Однотактный ламповый усилитель для головных телефонов

Т. Садыков, Екатеринбург

Усилитель собран на двух лампах 6ФЗП - по одной на каждый канал; это комбинированная лампа, состоящая из входного триода и выходного пентода - в свое время она использовалась в радиолах и радиоприемниках в блоках усилителей низкой частоты.

 Для усилителя, предназначенного для головных телефонов, она является, на мой взгляд, настоящей находкой, поскольку содержит в одном баллоне входной триод для усиления малых сигналов и выходной пентод для получения мощности в триодном режиме, достаточной для использования головных телефонов практически любых типов, любого сопротивления и любой чувствительности. Лампа имеет невысокое энергопотребление в цепи накала, что вместе с ее компактностью (две лампы в одном баллоне) дает заметный выигрыш в габаритах, как блока питания, так и самого усилителя - конструкция получается небольшая (длина и высота лицевой панели усилителя может быть порядка 12 см, длина усилителя в глубину - 25 см), что немаловажно - ведь этот блок обычно не является основным в стойке аудиоаппаратуры, он может быть легко установлен, не требует много места и зачастую освобождает от необходимости при его установке снимать со стойки какой-либо другой блок, а это очень удобно.

О конструкции
В усилителе использованы традиционные схемотехнические решения, что обеспечило предсказуемость конечного результата. На входе для регулирования уровня громкости применены два одинарных переменных резистора 220 кОм без регулятора стереобаланса. Затем по схеме установлены сопротивления, которые понижают для входного триода уровень сигнала, поскольку лампа имеет относительно высокую чувствительность, а при использовании источников сигнала с выходным напряжением 0,52В такая чувствительность не нужна. С анода входного триода сигнал через конденсатор 1 мкФ поступает на сетку выходного пентода, а также на линейный выход через разделительный конденсатор и резистор (если линейный выход не нужен, эти детали исключаются из схемы).

Выходной пентод переведен в триодный режим; для этого его вторая сетка соединена через резистор 100 Ом с анодом, это дает заметное улучшение качества звучания усилителя, по сравнению с классическим пентодным включением лампы, при уменьшении общей выходной мощности усилителя. Падение выходной мощности на лампе (до 500700 мВт) в данном случае очень полезно, так как предохраняет головные телефоны от выхода из строя вследствие высокого выходного сигнала, что актуально для владельцев дорогих высококачественных телефонов; с этой же целью - поскольку от схемы не требуется высокой выходной мощности - применено относительно невысокое напряжение питания (185 В). Все резисторы в катодах лампы шунтированы электролитическими конденсаторами с целью уменьшения отрицательной обратной связи.

Усилитель собран на Н образном шасси, весь монтаж навесной, соединения сделаны с использованием выводов самих деталей. Конденсатор фильтра питания - 1000 мкФ на 200 В - лучше всего укрепить горизонтально в подвале шасси, по его центру между лампами, и все выводы деталей по схеме, которые должны быть соединены с плюсом либо минусом источника питания, припаять непосредственно к выводам указанного конденсатора. Емкость этого конденсатора лучше не уменьшать, потому что заметно ухудшатся свойства усилителя на низких частотах.

О деталях

Детали использованы самые доступные - советского/российского производства. Резисторы по мощности 0,51 Вт, а в цепях катодов ламп - 2 Вт. Разделительные конденсаторы К7317В, 250 В, однако для повышения качества звука их целесообразнее заменить на более качественные (исходя из ваших финансовых возможностей). Единственные детали иностранного производства - электролитические конденсаторы марки "Rubycon"- выбраны из за их малых размеров, но также могут быть заменены на подходящие по габаритам конденсаторы любого производства.

Величина емкости конденсаторов в цепи катодов ламп выбрана мной из соображений компактности конструкции, поэтому при ее повторении можно увеличить емкости вплоть до 1000 мкФ, лишь бы для них хватило места в конкретной конструкции.

Выходные трансформаторы я использовал стандартные от ламповых телевизоров, без доработки - ТВЗШ (железо Ш образное, 16 х 24 мм, первичная обмотка 3000 витков провода ПЭВ10,125, вторичная - 91 виток провода ПЭВ10,50); применение других трансформаторов, в том числе самодельных, несомненно, может значительно повысить качество звука данного усилителя.

Номиналы и типы применяемых деталей усилителя для головных телефонов (рис. 1):
R1      220 кОм, переменный одинарный СПЗ3332
R2      МЛТ0,5 10 кОм
R3       МЛТ0,5 470 кОм
R4       МЛТ0,5 2,0 кОм
R5       МЛТ2,0 2,0 кОм
R6       МЛТ2,0 51 кОм
R7       МЛТ0,5 470 кОм
R8*      МЛТ0,5 1,0 кОм
R9*     МЛТ2,0 510 Ом
R10     МЛТ1,0 100 Ом
R11*    МЛТ0,5 15 кОм
Cl       "Rubycon" (или "Rec") 100,0 мкФ х 25 В
С2       К7317В250 В 1,0 мкФ
СЗ       "Rubycon" (или "Rec") 100 мкФ х 63 В
С4       "Rubycon" (или "Rec") 1000,0 мкФ х 200 В
С5       К7317В250В 1,0 мкФ
V         6ФЗП
Tpl       ТВЗШ (выходной трансформатор)
X         Гнездо RCA
Х2       Гнездо для телефонов 3,5 мм или 6,3 мм
ХЗ       Гнездо RCA * Точный номинал подбирается при настройке.

В блоке питания может быть установлен любой трансформатор мощностью не менее 40 Вт. Вторичные обмотки должны давать выходные переменные напряжения 160-170 В (0,2 А) и 6,0-6,ЗВ (1,5-2,0 А). Цепи накала могут иметь питание как в виде постоянного тока, через стабилизаторы КРЕН51, так и в виде переменного. С моей точки зрения, в данной конструкции питание накала ламп лучше организовать переменным током, что и сделано по схеме, поскольку при уменьшении габаритов блока питания за счет отсутствия радиаторов для стабилизаторов КРЕН5 экономится много места в конструкции. Однако блок питания может быть полностью стабилизированным как по анодному питанию, так и по накалу ламп, а может быть собран на кенотроне - звук при этом улучшится при увеличении габаритов конструкции; такие схемы неоднократно публиковались, в том числе и на страницах "AM", поэтому при повторении конструкции радиолюбители могут сами для себя решить, какой блок питания поставить в этот усилитель.

Номиналы и типы применяемых деталей в блоке питания:
R1      МЛТ0,5 100 кОм
R2      МЛТ0,5 30 кОм
R3      МЛТ0,51,ОкОм
R4      МЛТ0,5 1,0 кОм
R5*     МЛТ2,0 560 Ом
R6*     МЛТ2,0 560 Ом
Cl       K7317B 400В 0,05 мкФ
С2      "Rubycon" (или "Rec") 100,0 мкФ х 63 В
СЗ      "Rubycon" (или "Rec") 100,0 мкФ х 300 В
Пр1    Предохранитель 0,5 А
VD1    КЦ405А

Звучание
Усилитель длительное время эксплуатировался с головными телефонами "Vivanco lOOO fl" с различными источниками сигнала: с проигрывателем CD, кассетной декой, hifi видеомагнитофоном - все компоненты средней ценовой категории ($350-500); а также с проигрывателем винила "Электроника 017" (использовался встроенный корректор усилителя "NAD 304"). Как показала практика, звучание усилителя для головных телефонов отличается хорошим объемом, прозрачностью и легкостью передачи любых музыкальных фрагментов. Прослушивание через головные телефоны доставляет большое удовольствие любому слушателю.

Данный усилитель универсален и имеет линейный выход, поэтому он может быть использован также в качестве предварительного усилителя с большинством транзисторных усилителей низкой и средней ценовой категории, которые имеют штатный отдельный вход усилителя мощности (УМ) - как правило, качество звучания транзисторных усилителей в целом заметно улучшается, приобретая объем и теплоту. Телефонный усилитель использовался в качестве предварительного совместно с усилителем "NAD 304" (через штатный вход УМ) и электростатическими АС ("35АСЭ001").

Номинал резистора на линейном выходе 15 кОм - подобран под параметры усилителя "NAD 304", поэтому при повторении конструкции номинал резистора необходимо подбирать под чувствительность каждого конкретного усилителя.

Этот усилитель может осуществлять только какую-либо одну функцию - либо он работает как усилитель для головных телефонов при отключенном линейном выходе, либо как предусилитель при отключенных головных телефонах - неиспользуемые выходы при этом отсоединяются от усилителя. Несомненно, основная функция конструкции - быть качественным усилителем для головных телефонов - для этого он и создавался. Вообще, эта конструкция имеет большой потенциал для создания звука высокой пробы и дает полный простор радиолюбителям для замены деталей и применения каких-либо замечательных припоев и проводников.

 

Комментарии С.Куниловского
Так как тема ламповых телефонных усилителей уже неоднократно затрагивалась в "AM", распространяться об этом не буду. Тем не менее, глядя на предложенную схему, кое-что все-таки хочется сказать.

Главное замечание касается сочетания используемой лампы с выходным трансформатором. Если использовать стандартный ТВЗШ, то индуктивность его первичной обмотки обещана изготовителем не менее 9 Гн. Измеренная на имеющемся у меня образце трансформатора индуктивность реально оказалась равной 10 Гн при оптимальном, с точки зрения линейности трансформатора, токе подмагничивания около 2025 мА. Для такого тока анода резистор R9 в катоде тетродной части 6ФЗП надо увеличить до 620 Ом.

Внутреннее сопротивление включенной триодом тетродной части 6ФЗП в режиме 25 мА, 160В (25В упадет на катодном резисторе и обмотке трансформатора) составляет примерно 1,2 кОм. При коэффициенте трансформации 33 и работе на головные телефоны (за исключением крайне редкого случая 8 и 16омных) влиянием пересчитанной в первичную цепь трансформатора нагрузки на общую величину выходного сопротивления каскада можно пренебречь.

Отсюда: wL = Ri на частоте 20 Гц. Ну и что? Минус 3 дБ на 20 Гц для лампового усилителя - не так уж и плохо, не правда ли? И с точки зрения частотной характеристики Вы будете правы. Но трансформаторная сталь, к сожалению, обладает существенной нелинейностью петли гистерезиса.

Немагнитный зазор в сердечнике трансформатора заметно уменьшает нелинейность. Я измерил искажения трансформатора ТВЗШ при работе на частоте wL = Ri при Ri = 1,2 кОм и при напряжении на вторичной обмотке 0,6 В. В режиме без подмагничивания эксперимент показал Кг = 4,5%.

Оптимальное подмагничивание, выводя сталь сердечника в более линейную область петли гистерезиса, еще больше уменьшает нелинейность, но не устраняет ее совсем.

Тот же эксперимент, но с оптимальным током подмагничивания первичной обмотки 25 мА показал уже Кг = = 0,5%. В первом случае доминировала третья гармоника сигнала, во втором - вторая.

Между прочим, это был очень даже показательный эксперимент в плане сравнения двухтактного и однотактного усилителей одинаковой мощности. В двухтактных усилителях нет подмагничивания трансформатора (кроме паразитного дисбаланса плеч), а в однотактных, разумеется, есть. Заметьте, в обоих случаях трансформатор был с зазором. Еще одно любопытное наблюдение: без подмагничивания при удвоении частоты искажения уменьшились примерно в два раза, а с подмагничиванием - в три.

Кроме указанных искажений трансформатора, при работе на низкоимпедансную нагрузку, которой он является, на низкой частоте также сильно растут искажения триода.

Выходной каскад полностью я не макетировал, но думаю, что суммарные искажения на частоте 20 Гц уже будут определяться лампой.

Исходя из этого, подавать на выходной каскад сигнал с частотой, значительно более низкой, чем 20 Гц, в нашем случае, то есть когда wL < Ri, совсем нельзя.

Иначе говоря, перед выходным каскадом должен располагаться фильтр высоких частот (фильтры, если они есть, размещаются в предварительном или корректирующем усилителе), ослабляющий нежелательные низкочастотные сигналы. В большей степени это относится к источнику сигнала в виде проигрывателя LP, в меньшей - к CD.

Здесь этим фильтром является RC фильтр межкаскадной связи. Но разделительный конденсатор емкостью 1 мкФ вместе с суммарным выходным сопротивлением первого каскада и сеточным резистором второго каскада номиналом примерно 500 кОм дают частоту среза 0,32 Гц по уровню 3 дБ, что ниже желательной частоты примерно в 60 раз. Как вариант разумного сочетания R и С - 0,047 мкФ и 160 кОм в качестве сеточного резистора (не отсюда ли 0,05 мкФ в качестве разделительного конденсатора в старых приемниках?).

Разумеется, возможен и вариант просто другого выходного трансформатора с индуктивностью 20 - 30 Гн.

Еще одно замечание, на сей раз незначительное. Я не понял, в чем смысл сложной цепи из четырех резисторов на входе усилителя. Если убавить излишнюю чувствительность на входе, то в верхнем положении регулятора громкости сигнал ослабляется этой цепью всего на 2%. Сделанный мной расчет чувствительности усилителя с сетки первой лампы дал примерно 0,25 В, то есть требуется ослабление как минимум в два раза. Я просто поставил бы в качестве регулятора громкости резистор 22 кОм и перед ним последовательно включил бы еще 22 кОм. Так и проще, и максимальное сопротивление эквивалентного генератора для сетки первой лампы снизилось бы с 59 кОм до 11 кОм, и звук бы улучшился.

Максимальное выходное напряжение усилителя составит примерно 22,5В в зависимости от сопротивления головных телефонов.

Питать накал ламп постоянным током, тем более от КРЕН5, не следует, здесь автор прав.

 
  Обзор схем ламповых усилителей