Dwulampowy wzmacniacz bateryjny
K.W.
Radioamator i Krótkofalowiec, Rok 11, 1961 r. Sierpień, Nr 8
Zamieszczone w poprzednich numerach miesięcznika opisy konstrukcji jednolampowych wzmacniaczy małej częstotliwości dopomogły nam do zaznajomienia się z ogólną zasadą działania lampy elektronowej oraz z najprostszymi układami lampowymi. Obecnie, mając już pewne minimum wiadomości teoretycznych i praktyki radioamatorskiej, możemy przystąpić do samodzielnego wykonania bardziej złożonej aparatury wzmacniającej.
Rozbudowa jednolampowego wzmacniacza małej częstotliwości, którego zadaniem jest w zasadzie wzmacnianie bardzo niewielkich sygnałów otrzymanych z obwodu detekcyjnego i działających na obwód siatkowy lampy elektronowej tego wzmacniacza, powinna iść w kierunku podniesienia jego mocy wyjściowej. Duża moc wyjściowa pozwoli nam na reprodukcję audycji przy użyciu głośnika. We wzmacniaczu, jaki przedstawimy dzisiaj naszym Czytelnikom, pierwsza lampa pracować będzie w układzie wzmocnienia napięciowego, druga zaś - lampa wyjściowa (głośnikowa) - będzie sterowana wzmocnionymi już sygnałami uzyskanymi z pierwszego stopnia wzmacniacza.
W stopniu wyjściowym pracują z reguły odpowiednie typy lamp, specjalnie dostosowane do wykonywania tych zadań. Popularnie nazywa się je lampami "głośnikowymi". W naszym wzmacniaczu zastosujemy w pierwszym stopniu znaną nam już lampę typu 1S5T (bateryjna pentoda z diodą) oraz jako głośnikową, lampę typu 3S4T. Obie te lampy są bardzo popularnymi typami, zastosowanymi, między innymi, w znanym turystycznym odbiorniku "Szarotka", z nabyciem ich więc nie powinno być kłopotów. Wzmacniacz nasz będzie pełnowartościową aparaturą, mogącą znaleźć szerokie zastosowanie do różnych celów - o czym będzie jeszcze mowa w końcowej części opisu.
Schemat ideowy wzmacniacza przedstawiony jest na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat ideowy wzmacniacza
Na wejściu układu znajduje się znamy nam już (RADIOAMATOR nr 6/61 i nr 7/61) potencjometr o oporności 2,2MΩ służący do regulacji siły głosu. Z jego suwaka sygnał akustyczny jest podawany poprze kondensator 10000pF do sterującej siatki lampy 1S5T. Uwagę Czytelników niewątpliwie zwróci bardzo duża wartość opornika siatkowego (5MΩ) tej lampy. Jest on tak specjalnie dobrany, aby na jego dużej oporności powstawało automatycznie, pewne niewielkie zresztą ujemne przedpięcie tej elektrody. Bliższe objaśnienia mechanizmu powstawania tego przedpięcia, które - jak wiemy z poprzednich opisów - jest konieczne dla poprawnej pracy lampy w układzie wzmacniacza akustycznego, wykraczałoby już poza ramy niniejszego artykułu; celowe jest przede wszystkim podanie Czytelnikom podstawowych praktycznych wskazówek konstrukcyjnych.
Wzmocnione sygnały są "zdejmowane" z włączonego w obwód anodowy lampy opornika roboczego 1MΩ i następnie, poprzez pojemność10000pF, podawane do sterującej siatki lampy głośnikowej stopnia końcowego. W obwodzie anodowym lampy głośnikowej znajduje się transformator z załączonym po jego wtórnej stronie głośnikiem. Ta część układu, ze względu na swoje zasadnicze znaczenie, wymaga nieco bliższego objaśnienia. Jak wiadomo, każdy układ lampowy, szczególnie zaś wzmacniacz mocy, powinien pracować w warunkach optymalnych, tzn. możliwie najlepszych pod wieloma względami. Najważniejszymi w naszym przypadku będą: moc wyjściowa oraz wielkość zniekształceń wnoszonych przez układ. Nietrudno jest domyślić się, że najlepszy byłby taki wzmacniacz, który pozwoliłby na uzyskanie największej - w porównaniu z innymi podobnymi - mocy wyjściowej, a jednocześnie pracowałby bez zniekształceń odtwarzanych dźwięków. Jednym z warunków uzyskania takich optymalnych warunków pracy układu jest "dopasowanie" oporności obciążenia (np. głośnika) do oporności wewnętrznej lampy głośnikowej. Wartość właściwej oporności obciążenia lampy typu 3S4T wynosi około 12kΩ (12000Ω - wartość oporności wewnętrznej oraz właściwą oporność obciążenia dla poszczególnych typów lamp podają katalogi lampowe). Jak wiemy z kolei, oporność przeciętnego głośnika dynamicznego zawiera się przeważnie w granicach 4÷8Ω. W tej sytuacji bezpośrednie włączenie głośnika w obwód anodowy lampy głośnikowej byłoby sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, bowiem oporności te są krańcowo różne. Z pomocą przychodzi nam tutaj transformator dopasowujący, zwany również głośnikowym lub wyjściowym. Dzięki jego podwyższającej przekładni mała oporność głośnika zostaje przetransformowana na oporność dużą, odpowiednią dla danej lampy.
Powyższa metoda dopasowywania małej oporności obciążenia do dużej oporności wewnętrznej lampy głośnikowej jest stosowana w radiotechnice bardzo często; będziemy się z nią jeszcze niejednokrotnie spotykali.
Pozostają jeszcze do wyjaśnienia pewne szczegóły układu wzmacniacza: jak widzimy, znana nam już lampa 1S5T pracuje w pierwszym stopniu wzmocnienia jako pentoda. Siatka ekranująca tej lampy jest zasilana poprzez opornik 3MΩ ze źródła wysokiego napięcia. Ze względu na znaczną wartość oporności opornika napięcie tej siatki jest niewielkie, rzędu kilkunastu woltów. Kondensator 10000pF blokujący do masy siatkę ekranującą jest niezbędny dla poprawnej pracy układu; dzięki niemu siatka ekranująca dla zmiennych przebiegów napięciowych jest uziemiona. W stopniu końcowym wzmacniacza natomiast, siatka ekranująca lampy jest dołączona bezpośrednio do źródła wysokiego napięcia, jej potencjał elektryczny jest więc zbliżony do potencjału elektrycznego anody.
Odrębnym zagadnieniem jest zapewnienie właściwego "punktu pracy" lampy wyjściowej. Dla ułatwienia zrozumienia jest pokazany odpowiedni fragment schematu na rysunku 2. Jak widzimy, opornik siatkowy 1MΩ nie jest dołączony "do masy" układu, lecz do miejsca o ujemnym (w stosunku do masy) potencjale elektrycznym.
Rys. 2. Ujemne napięcie siatki sterującej otrzymuje się wskutek spadku napięcia na oporniku R
Ten ujemny potencjał powstaje w wyniku przepływu prądu z baterii anodowej przez specjalnie w tym celu załączony opornik R (800Ω); oporność tego opornika jest tak dobrana, aby całkowity prąd anodowy pobierany przez układ dał różnicę potencjałów wymaganą dla sterującej siatki lampy głośnikowej, zapewniającą jej właściwą pracę. Jak wiemy, siatka sterująca powinna mieć w stosunku do katody potencjał ujemny. Patrząc na rysunek 2 można bez wahania stwierdzić, że tak jest w istocie, bowiem końcówka opornika dołączona do ujemnego bieguna baterii ma zawsze ujemny potencjał w stosunku do drugiej końcówki tego opornika, podłączonej poprzez układ wzmacniacza (oporność wewnętrzna lampy i pierwotne uzwojenie transformatora głośnikowego) do dodatniego bieguna baterii anodowej. Dla zapewnienia właściwej pracy układu opornik, na którym uzyskuje się tzw. ujemne przedpięcie siatki sterującej, jest zwykle blokowany kondensatorem o znacznej pojemności (10÷100μF).
Dodatkowego wyjaśnienia wymaga ponadto sposób żarzenia lampy głośnikowej typu 3S4T. Jak wynika z danych katalogowych lampy (oraz z oznaczenia - początkowa cyfra 3), powinna ona być żarzona napięciem o wartości 3V. Można jednak stosować do ego celu ogniwo 1,5V-woltowe, wykonując połączenie włókna żarzenia tak, jak to uwidoczniono na schemacie ideowym - rysunek 1. Obie połowy włókna żarzenia są tam po prostu połączone równolegle.
Znając układ wzmacniacza oraz jego działanie, możemy z kolei przystąpić do budowy.
A oto zestawienie elementów potrzebnych do tego celu:
- lampa bateryjna typu 1S5T - 1 szt.
- lampa bateryjna typu 3S4T - 1 szt.
- transformator głośnikowy od aparatu "Szarotka" (lub według opisu) - 1 szt.
- głośnik typ GD18-13/2 - 1 szt.
- potencjometr logarytmiczny 2,2MΩ z wyłącznikiem - 1 szt.
- opornik 5MΩ/0,25W - 1 szt.
- opornik 3MΩ/0,25W - 1 szt.
- opornik 1MΩ/0,25W - 2 szt.
- opornik 800Ω/0,25W - 1 szt.
- kondensator 10000pF/250V - 3 szt.
- kondensator elektrolityczny 25μF/70V - 1 szt.
- kondensator elektrolityczny 25μF/12V - 1 szt.
- podstawki lampowe miniaturowe - 2 szt.
- bateria żarzenia 1,5V ("amerykanka") - 1 szt.
- bateria anodowa 67,5V do aparatu "Szarotka" - 1 szt.
- gniazdka radiowe i wtyczki bananowe - 8 szt.
prócz tego blacha aluminiowa (według rysunku 3), śruby itp. drobny sprzęt montażowy.
Rys. 3. Szkic (wykrój blachy) metalowej podstawy wzmacniacza
Budowę wzmacniacza rozpoczynamy od wykonania metalowej podstawy, tzw. chassis (czytaj: szassi). Na rysunku 3 przedstawione są właściwe do tego celu rozmiary blachy oraz rozstawienie potrzebnych otworów. Najbardziej odpowiednia jest blacha aluminiowa o grubości 0,5mm, która jest najłatwiejsza w obróbce. W przypadku jej braku, można użyć blachy żelaznej lub innej. Do naszego wzmacniacza najwygodniej jest zastosować gotowy transformator głośnikowy od aparatu "Szarotka" wraz z głośnikiem GD18-13/2, jak to jest podane w zestawieniu części montażowych. W razie braku takiego transformatora można nawinąć go samodzielnie według następujących danych: rdzeń z blaszek o przekroju środkowej kolumny 2÷3cm2, uzwojenie pierwotne: 2300 zwojów drutu w emalii Ø0,1mm, uzwojenie wtórne: 60 zwojów drutu w emalii Ø0,7mm.
Transformator głośnikowy najlepiej będzie zamocować w bezpośredniej bliskości głośnika, tj. za jego ekranem. Całość montujemy zgodnie z rysunkiem 5b i zakończamy przewodem dwużyłowym z wtyczkami bananowymi. W późniejszej eksploatacji należy zawsze jednak pamiętać, aby nie załączać do pracy aparatury z odłączonym głośnikiem, spowoduje to bowiem zniszczenie lampy głośnikowej.
Montaż samego wzmacniacza rozpoczniemy od zamocowania potencjometru, podstawek lampowych i gniazdek radiowych. Z kolei umocujemy kondensator elektrolityczny 20μF/70V (najlepiej wprost pod nakrętkami gniazdek baterii anodowej). W przypadku trudności z uzyskaniem tego kondensatora w wykonaniu miniaturowym można oczywiście zastosować jakikolwiek inny, o pojemności od 10μF wzwyż i napięciu roboczym nie niższym od 70V. Oczywiście, o ile kondensator ten okaże się o dość znacznych wymiarach, należy wówczas odpowiednio inaczej go umocować, a nawet powiększyć rozmiary metalowej podstawy wzmacniacza. Właśnie ta różnorodność części i elementów stosowanych do budowy przez poszczególnych radioamatorów jest jednym z powodów, dla których powinniśmy skończyć z praktyką posługiwania się schematem montażowym, bowiem szanse na jego dokładne odwzorowanie w praktyce są niewielkie, szczególnie w przypadku konstrukcji bardziej złożonych. Dlatego też pokazany na rysunku 4 schemat montażowy wzmacniacza należy traktować do pewnego stopnia jako przykładowy.
Rys. 4. Schemat montażowy wzmacniacza
Uwaga: dla przejrzystości rysunku podstawki lampowe pokazano nieco większe niż w naturze, P - punkt uziemienia metalowej podstawy wzmacniacza, podkładka lutownicza pod śrubą mocującą podstawkę lampową
Szczególną uwagę należy zwrócić na jakość montażu elektrycznego, który w wielostopniowych układach (nasz jest dwustopniowy) ma szczególne znaczenie. Najważniejszym elementem montażu jest staranne i poprawne lutowanie. Można mieć jednak nadzieję, że nawet zupełnie początkujący radioamatorzy, po zmontowaniu kilku modeli uzyskali już w zadowalającym stopniu tę istotną umiejętność.
Uruchomienie wzmacniacza jest proste. Do właściwych gniazdek przyłączamy baterię żarzenia 1,5V oraz baterię anodową. Można tutaj użyć baterię anodową zarówno małą, stosowaną do odbiornika "Szarotka", jak i o normalnych rozmiarach. W przypadku użycia baterii 120V najbardziej ekonomiczne jest korzystać początkowo tylko z jej połowy (0; +60V), a po jej wyczerpaniu przyłączyć wzmacniacz do gniazdek oznaczonych +60V (zamiast 0V) i +120V (zamiast 60V). Stosowana niejednokrotnie przez amatorów metoda stopniowego podwyższania napięcia pobieranego z baterii anodowej w miarę jej wyczerpywania, przez przyłączanie wzmacniacza (lub odbiornika) na coraz wyższe napięcie zasilające (np. 60, 90, 120V), jest jak najbardziej niewłaściwa.
Do gniazdek wyjściowych przyłączamy głośnik za pomocą niezbyt długich przewodów. Do tego celu z powodzeniem można stosować sznur oświetleniowy. Głośnik wraz z transformatorem powinien być zamocowany na odpowiednim ekranie; przykładowe rozmiary ekranu wykonanego z klejonki grubości 10mm, przedstawiono na rysunku 5a.
Rys. 5. Wykonanie ekranu głośnika oraz jego montaż wraz z transformatorem. Ekran zawieszamy w rogu pomieszczenia
Poprawnie i z dobrych elementów wykonany wzmacniacz powinien od razu zadowalająco pracować. Przy skręceniu pokrętła potencjometru regulującego siłę głosu na minimum (skrajne, lewe położenie) nie powinny być słyszane żadne szumy, trzaski itp. W miarę zwiększania wzmocnienia układu przez obrót pokrętła potencjometru w prawo, może wystąpić bardzo nikły szum lub ewentualnie delikatny przydźwięk (tzw. buczenie), słyszane jedynie w bezpośredniej bliskości głośnika.
Opisany wzmacniacz może znaleźć bardzo różnorodne zastosowanie. Do jego wejścia możemy przyłączyć odbiornik detektorowy w dowolnym układzie, ze względu na znaczną czułość wzmacniacza uzyskane wyniki będą bardzo dobre nawet bez stosowania do odbiornika detektorowego specjalnych konstrukcji antenowych. W wielu przypadkach poprawne odtwarzanie audycji stacji lokalnej można będzie uzyskać przy użyciu prowizorycznej anteny wewnętrznej.
Wzmacniacz ten nadaje się również znakomicie do reprodukcji płyt gramofonowych za pomocą adaptera. Moc wyjściowa wzmacniacza nie jest co prawda zbyt duża, wynosi bowiem około 200mW, ale jak najbardziej wystarczy dla dobrego nagłośnienia przeciętnego pomieszczenia mieszkalnego.
Przy podłączeniu odbiornika detektorowego lub adaptera do "wejścia" wzmacniacza należy zwrócić uwagę, aby przewód uziemiony odbiornika lub adaptera dołączyć do uziemionego gniazdka wejściowego wzmacniacza. W przypadku odwrotnego połączenia, nie uzyskamy odbioru w ogóle lub te będzie on silnie zniekształcony. Do wejścia wzmacniacza możemy również przyłączyć mikrofon węglowy (np. wkładkę telefoniczną). Odpowiedni do tego celu układ przedstawiony jest na rysunku 6.
Rys. 6. Schemat przyłączenia mikrofonu węglowego (wkładki telefonicznej) do wzmacniacza
M - mikrofon węglowy, B - bateria 4,5V, W - wyłącznik, Tr - transformator głośnikowy
Uwidoczniony tam transformator może być np. dowolnym typem transformatora głośnikowego. W obwód mikrofonu włącza się wtórne uzwojenie takiego transformatora (gruby drut), zaś do wejścia wzmacniacza przyłącza uzwojenie pierwotne (cienki drut). Bateryjka B ma napięcie 4,5V (od latarki kieszonkowej).
Jak widzimy, zbudowany wzmacniacz zapewnia szerokie możliwości różnorodnego korzystania i z pewnością okaże się bardzo przydatny w wielu okolicznościach. Pewnym jego mankamentem jest bateryjne zasilanie, mało ekonomiczne i niewygodne. Dlatego też w następnym numerze naszego pisma opiszemy konstrukcję zasilacza sieciowego do naszego wzmacniacza, który pozwoli nam na podłączenie go w razie potrzeby do elektrycznej sieci oświetleniowej. Uzupełniony w ten sposób wzmacniacz stanie się pełnowartościowym i uniwersalnym sprzętem.
Materiał udostępnił Grzegorz Makarewicz, 'gsmok'