Jak zbudować dwulampowy wzmacniacz bateryjny
Radioamator Rok II, Sierpień 1952r., Nr 8

   Po opisie wzmacniacza jednolampowego, który stanowi zasadniczo wstępne ogniwo urządzeń wzmacniających, jakie umożliwiają słuchanie na głośnik, zajmiemy się następnym typem, a mianowicie wzmacniaczem dwulampowym o znacznie większych możliwościach w porównaniu z poprzednio opisanym, głównie ze względu na siłę odbioru.

   Rozbudowa wzmacniacza jednolampowego, którego zadanie polega w zasadzie na wzmacnianiu małych napięć wejściowych, działających w obwodzie siatkowym, musi pójść w kierunku podniesienia jego mocy wyjściowej przy pomocy tak zwanego - stopnia mocy.

   We wzmacniaczu dwulampowym pierwsza lampa pracuje jako stopień wzmocnienia napięciowego, druga zaś w stopniu mocy, sterowanym zmiennymi napięciami uzyskanymi z pierwszego stopnia.

   Stopień końcowy dostarcza głośnikowi moc prądu zmiennego, zależną przede wszystkim od typu i warunków pracy lampy znajdującej się w tym stopniu, a nazywanej lampą głośnikową.

   Jako lampy głośnikowe używa się triody lub pentody o takich charakterystykach, aby stosunkowo duże napięcia zmienne, przyłożone do siatek sterujących tych lamp, nie powodowały zniekształceń oddawanej mocy prądu zmiennego, w wyniku których otrzymuje się skażenia odbieranych audycyj.

   Pod tym względem najkorzystniejsze są lampy o charakterystykach siatkowych przebiegających w jak najszerszym obszarze w sposób prostoliniowy. Obszar ten wyznaczony jest przez rzut prostoliniowej części charakterystyki siatkowej na oś ujemnych napięć siatkowych Vs (Rys. 1).


Rys. 1.

   W zwykłym układzie wzmacniacza punkt pracy, wyznaczony przez ujemne przedpięcie siatki obiera się tak, aby leżał on w środku pomiędzy punktami A i B charakterystyki - wysterowanie jest wówczas ograniczone wartościami napięć siatkowych, odpowiadającymi punktom A1 i B1.

   Układ takiego wzmacniacza z pentodą na wyjściu pracującą w warunkach podanych na rys. 1 - pokazuje rysunek 2.


Rys. 2.

   Wzmacniacz może pracować na odpowiedni głośnik dynamiczny z transformatorem dopasowującym, który - łącznie z głośnikiem - stanowi opór obciążenia lampy wyjściowej.

   Głośnik zdolny jest oddać maksymalną moc tylko w warunkach dopasowania do lampy głośnikowej, polegającym na dobraniu oporu obciążenia do oporności wewnętrznej lampy. Ze względu na możliwość powstawania zniekształceń - mówi się nie o mocy maksymalnej, lecz o mocy optymalnej, tj. takiej, jaką można uzyskać bez zniekształceń.

   Taką moc w przypadku użycia we wzmacniaczu lampy głośnikowej typu KL1 osiąga się wg. danych katalogowych tej lampy - przez zastosowanie oporności zewnętrznej Ra=14000 omów. Wartość Ra dla innych typów lamp wyjściowych, jakie mogą być użyte zamiast przewidzianego przez nas, trzeba wziąć także z katalogu. Odnoszą się one do pierwotnego uzwojenia transformatora, obciążonego głośnikiem po stronie wtórnej.

   Sprzężenie stopnia wzmocnienia napięciowego, którym zajmowaliśmy się w pierwszej części przy opisie wzmacniacza 1-lampowegp ze stopniem mocy, dającym możliwość uruchomienia głośnika, może być indukcyjne lub oporowo-pojemnościowe, przy czym w pierwszym przypadku mówimy o wzmacniaczu transformatorowym, w drugim zaś - o wzmacniaczu oporowym.

   Każdy z wymienionych rodzajów sprzężenia posiada swoje zalety i wady, które bardzo często ocenia się pod kątem ekonomii finansowej, w uwzględnieniem trudności nabycia potrzebnej części montażowej. Powszechne zastosowanie znalazł wzmacniacz oporowy, którego szczegółowy układ pokazany jest na rysunku 2.

   Elementami sprzężenia są tu: opór "Ra", kondensator "C" i opór "Rs".

   Napięcie sterujące z odbiornika kryształkowego (lub adaptera gramofonowego), doprowadzone do zacisków wejściowych wzmacniacza otrzymuje obwód siatkowy pierwszego stopnia za pośrednictwem reduktora napięcia w postaci potencjometru. Reduktor ten spełnia rolę regulatora siły odbioru, przy czym maksimum siły uzyskuje się w górnym położeniu ślizgu, w położeniu zaś dolnym, odbioru nie ma, gdyż obwód wejściowy jest wtedy praktycznie zwarty.

   Pomiędzy tymi krańcowymi położeniami ma miejsce regulacja w sposób ciągły, co pozwala na dowolne przystosowanie głośności odbieranych audycji do potrzeb i warunków w miejscu odbioru.

   Pod tym względem stopień wzmocnienia wstępnego nie różni się niczym od poprzednio omówionego układu wzmacniacza jednolampowego, sprzężonego galwanicznie z detektorem. W stopniu końcowym pracuje "pentoda", która w przypadku dużych napięć sterujących dostarcza głośnikowi odpowiednio wielką moc prądu zmiennego, a równocześnie - dzięki odmiennemu niż dla "triod" przebiegowi charakterystyki, zapewnia także znaczne wzmocnienie napięciowe.

   Ta zaleta pentody w porównaniu z triodą pozwala zmniejszyć ilość stopni wzmocnienia wstępnego.

   W dalszym ciągu należy zauważyć, że pentody posiadają na ogół większy od triod głośnikowych spółczynnik sprawności czyli stosunek oddanej mocy prądu zmiennego o częstotliwościach akustycznych, do pobieranej mocy prądu stałego.

   Natomiast zasadniczą wadą pentody jest większe w porównaniu z triodą prawdopodobieństwo powstawania zniekształceń, które mierzą się wielkością tzw. "spółczynnika chrypienia".

   W naszym przypadku tj. w odniesieniu do wzmacniacza dwustopniowego, wada ta, wiążąca się głównie z dużym wysterowaniem lampy, nie jest istotna, ponieważ prawdopodobieństwo całkowitego wysterowania lampy głośnikowej jest znikome.

   Powstawanie zniekształceń może być spowodowane nieodpowiednim obciążeniem wyjścia wzmacniacza przez głośnik i niespełnieniem pod tym względem warunków wzajemnego dopasowania.

   Przechodząc do rozpatrzenia wartości poszczególnych elementów wzmacniacza z punktu widzenia ich celowości, omówimy kolejno znaczenie każdego z nich począwszy od strony lewej schematu, tj. od zacisków wejściowych.

   Na wejściu widzimy potencjometr, spełniający łącznie z kondensatorem 10.000 pikofaradów - rolę elementu sprzęgającego detektor ze wzmacniaczem. Taki rodzaj sprzężenia daje podwójną korzyść, pozwala bowiem na regulację napięcia zmiennego, jakie z detektora przekazywane jest pierwszej lampie wzmacniacza, dając tym samym możność zmiany wzmocnienia od zera do pewnego maksimum, któremu odpowiada górne położenie ślizgu potencjometru, a następnie stanowi opór, na który zamyka się detektor. Najkorzystniejszą jego wartością, biorąc pod uwagę różne rodzaje detektorów, jest opór rzędu 0,1MΩ - dlatego zastosowano potencjometr o takim właśnie oporze.

   Następnymi elementami są dwa opory w obwodzie siatki sterującej lampy KC1 oraz kondensator 0,5μF, włączony pomiędzy te opory i minusowy przewód żarzenia.

   Pierwszy z tych oporów o wartości 1MΩ jest tzw. oporem "upływowym", ponieważ za jego pośrednictwem spływają do masy ładunki elektryczne, których gromadzenie się na siatce byłoby niepożądane. Opór ten niekiedy nazywa się także oporem dopływowym ze względu na to, że poprzez ten opór siatka otrzymuje potrzebne ujemne przedpięcie. Wielkość jego zarówno w odniesieniu do pierwszej jak i do drugiej lampy nie przekracza jednego MΩ, przyjmując ogólnie wartości 5÷10 razy większe od odpowiednich oporów: obciążenia Ra. Następny opór 0,1MΩ wraz z kondensatorem 0,5μF tworzy filtr dla napięć zmiennych, jakie mogłyby za pośrednictwem oporu 400Ω, zamykającego obwody obydwu lamp od plusa napięcia anodowego do jego "minusa" przedostać się na siatkę sterującą stopnia wstępnego. Wielkości filtru wynikają z ogólnej zasady, odnoszącej się do iloczynu R⋅C (iloczyn oporu w omach przez odpowiednią pojemność w faradach nazywamy "stałą czasu"), który dla członu filtrującego powinien być przynajmniej 5 razy większy od stałej czasu obwodu siatkowego, która w naszym wzmacniaczu wynosi:

1MΩ⋅10,000pF = 106⋅10-8 = 10-2 = 0,01

   Warunek ten jest więc spełniony, bowiem stała filtru wynosi 0,1MΩ⋅0,5μF=0,05=5⋅0,01.

   Wspomniany już wyżej opór 400Ω dostarcza ujemne napięcie lampie głośnikowej KL1. Ujemne napięcie dla lampy KC1 otrzymuje się z odczepu na tym oporze. Opór Ra=0,2MΩ jest oporem zewnętrznym triody KC1. Na końcach jego powstają wzmocnione przez pierwszy stopień napięcia małej częstotliwości, które zostają przekazane następnej lampie.

   Wielkość tego oporu wybiera się w zależności od oporu wewnętrznego lampy Rw, a to w celu osiągnięcia możliwie największego wzmocnienia - takiego, aby dzięki niemu można było wysterować pentodę mocy. Dla triod opór anodowy przyjmuje wartości 5÷10 razy większe od oporu wewnętrznego lampy - Rw.

   Kondensator sprzęgający "C" związany jest z oporem upływowym "Rs" ze względu na to, że wartość kondensatora przy danym oporze Rs określa wzmocnienie małych częstotliwości, czyli wyznacza tzw. "dolną częstotliwość graniczną".

   Aby wzmocnienie dolnych częstotliwości nie spadło poniżej 70% w stosunku do wzmocnienia częstotliwości średnich przenoszonego przez wzmacniacz pasma akustycznego musi być spełniony warunek: C≥0,01/Rs, stąd przy Rs=1MΩ wartość pojemności kondensatora "C" wyniesie C≥0,01μF = 104pF, czyli 10.000pF.

   Mówiąc o wzmocnieniu dolnego zakresu częstotliwości należy również wspomnieć o zakresie górnym, który ograniczony jest przez pojemności wewnętrzne lampy, pojemności montażu oraz przez oporność wewnętrzną lampy. Odpowiednia zależność wskazuje, iż dla uzyskania możliwie wysokiej górnej częstotliwości granicznej należy użyć lampę o małym oporze i małych pojemnościach wewnętrznych.

   Podobnie, jak opór obciążenia "Ra" w odniesieniu do pierwszej lampy wzmacniacza, rolę oporności obciążenia lampy głośnikowej spełnia transformator wyjściowy, po którego wtórnej stronie załączony jest głośnik dynamiczny.

   Głośniki dynamiczne posiadają małą oporność w porównaniu z opornością wewnętrzną lampy wyjściowej, do której głośnik winien być dopasowany. Dlatego, aby uczynić zadość warunkowi dopasowania w przypadku głośnika dynamicznego - konieczne jest zastosowanie odpowiedniego transformatora dopasowującego, wyjściowego lub głośnikowego.

   W odniesieniu do głośników magnetycznych, jakie w swoim czasie były powszechnie używane i jakie obecnie także jeszcze spotyka się, nie ma konieczności stosowania transformatorów, gdyż oporność tego typu głośników jest znacznie większa niż głośników dynamicznych. Z tego powodu mogą one być włączane bezpośrednio w obwód lampy głośnikowej, jednakże odbiór pod względem jakości nie dorównywa w tych warunkach odbiorowi na głośnik dynamiczny.

   Dla uzupełnienia należy jeszcze zwrócić uwagę na zachowanie się pentody głośnikowej bez obciążenia. Chodzi mianowicie o to, że w przypadku "pentod mocy" nie wolno z ich obwodu anodowego wyłączyć obciążenia, którym jest transformator z głośnikiem, przerywając tym samym przepływ prądu anodowego przez lampę, gdyż może to spowodować zniszczenie lampy wskutek nadmiernego prądu, jaki przepłynie wówczas w obwodzie siatki ekranującej. Objawem widocznym będzie szybko wzrastające rozgrzewanie się tej siatki, która przybiera kolor czerwony, powodując jednocześnie wzrost temperatury i wpływając na ciągłe zwiększanie się emisji katody, aż do całkowitego zużycie jej warstwy emitującej. ?Objaw ten zauważony w porę, może uchronić lampę przed zniszczeniem przez natychmiastowe odłączenie wzmacniacza od źródła zasilającego.

   Do budowy wzmacniacza potrzebne są następujące części:

  • chassis (podstawa) z blachy aluminiowej o grubości około 1mm i o wymiarach 20cmx12cmx5cm;
  • dwie podstawki do lamp pięcionóżkowych lub ośmiokontaktowe do lamp piętkowych.
    (Lampy użyte we wzmacniaczu, spotykane są w dwóch odmianach: jako typy nóżkowe i beznóżkowe - piętkowe);
  • głośnik dynamiczny ze stałym magnesem o oporności cewki około 5Ω;
  • transformator wyjściowy (głośnikowy) o przekładni 50:1, najlepiej z odczepami po stronie pierwotnej na różne oporności dopasowania;
  • potencjometr węglowy o oporze 0,1MΩ;
  • akumulator dwuwoltowy o pojemności najmniej 36 amperogodzin;
  • bateria anodowa 120-woltowa (świeża z bieżącą datą) - napięcie baterii należy mierzyć zwykłym woltomierzem na prąd stały po zwarciu jej oporem 10kΩ/2W;
  • 2 lampy: KC1 i KL1;
  • opory:
    • 1MΩ/0,5W - 1 szt. Ra = 0.2MΩ/1W
    • 0,1MΩ/0.5W - 1 szt. Rs = 1MΩ/0.5W
    • 400Ω/2W - 1 szt (drutowy)
  • kondensatory:
    • 10000pF/1000V - 2 szt - rurkowe
    • 0,5μF/250V - 1 szt. - rurkowy
    • 2μF/350V - blokowy
    • 25μF/15V - 1 szt. - elektrolityczny
  • drobne materiały: 8 sztuk gniazdek radiowych, 8 sztuk wtyczek bananowych, 6 metrów przewodu o średnicy 0,7mm, 5 metrów drutu montażowego o średnicy 0,8mm, 5 metrów rurki izolacyjnej (olejowej) średnicy 1mm;
  • śrubki do metalu, nakrętki, płytki bakelitowe itp. drobne części montażowe.

Materiał udostępnił Grzegorz Makarewicz, 'gsmok'