От двух до пятидесяти

Выбор схемы усилителя низкой частоты и путей для получения той или иной выходной мощности, как правило, зависит от имеющихся у радиолюбителя основных деталей: силовых и выходных трансформаторов, вентилей и фильтров для выпрямителя, усилительных ламп и, в первую очередь, выходных ламп. Самое широкое распространение получили выходные пентоды и лучевые тетроды (для обоих типов второй элемент в названии – буква «П»), такие, как 6ПЗС, 6П6С, 6П1П, 6П14П и др. Каждая из этих ламп, разумеется, имеет свои особенности. Так 6П14П обладает весьма высокой крутизной, и поэтому на сетку ее можно подавать значительно меньшее напряжение сигнала, чем это требуется для других ламп; лампы 6П1П и 6П6С, по сравнению с другими, позволяют получить несколько меньшие нелинейные искажения.

Что же касается выходной мощности, то у всех сетевых ламп (так называют лампы, накал которых можно питать переменным током) эта мощность примерно одинакова и составляет 5–6 вт (рис. 80). Конечно, существуют и более мощные лампы, выходная мощность которых достигает десятков, сотен ватт и даже многих киловатт. Но все это лампы специального назначения – для мощных радиостанций и радиоузлов. Радиолюбители в своих конструкциях усилителей и радиоузлов такие лампы используют очень редко – любителям, как правило, хватает обычных приемо‑усилительных ламп, то есть ламп, предназначенных для приемников, телевизоров, усилителей магнитофонов, радиограммофонов и т. п.

Наряду со многими ценными качествами (небольшие габариты, экономичность и др.) у приемо‑усилительных ламп, есть одно совершенно бесспорное достоинство – можно зайти в радиомагазин и легко купить любую из них. Мощность, указанная среди параметров выходной лампы, относится к случаю, когда она работает в классе А при номинальном анодном напряжении – для большинства сетевых ламп 250 в. Изменив режим работы лампы и класс усиления, можно получить совсем другую величину Р_вых . Минимальная мощность, как вы сами понимаете, не ограничена – можно довести лампу до того, что ее выходная мощность будет равна нулю. Выходные лампы обычно работают при анодных напряжениях не менее 150–180 вив этом случае дают мощность около 2 вт.

Что же касается верхней границы, то здесь основным ограничением является допустимая для данной лампы мощность рассеивания на аноде. Постоянная составляющая анодного тока I_а0 и постоянное напряжение на аноде U_а0 , если их перемножить, покажут ту постоянную мощность P_а0 , которую лампа потребляет от выпрямителя. Часть этой мощности расходуется на создание усиленного сигнала – хорошо знакомой нам мощной копии. Та часть потребляемой мощности P_а0 , которая не идет в дело, естественно, в лампе теряется: в основном она затрачивается на нагревание анода.

Тепло, которое анод может рассеять без чрезмерного перегрева, ограничено, и, таким образом, ограничена мощность потерь Р_а.п . Это и кладет предел увеличению выходной мощности: чтобы больше выдавать, нужно больше брать и, к сожалению, больше терять.

Кстати говоря, в классе А наибольшая мощность теряется при отсутствии сигнала. Ввиду постоянства I_а0 (I_пок ) в классе А от выпрямителя потребляется всегда одна и та же мощность. И естественно, что вся она теряется на аноде, если нет никаких полезных затрат (если нет входного сигнала, то и выходная мощность равна нулю). В классе В, наоборот, при отсутствии сигнала лампа заперта и ничего не потребляет от выпрямителя, а с увеличением сигнала растет I_а0 , и потери тоже возрастают. Наибольшая мощность потерь на аноде в классе АВ зависит от ряда факторов и обычно соответствует некоторому среднему уровню выходного сигнала.

Неудачно рассчитанный или плохо налаженный каскад, в котором мощность, теряемая на аноде, превышает допустимую величину, в буквальном смысле слова, виден издалека. Аноды ламп накаляются до красного свечения, объявившиеся в баллоне остатки газа усиленно ионизируются. Ионный ток создает в баллоне фиолетовое свечение, а положительные ионы бомбардируют и разрушают катод. Лампа не в состоянии долго работать в таких тяжелых условиях. Она очень быстро (при сильной перегрузке буквально через несколько минут) выходит из строя и часто заодно приводит в негодность такие ответственные узлы усилителя, как блок питания или выходной трансформатор.

С учетом возможностей той или иной лампы, в том числе с учетом ее допустимой мощности рассеивания на аноде и экранной сетке, рассчитаны типовые режимы для наиболее распространенных выходных ламп. Некоторые из этих режимов приведены в табл. 13, из которой видно, что две лампы 6ПЗС, работая в двухтактной схеме в классе АВ₂ с фиксированным смещением от отдельного источника, развивают выходную мощность около 50 вт. Примерно такую же мощность, но в более легком режиме (класс AB₁, автоматическое смещение создается на катодном сопротивлении) можно получить, если в каждом плече двухтактной схемы установить две соединенные параллельно лампы 6ПЗС. Не забудьте, что в этом случае вдвое уменьшается оптимальное сопротивление нагрузки и вдвое возрастает постоянная составляющая анодного тока (вместо двух стало четыре лампы!). Для получения нужного смещения в катодную цепь следует включить уже не 250 ом, как указано в табл. 13, а 125 ом.

Как видите, существующий ассортимент выходных (приемо‑усилительных) ламп позволяет строить усилители самой различной мощности: от 1–2 до 50–100 вт.

Возможность получения той или иной мощности прежде всего зависит от схемы и режима выходного каскада и, конечно, от источника питания – от величины выпрямленного напряжения и от наибольшего тока, который может дать выпрямитель.

Усилители напряжения, работающие с выходными каскадами различной мощности, можно условно разделить на три группы: усилители для однотактных и двухтактных выходных каскадов, а также усилители для двухтактных каскадов, работающих с сеточными токами. Отличительная особенность третьей группы состоит в том, что последний каскад усилителя напряжения должен развивать сравнительно большую мощность – до 0,1–0,2 вт, которую потребляет сеточная цепь выходного каскада. Кроме того, напряжение сигнала на лампы выходного каскада обязательно должно подаваться через переходной трансформатор (рис. 58, 3, а ).

Все, что было сказано до сих пор, стоит рассматривать как практический совет – не считайте параметры усилителя незыблемыми, а его схему неприкосновенной. При желании можно создавать усилители из готовых элементов разных схем. Взяв за основу какой‑либо усилитель, довольно просто ввести в его схему новые регуляторы тембра, корректирующие элементы, цепи обратной связи или даже целые каскады, например фазоинвертор. Без существенных изменений схемы можно несколько изменить выходную мощность усилителя.

Повысить мощность однотактного усилителя можно только одним путем: поднять постоянное напряжение на аноде (и соответственно на экранной сетке) выходной лампы. Таким же образом можно увеличить выходную мощность и в двухтактном каскаде. Здесь, правда, существует еще один путь: если каскад работал в классе А, то его можно без особых изменений схемы перевести в класс AB₁ . Для этого, как правило, достаточно увеличить сопротивление в катодной цепи выходных ламп, то есть подать на сетку большее отрицательное смещение U_cм (рис. 59). Кроме того, конечно, нужно увеличить и напряжение сигнала U_вх , чтобы полностью использовать прямолинейный участок ламповой характеристики – дойти до границы сеточных токов (U_c = 0).

Если усилитель напряжения имеет некоторый запас усиления, то, чтобы повысить U_вх , достаточно лишь повернуть ручку регулятора громкости. Во всех случаях изменения режима выходного каскада полезно руководствоваться данными табл. 13, в которой вы найдете исходные данные (оптимальное сопротивление нагрузки R_a.опт ) для изменения числа витков вторичной обмотки выходного трансформатора. Весь выходной трансформатор следует менять лишь в том случае, когда вы резко увеличиваете выходную мощность и тем самым резко повышаете ток, который проходит по первичной обмотке.

Справедливость требует, чтобы в заключение этих рекомендаций было высказано положение, которое кое‑кого из вас обрадует, а кое‑кого, может быть, и огорчит. Повышение мощности на 10–15 % и даже на 20 % дает сравнительно небольшое увеличение уровня громкости, и ради него не стоит идти на серьезные жертвы: перематывать трансформаторы, искать новые детали, в корне переделывать усилитель. Если вас не устраивает мощность 3 вт, то вряд ли устроит 4 вт, если мало иметь на выходе 10 вт, то будет мало и 12 вт. Вот почему неписаный закон делит любительские усилители НЧ в зависимости от их мощности на несколько основных групп: до 5 вт, до 10 вт, до 15 вт, порядка 25 вт и порядка 50 вт. К двум последним группам в основном относятся усилители для небольших, в частности школьных, радиоузлов.

В предыдущей главе мы познакомились с однотактными усилителями, выходная мощность которых составляет 2–4 вт. Повысив анодное напряжение и допустив несколько большие нелинейные искажения, можно повысить выходную мощность этих усилителей до 5,5 вт, а применив в оконечном каскаде лампу 6ПЗС, – до 6,5 вт (табл. 16). При замене выходных ламп учтите, что лампы 6П1П, 6П6С и 6ПЗС имеют меньшую крутизну, чем 6П14П, и поэтому для них требуется в два‑три раза большее напряжение сигнала. Применение этих ламп в описанных однотактных усилителях может потребовать некоторых изменений и в усилителе напряжения: наверняка придется значительно повысить усиление первого каскада усилителя, увеличив для этого в два‑три раза сопротивление анодной нагрузки и в полтора‑два раза гасящее сопротивление в цепи экранной сетки. В некоторых случаях при замене выходной лампы понадобится изменить число витков во вторичной обмотке выходного трансформатора с учетом новой величины оптимального сопротивления нагрузки (рис. 49).

В этой главе будет описано несколько двухтактных усилителей мощностью 8 вт (15 вт) и 25 вт (50 вт). Последний усилитель предназначен для школьного радиоузла.

Схема усилителя на 8 вт приведена на рис. 65, а на рис. 64 упрощенно показано его устройство и монтаж. Основные характеристики усилителя: коэффициент нелинейных искажений не более 1 %; чувствительность не хуже 250 мв; полоса воспроизводимых частот от 30 гц до 30 кгц; глубина регулировки тембра на частоте 30 гц от +20 до –20 дб, а на частоте 10 кгц от +12 до –16 дб; частотная характеристика усилителя для среднего и крайних положений регуляторов тембра приведена на рис. 66, б .

Рис. 64. Двухтактный усилитель – монтажная схема.

Схема усилителя, по‑видимому, не требует подробных пояснений, так как все ее элементы и узлы нам уже знакомы. Так, в частности, выходной каскад собран по ультралинейной схеме (рис. 39, 4 ): часть переменного напряжения с первичной обмотки выходного трансформатора через небольшие сопротивления R₂₈ и R₂₉ подается на экранные сетки ламп Л₃Л₄ . Совершенно очевидно, что этим же путем на экранные сетки поступает и постоянное напряжение. В катодные цепи выходных ламп включена цепочка автоматического смещения, а в цепи управляющих сеток – небольшие (по сравнению с сопротивлением утечки) антипаразитные сопротивления R₂₅, R₂₆ . Они препятствуют паразитному самовозбуждению выходного каскада на высоких частотах.

Четырехкаскадный усилитель напряжения собран на двух двойных триодах. Значительный запас усиления позволяет включить в схему (между первым и вторым каскадами) эффективные раздельные регуляторы тембра, а также ввести несколько цепей отрицательной обратной связи. Обратной связью по току охвачены все каскады усилителя напряжения, так как ни одно из сопротивлений автоматического смещения не зашунтировано конденсатором. Три последних каскада, в том числе главный источник искажений – выходной каскад, охвачены глубокой обратной связью по напряжению. Обратная связь подается со вторичной обмотки Тр₁ в катодную (сеточную) цепь правого триода Л₁ . В следующем каскаде есть цепочка обратной связи R₁₄C₇ . Эта цепочка, так же как и сопротивления R₂₆ R₂₅ , вводится для того, чтобы предотвратить самовозбуждение усилителя на сверхзвуковых частотах. Фазоинвертор выполнен по схеме с разделенными нагрузками (рис. 60, 1, а ) на правом триоде Л₂ . Напряжение смещения на сетку этой лампы снимается с небольшой части катодной нагрузки (R₂₀ ). Цепочки R₂₂C₁₃ и R₅C₁₂ – это обычные развязывающие фильтры, которые препятствуют возникновению паразитной обратной связи между каскадами через общие цепи питания.

Данные выходного трансформатора. Сечение сердечника 6,5 см² (пластины Ш‑22, толщина набора 30 мм). Первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭ‑0,15. В процессе ее намотки делают три отвода с таким расчетом, чтобы секции Iа и I г содержали по 900 витков, а секции Iб и Iв – по 600 витков. Обмотка II содержит 92 витка провода ПЭ‑0,86, причем на секции IIа , IIб , и IIв приходится соответственно 24, 44 и 24 витка. Для того чтобы уменьшить индуктивность рассеивания и тем самым улучшить воспроизведение высших частот, первичная и вторичная обмотки разделены на части, которые при намотке трансформатора чередуются (рис. 64, б ). Не забудьте, что вторичная обмотка заземлена, а на первичной действует большое (до 600 в) напряжение. Во избежание пробоя первичной обмотки, а значит, и всей «плюсовой» цепи нужно тщательно изолировать эту обмотку от вторичной, а также от сердечника трансформатора.

Акустический агрегат выбран с некоторым запасом мощности – 12 вт вместо 8 вт. Высокочастотные громкоговорители Гр₃ и Гр₄ подключены через разделительный конденсатор С₁₄ .

На рис. 65, 2, 3 показан другой вариант изготовления выходного трансформатора с весьма низкой индуктивностью рассеивания. Здесь вся первичная обмотка разделена на шесть секций, а вторичная на четыре секции. Секции чередуются таким образом, чтобы получилось наиболее сильное сцепление магнитных полей первичной и вторичной обмоток и чтобы трансформатор в то же время получился симметричным. Последнее условие улучшает общую симметрию двухтактного выходного каскада.

Каркас трансформатора разделен перегородкой на две равные части. Вначале наматывают все секции в одной из половин каркаса, а затем, перевернув его на 180°, наматывают вторую половину. Соединение секций выполнено в расчете на то, что левая и правая половины намотаны в разные стороны.

Рис. 65. Двухтактный усилитель – принципиальная схема.

Так же как и в предыдущем случае, необходима хорошая изоляция между секциями первичной и вторичной обмоток. Вторичная обмотка разбита на секции искусственно лишь для уменьшения индуктивности рассеивания. Данные секций: Iа ', Iа ", I г ' и I г " – по 450 витков ПЭ‑0,15; Iб и Iв – по 600 витков того же провода. Все четыре секции обмотки II одинаковые, и каждая из них содержит по 46 витков провода ПЭ‑0,59. Сердечник с сечением 7,5 см², пластины Ш‑25, набор 30 мм. Сборка сердечника «встык», без зазора.

В усилителе можно применить и какой‑либо готовый выходной трансформатор, например высокочастотный и низкочастотный трансформаторы от радиолы «Дружба». В этом случае, разумеется, нужно отказаться от ультралинейной схемы выходного каскада.

Усилитель, выполненный по схеме рис. 65, совершенно спокойно может отдать и большую мощность: до 12–15 вт. Для увеличения мощности в первую очередь нужно увеличить напряжение входного сигнала. Для этого проще всего ликвидировать некоторые цепи обратной связи, зашунтировав конденсаторами катодные сопротивления R₃, R₁₁ и R₁₆ . Если понадобится перейти в класс АВ, то необходимо увеличить на 30–50 % сопротивление автоматического смещения R₂₇ .

Кстати, вместо того чтобы увеличивать уровень входного сигнала на сетках выходных ламп, можно заменить сами лампы – включить вместо 6П1П лампы 6П14П. Обладая более высокой крутизной, они требуют меньшего напряжения сигнала, однако в виде «расплаты» создают несколько большие нелинейные искажения.

Если понадобится несколько уменьшить выходную мощность, то достаточно понизить анодное напряжение. При пониженном напряжении усилитель может развивать номинальную мощность, но с несколько большими искажениями. Так при U_в = 250 в можно получить те же 8 вт, но уже с К_н.и = 5 %. Здесь уместно заметить, что указываемая в числе параметров выходная мощность усилителя часто бывает умышленно занижена лишь для того, чтобы похвастаться малыми нелинейными искажениями. В действительности же усилитель может отдать на 30–50, а то и на все 100 % большую мощность, разумеется, при большем значении К_н.и (рис. 66).