The 88-50 - усилитель мощностью 50 Вт с низким уровнем искажений


88-50 - усилитель мощностью 50 Вт с низким уровнем искажений

Audio, January, 1958, Vol. 42, No. 1 (Successor to RADIO, Est. 1917)
(Аудио, январь 1958 г., т. 42, No. 1 (Преемник RADIO, расчет с 1917 г.).)

W. I. HEATH and G. R. WOODVILLE

Этот 50-ваттный усилитель с гармоническим искажением менее 0,5% по большей части звукового спектра сравнительно прост по конструкции и требует лишь обычного ухода за проводкой.

   Выходная лампа KT66 для звуковых усилителей средней мощности стала хорошо известна благодаря усилителю Williamson, а ее репутация надежности сделала ее очень востребованной как в готовых высококачественных усилителях, так и в домашних условиях. комплекты.

   Из той же самой конюшни теперь следует новая лампа, KT88, пентод с более высокой мощностью рассеяния между пластиной и экраном, равной 40 Вт, и более высокой взаимной проводимостью, равной 11 мА на вольт (11000 мкОм).

   KT88 позволяет использовать знакомые схемотехники для создания усилителей звука, обеспечивающих более высокую выходную мощность, необходимую для обработки «пиков» при воспроизведении с высокой точностью в домашних условиях или для оборудования громкой связи. Такой более высокий выход достигается без использования пластинчатого напряжения выше, чем у стандартных компонентов. KT88 достигает этого за счет более низкого импеданса пластины. Например, при катодном смещении 30 Вт выходной мощности можно получить при питании от пластины всего 375 В по сравнению с 425 В, требуемыми для KT66. Максимальная мощность, получаемая с катодным смещением от пары KT88, составляет чуть более 50 Вт при напряжении питания 500 вольт. В этой статье описывается конструкция и конструкция такого усилителя; во второй статье будут приведены аналогичные сведения о соответствующем предусилителе. Вместе они показаны на рис.1.


Рис. 1. Внешний вид усилителя и предусилителя, описанных автором. Этот взнос распространяется только на усилитель мощности на 50 Вт.

   Усовершенствованный усилитель «88-50» был разработан для обеспечения высокой производительности и полного набора входных и управляющих устройств без сложных сетей или необычных компонентов. Поэтому строительство достаточно экономично. Со своим предусилителем он будет воспроизводить звук с любого источника программы, например, радиотюнера, магнитного или кристаллического звукоснимателя фонографа, микрофона или напрямую с магнитной головки воспроизведения. Поворотный переключатель выбирает необходимую входную цепь и одновременно регулирует чувствительность и частотную коррекцию в соответствии с требуемой характеристикой воспроизведения. Предварительный усилитель отделен от усилителя мощности и подключается к нему гибким кабелем. Его элементы управления включают в себя регулировку громкости, контроль присутствия и регулировку крутизны высоких частот, причем все они плавно изменяются с плоским положением примерно на полпути. Дисковый переключатель предварительно выбирает частоту при срабатывании регулятора крутизны. Чтобы избежать одного из самых больших гремлинов в аппаратуре высокого качества, в предусилитель встроен фильтр грохота, использующий привлекательно простую схему.

Усилитель мощности

   Схема усилителя мощности показана на рис. 2. Пара KT88 соединена в сверхлинейный выходной каскад. Они управляются двухтактным двойным триодом (B329 / 12AU7) с низким импедансом пластины. Двойной триод с высоким коэффициентом усиления (B339 / 12AX7) действует как первый каскад и фазоделитель. Общая обратная связь в 22 дБ обеспечивает низкий уровень искажений и хороший коэффициент демпфирования. Входная чувствительность усилителя мощности составляет около 0,5 вольт (среднеквадратичное значение) для выходной мощности 50 Вт. Выпрямитель U52 / 5U4G обеспечивает питание пластины 500 В, а термистор защищает электролитические сглаживающие конденсаторы от чрезмерного напряжения во время периода прогрева. Тот факт, что все схемы пластин находятся в двухтактных парах, позволяет свести к минимуму подавление подачи пластин с последующей экономией компонентов.


Рис. 2. Полная схема блока усилителя мощности.

   Ультралинейное соединение для выходных тетродов и пентодов стало хорошо известно в последние годы благодаря своей способности обеспечивать выходную мощность пентодов с уровнем искажений, равным или даже меньшим, чем у триодов. Как видно из рис. 2, экранные сетки отводятся от первичной обмотки выходного трансформатора, так что напряжение аудиосигнала на каждом экране составляет часть напряжения сигнала на соответствующей пластине. Отношение витков экрана к пластине может составлять от 20% до чуть более 40% для получения удовлетворительных результатов. Однако, чтобы избежать нестабильности на очень высоких частотах, когда применяется обратная связь, выходной трансформатор должен иметь плотную связь между различными секциями, и этого легче достичь при соотношении витков экрана к пластине около 40%, то есть каждой половина первичной обмотки отводится на 40 процентов (коэффициент оборотов) от Bt. конец. Ультралинейная схема обеспечивает низкий выходной импеданс, примерно равный нагрузке, и поэтому хороший коэффициент демпфирования легко получить с помощью обратной связи.

   Двухтриодный двухтриодный каскад драйвера обеспечивает симметричный привод выходному каскаду и предотвращает несбалансированную работу даже при протекании сетевого тока во время перегрузки. B329 / 12AU7 был выбран для каскада драйвера из-за его низкого импеданса пластины, около 10 000 Ом. Это гарантирует, что сдвиг фазы из-за входной емкости выходного каскада смещается до частот выше 50 000 гц. В сочетании с симметрией схемы это значительно помогает избежать высокочастотной нестабильности при использовании обратной связи в целом.

   Двойной триод с высоким коэффициентом усиления в первом каскаде (B339 / 12AX7) обеспечивает самобалансировку в цепи фазоинвертора и адекватную общую чувствительность после применения обратной связи.

Цепи балансировки

   Двухтактный сигнал на пластинах каскада фазоинвертора сбалансирован примерно до 2 процентов при условии, что резисторы R8 и R9 на 1 МОм равны. Более совершенный баланс может быть получен, если R9 примерно на 2% выше по стоимости, чем R8, при этом фактическое значение не имеет значения. Если доступен сравнительный измеритель, хорошим компромиссом будет использование резисторов с допуском 5%, в результате чего R9 будет иметь более высокое значение. Стабилизирующие конденсаторы С5 и С6 также должны иметь одинаковый допуск.

   Баланс несколько улучшается за счет использования катодного резистора R18 без обхода в каскаде драйвера. В силовом каскаде используются отдельные катодные резисторы смещения с жесткими допусками, R27 и R28, и это имеет тенденцию выравнивать любые незначительные отклонения в характеристиках выходной лампы.

   Общий двухтактный баланс, достигаемый указанными выше мерами предосторожности при проектировании схем, дает характеристики, которые являются абсолютно удовлетворительными для большинства целей. Однако там, где доступны звуковой генератор и осциллограф, можно произвести настройку, которая даст минимальный коэффициент искажения. Для этого предварительно установленный потенциометр с проволочной обмоткой, R39 должен быть включен в пластинчатую схему каскада драйвера, как показано на вставке на рис. 2. Звуковой генератор должен быть установлен на частоту между 200 и 2000 гц и должен быть в достаточной степени свободным от искажений второй гармоники. . Он должен быть отрегулирован так, чтобы выдавать сигнал, который выводит KT88 на полную выходную мощность в сопротивление фиктивной нагрузки; на это будет указывать небольшое сглаживание одного или обоих пиков выходного сигнала из-за появления сетевого тока. Затем регулятор баланса R39 должен быть отрегулирован так, чтобы оба KT88 достигли начала тока сети одновременно с увеличением напряжения сигнала. Было обнаружено, что эта регулировка дает минимальные искажения с парой выходных ламп, которые не были специально согласованы.

Стабилизация

   Обратная связь, подаваемая на усилитель, должна быть отрицательной во всем частотном диапазоне, подаваемом на усилитель. За пределами этого диапазона обратная связь должна быть либо отрицательной, либо неработающей. Если это не так, окончательная частотная характеристика покажет пики, а небольшое изменение обратной связи или условий нагрузки может вызвать колебания на этих «пиковых» частотах. Эта тенденция усилителей обратной связи к колебаниям связана с фазовыми сдвигами в цепях связи и в самом выходном трансформаторе. Эти пиковые частоты обычно находятся чуть выше и ниже звуковой полосы, и метод борьбы с ними состоит в том, чтобы убрать их до как можно более высокой или минимальной частоты, а затем уменьшить общую обратную связь на очень высоких и очень низких частотах.

Низкочастотная стабилизация

   Низкочастотный пик возникает только при наличии обратной связи. Это результат комбинированных фазовых сдвигов (1) разделительных конденсаторов и связанных с ними утечек в сети и (2) индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора в сочетании с нагрузкой и импедансами лампы. Пик возникает ниже 20 гц и часто приводит к размыванию, когда предусилитель подключен к тому же источнику питания пластины. Пик минимизируется за счет изменения постоянных времени всех цепей связи за счет подходящего выбора конденсаторов, и, следовательно, самой короткой постоянной времени является постоянная времени самого выходного трансформатора. Для полного устранения пика коэффициент усиления усилителя перед подключением обратной связи следует уменьшить на максимальной частоте без внесения дополнительного фазового сдвига. Для плоской частотной характеристики требуемое уменьшение усиления примерно равно обратной связи, которая должна быть применена.

   На практике это достигается за счет включения «ступенчатой ​​схемы» в схему ранней связи. Он состоит из небольшого последовательного конденсатора, шунтированного высоким резистором перед утечкой в ​​сеть. Таким образом, усиление снижается при понижении частоты сигнала и на очень низких частотах уменьшается за счет существенно резистивного делителя потенциала с очень небольшим фазовым сдвигом. Для уменьшения усиления на 20 дБ (10: 1) шунтирующий резистор должен быть в десять раз больше тока утечки в сетке. Конденсатор должен быть достаточно маленьким, чтобы иметь на очень низких частотах импеданс, равный или превышающий сопротивление шунта.

   Поскольку «88-50» является двухтактным, такая схема должна быть включена с каждой стороны. На рис. 2 он состоит из C7, шунтированного R14, за которым следует утечка R16 в сеть с одной стороны, с C8, R15 и R17 с другой. Выбранные значения обеспечат стабильность низких частот с любым выходным трансформатором, способным обеспечить полную выходную мощность до 40 гц. Преимущество этого типа стабилизации заключается в том, что характеристика усилителя мощности лишена пиков и резко падает на очень низких частотах, в результате чего отсутствует тенденция к возникновению моторной лодки, когда предусилитель подключен к той же пластине питания. Это позволяет добиться экономии при сглаживании питания предусилителя до такой степени, что это просто требуется для адекватного уменьшения пульсаций.

Высокочастотная стабилизация

   Перед применением обратной связи в отклике большинства усилителей могут быть обнаружены пики на частотах до 100 или 200 кгц из-за резонансов в выходном трансформаторе. С выходными трансформаторами, использованными при разработке прототипа 88-50, индуктивности рассеяния между различными обмотками были низкими, и был обнаружен первый высокочастотный пик около 100 000 гц. Такой пик всегда преувеличивается при применении обратной связи и может вызывать нестабильность при определенных условиях. Соответственно, включается стабилизирующая ступенчатая схема, сравнимая с той, что используется на низких частотах. Эта схема (рис. 2) состоит из C5 и R12, включенных последовательно, и для сохранения симметрии C6 и R13 с другой стороны.

Расположение стабилизирующих контуров

   Первые каскады усилителя были выбраны так, чтобы высокочастотные фазовые сдвиги из-за эффекта Миллера были небольшими, а при заданных значениях компонентов стабилизация практически не зависела от выходного трансформатора и нагрузки. Схема стабилизации была вставлена ​​на раннем этапе усилителя, чтобы исключить риск перегрузки предыдущей лампы. В такой схеме нежелательно использовать дополнительные конденсаторы на выходном трансформаторе или на резисторе обратной связи, и в любом случае использование таких конденсаторов критически не зависит от конкретного типа используемого трансформатора и нагрузки.

   Значения компонентов были выбраны так, чтобы обеспечить наилучшие результаты с трансформаторами с характеристиками, описанными ниже, но было обнаружено, что простой трансформатор с немного более высокими индуктивностями рассеяния был довольно стабильным в работе. С трансформатором предпочтительной спецификации выброс прямоугольной волны 10000 гц составил около 10% с резистивной нагрузкой, а эффективная обратная связь снизилась на 6 дБ при 40 и 10,000 гц.

Выходной трансформатор

   Желательными требованиями к сверхлинейному трансформатору для использования с отрицательной обратной связью являются адекватная первичная индуктивность и низкие индуктивности рассеяния. Первичная индуктивность должна быть достаточной для работы на полной мощности, по крайней мере, до 40 гц. Утечки между первичной и вторичной обмотками, между каждой половиной первичной обмотки и между каждым отводом половин первичной обмотки с пластиной и связанным с ней отводом экрана не должны превышать 6 миллиенри каждое.

   В качестве выходного трансформатора, использованного для прототипа усилителя, был WO866 производства R. F. Gilson Ltd., St. Georges Road, Лондон, S.W.19 с использованием кремниевого железа с ориентированной зернистостью. Хотя он разработан для работы с более низкой выходной мощностью, чем у KT88, он дал очень хорошие результаты, как показывают кривые, в диапазоне частот от 40 до 20 000 гц. Отличные результаты были также получены с Partridge Type 5353 и Savage 4N1, последний дает полную выходную мощность примерно до 20 гц. Все эти трансформаторы имели необходимые низкие утечки и резонансную частоту около 100 000 гц или выше.

Строительство

   На рисунке 3 показана нижняя сторона шасси усилителя мощности. Прототип был построен на шасси размером 14 x 9 x 3 дюйма. План сборки следует за «встроенной» полосой с одной клеммой заземления рядом с входным разъемом и первой трубкой (B339 / 12AX7). Если используются более крупные трансформаторы, возможно, потребуется увеличить размер шасси, но компоновка важна и ее необходимо соблюдать. Было сочтено целесообразным устанавливать трансформаторы клеммами вниз в целях безопасности.


Рис. 3. Нижняя сторона шасси, показывающая размещение деталей и схему проводки.

   Силовой трансформатор находится как можно дальше от входа, чтобы предотвратить гудение, и его ориентация должна быть отмечена (рис. 1).

   Силовой трансформатор находится как можно дальше от входа, чтобы предотвратить гудение, и его ориентация должна быть отмечена (рис. 1).

   Монтажная плата используется для всех более мелких компонентов. Конденсаторы связи большего размера и более поздние катодные байпасные конденсаторы закреплены непосредственно на стороне шасси, и это обеспечивает экранирование, за исключением C14, который должен быть изолирован. Для удобства обслуживания под табличкой почти нет проводки.

   Сначала должны быть проложены провода нагревателя, скрученные сдвоенные провода вдоль изгиба корпуса и гнезда для трубок должны быть ориентированы так, чтобы проводка нагревателя не пересекала проводку сети. Питание нагревателя предусилителя также должно быть подключено к восьмеричной розетке. У обоих источников питания должен быть центральный отвод, заземленный на шасси, или искусственный центральный отвод с двумя равными сопротивлениями, как показано. Вышеупомянутая точка заземления должна быть размещена рядом с первой трубкой, а ушко типа «звездочка» закреплено болтами с пружинной шайбой для хорошего контакта. Все цепи электросети, пластины и межтрубные соединения должны быть возвращены изолированной проводкой к этой единственной точке шасси.

   Сигнальный вход (контакт 8 восьмеричного разъема) должен быть подключен как можно напрямую к сети 12AX7. Заземление (контакт 1 на восьмеричной системе) и утечка сети должны быть подключены к клемме «звезда». Катодный байпасный конденсатор C1 с резистором последовательной обратной связи R4 следует подключить между катодным выводом и выводом «звезда» как можно ближе к входному выводу сетки. Катодный байпасный конденсатор второй половины 12AX7 должен быть подключен столь же компактно. Электросеть, питаемая от сети с разделением фаз, также должна быть подключена настолько компактно, насколько позволяет хорошее механическое расположение компонентов.

   На всем протяжении провода сетки и пластины должны быть короткими и разделенными, насколько это возможно. «Мертвые» проводки, такие как выводы питания пластины, возвращающиеся к сглаживающему конденсатору или катодные резисторы смещения, которые шунтируются, при необходимости могут быть длиннее. Ограничители сетки R19, R20, R25, R26, R29 и R30 должны быть подключены непосредственно к патрубку трубки очень короткими проводами.

   Точка заземления каждой трубки должна быть изолирована, подключена обратно к соответствующей точке на своей предшественнице и так далее с наконечником звезды. Точно так же заземленный конец вторичной обмотки выходного трансформатора должен быть возвращен в эту точку, поскольку эта цепь является частью обратной связи. Однако заземленная сторона источника питания пластины и центрального отвода нагревателя может быть подключена к шасси. Выходной трансформатор обязательно должен быть рядом с входными цепями, а токоведущая пластина и проводка экрана должны быть связаны вместе и расположены на достаточном удалении от монтажной полосы.

Подключение обратной связи

   После завершения и проверки необходимо подключить фиктивную резистивную нагрузку и сначала включить усилитель с отключенной обратной связью из-за разомкнутой цепи на R11. Если напряжения, измеренные на катодных резисторах смещения, приближаются к значениям, показанным на рисунке 2 (некоторые вольтметры будут давать более низкие показания), тестовый сигнал может быть подключен к входу примерно 100 мВ, а громкоговоритель подключен к фиктивной нагрузке. Если аудиогенератор недоступен, звукосниматель фонографа с высоким выходом, например кварцевый, может быть подключен к входу через временный регулятор громкости. Дополнительное сопротивление около 47 000 Ом следует подключить последовательно с R11.

   Когда тестовый сигнал слышен, необходимо подключить обратную связь и сделать отметку о том, увеличивается или уменьшается выходная мощность. Если обратная связь увеличивает выход, необходимо поменять местами подключения к выходному трансформатору. Если обратная связь снижает выходную мощность, значит, соединения правильные, и обратная связь может быть подключена напрямую с удалением дополнительного сопротивления. Этот метод устраняет риск колебаний и возможного повреждения выходных ламп и трансформатора.

Представление

   Максимальная выходная мощность усилителя с R-C-связью может быть определена как максимальная мощность, достижимая без приведения выходных ламп к току сети, и это легко наблюдать с помощью осциллографа. В этих условиях выходной сигнал, измеренный на различных нагрузках с фиктивным сопротивлением на вторичной обмотке трансформатора WO866, показан на рисунке 4.


Рис. 4. Кривая, показывающая максимальную выходную мощность выходного каскада КТ88, подаваемую на нагрузку на вторичной обмотке трансформатора при частоте 500 гц.

Выходная мощность 50 Вт достигается при эквивалентной нагрузке между пластинами в 5000 Ом, что соответствует сопротивлению вторичной нагрузки этого трансформатора 10,7 Ом. Для вторичной нагрузки 15 Ом коэффициент трансформации WO866 дает первичную нагрузку 7000 Ом, и на этой нагрузке можно получить 40 Вт. При параллельном подключении двух 15-омных динамиков будет получена выходная мощность около 60 Вт с несколько большим искажением. Нагрузки между пластиной ниже 4000 Ом вызывают повышенные искажения и не рекомендуются. На частотах выше и ниже 500 гц импеданс динамика обычно больше номинального значения, и поэтому эффективная нагрузка выше.

   На рисунке 5 показана частотная характеристика при выходной мощности около 1 Вт при нагрузке 10,7 Ом. Отклик уровня с отсутствием пиков во всем диапазоне частот от 10 до 100 000 гц показывает, что схемы стабилизации очень удовлетворительны с выходным трансформатором, имеющим характеристики, описанные ранее. Как следствие, усилитель полностью лишен какой-либо тенденции к паразитным колебаниям под действием привода. Тенденция к падению чувствительности ниже 10 гц типична для стабилизированного усилителя с обратной связью и в значительной степени способствует стабильности низких частот, когда предусилитель подключен к той же пластине питания.

Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика усилителя при выходной мощности 1 Вт.

   Максимальная мощность достигается в звуковом диапазоне от 30 до более 20 000 Гц (рис. 6). На том же рисунке показано, что при максимальной мощности искажения второй и третьей гармоник составляют менее 0,1% при 500 гц. Увеличение на 100 и 5000 Гц является результатом того, что схемы стабилизации уменьшают эффективную обратную связь на высоких и низких частотах. Однако это небольшая цена за чистую производительность, обусловленную хорошей стабильностью. Гармонические искажения были измерены до 15 000 гц, и тесты прослушивания подтвердили достоинства показанных результатов. Также следует отметить, что эти значения искажений измерены на полной мощности во всем диапазоне частот.


Рис. 6. Максимальная выходная мощность относительно 50 Вт во всем частотном спектре, вместе с кривыми искажений при номинальной выходной мощности.

   Максимальная выходная мощность достигается при входном напряжении 0,5 В (среднеквадратичное значение), а уровень шума составляет -73 дБ при разомкнутом входе или лучше, чем -90 дБ при коротком замыкании входа. Обратная связь составляет 22 дБ при 500 Гц при 10,7 Ом вторичной обмотке (выход 24 В). Для использования с другими сопротивлениями нагрузки резистор обратной связи R11 (4700 Ом) следует изменить пропорционально результирующему выходному напряжению.

Содержание статьи для энтузиастов электронных ламп было предоставлено Grzegorz 'gsmok' Makarewicz