Однокаскадный ламповый усилитель для квартирной музыки

Речь идёт об оснащении звуковоспроизводящей аппаратурой, по возможности «высокой верности», небольшой городской квартиры. Своими руками и невеликими средствами. Причём во главу угла решено поставить «звук», манкируя некоторыми эксплуатационными качествами. Здесь: постройка усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) в комплект к чувствительным акустическим системам (АС) из гипсокартона [1]. Усилитель выполнен на радиолампах пальчиковой серии и примечателен рядом необычностей.

▍ Общая концепция

Первым делом — хотелось опробовать короткий «тракт» — минимальное количество усилительных каскадов от источника сигнала до АС. Для усилителей на радиолампах и образцового источника — магнитного звукоснимателя грамзаписи, задача невеликая, но пришлось ограничиться выходной мощностью УМЗЧ чуть больше 2 Вт на канал, что потребовало чувствительности АС выше обычного [1].

Отсутствие намеренных обратных связей (ОС). Замечено, что таковые, а особенно обратная связь общая в усилителе с выходным трансформатором, заметно ухудшают субъективную естественность воспроизведения звуковой программы. И хотя отсутствие ОС портит показатели приборные, слушать музыку становится приятнее.

▍ Схема УМЗЧ

Рис. 2. Исходная схема принципиальная однотактного однокаскадного УМЗЧ [2]

Усилитель мощности имеет единственный каскад усиления на импровизированном триоде (тетрод, включённый триодом) с высоким усилением. Сложный двухэтажный SRPP-каскад имеет две лампы и повышенное анодное напряжение, но даёт ряд важных преимуществ, главное из которых — это требования к выходному трансформатору, могущему здесь быть меньше классического для однотактной схемы. И не иметь немагнитного зазора, роняющего индуктивность и воспроизведение НЧ. Собственно говоря, трансформатор может быть автотрансформатором, что ещё больше улучшает его работу и упрощает требования к конструкции.

Сигнал замыкается через С2, С3, которые должны быть надлежащего качества, требование же к остальным элементам БП снижены, что также выгодно отличает SRPP выходной каскад от обычного однотактного, где анодный выпрямитель является частью сигнальной цепи.

▍ Изменения исходной схемы

Коснулись мелочей и деталей их исполнения: выходные трансформаторы (автотрансформаторы) — домотанные тороидальные сетевые с габаритной мощностью 400 Вт; С2, С3 — с бумажным диэлектриком. От регулятора громкости было решено отказаться, автоматическое же смещение VL3 заменено на фиксированное от гальванического элемента.

Рис. 3. Вариант фиксированного смещения усилительной лампы. Всем хорош: потребляемый цепью ток чрезвычайно мал, и приличной батарейки хватает на долгие годы, разряд её, однако, грозит повышением анодного тока и аварией — нужна специальная индикация или незабывчивый дисциплинированный хозяин. Катод глухо заземлён — долой ещё одну местную ОС на радость меломану

▍ Выходные трансформаторы

Фото 4. Это пара доработанных фабричных сетевых трансформаторов с нужным коэффициентом [2] по 400 Вт каждый. Мощность и размер трансформаторов с большим запасом. В моих экземплярах порядок размещения обмоток обратный привычному — сначала вторичные, поверх них первичная сетевая. Что дало возможность легко устроить простейшее секционирование, домотав ещё одну низковольтную обмотку толстым проводом (жгутом тонких), и включить параллельно с табельной

▍ Конденсаторы С2, С3

Пропускают через себя сигнальный ток и должны быть «звукового качества». Компактно, просто и недорого — более или менее приличные электролитические, которые хорошо бы шунтировать небольшими плёночными. Вариант покрупнее и получше — полностью плёночные, где перспективными выглядят пусковые моторные. Здесь же, гулять так гулять, применён вариант радикальный — батарея, составленная из старорежимных ёмкостей с бумажным и бумажно-масляным диэлектриком. Их источник — блошиный рынок. Получилось недорого, но очень тяжело и громоздко.

Фото 5. Макет одного из каналов усилителя на рабочем столе. Хорошо видно две конденсаторные батареи

Фото 6. Макет, собранный на большом куске нетонкой фанеры, позволяющей оперативно его перемещать. На фото — первое прослушивание ЛК

Фото 7. Набранная батарея конденсаторов, конечно, очень неудобна — все ёмкости без масла освободил от жестяных кожухов и скомпоновал в две сборки, с соединением элементов медным лужёным проводом. Вырезал и склеил термоклеем две коробки из 6 мм фанеры, пару раз покрыл их лаком

Фото 8. Две конденсаторные батареи поместил в коробки и вместе с крепежами-болтиками М6 залил эпоксидной смолой

▍ Сборка, монтаж

Вся работа выполнялась в квартирно-балконных условиях, ручным инструментом, да и исходный посыл «к чёрту цирлихи-манирлихи, даёшь звук!» наложил отпечаток. Компоновка усилителя преследовала цель максимально отдалить входные цепи от выходных, по возможности разнести элементы каналов и более или менее культурно подвести питание.

Фото 9. Деревянное шасси усилителя выполнено из 15 мм берёзовой фанеры — комплект установочных элементов вышел очень тяжёлым. Детали корпуса собраны на столярный ПВА и саморезы, готовое шасси отделал прозрачным, чуть подкрашенным лаком в несколько слоёв с промежуточной сушкой

Фото 10. Симметричные относительно центра тяжести коробки с конденсаторами позволили удобно монтировать, настраивать и дорабатывать прибор

Фото 11. Вид на монтаж усилителя. В целом, напоминает характерную картину ламповых приборов позапрошлой исторической эпохи с установкой ламп и крупных элементов сверху шасси, и монтажом спущенных ножек в его подвале. Из неотмеченного на схеме — сопротивления искусственной средней точки накалов ламп, для снижения фона. Пока ещё нет разъёмов питания на задней стенке

Фото 12. Внешний вид усилителя в сборе. Прогон. На заднем плане макет БП

▍ БП

Ограничение сигнального тока в пределах усилителя дало возможность вынести блок питания в отдельный корпус, что позволило уменьшить габариты каждого прибора, их и без того немалый вес, и снизить наводки на входные сигнальные цепи.

БП решено выполнить объединённым с таковым для лампового усилителя-корректора грамзаписи (здесь не описан). Для усилительных каскадов на вакуумных триодах нужно три напряжения. Одно из них для фиксированного смещения берётся от гальванических элементов по месту, напряжение накала и анодное — в БП. Оба они стабилизированы.

Рис. 13. Схема принципиальная источника питания накалов ламп. Чтобы уместиться в допустимую мощность микросхемного стабилизатора 78хх, нити накалов соединены попарно-последовательно и запитаны от 7812 с кремниевым диодом в общем выводе, поднимающим напряжение стабилизации до требуемых 12,6 В. У каждого канала стабилизатор свой собственный

Рис. 14. Схема принципиальная стабилизатора анодного напряжения, общего для обоих каналов. Подбором цепочки стабилитронов D1…D3 устанавливается нужное напряжение, которое с некоторым запасом должны допускать выпрямительный мост, конденсаторы и полевой транзистор

Фото 15. Одна из двух плат выпрямителей-стабилизаторов в сборе. Здесь два накала по 12.6 В и анодное +460 В. Полевой транзистор и микросхемы стабилизаторов в корпусах ТО-220 смонтированы на обратной стороне платы, и спиной-фланцем прижаты к игольчатому радиатору через слюдяные прокладки с КТП-8

Фото 16. БП усилителей, сборка, финишная прямая. Трансформаторы готовые, унифицированные, слева направо — ТН, ТА, ТАН. Мощность первых двух также с запасом, самый маленький — для питания накалов и анодов винил-корректора. Нужные напряжения получены последовательным соединением ряда имеющихся обмоток, что позволило ступенчато их переключать и организовать «мягкий старт». Герметик акриловый

Фото 17. Внешний вид БП усилителей в сборе. Три неотсоединяемых выходных кабеля, заканчивающиеся разъёмами типа 2РМ — накал УМЗЧ, анодное питание УМЗЧ, общее питание винил-корректора. Переключение режимов ручное, в стиле «суровая челябинская бескомпромиссность». Кроме плавного пуска позволяет иметь ждущий режим с уменьшенным износом ламп — половина накала + половина анодного. Индикация неоновыми лампочками

▍ Практика показала

Дифирамбы. Усилитель после приработки великолепно звучал, с учётом, пусть и доработанных, сетевых трансформаторов в качестве выходных, и широкополосных динамиков в АС с их несколько зауженным диапазоном воспроизводимых частот. К превеликому удивлению, мощности в 2 Вт на канал хватало с избытком, при условии достаточно большого уровня сигнала на входе, например, от проигрывателя CD. Звук на хороших записях «живой» музыки весьма естественен и натурален, басы великолепны, что отмечали и профессиональные музыканты, приглашаемые на прослушивания — спасибо крупным выходным трансформаторам. Ни намёка на фон, несмотря на деревянные коробки. Технически усилитель получился очень недорогим и не хлопотным: намоточные работы минимальные, элементы распространённые, неспециальные, лампы недорогие и работают годами.

К недостаткам. Усилитель и его БП собраны в корпусах разного размера. Исходно они размещались на разных полках большого стеллажа, что удобно, однако для универсальности лучше бы делать ящики комплекта способными аккуратно вставать друг на друга; более или менее стандартного размера и пропорций, близких к золотому сечению. Регулятор громкости на входе УМЗЧ таки нужен! Даже у столь маломощного усилителя — не всегда источник сигнала имеет свою регулировку уровня, а «ламповые ватты» субъективно звучат раза в четыре громче транзисторных — факт общепризнанный.

К недостаткам же следует отнести и некоторую чрезмерность в ряде решений, что отчасти можно оправдать юношеским максимализмом конструктора: организационно, комплект собран около 20 лет назад.

▍ Работа над ошибками

Мысленно представим себе изготовление заново и попробуем скорректировать конструкцию: к чёрту «сверхкороткий тракт» — добавим каскад небольшого предварительного усиления, скажем, на 6Н1П, что придаст универсальности при работе с любыми источниками. Регулятор громкости на входе — практика показала, что обычный недорогой сдвоенный переменник вполне хорош. Долой стабилизаторы в питании — если квартирная или домовая осветительная сеть не склонна к большим частым и регулярным отклонениям, стабилизаторы в любом виде можно опустить. Изменение звучания усилителя при этом, может быть даже к лучшему, а скорее едва различимым. Гула и рокота легко избегнуть рациональной компоновкой, искусственной средней точкой между выводами накала или некоторыми другими известными мерами. При этом потребуется дроссель в фильтр питания и аннулирование батарейного смещения — какое-то одно из напряжений лампы стабилизировать нельзя. Или все, или никакие.

О корпусах уже сказано, включение усилителя подобно запуску вертолёта тоже ни к чему — либо простейший таймер (ну хорошо — два таймера) на транзисторе и реле, либо вовсе включать всё сразу, позаботившись о нескольких запасных комплектах ламп.

▍ Литература

1. Акустические системы на 100ГДШ33-16 своими руками. Авторский конспект.
2. Бокарев А. Усилитель доброго звука + конспект похожих схем.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, июль 2024 г.

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻