Kompaktowy wzmacniacz dwukanałowy do systemów stereofonicznych
C.G. McPROUD (Audio August 1958)
(Tłumaczenie "Ola Boga" z Forum Trioda)
Prosty i łatwy w budowie wzmacniacz stereofoniczny o mocy wystarczającej do wszystkich, za wyjątkiem najbardziej rozbudowanych, systemów stereo, w którym dwie pary EL84 dostarczają 15W niezniekształconej mocy w każdym kanale.
Przyjęło się uważać, że pojedynczy wzmacniacz przeznaczony do systemów monofonicznych, dla zapewnienia dobrego odtwarzania bez ryzyka „zgrzytania” przy szczytowych głośnościach powinien mieć moc wyjściową na poziomie 20W. Jednakże podczas pracy dwóch kanałów w systemie stereo można by uznać za minimalną moc 10W w każdym kanale. Jedną z potencjalnych wad systemu stereofonicznego może być większa ilość miejsca zajmowanego przez wzmacniacze – nie mówiąc o głośnikach – uznano więc, że dobrze będzie zaprojektować wzmacniacz wystarczający dla większości użytkowników, mały rozmiarami, lecz o dużych osiągach. Opisywany wzmacniacz wydaje się znakomicie spełniać te założenia.
Wybór lamp
Wybór lamp w zakresie 10-20W jest ograniczony, jeżeli chce się uzyskać możliwie małe rozmiary I pobór mocy. Lampy 6V6 byłyby odpowiednie z punktu widzenia mocy wyjściowej, natomiast poziom zniekształceń okazuje się w ich przypadku niezadowalający.
Lampy 6L6 i 5881 może i nie mają zbyt wielkich rozmiarów, lecz ich pobór prądu – w okolicach 60mA na lampę – wymaga zastosowania transformatora o wydajności 250mA. Większe lampy nie wchodzą w grę, natomiast mniejsze 6AQ5 nie są warte uwagi z podobnych względów, co 6V6. To pozostawia jedynie EL84, które okazują się bardzo dobrym rozwiązaniem, gdyż przy napięciu zasilania 300V mogą bez problemu oddać do obciążenia 15W mocy. Podwójna tetroda 6360 co prawda jest w stanie oddać 10W mocy, ale posiada wspólne siatki ekranujące, więc nie można zastosować układu Ultra-Linear, który zapewniłby wysoką sprawność przy niskich zniekształceniach. Z tych powodów wybrana została europejska lampa EL84, produkowana przez Amperex oraz Mullarda.
Rys. 1. Połączenie dwóch 15-watowych wzmacniaczy na wspólnym chassis zaowocowało powstaniem stereofonicznego “zespołu” o cechach przewyższających większość dostępnych obecnie wzmacniaczy.
Schemat wzmacniacza został zaprojektowany w oparciu o podręcznik „Valves for A.F. Amplifiers" Philips Technical Library. Wiele wskazówek można też znaleźć w artykule “High-Fidelity Amplifiers with Two Tubes EL84 in Push-Pull”. Oryginalny układ wykorzystuje pentodę EF86 w pierwszym stopniu, ECC83 jako odwracacz fazy o sprzężeniu katodowym [long-tailed pair] i parę EL84 w układzie przeciwsobnym. Aby zredukować wzmocnienie do bardziej praktycznej wartości, oraz aby zmniejszyć ilość lamp we wzmacniaczu, EF86 w pierwszym stopniu została zastąpiona połówką duotriody ECC83, natomiast resztę schematu pozostawiono bez większych zmian. W takim rozwiązaniu pierwsza lampa ECC83 obsługuje oba kanały wzmacniacza. Poza tym miejscem kanały wzmacniacza pozostają oddzielne, nie licząc wspólnego zasilacza.
Odwracacz fazy o sprzężeniu katodowym jest sprzężony bezpośrednio, czyli siatki odwracacza otrzymują napięcie stałe wprost z anody pierwszego stopnia. Pierwsza siatka otrzymuje sygnał, druga natomiast jest połączona rezystorem polaryzującym, a dla sygnału pozostaje zwarta do masy przez kondensator. Prąd anodowy obu sekcji płynie przez wspólny rezystor katodowy o dużej wartości, więc sekcja o uziemionej siatce otrzymuje sygnał powstający na tym rezystorze. Zniekształcenia takiego układu są niskie, a jeżeli pojemności w obu anodach są identyczne I w miarę niskie, symetria okazuje się znakomita. W praktyce dla uzyskania odpowiedniej symetrii rezystory anodowe powinny się nieco różnić. Podręcznik Philipsa zaleca równoważenie układu w granicach 5% przez dobór rezystorów o tolerancji 10%, przy czym większą wartość powinien posiadać R9 na schemacie z Rys.2.
Dla prawidłowego działania siatki odwracacza powinny mieć potencjał około +90V, co można uzyskać przez dobór rezystora anodowego, ewentualnie katodowego, pierwszego stopnia. Bezpośrednie sprzężenie pomiędzy tymi stopniami powoduje brak przesunięcia fazowego dla niskich częstotliwości, co przyczynia się do zwiększenia stabilności układu.
Rys. 2. Schemat wzmacniacza dwukanałowego. Kanał „B” identyczny z kanałem „A” nie jest pokazany na rysunku. Zasilacz jest wspólny dla obu kanałów.
Transformator glośnikowy
Jakość każdego wzmacniacza zależy w dużej mierze od transformatora wyjściowego I mimo, że dostępnych jest wiele mniejszych transformatorów, które pozwoliłyby na budowę jeszcze mniejszego urządzenia, wydaje się, że nic nie zastąpi obfitości żelaza i miedzi, więc mając na uwadze, że priorytetem projektu była jakość, przed miniaturyzacją, wybrano nowy model Partridge P-5000. Przy sprzężeniu zwrotnym o głębokości 10dB transformatory te przewidziane są do przenoszenia mocy 20W przy częstotliwości 30Hz, nie przekraczając 1% zniekształceń, ewentualnie 35W przy 50Hz. Jako że lampy oddają tylko 15W, stwierdzono, że wystarczy to z zapasem dla zapewnienia dobrych osiągów. Indukcyjność rozproszenia pomiędzy uzwojeniem pierwotnym, a wtórnym wynosi 5mH, podobnie jak indukcyjność rozproszenia pomiędzy połówkami uzwojenia pierwotnego. Indukcyjność główna uzwojenia pierwotnego jest duża i wynosi 450H dla mocy 4W i częstotliwości 50Hz. W związku z tym można oczekiwać dobrych parametrów dla zakresu niskich częstotliwości. Jak widać na Rys.1, transformatory te posiadają pokrywy z odlewanego aluminium o surowym wyglądzie. Uzwojenie wtórne składa się z czterech osobnych sekcji, co pozwala na połączenie ich szeregowo dla obciążenia 16Ω lub szeregowo-równolegle dla obciążeń 4Ω i 8Ω, a nawet 1Ω przy połączeniu wszystkich sekcji równolegle.
Wspólny zasilacz
Jako że obydwa kanały przenoszą generalnie ten sam sygnał – wymagania będą mniejsze, niż w przypadku dwóch zupełnie różnych sygnałów – wybrano wspólny zasilacz. Wybrany transformator zasilający posiada uzwojenie o nieco większym napięciu, niż potrzebne, ale pozwoli to na zastosowanie wyższej wartości rezystorów ograniczających pomiędzy lampą prostowniczą, a pierwszym kondensatorem filtrującym, co ograniczy szczytowy prąd prostownika i przyczyni się do mniejszego nagrzewania transformatora. Stopnie napięciowe wzmacniacza otrzymały osobną filtrację. Ponieważ obie połowy wzmacniacza pracują przy takich samych napięciach zasilania, parametry obu kanałów będą niemal identyczne.
Jednym z głównych założeń projektu było uzyskanie możliwie dużej niezawodności, tak aby można było zbudować wzmacniacz, podłączyć go i zapomnieć. Jak na razie warunek ten pozostaje spełniony, wzmacniacz nie przegrzewa się, a dopuszczalne parametry żadnego komponentu nie są przekroczone.
Montaż
Rozmieszczenie elementów widać na Rys.1. Cztery lampy EL84 znajdują się obok transformatorów wyjściowych, a trzy lampy ECC83 są umieszczone w kubkach ekranujących. Aby uzyskać identyczny rozkład podzespołów dla odwracaczy fazy i stopni mocy w obu kanałach, pierwsza i trzecia lampa pracuje jako odwracacz, podczas gdy środkowa ECC83 jest wspólna dla obu stopni wejściowych. Wszystkie grzejniki są spolaryzowane dodatnio napięciem polaryzacji stopni mocy – około 12,5V – poprzez proste połączenie środkowego odczepu uzwojenia 6,3V bezpośrednio z katodami. Wszystkie połączenia z chassis znajdują się przy gniazdach wejściowych, aby uniknąć możliwości powstania pętli masy. Każde połączenie z masą biegnie osobno do tego miejsca. R17 jest umieszczony bezpośrednio między katodą lampy GZ34, a pierwszą sekcją kondensatora filtrującego, natomiast R18 i R19 znajdują się pomiędzy wyprowadzeniami kondensatora. R20, R21 i R22 są połączone w jednym punkcie montażowym, z którego odchodzą R8 and R9 do anod lampy V2. Do tego punktu jest również podłączony przewód prowadzący do rezystorów anodowych sąsiedniego kanału. Trzeci punkt montażowy sąsiadujący z lampą V1 służy do podłączenia R4 i jego odpowiednika z kanału B do pierwszego stopnia. R2, R3, R7, C2, i C3 są umieszczone na czterech podwójnych punktach montażowych znajdujących się pomiędzy dwoma transformatorami, pod chassis.
Ponieważ przewidziano włączanie wzmacniacza wspólnie z przedwzmacniaczem, na chassis nie znajduje się żaden dodatkowy wyłącznik. Układ nie wymaga żadnych elementów symetryzujących, natomiast R8 i R9 należy dobrać z dokładnością 5%. Wzmacniacz nie zawiera żadnych krytycznych miejsc i nie napotkano na żadne problemy w jego działaniu od momentu pierwszego włączenia.
Wartości widoczne w obwodzie sprzężenia zwrotnego, R7 i C3, obowiązują dla obciążenia 16Ω. Dla innych wartości obciążenia należy podzielić rezystor przez (16/Z)½,gdzie Z jest zastosowanym obciążeniem. Kondensator należy przez tę samą wartość przemnożyć. Wynika z tego, że dla zastosowanego transformatora wyjściowego wartość rezystora powinna wynosić 3600Ω, 2400Ω i 1200Ω dla obciążeń 8Ω, 4Ω i 2Ω. Wartość kondensatora wyniesie odpowiednio 620pF, 910pF i 1800pF. Niemniej jednak wartość kondensatora najlepiej jest dobrać indywidualnie, obserwując na oscyloskopie przebieg prostokątny, jeżeli jest taka możliwość.
Parametry
Używając jako kryterium 2% zniekształceń intermodulacyjnych, można przyjąć, że moc wzmacniacza wynosi 17W. Zniekształcenia harmoniczne pozostają przy tej mocy na poziomie poniżej 0,5%, a przy przesterowaniu sygnał sinusoidalny jest obcinany symetrycznie powyżej 17W.
Nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej mieści się w zakresie 1dB w przedziale od 17Hz 85kHz, przy czym 3dB spadek mocy następuje dla częstotliwości 12Hz i 64kHz. Optymalizacja sprzężenia zwrotnego dla sygnału prostokątnego 10kHz spowodowała nieznaczną redukcję pasma dla największych częstotliwości – z kondensatorem o wartości Cs [bez kondensatora?- przyp. tłum.] połowiczny spadek mocy wystąpił przy częstotliwości ponad 90kHz, natomiast priorytetem było lepsze przenoszenie sygnału prostokątnego i zwiększenie stabilności, dlatego zastosowano podaną wartość Cs.
Wzmacniacz osiąga pełną moc wyjściową dla sygnału 0,1V. To stosunkowo wysoka czułość, więc można zastosować dzielnik napięcia na wejściu, aby zredukować czułość np. do 1V. Jednak z powodu mniejszego poziomu sygnału dla stereofonicznych wkładek gramofonowych, w porównaniu z monofonicznymi odpowiednikami, dodatkowa czułość może okazać się przydatna.
Jeżeli chodzi o wrażenia przy odsłuchu, wzmacniacz – w zakresie swojej mocy wyjściowej – wypada korzystnie na tle wielu większych i bardziej skomplikowanych urządzeń. W małych i średnich pomieszczeniach bez wątpienia zapewni dużą głośność. Możliwe, że nie będzie to wystarczające dla dużych sal, ale mało kto posiada pokój odsłuchowy wielkości Carnegie Hall. Dwa kanały o mocy 15W dostarczają sumarycznej mocy takiej, jak pojedynczy wzmacniacz 30W, a każdy przyzna, że 30W jest wartością wystarczającą w większości zastosowań.
WYKAZ ELEMENTÓW
(Wszystkie elementy występują po dwie sztuki, za wyjątkiem elementów wspólnych dla obu kanałów, które zostały oznaczone gwiazdką.)
C1 .05 µf, 400 v., papierowy
C2 100 µf, 3-volt, elektrolityczny
C3 470 µµf, 500 v., mikowy
C4, C5 0.1 µf, 600 v., papierowy
*C6a,b,c 40-40-40/450, elektrolityczny
*C7a,b,c 30-30/450, 125/27, elektrolityczny
R1 470 K, ½ wata
R2 470, ½ wata
R3 22, ½ wata
R4 120 K, 1 wat
R5 1.2 meg, ½ wata
R6 68 K, 1 wat
R7 4700, ½ wata
R8, R9 100 K, 1 wat
R10, R11 330 K, ½ wata
R12, R13 1000, ½ wata
R14, R15 100, 1 wat
*R16 75, 10 watów
*R17 300, 20 watów
*R18, R19 100, 5 watów, drutowy
*R20, R21, R22 27 K, 1 wat
T1 Partridge P5201, oporność anoda - anoda 9000 to 12,000 omów; uzwojenie wtórne, cztery jednakowe uzwojenia 1-omowe.
*T2 Transformator zasilający: 400-0-400 v. at 200 ma; 6.3 v. CT at 5 a; 5 v at 3 a. Triad R21 lub zamiennik
Pozostałe
1 7x12x3 chassis, aluminiowe
4 podstawki typu noval
3 podstawki novalowe z ekranami
1 podstawka oktalowa
2 gniazda Phono
2 gniazda zaciskowe 4-terminalowe
1 przewód zasilający
1 przepust na przewód zasilający
4 EL84's; 2 ECC83's; 1 GZ34.
Końcówki, elementy montażowe itp.
