, что серьезной проблемой при конструировании ламповых усилителей становится изготовление выходного трансформатора. А готовые трансформаторы стоят дорого. Описываемый усилитель позволяет достичь неплохих результатов при использовании в выходном каскаде недорогих накальных трансформаторов ТН.

Первый каскад на триоде 6Ф1П обычный резистивный, местная обратная связь создается резистором R2. Анодный ток около 10 мА, коэффициент усиления 7. Второй каскад, фазоинвертор, выполнен дифференциальным усилителем на двух половинках 6Н23П. В цепи катодов работает источник тока на пентодной части 6Ф1П. Такое построение каскада дает возможность получить фазоинвертор с усилением, но требует относительно высокого напряжения питания. Коэффициент усиления этого каскада равен 14. Матрица резисторов R10-R17 предназначена для симметрирования режимов выходных ламп. Смещение на них получается смешанное. Часть за счет специального источника питания (-40 В), часть — за счет падения напряжения на резисторах R19, R20.

Собственно подстройка осуществляется резистором R12. Возможно, не помешал бы еще подстроечник для регулировки напряжения смещения. Я подбирал его, доматывая обмотку. Конечно, способ неоптимальный. Ток ламп я выбрал 50 мА, половину от их максимально допустимого. Контролировал его по напряжению на резисторах R19, R20, должно быть 0,3 В.

Блок питания выполнен по стандартной схеме. Трансформатор ТС-180 пришлось доработать. На одной катушке были смотаны накальные обмотки и на их место: намотана обмотка на переменное напряжение 28 В для смещения; увеличена обмотка 5—6 до переменного напряжения 130 В. Если использовать трансформатор ТАН, то необходимые напряжения можно получить и без переделки.

Электролиты стоят советские. С левой стороны тумблер для подключения резисторов, разряжающих конденсаторы. Поставить релюшку уже не хватило сил. На фото изнутри видно, что усилитель включался с подключенными резисторами. Внезапно появляющийся при этом дым вносил некоторое оживление среди слушателей.

После того, как я закончил усилитель, послушал его, подав сигнал от старого катушечника (ничего другого под руками не было). Очень удивился, потому что усилитель заработал практически без настроек, напряжение смещения я увеличивал, но еще на этапе проверки режимов по постоянному току. На свой нетренированный слух я не заметил каких-то искажений. После этого бедолага простоял с полмесяца, пока я не добыл генератор.

Нагрузив усилитель на активное сопротивление, я снял АЧХ для трех положений регулятора громкости. Вот что получилось.

Для тех, кто захочет повторить. Во-первых, в названии трансформатора должно быть указано напряжение первичной как 127/220, а не просто 220. Я сам на этом деле попался. Если трансформатор рассчитан только на 220 В, у него нет деления первичной обмотки на две. Во-вторых, С. Комаров предлагает вместо расчетов таблицы, где связаны выходная мощность, приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки и напряжение на выходе. Имеется два варианта соединения вторичных обмоток: последовательное для более высокоомной нагрузки и параллельное. При последовательном половинки могут быть немного несимметричны. Получаемые при обоих вариантах напряжения вторичных обмоток сведены в таблицу 2

Лампы эти рекомендованы для использования в усилителях с применением ТН, поскольку они могут отдать значительную мощность при небольшом напряжении питания выходного каскада за счет значительного тока катода. Повышать напряжение питания нежелательно, так как трансформаторы ТН на это не рассчитаны.

Последовательность действий с таблицами такова. По табл. 5 определяется Raa для имеющихся ламп. В зависимости от сопротивления акустических систем выбирается способ подключения вторичных обмоток: последовательный или параллельный. Зная Raa, по таблицам 4 или 3 находится выходное напряжение. По таблице 2 определяется, сколько и каких вторичных обмоток надо задействовать.

Ну а под занавес, о недостатках. Единственный серьезный минус данного усилителя — то, что приходится ставить два выходных трансформатора, а не один. Что ж, это плата легкость и дешевизну реализации при неплохих параметрах. А в целом усилителем я остался доволен. Результат даже превысил ожидания.

Файлы:

Схема в Сплане и статья в Ворде.
🎁tn-tube-amplifier.7z 15.44 Kb ⇣ 331

После окончания многолетнего проекта по ламповому усилителю , душа требовала новых свершений. Как говорится у В.С. Высоцкого, лучше гор могут быть только горы, на которых еще не бывал. Надо было придумывать себе новый проект. Решил дальше поразвлекать себя сборкой лампового усилителя. Так как эксплуатация предыдущего показала, что с моими АС с достаточно высокой чувствительностью 2 Вт выходной мощности вполне достаточно для повседневной жизни, решил сделать опять однотактный усилитель мощность около 4 Вт по схеме уже известного А.И. Манакова. Оригинал схемы приведен на форуме Audioportal
Для себя поставил несколько условий:
— попробовать кенотронное питание;
— выходные трансформаторы сделать самому;
— приспособить стрелочные индикаторы выходной мощности, которые еще со школьных времен валяются от какого то разобранного катушечного магнитофона.
Как и до этого, заказал все детали в интернете. Как и на предыдущем усилителе монтаж решил сделать "печатно-навесным".

Страшно подумать, дата предыдущей фотографии датируется маем 2012 года.

Далее необходимо было изготовить сетевой трансформатор. Донором был выбран ТС-180 от лампового телевизора. На него необходимо было добавить накальную обмотку 5В для кенотрона, добавить напряжения анодной и добавить обмотку смещения.
Мотать на коленке (в прямом смысле этого слова) как в молодости не хотелось. Как известно лень двигатель прогресса, пришлось сделать простейший намотчик с счетчиком витков на калькуляторе. Датчик оборотов в виде магнита и геркона, припаянного параллельно кнопке " c-post__pic" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Долго ли, коротко ли, но трансформатор был намотан. Когда пришло время его подключать, этого сделать не удалось. При расчете количества обмоток забыл удвоить анодные, так как кенотрон включается по схеме с двумя обмотками и средней точкой. Много мата. Делать нечего, отложил трансформатор, пригодится для полупроводникового анодного и поехал в гараж за другим ТС-180. Далее снова повторение всей процедуры намотки и наконец сборка на макете

Далее промер параметров и некоторая настройка. Поразвлекался рисованием нагрузочных кривых драйверной лампы и подобрал сопротивление катодного резистора по минимуму нелинейных искажений. Что примечательно, расчет совпал с измерениями. Итоговая схема получилась такой:

В качестве схемы индикатора взял широко известную схему квазилогарифмического индикатора настроив некоторые элементы под имеющийся у меня измеритель.

Далее предстояло заняться выходными трансформаторами. Макет был собран с трансформаторами TW4SE, которых я прикупил с запасом еще на предыдущем усилителе, специально для целей отработки макетов. Еще в самом начале сборки усилителя, я сразу определился, что буду делать выходные трансформаторы на основе магнитопроводов ОСМ-0,063. Как то будучи в Москве в командировке прикупил парочку б/у трансформаторов ОСМ на Митинском радиорынке. Рассчитал трансформатор:

Каркасы изготовил заново, оригинальные для повторной намотки не подходили:

Заказал по интернету обмоточный провод:

Срез магнитопровода отполировал:

Приклеил бумагу для зазора:

Снял параметры получившегося трансформатора:
— спад АЧХ на 20 Гц минус 0,7 дБ, против минус 2,5 дБ у TW4SE;
— спад АЧХ на 20 кГц минус 0,2 дБ, против минус 0,4 у TW4SE.
Заключение — мотал не зря.

Но тут пришла беда, откуда не ждали. Магнитопровод второго трансформатора оказался ржавым и расслоился:

Помог 24au, на котором в Красноярске был найден продавец ОСМ-0,063 за 200 р., надо теперь как до него доехать и забрать трансформатор.
Ну вот собственно, электрическая часть усилителя закончилась, осталась самая творческая — разработка и изготовление корпуса. Думаю сделать его в габаритах и стиле винилового проигрывателя, чтобы уравновесить его на полке:

Трансформаторы для УМЗЧ

Одной из самых популярных радиолюбительских конструкций являются усилители мощности звуковой частоты УМЗЧ. Для качественного прослушивания музыкальных программ в домашних условиях чаще всего используются достаточно мощные, 25…50Вт/канал, как правило, стереофонические усилители.

Столь большая мощность нужна вовсе не для того, чтобы получить очень большую громкость: усилитель, работающий вполовину мощности, позволяет получить более чистое звучание, искажения в таком режиме, а они есть даже у самого лучшего УМЗЧ, практически незаметны.

Хороший мощный УМЗЧ собрать и наладить достаточно сложно, но это утверждение справедливо, если усилитель собирается из дискретных деталей, - транзисторов, резисторов, конденсаторов, диодов, может быть, даже операционных усилителей. Такая конструкция под силу достаточно квалифицированному радиолюбителю, который уже собрал не один и не два усилителя, спалив на первых опытах не один килограмм мощных выходных транзисторов.

Современная схемотехника позволяет избежать таких материальных, а главное, моральных затрат. Чтобы собрать достаточно мощный и качественный УМЗЧ, можно купить одну–две микросхемы, добавить к ним несколько пассивных деталей, спаять все это на небольшой печатной плате, и, пожалуйста, перед Вами УМЗЧ, который заработает сразу же после включения.

Двухполярное напряжение питания микросхемы имеет очень большой диапазон ±10…±40В, что позволяет получить от микросхемы мощность свыше 50Вт на нагрузке 4Ω. Если такая мощность не требуется, достаточно просто несколько понизить питающее напряжение. Выходной каскад усилителя выполнен на полевых транзисторах, что обеспечивает хорошее качество звука.

Вывести микросхему из строя очень непросто. Выходной каскад имеет защиту от КЗ, кроме того имеется также тепловая защита. Микросхема, как усилитель, работает в классе AB, коэффициент полезного действия которого 66%. Поэтому, для того, чтобы получить выходную мощность 50Вт, потребуется источник питания мощностью 50/0,66=75,757Вт.

Собранный усилитель устанавливается на радиатор. Для уменьшения габаритов радиатора совсем неплохо, чтобы тепло от радиатора отводилось вентилятором. Для этих целей вполне подойдет небольшой компьютерный кулер, например, от видеокарт. Конструкция усилителя показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Усилитель на микросхеме TDA7294

Здесь следует отметить небольшую особенность микросхемы TDA7294. У всех подобных мощных микросхем задняя металлическая спинка с отверстием для крепления к радиатору соединена с общим проводом схемы. Это позволяет закреплять микросхему на металлическом корпусе усилителя без изолирующей прокладки.

У микросхемы TDA7294 эта крепежная деталь электрически соединена с выводом отрицательного полюса источника питания, вывод 15. Поэтому, изолирующая прокладка с теплопроводной пастой КПТ-8, просто необходима. Еще лучше, если микросхема устанавливается на радиатор вообще без прокладки, только с теплопроводной пастой, а сам радиатор изолируется от корпуса (общего провода) усилителя.

Рисунок 2. Типовая схема включения TDA7294

Так какой нужен трансформатор?

Чуть выше было рассчитано, что мощность источника питания должна быть не менее 75 ватт, и это лишь для одного канала. Но где сейчас можно встретить монофонический усилитель? Теперь это, как минимум, двухканальный аппарат. Поэтому для стереофонического варианта потребуется трансформатор мощностью не менее ста пятидесяти ватт. На самом деле это не совсем так.

Такая большая мощность может потребоваться лишь в том случае, если будет усиливаться синусоидальный сигнал: вот просто подали на вход синусоиду и сидим, слушаем. Но долго слушать однообразное заунывное гудение, вряд ли доставит удовольствие. Поэтому нормальные люди чаще слушают музыку или смотрят фильмы со звуком. Вот тут и сказывается отличие музыкального сигнала от чистой синусоиды.

Реальный музыкальный сигнал синусоидой не является, а представляет собой сочетание больших кратковременных пиков и долговременных сигналов небольшой мощности, поэтому средняя мощность, потребляемая от источника питания, получается намного меньше.

Рисунок 3. Реальная мощность звукового сигнала. Средние уровни (желтая линия) синусоидального и реального звукового сигналов при одинаковых максимальных уровнях

Как рассчитать блок питания УМЗЧ

В статье приводятся соображения по выбору параметров блока питания, там же можно скачать программу для расчета блока питания с учетом особенностей воспроизводимых музыкальных программ. Программа работает без установки в системе, достаточно просто распаковать архив. Результаты работы программы сохраняются в текстовом файле, который появляется в папке, где находится программа расчета. Скриншоты работы программы показаны на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Ввод данных в программу расчета

Расчеты выполнены для блока питания собранного по схеме, показанной на рисунке 5.

Рисунок 5. Блок питания УМЗЧ. Результаты расчета

Таким образом, для двухканального усилителя мощностью 50Вт с нагрузкой 4Ω потребуется трансформатор мощностью 55Вт. Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В с током нагрузки 1А. Вот из таких соображений следует выбирать трансформатор для УМЗЧ.

Казалось бы, что трансформатор получился слабоват. Но, если внимательно почитать упомянутую чуть выше статью, то все становится на свои места: автор достаточно убедительно рассказывает, из каких критериев следует исходить при расчете блока питания УМЗЧ.

Габаритная мощность трансформатора

Совсем нетрудно заметить, что чем мощнее трансформатор, тем больше его размер и вес. И это нисколько не удивительно, ведь есть такое понятие, как габаритная мощность трансформатора. Другими словами, чем больше и тяжелее трансформатор, тем больше его мощность, тем больше мощность подключаемой к вторичной обмотке нагрузки.

Расчет габаритной мощности по формуле

Чтобы определить габаритную мощность трансформатора достаточно простой линейкой измерить геометрические размеры сердечника, а затем, с приемлемой точностью, рассчитать все по упрощенной формуле.

где P – габаритная мощность, Sc=a*b – площадь сердечника, So=c*h - площадь окна. Возможные типы сердечников показаны на рисунке 5. Сердечники, собранные по схеме ШЛ, называются броневыми, в то время, как сердечники ПЛ стержневыми.

Рисунок 6. Типы сердечников трансформаторов

В учебниках электротехники формула для расчета габаритной мощности имеет вид устрашающий, и куда более длинный. В упрощенной формуле приняты следующие условия, присущие большинству сетевых трансформаторов, просто некоторые усредненные значения.

Рисунок 7. Таблица для определения габаритной мощности трансформатора. Значения рассчитаны для частоты 50Гц

Третья цифра в маркировке сердечников ПЛ обозначает параметр h – высота окна, как показано на рисунке 6.

Кроме габаритной мощности, в таблице также имеется такой важный параметр, как число витков на вольт. Причем, наблюдается такая закономерность: чем больше размер сердечника, тем меньше число витков на вольт. Для первичной обмотки это число указано в предпоследней колонке таблицы. В последней колонке указано число витков на вольт для вторичных обмоток, которое несколько больше, чем в первичной обмотке.

Это различие связано с тем, что вторичная обмотка расположена дальше от сердечника (керна) трансформатора и находится в ослабленном магнитном поле, нежели первичная обмотка. Чтобы компенсировать это ослабление приходится несколько увеличивать количество витков вторичных обмоток. Здесь вступает в силу некоторый эмпирический коэффициент: если при токе во вторичной обмотке 0,2…0,5А число витков умножается на коэффициент 1,02, то для токов 2…4А коэффициент увеличивается до 1,06.

Как определить число витков на вольт

Многие формулы в электротехнике являются эмпирическими, полученными методом многочисленных опытов, а также проб и ошибок. Одной из таких формул является формула для расчета числа витков на вольт в первичной обмотке трансформатора. Формула достаточно проста:

тут, вроде, все понятно и просто: ω – это искомое число витков/вольт, S – площадь сердечника в сантиметрах квадратных, а вот 44, - это, как утверждают некоторые авторы, постоянный коэффициент.

Тогда вместо постоянного коэффициента получается переменная величина, или, как говорят программисты, переменная. Эта переменная может принимать различные значения, естественно, в каких-то пределах. Величина этой переменной зависит от конструкции сердечника и марки трансформаторной стали. Обычно переменная K находится в диапазоне 35…60. Меньшие значения этого коэффициента приводят к более жесткому режиму работы трансформатора, но облегчают намотку, за счет меньшего количества витков.

Если трансформатор предназначается для работы в высококачественной аудио аппаратуре, то K выбирают по возможности выше, как правило, 60. Это поможет избавиться от наводок с частотой сети идущих от силового трансформатора.

Теперь можно обратиться к таблице, показанной на рисунке 7. Там есть сердечник ШЛ32X64 с площадью 18,4 см2. В предпоследней колонке таблицы указано число витков на вольт для первичной обмотки. Для железа ШЛ32X64 это 1,8 витков/В. Чтобы узнать, какой величиной K руководствовались разработчики при расчете этого трансформатора, достаточно произвести несложный подсчет:

K=ω*S = 1,8*18,4 = 33,12

такой маленький коэффициент позволяет утверждать, что качество трансформаторного железа хорошее или просто стремились к экономии меди.

Трансформаторы промышленного изготовления

Когда-то советская промышленность выпускала целую серию малогабаритных трансформаторов: ТА, ТАН, ТН и ТПП. Эти аббревиатуры расшифровываются как, трансформатор анодный, анодно-накальный, накальный и трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры. Вот именно трансформатор марки ТПП может оказаться наиболее подходящим для рассматриваемого выше усилителя. Трансформаторы этой модели выпускаются мощностью 1,65…200Вт.

При расчетной мощности 55Вт вполне подойдет трансформатор ТПП-281-127/220-50 мощностью 72Вт. Из обозначения можно понять, что это трансформатор для питания полупроводниковой аппаратуры, порядковый номер разработки 281, напряжение первичной обмотки 127/220В, частота питающей сети 50Гц. Последний параметр достаточно важный, если учесть, что трансформаторы ТПП выпускаются также на частоту 400Гц.

Рисунок 8. Параметры трансформатора ТПП-281-127/220-50

Ток первичной обмотки указан для напряжений 127/220В. В таблице ниже указаны напряжения и токи вторичных обмоток, а также выводы трансформатора, на которые эти обмотки распаяны. Схема всего многообразия трансформаторов ТПП одна: все те же обмотки, все те же номера выводов. Вот только напряжения и токи обмоток для всех моделей трансформаторов разные, что позволяет подобрать трансформатор для любого случая.

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, потребуется трансформатор мощностью 55Вт. Вторичная обмотка со средней точкой с напряжениями 2*26,5В с током нагрузки 1А. Совершенно очевидно, что для получения таких напряжений, потребуется соединить синфазно обмотки 10 и 20В, и в противофазе обмотку 2,62В

что почти соответствует расчету. Таких обмоток получается две, которые соединяются последовательно в одну со средней точкой. Соединение обмоток показано на рисунке 10.

Рисунок 10. Соединение обмоток трансформатора ТПП-281-127/220-50

Первичные обмотки соединены в соответствии с технической документацией, хотя можно воспользоваться и другими отводами, что позволит точнее подобрать выходные напряжения.

Как соединить вторичные обмотки

Обмотки 11-12 и 17-18 соединены синфазно – конец предыдущей обмотки, с началом следующей (начало обмоток обозначается точкой). В результате получается одна обмотка с напряжением 30В, а по условиям задачи требуется 26,5. Чтобы приблизиться к этому значению, к обмоткам 11-12 и 17-18 в противофазе подключена обмотка 19-20. Это соединение показано синей линией, получается одна половина обмотки со средней точкой. Красной линией показано соединение другой половины обмотки, показанной на рисунке 5. Соединение точек 19 и 21 образует среднюю точку обмотки.

Последовательное и параллельное соединение обмоток

При последовательном соединении лучше всего, если допустимые токи обмоток равны, таким же будет и выходной ток для двух и более обмоток. Если ток одной из обмоток меньше, именно он будет выходным током полученной обмотки. Такое рассуждение хорошо, когда имеется принципиальная схема трансформатора: просто паяй перемычки и меряй что получилось. А если схемы нет? Об этом будет рассказано 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 соединить две 10-ти вольтовые обмотки (выводы 11-12, 13-14), две 20-ти вольтовые обмотки (выводы 15-16, 17-18), две обмотки по 2,62В (выводы 19-20, 21-22). Получится три обмотки с токами 2,2А. Соединение первичной обмотки выполнено в соответствии со справочными данными трансформатора.

Вот так хорошо все получается, если данные трансформатора известны. Одним из немаловажных 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 разных продавцов интернете предлагается по цене 800…1440 рублей! Согласитесь, что это будет дороже самого усилителя. Выходом из такого положения может стать использование подходящего трансформатора добытого из старой бытовой аппаратуры, например, от ламповых телевизоров или старых ЭВМ.

ВАРИАНТ ПЕРВЫЙ

Вначале следует обратить внимание на то, что при использовании последовательно включенных двух накальных обмоток с суммарным напряжением 12,6 В, максимальная мощность выходного трансформатора ТАН достигает 39,7 Вт при нагрузке 4 Ом, 19,8 Вт — при нагрузке 8 Ом, 13,2 Вт при нагрузке 12 Ом и 9,9 Вт — при нагрузке 16 Ом. Эти соотношения следует учитывать при подборе номинального сопротивления нагрузки усилителя.

Внешний вид первого варианта УНЧ с блоком питания

Мощность трансформатора желательно выбирать в три-четыре раза больше выходной усилителя. Чем больше мощность трансформатора, тем выше индуктивность первичной обмотки (необходимой для воспроизведения низких частот), больше диаметр провода и, как следствие, меньше межслойная емкость обмотки (это важно для воспроизведения высоких частот) и сопротивление обмоток, что увеличивает КПД трансформатора.

Предлагаемый вариант построен по схеме двухтактного ультралинейного усилителя мощности низкой частоты (УМЗЧ) с лампами 6П14П.

Принципиальная схема двухтактного ультралинейного усилителя мощности низкой частоты с лампами 6П14П

Первый каскад усиления собран на пентодной части лампы VL1 (VL1.1) по резистивной схеме. На управляющую сетку поступает сигнал с регулятора громкости R1. Необходимое смещение создается резистором R5, включенным в катод лампы. Напряжение на экранирующую сетку подается через резистор R5, а резистор R3 является нагрузкой этого каскада. Второй каскад усиления собран также по обычной резистивной схеме на триодной части лампы VL1 (VL1.2). Его анодной нагрузкой служит сопротивление резистора R15. Так как резистор R16 в цепи катода конденсатором не заблокирован, то каскад охвачен отрицательной обратной связью по току. Цепочка R9C1C3 выполняет функции развязывающего фильтра между каскадами.

Между этими же каскадами включены и регуляторы тембра. Подъем частотной характеристики в области высоких частот звукового спектра осуществляется цепочкой С10 R13C11. Происходит это следующим образом. Сопротивление цепочки R13C11 из-за большого сопротивления резистора R13 почти не зависит от частоты, поэтому с увеличением частоты (из-за уменьшения емкостного сопротивления СЮ) напряжение на участке (R13C11), а следовательно, и напряжение верхних частот, подводимое к управляющей сетке триода VL1.2, будут возрастать. Плавная регулировка частотной характеристики в области высоких частот производится переменным резистором R13. В верхнем положении движка на вход VL1.2 поступает преимущественно напряжение сигнала высоких частот. В нижнем положении уровень высоких частот срезается конденсатором С11, так как его сопротивление для этих частот мало.

ФАЗОИНВЕРТОР

Лампа VL2 работает в качестве фазоинвертора. Как известно, для нормальной работы двухтактного усилителя необходимо, чтобы переменные напряжения на сетках ламп плечей были равны по величине, но сдвинуты по фазе на 180°.

Для получения этих двух напряжений и предназначен фазоинвертор. Примененный в данном усилителе фазоинвертор выполнен по наиболее простой схеме и работает следующим образом. Известно, что переменное напряжение, образующееся на анодном сопротивлении, отличается от напряжения на сетке лампы на 180°. Фаза же напряжения на катодном сопротивлении совпадает по фазе с напряжением на сетке. Следовательно, напряжения на анодном и катодном сопротивлениях отличаются по фазе на 180°, что нам и необходимо. Для того чтобы эти напряжения были также одинаковы по своей величине, анодное и катодное сопротивления должны быть равны. Оконечный двухтактный каскад на двух лампах 6П14П собран по ультралинейиой схеме. Напряжение возбуждения на сетки оконечных ламп (типа 6П14П) подается через разделительные конденсаторы С16 и С17. Напряжение смещения на сетках ламп VL3 и VL4 образуется за счет падения напряжения на сопротивлении R31, зашунтированном конденсатором С18.

Типовой режим ламп выходного каскада для усиления в классе АВ (из справочника): напряжения на аноде и экранной сетке соответственно U_a = 300 В, U_{q 2} = 300 В, сопротивление резистора в катодной цепи RK = 130 Ом, эквивалентное сопротивление нагрузки R_aa = 8 кОм, ток по цепям анодного и экранирующей сетки питания l_а = 2 х 36 мА, l_{q 2} = 2 х 4 мА (в режиме покоя — U_bx = 0). При мощности в нагрузке Р_н = 17 Вт и коэффициенте гармонических искажений К = 4 % входное напряжение U_bx = 10В (эфф.), амплитуды тока по цепям питания, указанным выше, — I_апт = 2 х 46 мА, I_{q 2 m} = 2×11 мА.

Отвод на экранную сетку для ультралинейного включения ламп EL84 должен быть сделан от четвертой части витков анодной обмотки трансформатора.

ПОДБОР ТРАНСФОРМАТОРА ТАН

Чтобы подобрать нужный трансформатор ТАН из стандартного ряда типономиналов, произведем некоторые расчеты.

Амплитуда напряжения на анодной обмотке U_aam = √2PR = V2 х 17 х 8000 = 522 В. Соответственно, на половине обмотки амплитуда напряжения равна 261 В, что при напряжении питания 300 В оставляет на лампе в открытом состоянии 39 В, что можно проверить по характеристикам.

Вид на монтаж УНЧ первого варианта с блоком питания Блок питания УНЧ первого варианта Монтажная плата УНЧ первого варианта

Эффективное напряжение на анодной обмотке в 1,41 раза меньше и равно 185 В, т.е. в трансформаторе должна быть пара обмоток с таким или немного большим рабочим напряжением.

Теперь определимся с коэффициентом трансформации. Для достижения оптимального эквивалентного сопротивления R_aa (8 кОм) нагрузку сопротивлением 8 Ом необходимо преобразовать трансформатором с коэффициентом трансформации n_тр = V8/8000 = 1/31,6. В этом случае выходное напряжение на нагрузке 8 Ом достигает (185 + 185) / 31,6 = 11,7 В. Для этой цели удобно использовать две накальные обмотки по 6,3 В, включенные последовательно, с общим напряжением 12,6 В.

С учетом выбора стандартных выходных накальных обмоток и коэффициента трансформации 1/31,6 напряжение анодных обмоток должно составлять 12,6 х 31,6 = 398 В (его половина -199 В). Это больше, чем нужные 185 В, поэтому трансформатор окажется в облегченном режиме. Итак, нужно подобрать трансформатор с минимальным числом обмоток, чтобы вместе с двумя половинами сетевых обмоток на 110/127 В получить 199 В. Это возможно в следующих двух комбинациях: 110 + 89 В и 127 + 72 В.

Помимо ТАН28, хорошие результаты достижимы с трансформаторами соседних типономиналов: ТАН27-127/220-50 (с комбинацией обмоток по напряжению 127 + 28 + 28 + 6 = 189 В и приведенное сопротивление нагрузки R_aa = 7200 Ом) и ТАН29-127/220-50 (с комбинацией обмоток — 110 + 56 + 56 = 222 В, при этом приведенное сопротивление R_aa = 9933 Ом).

Напряжение анодного питания должно быть больше типового значения 300 В на величину падения напряжения на общем катодном резисторе сопротивлением 130 Ом при токе в 114 мА (2х46 + 2х11), т.е. на 15 В. Стало быть, напряжение питания после фильтра выпрямителя должно быть 315 В. На пиках громкости усилитель будет потреблять ток 114 + 2 = 116 мА (лампа входного каскада потребляет ток 2 мА), средний же ток его потребления будет немногим больше тока покоя составляющего 2х36 + 2×4 + 2 = 82 мА.

Эти режимы соответствуют схеме обычного (пентодного, тетродного) включения экранированных ламп. В ультралинейном режиме включения максимальная мощность в нагрузке и, соответственно, напряжения на обмотках трансформатора несколько ниже. С таким выбранным трансформатором усилитель при выходной мощности 8,5 Вт обеспечивает полосу усиливаемых частот 34…21000 Гц по уровню — 3 дБ. Чувствительность усилителя на частоте 1 кГц при максимальной выходной мощности равна 0,28 В. Звучание с этим усилителем очень четкое и прозрачное.

Для придания более мягкого звучания можно рекомендовать зашунтировать оксидные конденсаторы (лучше фирмы JAMICON) старыми бумажными конденсаторами КБГ-И емкостью 0,015 мкФ на 400 В. Впрочем, пойдут и современные пленочные серии.

Печатная плата и расстановка элементов УНЧ первого варианта

Звучание, получаемое с таким усилителем, зависит и от типа используемой в предварительном каскаде лампы VL2. Наиболее приятный звук получается с лампой 6Н23П. Однако вполне возможна установка и других двойных триодов с аналогичной цоколевкой. При смене типа лампы нужно изменить сопротивление резистора R22 так, чтобы на катоде второго триода сохранялись бы расчетные 64 В. Можно рекомендовать в каскад предварительного усиления двойные триоды 6Н2П (R22 = 1,3 кОм), 6Н1П, (R22 = 1,6 кОм), 6Н6П (R22 = 2,7 кОм). Чувствительность усилителя — около 0,25 В, и для разных типов ламп входного каскада она может несколько изменяться.

Резисторы в усилителе можно устанавливать металлодиэлектрические (МЛТ и их аналоги) или углеродистые ВС (более предпочтительные) на соответствующую мощность рассеяния.

Перед первым включением усилителя проверьте правильность монтажа. Установите в средние положения движки обоих подстроечных резисторов. Включите усилитель и проверьте напряжения в блоке питания и усилителе на соответствие значениям, указанным на схеме. Отличие режимов не должно быть более ± 5 %, разумеется, если в розетке в это время напряжение около 220 В.

Регулировка усилителя заключается в установке с помощью подстроенного резистора R27 равенства напряжения 0,8 В на резисторах R32, R33, включенных между выводами 8 и 9 выходного трансформатора. Желательно, чтобы эти резисторы были подобраны по разбросу сопротивления не более 1 %; это очень легко сделать, если купить их десяток, а потом просто выбрать пару омметром.

Если выходные лампы вашего усилителя не подобраны в пару, то в этой конструкции их можно отобрать из нескольких. Установите подстроенный резистор R27 в среднее положение и убедитесь в равенстве напряжения смещения на его крайних выводах. Для этого можно подключить к крайним выводам резистора цифровой вольтметр с пределом до 2 В и установить баланс каскада по нулевому показанию прибора. Затем, перебирая все имеющиеся у вас лампы одного типа, найдите те, у которых будут одинаковые падения напряжения на резисторах контроля анодного тока. При смене ламп надо обязательно прогревать лампы не менее двух минут до момента измерения.

Заключительный этап регулировки проводят, когда в усилитель установлены подобранные лампы и достигнут баланс тока ламп выходного каскада. Минимизации фона на его выходе добиваются, изменяя положение движка подстроенного резистора R1 в цепи накала ламп, при замкнутом входе усилителя, контролируя его уровень на выходе милливольтметром переменного тока либо осциллографом при максимальной чувствительности его входа. На этом регулировка усилителя закончена.

БЛОК ПИТАНИЯ

Вторая версия — диодная с тем же П-образным LC фильтром.

С точки зрения внешнего вида и эффектного зрелища, кенотрон выглядит лучше, но мостовой диодный выпрямитель практичнее и надежнее, да и габариты могут быть меньше. Но это на выбор разработчика.

Так же, в зависимости от того, в каком виде радиолюбитель хочет иметь свой УНЧ, он может быть с отдельным блоком питания или совместным с усилителем.

Отдельный блок питания состоит из основания и корпуса. На основании смонтированы трансформаторы питания и накала, конденсаторы, диодный мост, дроссель и разъем РП-7(10) на уголках. Под основанием предусмотрены четыре резиновых амортизатора-ножки.

Корпус изготовлен из листового алюминиевого сплава толщиной 1,5 мм, а его размеры во многом зависят от выбранных трансформатора, дросселя и конденсаторов фильтра.

Диодный мост и конденсаторы фильтра смонтированы на выводах электролитических конденсаторов или на монтажной маленькой плате, закрепленной на их выводах.

В качестве трансформаторов для источников питания (кроме указанных на схеме) я использовал: ТС-180; ТА-202+ТН-46; ТАН-107. Можно применять и другие трансформаторы, подходящие по напряжению и току.

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА

Монтажная плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм. Отверстия в ней сверлятся только под ламповые панельки и под крепление самой платы в корпусе усилителя. Диаметр отверстий под ламповые панельки 1,5 мм, а под крепеж — 3,4 мм. После травления плату следует промыть, зачистить проводники и обработать горячим покрытием из припоя ПОС-61 (Гор. ПОС-61).

Проводники цепей накала ламп расположены со стороны установки ламповых панелек. С этой стороны оставить максимальную площадь фольги, которую в дальнейшем при монтаже усилителя следует присоединить к минусовой шине питания, что создаст экранный эффект для смонтированной схемы.

Монтаж платы надо производить в следующей последовательности и с учетом ряда оговорок:

1. Монтаж ламповых панелек (предварительно подрезать их лепестки, а выводы цепей накала — отогнуть).

2. Монтаж элементов фазоинвертора и оконечных ламп.

3. Монтаж элементов лампы первого каскада и элементов громкости и тембра.

4. Корпусы резисторов надо расположить над платой на высоте 10 — 15 мм.

5. Электролитические конденсаторы не должны касаться платы.

6. Подстроечный резистор монтируется на проволоке ММ-1, используя ее как стойки.

Следует напомнить, что перед монтажом выводы всех радиоэлектронных элементов должны быть хорошо обработаны припоем (облужены). После монтажа деталей плату желательно промыть в спирто-бензиновой смеси.

Резисторы громкости и тембра монтировать проводом МГТФ 0,35 мм 2 в экране, поверх экрана надеть полихлорвиниловые трубки. На выводы выходного трансформатора после пайки следует надвинуть изоляционные трубки. Провода, идущие к цепям накала, свить между собой. Монтаж УНЧ вести проводом МГШВ-0,5 мм 2 (расположение проводников видно из фото). Провода питания собрать в жгут и нейлоновыми стяжками прикрепить к элементам конструкции и трансформатору.

После настройки УНЧ плату желательно покрыть лаком УР-231, хотя бы в один слой. Плата усилителя крепится к верхней панели шасси через стальные резьбовые стойки (8 штук) диаметром 6 мм и высотой 10 мм, и винтами М3 впотай.

Корпуса переменных резисторов необходимо соединить с шасси. Шасси УНЧ соединить с минусовой шиной питания. Питание цепей накала первой лампы и оконечного каскада желательно иметь раздельное. Один из выводов накала ламп заземлить на минусовую шину питания (точка определяется опытным путем по наименьшему фону).

Выходной трансформатор и выходной разъем крепятся к задней стенке шасси.

В задней стенке шасси предусмотрено отверстие с резиновой проходной втулкой для жгута питания при раздельной конструкции блока питания и УНЧ.

ШАССИ

Предлагаемое шасси позволяет смонтировать несколько вариантов УНЧ: на лампах 6П14П с отдельным блоком питания, на 6ПЗС с отдельным блоком питания, а также на 6П14П и 6П3С с блоком питания.

ВАРИАНТ ВТОРОЙ

Этот усилитель собран на лампах 6Н2П (первый и второй каскады), 6Н23П (третий каскад и фазоинвертор) и 6П14П (двухтактный ультралинейный оконечный каскад).

Напряжение сигнала через компенсированный регулятор громкости (R1-C2) поступает на сетку первого каскада, выполненного на левом по схеме триоде лампы 6Н2П (VL1.1). Второй каскад усилителя собран на правой части той же лампы. Благодаря отсутствию конденсаторов, шунтирующих резисторы R3 и R14, каждый каскад охвачен отрицательной обратной связью по току, что уменьшает искажения усиливаемого сигнала.

Внешний вид второго варианта УНЧ

Между вторым и третьим каскадами усилителя включены три регулятора тембра, раздельно по низким (R6), средним (R10) и высоким (R12) частотам. Это позволяет изменять громкость звука и тембр усилителя в очень широких пределах.

Фазоинверторный каскад выполнен по схеме с расщепленной анодной нагрузкой. Здесь сопротивление анодной нагрузки разбито на две равные части, одна из которых включена в цель анода, а другая — в цель катода. За счет этого на них возникают сигналы, равные по величине, но сдвинутые по фазе на 180 градусов. Оконечный двухтактный каскад на двух лампах 6П14П собран по ультралинейиой схеме. Все остальное — как в первом варианте.

Принципиальная схема второго варианта УНЧ Ламповые панельки (второй вариант УНЧ) Компоновка шасси (второй вариант УНЧ) Монтажная плата (второй вариант УНЧ)

Мною были испытаны усилители с трансформаторами ТАН29, ТАН41, ТАН55 и ТАН69, давшие отличные результаты.

Юрий КУРБАКОВ,

г. Тула

ЛИТЕРАТУРА:

Гендин Г.С. Высококачественные ламповые усилители звуковой частоты. МРБ вып. 1235-1999 г.

Сидоров и др. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. М., Радио и связь 1985 г.

Комаров С. Ламповые УМЗЧ с трансформаторами ТАН. Радио № 5-2005 г.

Кацнельсон Б.В. Ларионов А.С. Отечественные приемноусилительные лампы и их зарубежные аналоги. Справочник. М., Энергоиздат, 1981 г.

Справочник радиолюбителя. Под редакцией академика А.И. Берга. Госэнергоиздат, 1957 г.

Читайте также: