EP 2005_08.pdf

(40266 KB) Pobierz
450755396 UNPDF
450755396.022.png
Triodowy wzmacniacz akustyczny (monoblok)
Triodowy wzmacniacz
akustyczny (monoblok)
Prezentowany w tym artykule
wzmacniacz lampowy jest
zbudowany dość nietypowo – na
triodach pracujących w stopniu
końcowym. Mimo pewnych wad
takiego rozwiązania prawdziwi
miłośnicy muzyki docenią jednak
z pewnością jego zalety.
Rekomendacje:
prezentowany układ jest
przeznaczony dla przynajmniej
średniozaawansowanych
amatorów posiadających
znajomość podstaw techniki
lampowej oraz odpowiednie
zaplecze techniczne (oscyloskop,
multimetr).
Trwająca od kilku lat moda na
wzmacniacze akustyczne wysokiej ja-
kości wykonywane w technice lampo-
wej, skłoniła mnie do podjęcia tego
bardzo interesującego tematu. Opu-
blikowane kilka lat temu w EP opisy
wzmacniaczy lampowych dotyczyły
rozwiązań bazujących na stopniach
końcowych wyposażonych w pentody
EL34, należące do bardziej popular-
nych lamp stosowanych w akustyce.
Opisany w niniejszym artykule
wzmacniacz oparty jest wyłącznie
o triody – lampy historycznie rzecz
biorąc najstarsze – posiadające sze-
reg wad ale też i zalet szczególnie
cennych z punktu widzenia jakości
dźwięku. Wzmacniacze triodowe są
szczególnie cenione przez „audiofi-
li” ze względu na piękne „ciepłe”
brzmienie i bardzo głęboki bas.
Przystępując do projektowania
wzmacniacza przyjąłem założenia,
że będzie to wzmacniacz triodowy
typu „monoblok” z przeciwsobnym
stopniem końcowym dostarczającym
do obciążenia moc około 20 W RMS,
o prostej konstrukcji, wykonanej z ła-
two dostępnych materiałów i zapew-
niającej dobre parametry techniczne
przy zachowaniu dobrej powtarzalno-
ści w amatorskich warunkach.
Prezentowany wzmacniacz może
występować jako samodzielny zespół,
może też służyć jako element zesta-
wu akustycznego stereo lub wieloka-
nałowego – oczywiście należy wtedy
wykonać odpowiednią ilość wzmac-
niaczy w zależności od potrzeb.
Bardzo istotnym argumentem
przemawiającym za samodzielnym
wykonaniem wzmacniacza jest jego
cena; proponowane urządzenie jest
kilkukrotnie tańsze od podobnych
wykonań fabrycznych.
PODSTAWOWE PARAMETRY
Opis budowy i działania
Przedstawiony w artykule wzmac-
niacz zbudowany jest z czterech
niezależnych bloków:
– wzmacniacza wstępnego,
– inwertera fazy,
– przeciwsobnego stopnia końco-
wego,
– zasilacza.
Schemat elektryczny wzmacnia-
cza jest pokazany na rys. 1 . Sygnał
akustyczny z wejścia wzmacniacza
poprzez potencjometr P1 zostaje po-
dany bezpośrednio na siatkę pierw-
szej triody lampy V1. Wzmocniony
sygnał z anody poprzez galwaniczne
połączenie trafia do siatki inwer-
tera zbudowanego na lampie V2.
• Typ wzmacniacza: triodowy
z przeciwsobnym stopniem mocy
(„monoblok”)
• Zasilanie: z sieci 230 V
• Impedancja obciążenia: 8 V
• Sinusoidalna moc wyjściowa: 18 W
• Czułość dla P Max : 0,6 V
• Pasmo przenoszenia (3 dB) Pwy=10 W:
7...30000 Hz
• Zniekształcenia (Pwy=10 W): mniejsze od
0,7%
• Zniekształcenia dla mocy maksymalnej:
mniejsze od 1,5%
10
Elektronika Praktyczna 8/2005
P R O J E K T Y
450755396.023.png 450755396.024.png 450755396.025.png 450755396.001.png 450755396.002.png 450755396.003.png 450755396.004.png 450755396.005.png
Triodowy wzmacniacz akustyczny (monoblok)
Rys. 1. Schemat elektryczny wzmacniacza
Rozwiązanie takie pozwala na rezy-
gnację z kondensatora sprzęgającego
oba stopnie wzmocnienia. Zadaniem
inwertera jest dostarczenie do siatek
sterujących lamp wyjściowych V3
i V4 sygnałów o tych samych am-
plitudach ale przesuniętych w fazie
o 180 stopni. Inwerter wykonany jest
w układzie symetrycznym o sprzę-
żeniu katodowym. Pomimo swojej
prostoty układ inwertera ma bardzo
dobre parametry: automatycznie się
równoważy, ma identyczną impedan-
cję wyjściową obu gałęzi, charakte-
ryzuje się małymi zniekształceniami
przy stosunkowo dużym wzmocnie-
niu nie wykazując przy tym tenden-
cji do wzbudzania się. Zastosowanie
zamiast rezystora katodowego źródła
prądowego wykonanego na drugiej
połówce lampy V1 pozwala na uzy-
skanie jeszcze lepszych parametrów
elektrycznych układu.
Wzmacniacz wstępny oraz in-
werter są wykonane na lampach
6N8S – odpowiednik 6SN7, lam-
py te często występują w stopniach
sterujących wzmacniaczy akustycz-
nych wysokiej jakości. Zasilanie
opisanych stopni odbywa się ze
źródła napięcia około 400 V, wy-
nika to z konieczności zapewnienia
dostatecznej amplitudy napięcia ste-
rującego triodowe stopnie końcowe
(znacznie wyższej niż we wzmac-
niaczu ze stopniem końcowym zbu-
dowanym na pentodach).
Wzmocnione i odwrócone w fa-
zie sygnały poprzez kondensatory
C4 i C5 trafiają do przeciwsobne-
go stopnia końcowego zbudowane-
go w oparciu o lampy V3 i V4. Są
to bardzo dobre podwójne triody
rosyjskie typu 6N13S będące odpo-
wiednikami lamp 6AS7. Lampy te
nie tylko mają dobre parametry ale
charakteryzują się ciekawym wy-
glądem w stylu „wintage” przypo-
minającym legendarne triody 300B.
Stopień końcowy zasilany jest na-
pięciem około 200 V. Ze względu
na konieczność precyzyjnej regulacji
prądów spoczynkowych lamp końco-
wych, brak strat mocy na rezysto-
rach katodowych (około kilkunastu
watów w układzie z automatyczną
polaryzacją), wybrany został układ
stałej polaryzacji siatek sterujących
z oddzielnego źródła napięcia ujem-
nego. Uzyskanie prawidłowej sy-
metrii prądów spoczynkowych jest
istotne ze względu na eliminację
przydźwięku 100 Hz oraz uniknie-
cie magnesowania się rdzenia trans-
formatora wyjściowego, które powo-
duje pogorszenie odtwarzania basów
przy większej mocy wyjściowej.
Wzmocniony w stopniu końcowym
sygnał poprzez symetryczny transfor-
mator wyjściowy trafia do obciążenia.
Zadaniem wyjściowego transformatora
oprócz przeniesienia energii i złoże-
nia obu „połówek sygnału” jest do-
pasowanie wysokiej impedancji wyj-
ściowej lamp do niskiej impedancji
obciążenia. Transformator wyjściowy
to jeden z elementów od którego pa-
rametrów w dużym stopniu zależy
jakość całego urządzenia. Dlatego zo-
stanie poświecone mu więcej uwagi
w dalszej części artykułu.
Niskie zniekształcenia wzmac-
niacza zapewniają lokalne ujemne
sprzężenia zwrotne w obwodach ka-
tod wszystkich lamp oraz ogólne
ujemne sprzężenie zwrotne łączą-
ce wyjście z katodą lampy stopnia
wstępnego. Rezystory o wartości 1 V
w katodach lamp końcowych oprócz
ujemnego sprzężenia zwrotnego po-
zwalają na pomiar prądu podczas
uruchamiania i regulacji układu (po-
przez pomiar spadku napięcia, 1 mV
odpowiada 1 mA prądu lampy).
Zasilacz, którego schemat elek-
tryczny jest przedstawiony na
Tab. 1. Parametry techniczne zasilacza (napięcia podane pod obciążeniem)
Obwody
Napięcie
Wydajność prądowa
Anodowe stopni sterujących
+385 V
50 mA
Anodowe stopni końcowych
+190 V
300 mA
Polaryzacji stopni końcowych
–120 V
10 mA
Żarzenia stopni sterujących
+6,3 V
1,5 A
Żarzenia stopni końcowych
~6,3 V
5,5 A
Elektronika Praktyczna 8/2005
11
450755396.006.png 450755396.007.png 450755396.008.png 450755396.009.png
Triodowy wzmacniacz akustyczny (monoblok)
Rys. 2. Schemat elektryczny zasilacza
admisyjnej lampy Padm=13 W. Na-
chylenie narysowanej prostej wy-
znacza optymalną rezystancję obcią-
żenia Określamy teraz drugi punkt
leżący na prostej np. Ib=40 mA
i Ub=240 V oznaczony na rysunku
jako punkt B.
Przystępujemy do obliczenia re-
zystancji Ra zgodnie z poniższym
wzorem:
Ra=(Ub–Ua)/(Ia–Ib)
Ra=(240 V–40 V)/(130 mA–
–40 mA)
Ra=około 2000 V dla jednej triody
Łącząc równolegle obie triody
z lampy 6N13S przyjmuje się war-
tość Ra=1000 V.
Dla układu przeciwsobnego zło-
żonego z dwóch lamp 6N13S rezy-
stancja między anodami Raa=2·Ra
czyli Raa=2000 V. Literatura podaje
tu wartość od 1800 V do 2500 V.
Do dalszych rozważań przyjmuje się
Raa=1800 V.
Można zadać sobie pytanie po co
to liczyć skoro są gotowe tabele za-
wierające informacje dotyczące opty-
malnej rezystancji obciążenia popular-
nych lamp końcowych. Warto jednak
znać metodę by móc ja stosować
do innych typów lamp, dla których
wartość ta nie jest podawana.
rys. 2 wykonany jest w sposób kon-
wencjonalny. Dostarcza on napięć
anodowych, ujemnego napięcia po-
laryzacji stopnia końcowego oraz
napięć żarzenia: zmiennego dla
lamp końcowych i stałego dla lamp
stopni wstępnych. Dokładne dane
napięć i wydajności prądowe są za-
mieszczone w tab. 1 .
Dobrą filtrację oraz „sztywność”
napięcia wyjściowego zapewniają
duże wartości pojemności na wyj-
ściu układów prostowniczych. Zasi-
lacz zabezpieczony jest przed zwar-
ciem bezpiecznikiem topikowym.
Zasilanie stopni sterujących odbywa
poprzez szeregowe rezystory blo-
kowane do masy kondensatorami.
Rozwiązanie takie odseparowuje od
siebie poszczególne stopnie wzmoc-
nienia zapobiegając wzbudzeniom,
a także poprawia filtrację zmniejsza-
jąc przydźwięk sieci. Do dalszego
obniżenia przydźwięku przyczynia
się żarzenie lamp stopni sterują-
cych prądem stałym.
w stopniach końcowych charakte-
ryzują się mniejszą sprawnością
energetyczną i wymagają większych
napięć sterujących, ale mają bardzo
małe oporności wewnętrzne co jest
korzystne ze względu na współpra-
cę z obciążeniem o tak złożonej im-
pedancji jaką ma układ transforma-
tor – głośnik. Cechują się również
bardzo dobrą liniowością.
Szczegółowe opisanie powyższe-
go zagadnienia wybiegałoby poza
ramy niniejszego opracowania dla-
tego poniżej przedstawione zostaną
tylko najważniejsze jego aspekty.
Nasze rozważania będą oparte
o podstawowe parametry katalogowe
lampy 6N13S tab. 2 i jej charaktery-
styki anodowe rys. 3 . Możliwe będzie
określenie bardzo ważnego parame-
tru jakim jest rezystancja obciążenia
lampy Ra. Jej znajomość pozwoli na
określenie przekładni transformatora
wyjściowego i umożliwia pełne wyko-
rzystanie mocy lampy końcowej.
Na wykresie charakterystyk
anodowych lampy 6N13S rys. 3
znajdujemy punkt A odpowiadają-
cy maksymalnemu prądowi anodo-
wemu Ia max=130 mA i napięciu
siatki pierwszej Us1=0 V; dla tego
punktu napięcie na anodzie Ua mi-
n=40 V. Przez ten punkt prowa-
dzimy styczną do hiperboli mocy
Transformator sieciowy
i wyjściowy
Ze względu na trudność wyko-
nania transformatorów w warunkach
amatorskich wskazane jest nawi-
nięcie ich w specjalistycznym za-
kładzie. Firmy zajmujące się tym
posiadają specjalistyczne oprogramo-
wanie i są w stanie precyzyjne obli-
czyć każdy transformator. W związ-
ku z tym należy tylko dokładnie
określić parametry techniczne będą-
ce bazą do obliczeń.
W rozwiązaniu modelowym wszyst-
kie transformatory wykonano jako to-
roidalne. Wśród znawców zagadnień
związanych z budową wzmacniaczy
opinie są podzielone: jedni preferują
transformatory wyjściowe nawinięte
Tab. 2. Wybrane parametry pojedynczej
triody z lampy 6N13S, za wyjątkiem prądu
i napięcia żarzenia, które dotyczą całej
lampy
Napięcie żarzenia Uż 6,3 V
Prąd żarzenia Iż 2,5 A
Maksymalny prąd anodowy Ia max 130 mA
Maksymalne napięcie anodowe Ua
max
Trioda w stopniu końcowym
wzmacniacza
Zagadnienie to wymaga dokład-
niejszego przedstawienia ze wzglę-
du na różnice występujące w po-
równaniu z pentodami pracującymi
w stopniach końcowych. Triody
250 V
Maksymalna moc tracona w anodzie
Pa max
13 W
Rezystancja wewnętrzna Rwew 460 V
12
Elektronika Praktyczna 8/2005
450755396.010.png 450755396.011.png 450755396.012.png 450755396.013.png 450755396.014.png 450755396.015.png 450755396.016.png
Triodowy wzmacniacz akustyczny (monoblok)
na kształtkach EI, inni transformato-
ry wyjściowe nawinięte na rdzeniach
toroidalnych. W moim odczuciu lep-
sze są transformatory toroidalne bo
zapewniają mniejszy strumień roz-
proszenia, lepsze sprzężenie uzwojeń
(lepsze pasmo przenoszenia), mniej-
sze gabaryty przy tej samej mocy,
ale jak już wspomniałem jest to
sprawa do dyskusji.
Dane techniczne transformatora
sieciowego:
– Napięcie zasilające stronę pier-
wotną U1=230 V,
– Napięcia wtórne:
U2=150 V/0,3 A
U3=260 V/50 mA
U4=100 V/10 mA
U5=6,3 V/5 A
U6=6,3 V/1,2 A
Z założeń wynika że transforma-
tor będzie miał z lekkim zapasem
moc około 120 VA. Przy zamawia-
niu transformatora należy podkre-
ślić, że napięcia podane są przy
pełnym obciążeniu.
Dane techniczne transformatora
wyjściowego:
– Maksymalna przenoszona moc
Pwy=30 W
– Dolna częstotliwość sygnału przy
spadku 3 dB fd=20 Hz
– Górna częstotliwość sygnału
przy spadku 3 dB fg=30 kHz
– Oporność widziana od strony
anod Raa=1800 V
– Oporność obciążenia Ro=4,8 lub
15 V
– Spoczynkowy prąd jednej lampy
Io=80 mA.
Pomimo znacznie mniejszej
mocy transformator wyjściowy bę-
dzie miał podobne wymiary do
transformatora sieciowego. Wynika
to z konieczności dobrego przeno-
szenia niskich częstotliwości zapew-
nienia małych zniekształceń sygna-
łu. Przy zamawianiu transformatora
należy uwzględnić fakt, że jest on
przeznaczony do wzmacniacza prze-
ciwsobnego.
Autor wykorzystał posiadany
w swoich zbiorach transformator
wyjściowy o mocy 50 W i przełoże-
niu impedancji 1500 V/8 V. Skut-
kuje to nieznacznym wzrostem
mocy i zniekształceń, a także moż-
liwością lekkiego przeciążenia lamp
przy maksymalnej mocy, co przy
normalnym użytkowaniu wzmac-
niacza w warunkach domowych nie
powinno mieć znaczenia.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
(moc 2 W jeśli nie podano inaczej)
R1: 1,3 k V
R2: 150 k V
R3: 300 V
R4: 33 k V
R5, R6: 51 k V
R7: 1 M V
R8: 270 V
R9: 220 k V
R10, R11, R12, R13: 120 V
R14, R15, R16, R17: 1 V
R18, R19: 110 k V /0,5 W
R20: 100 V
R21: 10 V
R22: 0,68 V /5 W
R23, R24: 1 k V
R25: 100 k V
R26: 47 k V
Potencjometry
P1: 100 k V wykładniczy lub liniowy
P2, P3: 47 k V ...100 k V rezystor na-
stawny
Kondensatory
C1: 22 m F/400 V
C2: 150 m F/400 V
C3: 1 m F/250 V
C4, C5: 0,47 m F/630 V najlepiej poli-
propylenowy
C6, C7: 0,33 m F/160 V
C8: 330 m F/400 V
C9, C10: 220 m F/160 V
C11, C12: 1200 m F/200 V
C13: 18000 m F/10 V
C14: 3300 m F/10 V
Lampy
V1, V2: 6N8S
V3, V4: 6N13S
Półprzewodniki
D1: 1N4007
D2: LED np. zielona o średnicy 5 mm
M1...M3: mostki prostownicze 10 A/
1000 V
Inne
4 podstawki lampowe typu octal
Transformatory TR1, TR2 wg opisu
Bezpiecznik B1: 2 A zwłoczny
Oprawka bezpiecznika
Wyłącznik Wł1: 250 V/10 A
Kabel sieciowy z wtyczką
Opis budowy mechanicznej
i elektrycznej
Obudowę wzmacniacza wykona-
no z blachy aluminiowej o grubości
2 mm oraz płyty MDF o grubości
18 mm. Wykonano z niej konstruk-
cję nośną natomiast z blachy wygięto
podstawę o kształcie odwróconej lite-
ry U stanowiącą element montażowy
podzespołów wzmacniacza. Oba te
elementy połączono za pomocą wkrę-
tów. Taka konstrukcja dzięki swojej
prostocie umożliwia łatwe wykonanie
obudowy w warunkach domowych,
zapewniając jednocześnie dobre para-
metry techniczne i mechaniczne, dużą
podatność na modyfikację oraz este-
tykę wykonania. Do obudowy przy-
mocowano transformatory, podstawki
lampowe, łączówki i pozostałe większe
elementy elektroniczne. Montaż elek-
tryczny wykonano jako przestrzenny
zachowując zasadę możliwie jak naj-
krótszych połączeń. Szczególną uwagę
poświęcono prowadzeniu masy, która
powinna być wykonana grubym prze-
wodem i powinna być podłączono do
obudowy tylko w jednym miejscu,
najlepiej w pobliżu zasilacza. Należy
unikać zamykania pętli masy, dlatego
trzeba zwrócić szczególną uwagę na
dobre odizolowanie od obudowy ta-
kich elementów, jak gniazdka i kon-
densatory elektrolityczne. Przewody
sygnałowe należy prowadzić w odda-
leniu od przewodów silnoprądowych
i transformatorów.
Rys. 3. Wykres charakterystyk anodowych lampy 6N13S (jedna trioda)
Montaż, uruchomienie,
regulacja i pomiar
podstawowych parametrów
Montaż i uruchomienie wzmac-
niacza należy wykonywać etapami.
Pracę rozpoczynamy od zasila-
Elektronika Praktyczna 8/2005
13
450755396.017.png 450755396.018.png 450755396.019.png 450755396.020.png 450755396.021.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin