СЧ-ВЧ УМЗЧ с двухтактным ламповым выходным каскадом

В статье приводится описание одного канала гибридного СЧ-ВЧ УМЗЧ с двухтактным ламповым выходным каскадом и встроенным двухканальным кроссовером. Частота разделения каналов регулируемая — от 70 Гц до 160 Гц. Кроссовер содержит активный фильтр Баттерворта второго порядка со скатом 12дБ/октава. Номинальная выходная мощность — 10 Вт, при этом на частоте 1 кГц коэффициент нелинейных искажений составляет 0,11 %.

Схема одного канала НЧ-ВЧУМЗЧ показана на рисунке. Кроссовер собран на полевых транзисторах VT1 и VT2, регулировка частоты разделения осуществляется сдвоенным резистором R2. Фазоинвертор собран на полевом транзисторе VT3, на лампах VL1, VL2 — дифференциальный каскад, выходной двухтактный каскад — на лампах VL3, VL4 со стабилизацией тока покоя. Применение встроенного кроссовера позволяет выделить НЧ-сигнал для последующего его усиления в низкочастотном УМЗЧ. Более подробно о работе такого кроссовера рассказано в [1]. В результате НЧ сигнал подаётся на внешний транзисторный усилитель, а средне- и высокочастотный усиливаются (СЧ-ВЧ) этим УМЗЧ. При двухполосном усилении существенно снижаются интермодуляционные и динамические искажения и, как следствие, уменьшаются суммарные искажения. При этом существенно повысятся общая мощность и качество звучания системы в целом.


Часто для повышения выходной мощности собираемого усилителя радиолюбители включают несколько ламп в параллель. Однако лампы от экземпляра к экземпляру имеют разброс параметров в пределах допусков. Поэтому необходимо подбирать лампы, близкие по своим параметрам. Но такое бывает довольно редко, и поэтому приходится выставлять ток каждой лампы индивидуально. Однако подобранные в пары лампы со временем всё равно приобретают разные электрические параметры. При этом не следует забывать ещё один немаловажный фактор — чем большее число ламп включено в параллель, тем меньшая снимаемая мощность с каждой лампы, т. е. имеют место увеличение затрат и недобор мощности. Вместе с тем, превышение допустимой рассеиваемой мощности на аноде вызывает ухудшение вакуума, снижение эмиссионной активности оксидного катода и появление ионного тока управляющей сетки. При конструировании усилителя следует учитывать, что параметры лампы изменяются не только в процессе старения, но и в процессе работы.

В процессе работы ламп выходного каскада имеется дрейф тока. С целью стабилизации тока выходных ламп в усилителе предусмотрена система автоматического контроля их тока. Применяя её, можно установить и большее число ламп в выходном каскаде.

В активном кроссовере на полевых транзисторах VT1 и VT2 входной сигнал делится на две части: низкочастотный и средневысокочастотный. Первый затем подают на активный сабвуфер или низкочастотный УМЗЧ, а второй сигнал с транзистора VT1 через конденсатор С7 поступает на фазоинвертор с разделённой нагрузкой, который собран на полевом транзисторе VT3. Конденсатор С7 и резисторы R12—R14 образуют фильтр верхних частот с частотой среза 70 Гц и крутизной 6 дБ/октава. Далее сигнал подаётся на дифференциальный каскад на двух лампах 6Н2П — VL1.1, VL1.2, VL2.1, VL2.2. На лампах VL2.1, VL2.2 собраны катодные повторители. На сетки и катоды ламп VL1.1, VL1.2 подаются противофазные сигналы, за счёт чего на анодах ламп VL1.1, VL1.2 формируются одинаковые выходные напряжения. Переходные конденсаторы С15, С22 и резисторы R35, R45 образуют фильтр нижних частот с частотой среза 70 Гц и крутизной 6 дБ/октава.

Выходной двухтактный каскад собран на лампах 6П14П, однако в нём можно применить и другие лампы, к примеру, 6П1П, 6П15П, 6П18П, 6П6С, 6ПЗС. Лампы Е1_84, Г807 также можно применить в УМЗЧ с корректировкой режимов. Мощность, постоянно рассеиваемая на аноде пентода 6П14П в условиях его нормальной работы, не должна превышать 12 Вт, максимально рассеиваемая паспортная мощность — 14 Вт. Анодный ток покоя каждой лампы — 26 мА. Напряжение анода — 350 В. Напряжение смещения на первой сетке — -12 В, постоянная рассеиваемая мощность на аноде — 9,1 Вт. Этот режим может быть принят в качестве основного рабочего режима лампы.

Дрейф токов в процессе работы выходного каскада приводит к разбалансу токов в первичных обмотках выходного трансформатора. Это, в свою очередь, приводит к увеличению нелинейных искажений в усилителе. Следовательно, необходимо применять меры по стабилизации токов в выходном каскаде (ввести ОС по постоянному току). Существует несколько способов стабилизации тока покоя. Один из методов — подача автоматического смещения на первую сетку посредством включения в катодную цепь резнетора, который зашунтирован конденсатором. Увеличить ОС по постоянному току возможно путём увеличения сопротивления этого резистора за счёт введения дополнительного источника напряжения -36 В. Ток покоя выходных ламп определяют резисторы R36, R44, включённые в катоды выходных ламп. Вторая цепь ОС по постоянному току вводится через экранную сетку. Эта ОС работает следующим образом. С катодов ламп VL3, VL4 постоянное напряжение подаётся на базы транзисторов VT6 и VT7. Соответственно при увеличении тока через лампы падение напряжения на резисторах R36, R44 увеличивается, ток через эти транзисторы также увеличивается, поэтому напряжение на экранных сетках уменьшается.


При использовании двух цепей управления обеспечивается высокая стабильность режимов работы ламп, т. е. независимость режима от изменения параметров ламп и деталей, входящих в выходной каскад. Для установки баланса тока покоя предусмотрены построечные резисторы R39 и R41. Резисторы R36 и R44, включённые в катоды ламп VL3, VL4, должны иметь одинаковое сопротивление, их необходимо подобрать с максимальной идентичностью. Ток покоя контролируется путём измерения напряжения на катодах ламп VL3, VL4. При равенстве токов покоя постоянные напряжения на катодах выходных ламп VL3, VL4 будут одинаковы. Индивидуальная установка тока в плечах выходного каскада позволяет установить и поддерживать ток покоя с небольшим разбалансом, который может потребоваться для компенсации неравенства магнитных потоков в первичных обмотках выходного трансформатора.

Для минимизации нелинейных искажений введена ООС, которая подаётся с выходной обмотки трансформатора на затвор транзистора VT3 через резистор R12. Чувствительность усилителя определяется этим резистором. Общая регулировка уровня громкости НЧ и СЧ-ВЧ каналов осуществляется входным регулятором уровня — резистором R1. Регулятором уровня может быть моторизованный сдвоенный переменный резистор ALPS или лестничный регулятор Никитина. Транзисторы IRFUC20 могут быть заменены транзисторами IRF540, IRF640.

Известно, что выходной трансформатор в ламповом выходном каскаде имеет большое значение, поэтому в усилителе применён заказной тороидальный трансформатор производства ООО ТОРЭЛ [2], г. Тверь. Трансформатор имеет следующие характеристики. Внутренний диаметр магнитопровода — 40 мм, внешний диаметр магнитопровода — 70 мм, высота — 32 мм. Габаритная мощность — 18,28 Вт. Нижняя частота полосы пропускания по уровню -2 дБ — 70 Гц. Индуктивность первичной обмотки — 47,46 Гн, индуктивность рассеяния трансформатора — 107 мГн. Анодные обмотки I и II намотаны проводом диаметром 0,28 мм, число витков — 1141. Активное сопротивление каждой обмотки — 43 Ом. Аналогично намотаны экранные обмотки III и IV — по 285 витков провода диаметром 0,16...0,28 мм. Число витков каждой вторичной обмотки V и VI — 51, провод — диаметром 1,18 мм. Активное сопротивление вторичной обмотки — 0,07 Ом. Для сопротивления нагрузки 4 Ом вторичные обмотки надо включить параллельно. Порядок намотки обмоток трансформатора следующий. Первая обмотка — вторичная V, вторая обмотка — экранная III, третья обмотка — анодная I, четвёртая обмотка — анодная II, пятая обмотка — экранная IV, шестая обмотка — вторичная VI.

Блок питания для этого усилителя каких-либо особенностей не имеет.