Ламповый усилитель своими руками за один день или вариации на тему 6Ф5П

Предисловие

Автор не является ярым поклонником лампового звука и, тем более, не считает лампу 6Ф5П «идеалом» звучания, превосходящим полупроводниковые усилители, считает восторги о «необыкновенных» особенностях звучания ламп серии 6ФхП сильно надуманными. Данная лампа (6Ф5П) прежде всего разрабатывалась для работы в блоках кадровой развертки телевизоров из прошлого века и не как не предполагалась для работы в качественных усилителях мощности, что хорошо заметно по приведенным в технической документации выходным характеристикам. Лампы 6Ф3П и 6Ф4П имеют хоть и меньшую выходную мощность, но при этом обладают лучшими выходными характеристиками как триодной части, так и пентодной, что делает их более пригодными для воспроизведения звука.

Отмечу, что поскольку «магия» лампового звука заключается в преобладании в спектре усиленного сигнала четных гармоник благоприятно влияющих на звук, ряд меломанов отмечают звучание ламповых усилителей в лучшую сторону даже при значительно более худших значениях коэффициента гармоник (единицы против сотых и менее долей процента). На мой взгляд хороший транзисторный усилитель (особенно с полевым выходом без ООС в режиме А) с качественной АС звучит точно не хуже. В любом случае, на вкус и цвет товарища нет, поэтому спорить, что лучше — лампа или транзистор, нет никакого смысла. Не поленитесь, найдите музыкальный салон с комнатой прослушивания и послушайте разные усилители в комбинации разных акустических систем и сделайте выводы для себя сами.

Как бы ни было, с ламп серии 6ФхП (6Ф3П, 6Ф4П, 6Ф5П) у многих радиолюбителей начинается знакомство с ламповой звукотехникой и связано это с простотой схемного решения (всего 1 лампа для 1-2-х ваттного усилителя), хорошим усилением триодной части лампы и нагрузочной способностью пентодной, доступностью данных ламп (правда, 6Ф3П несколько дороже своих старших собратьев, а 6Ф4П реже встречается), относительная доступность выходного трансформатора (подходят многие стандартные выходные с б/у техники советского периода) и возможностью осуществления смелых экспериментов, так,например , лампа уверенно работает в том числе и с превышенными над паспортными параметрами допустимой мощности рассеяния (конечно в разумных пределах).

Необходимо заметить, что качество звучание зависит далеко не только от усилителя мощности. Важную роль играют и источник звука и акустические системы. Так, динамики не согласованные с выходным трансформатором лампового усилителя будут звучать отвратительно. Но если говорить об ламповом усилителе, то не маловажную роль играют правильно подобранный режим работы ламп, правильный выбор марок пассивных компонентов, правильный монтаж с учетом взаимного расположения деталей, трансформаторов и проводов, и, наверное, самое главное — качественный выходной трансформатор.

В заключении рассуждений, для тех, кто впервые собрался сесть за сборку ламповой конструкции обращу внимание, что нумерация выводов у радиоламп ведется от ключа по часовой стрелке, если смотреть на радиолампу со стороны штырьков. Например, у октальных ламп с восьмиштырьковым цоколем и направляющим штырем первая ножка расположена справа от продольного выступа на направляющем штыре, а у пальчиковых ламп ключом является большой промежуток между ножками, расположенными по окружности.

цоколевка электронных ламп

Часть 1. Блок питания

Внимание, здесь и ниже описаны устройства имеющие в своих цепях напряжение опасное для жизни. Перед заменой элементов обязательно необходимо убедиться в отсутствии напряжения, поскольку электролитические конденсаторы могут разряжаться продолжительное время. Будьте внимательны и аккуратны, неукоснительно соблюдайте технику безопасности!

Для изготовления блока питания понадобится трансформатор с напряжением на вторичных обмотках ~6,3 В и током не менее 1 А (для питания накала одной лампы 6Ф5П), ~180-215 В и током не менее 100 мА для анодных цепей лампы. Можно использовать трансформаторы ТАН, ТС и др. Ниже приведено описание узлов блока питания для настройки макета усилителя. В заключительной части будет приведена схема БП для законченной конструкции усилителя.

Ниже будет использован имеющейся под рукой ТС-160, для итогового усилителя он не пригоден: во-первых, этот трансформатор гудит и от этого очень трудно избавиться, во-вторых, он имеет избыточную мощность для описанных ниже усилителей.

Еще одно важное замечание, в электрической сети (по крайней мере в городской) уже давно не 127 и даже не 220 В. Замеры напряжения скорее всего покажут 240 В, либо близкое к этому значение. А это означает, что на вторичных обмотках окажется напряжение выше паспортных значений. В частности, на обмотке 6,3 В у меня оказалось 7,1 В, что, хоть и не много, но превышает допустимое значение напряжения на накале лампы. Поэтому накал было принято питать от стабилизатора который, кроме того, обеспечивает плавный разогрев нити:

Стабилизатор напряжения накала электронной лампы
Рис.1.1 Стабилизатор напряжения накала электронных ламп

Для получения необходимого переменного напряжения на вторичных обмотках трансформатора ТС-160 были перекоммутированы провода на выходе 6,75 В 7,5 А (по умолчанию в исходном трансформаторе от телевизора 2 обмотки на 6,75 В и 3,5 А соединены параллельно и выведены на колодку). Для данного решения можно использовать трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 7,5 В — 10 В. Ток вторичной обмотки не менее общего тока потребления нагрузкой. Для однолампового усилителя на 6Ф5П это не менее 1 А. В качестве VD1 лучше использовать мощный спаренный диод Шоттки, например, MBR2045CT. VD1 и VT1 необходимо закрепить на радиаторе. Перед первым включением движок R1 следует установить в среднее положение, затем им-же установить необходимое напряжение на выходе стабилизатора.

Анодный выпрямитель собран по схеме с диодным мостом и C-L-C фильтром. Конденсаторы на напряжение не менее 400 В. Дроссель может быть заводской, можно изготовить самостоятельно.

Рис.1.2 Фильтр анодного питания лампы
Рис.1.2 Фильтр анодного питания электронной лампы

Выключатель SB1 необходим для задержки подачи анодного напряжения на «холодную» лампу. Поскольку описанные модули предназначены для настройки макета усилителя, это самый простой способ обеспечения защиты электронной лампы от преждевременного выхода из строя. Высокое напряжение следует подавать на лампу не менее чем через 30 сек. после включения прогрева.

Есть также ещё один более простой вариант построения выпрямителя для анодного напряжения — применить RC фильтр. Его практическая схема будет выглядеть следующим образом:

RC фильтр для лампового усилителя
Резисторы сопротивлением 32 Ом должны иметь мощность не менее 1 Вт, сопротивлением 66 Ом — 2 Вт для указанного сопротивления нагрузки 3 кОм.

Также не забываем, что высокое напряжение будет сохраняться еще длительное время после отключения питания (из-за высокоомных цепей конденсаторы разряжаются крайне медленно). Перед заменой элементов в цепях блока питания усилителя обязательно убедитесь в его отсутствии.

Для ускорения разрядки конденсаторов можно установить параллельно цепи питания резистор сопротивлением 100-200 кОм.

Часть 2. Простейший SE усилитель без ООС и темброблока на лампе 6Ф5П

Скачать тех.документацию на лампу 6Ф5П

Теория вопроса подробно изложена, например, здесь: М.В. Торопкин Ламповый Hi-Fi усилитель своими руками. 2006 г., или здесь: Гапоненко С. Лампово-транзисторные усилители своими руками.

Ниже представлена простейшая схема однотактного (SE) усилителя без ООС и темброблока на комбинированной (триод + пентод) вакуумной лампе 6Ф5П. Как правило, правильно собранная схема начинает работать сразу. Для сборки моноблока усилителя необходимо будет предварительно запастись лампой 6Ф5П (лучше новой, но для первых опытов можно и б/у), выходным трансформатором ТВЗ-1-9 или аналогичным по параметрам, динамиком или АС сопротивлением 4 Ом.

Следует отметить, что в сети представлено множество модификаций данной схемы с различными номиналами пассивных элементов схемы и в том числе содержащие ошибки. Так часто попадается схема для 6Ф5П «переделанная» из схемы для 6Ф3П, при этом нередко авторы забывают поменять нумерацию выводов или оставляют режимы работы лампы для менее мощной 6Ф3П.

Поскольку данный материал предназначен для «первооткрывателей» ламповой схемотехники (опытному радиолюбителю он вряд ли может быть интересен), то остановлюсь на подробном описании и назначении элементов.

Схема усилителя мощности на лампе 6Ф5П
Рис. 2.1. Схема усилителя мощности на лампе 6Ф5П (катодный ток пентода 40 мА указан для тех же номиналов элементов, но для БУ лампы, новая лампа в этой схеме работала на слух лучше, при этом ток катода составил 30 мА — со временем по мере приработки новой лампы он возрастет)

Краткое описание

Усилитель содержит два (предварительный на триодной части лампы и оконечный на пентодной части лампы) каскада усиления. Начнем с предварительного усилителя на VL1.1.

Резистор R7 и электролитический конденсатор С1 (межкаскадный) образуют цепь питания триода лампы.

Резистор R4 в цепи катода необходим для формирования автоматического напряжения смещения на сетке (вывод 2 лампы). Относительно катода (вывод 3) на сетке лампы оно будет отрицательным, но замерять его в схеме удобнее между землей и катодом, поэтому на схеме указано в положительной полярности. Типовое значение сопротивления автоматического смещения приводится в технической документации на лампу (типовое значение для 6Ф5П — 160 Ом). Данный резистор стабилизирует режим работы лампы.

Конденсатор С2 нейтрализует местную ОС по току. Без него заметно снижается усиление, но и уменьшаются нелинейные искажения. Он должен быть хорошего качества. Для надежности можно подключить параллельно ему пленочный конденсатор ёмкостью 1 мкФ.

Сопротивление R3 — анодный, нагрузка триода лампы. Как правило его выбирают таким образом, чтобы на нем падано половина питающего напряжения при заданном токе анода (замечу, что чем больше его сопротивление, тем больше усиление по напряжению). В нашем случае:

R3=(U0-Ua) (В)/Ia (мА) = (200-100)/5 = 20 кОм.

Однако его следует подбирать по минимуму искажений сигнала. Изменение сопротивления данного резистора ведет к изменению наклона «нагрузочной прямой» (синяя линия на графиках анодных характеристик из технического описания лампы на рисунке 2.2). Несмотря на то, что подбор оптимального сопротивления проще делать с использованием переменного резистора, его применение (даже временное) в данной цепи нежелательно в связи с возможностью поражения электрическим током. Будьте осторожны!

Конденсатор С3 разделительный (межкаскадный). Его номинал может лежать в пределах 0,05 — 0,68 мкф, а рабочее напряжение желательно не ниже 400 В. От номинала зависит нижняя граница воспроизводимых частот, кроме того данный конденсатор должен быть пленочным или, если есть, слюдяным. Требует подбора по качеству звучания.

Рабочая точка (А на рисунке ниже) триода выбрана в непосредственной близости от максимально допустимых эксплуатационных значений:

выбор рабочей точки триода 6Н5П
Рис. 2.2 Анодные характеристики лампы 6Н5П. Выбор рабочей точки триода.

Красной линией отсечены предельные значения по мощности рассеяния анода. Линия B-B« — максимальный размах напряжения на входе усилителя. В сети встречаются схемы, где рабочая точка выбрана выше красной линии (звучание в этом случае может даже и по лучше), но в итоге это скажется на продолжительности работы лампы.

Напряжения для настройки триода лампы на схеме показаны ориентировочно, при настройке значения резисторов подбирают экспериментально по минимуму искажений выходного сигнала. Кроме того, многое зависит от конкретной лампы, поскольку даже в одной партии имеет место разброс параметром. Для стерео варианта усилителя желательно (читайте как «обязательно») отобрать на макете пару ламп с близкими параметрами.

Для оконечного каскада усилителя:

Резистор R5 в цепи управляющей сетки в данном типе ламп предотвращает самовозбуждение на ультра-звуковой частоте, номинал должен находиться в диапазоне 0,5 — 5 кОм, мощность рассеивания — любая. Самовозбуждение проявляется в основном при введении цепи ООС.

Конденсатор С4 предназначен для корректировки АЧХ на высоких частотах, емкость может лежать в пределах 1 нФ — 6,8 нФ, рабочее напряжение в литературе рекомендуется не менее 2*U питания (возможно актуально бля менее надежных конденсатором с бумажным диэлектриком). В данном случае можно обойтись пленочным конденсатором с рабочим напряжением 250 В.

Резисторы R9-R10 формируют, как и для триодной части лампы, автоматическое смещение (отрицательное напряжение) на первой сетке пентода, необходимое для нормальной работы (-20..-27 В). Мощность рассеивания данных резисторов (а их лучше взять 2 соединенных последовательно) должна составлять не менее 2 Вт. Конденсатор С5 шунтирует местную обратную связь.

В качестве нагрузки пентода взят стандартный (их еще можно найти на барахолке) выходной трансформатор ТВЗ-1-9 (для нагрузки 4 Ом). Если колонки (динамики) 8-ми омные, то следует установить трансформатор ТВЗ-1-1. Также можно использовать и другие стандартные выходные трансформаторы с учетом согласования сопротивления нагрузки:

параметры выходных трансформаторов ТВЗ

Собираем на макете

Поскольку приведенная схема усилителя больше годится как экспериментальная и предназначена, прежде всего, для изучения ламповой схемотехники и даже если вы собираетесь в дальнейшем остановится на данном схемном решении, целесообразно для более удобного замера параметром и подбора, в том числе, наиболее «звучащих» элементов начать собирать схему на макетной плате.

монтажная схема усилителя на лампах 6Ф5П

Макет также позволит на будущее определиться с типами (особенно конденсаторов) применяемых деталей.

Настройка

Первое включение (предполагается, что работа блока питания заранее проверена) осуществляем после тщательной проверки правильности соединений элементов схемы.

Регулятор громкости (R1) выводим в положение соответствующее минимуму громкости и подаем питание. После подачи напряжения необходимо проконтролировать значения напряжений в контрольных точках на предмет превышения допустимых значений. Контрольное значение тока катода триода определяется из соотношения: Ia1=UR4/RR4. Сопротивление резистора R4 необходимо замерить до впаивания в схему.

Даем лампе прогреться в течении 10 минут и подбором сопротивлений R4 (на этом этапе можно применить подстроечный), R7 и при необходимости R3 добиваемся близких значений напряжения и тока к указанным на схеме. При замене резисторов не забываем про технику безопасности — обесточиваем усилитель и даем разрядиться конденсаторам.

Затем проверяем пентодную часть, проводим контроль выше указанных напряжений и, если все нормально, подбором R9, R10 устанавливаем рабочий режим лампы (необходимый ток в цепи анода определяется аналогично описанным выше способом для триода). На этапе подбора сопротивления в цепи катода можно применить мощный подстроечный резистор, затем измерить его сопротивление и заменить постоянными.

После установки режимом работы лампы переходим к прослушиванию. На этом этапе можно пробовать подбирать конденсаторы (как ёмкость, так и марки) С3, С4, в допустимых пределах менять значения сопротивлений в цепях сеток, попробовать зашунтировать электролиты пленочными конденсаторами и менять режим работы лампы. Также можно прослушать усилитель без конденсатора С3, тем самым мы включим местную обратную связь, линейность АЧХ в этом случае должна стать лучше, но заметно уменьшится усиление.

Не смотря на то, что выходная мощность усилителя составляет порядка 2-х Ватт, он неплохо раскачивает 25 Ваттные колонки в рамках комнаты площадью 20 м2.

Часть 3. Двухтактный усилитель на 2-х лампах 6Ф5П

Авторство ниже приведенной схемы принадлежит С. Комарову. Она публиковалась в журналах радио №12 за 2005 и №1 за 2006 года, а также опубликована с небольшими изменениями на сайте www.radiostation.ru. Схема усилителя отличается достаточной простотой для повторения и использованием в качестве выходных стандартных трансформаторов ТН, которые можно ещё найти. Кроме того на указанном сайте можно найти и другие аналогичные схемные решения для «токовых» ламп (6Ф3П, 6Ф5П, 6П3С, 6П6С, 6П36С, 6П41С, 6П42С, 6П44С, 6П45С, 6П18П, 6П43П) и выходной мощностью усилителя более 50 Вт на канал.

Схема усилителя с. Комарова на лампах 6Ф3П/6Ф5П
Схема усилителя с. Комарова на лампах 6Ф3П/6Ф5П с сайта www.radiostation.ru.

Поскольку статья о применении ламп 6Ф5П и для исключения путаницы убираем из схемы лишнее:

Схема усилителя Комарова на телевизионных лампах 6Ф5П и выходном трансформаторе ТН36-127/220

Правильно собранная схема начинает работать сразу, хотя режимы ламп надо будет все-таки подобрать.

На схеме оставлены рекомендованные значения резисторов. Однако в процессе подстройки режимов ламп номиналы резисторов R1 и R2 составили 27 кОм, резистора R16 — 314 Ом (составлен из двух параллельно соединенных с мощностью рассеивания 2 Вт каждый). Напряжение на катодах пентодов при этом составило 26 В (т.е. ток в цепи каждого катода составил 41 мА).

Следует обратить внимание, что в качестве выходного должен быть трансформатор именно модификации …127/220… Конденсаторы С1-С4 — пленочные, причем С3 и С4 на напряжение 400 В и выше. Автор рекомендует серию К78-2.

Резисторы R18, R19 повышают потенциал на нитях накала ламп, тем самым создавая запирающее напряжение, которое уменьшает фон. Если для накала ламп используется стабилизированный источник, то они не нужны, но минус стабилизатора надо обязательно соединит с минусом источника анодного напряжения.

Общее впечатление от усилителя — весьма неплохо, хотя низов не хватает, сказывается ограничение трансформатора ТН (примерно в 40 Гц по нижней границе) .

Доступен заказ радиодеталей для повторения конструкций описанных ламповых усилителей и/или блока питания. Смотрите раздел Магазин.