Бестрансформаторный лампово-транзисторный усилитель мощности

автор:     Владислав Креймер, г. Донецк
источник:  Журнал "Радиолюбитель" 2008, № 4

На многих тысячах страниц воспета красота лампового звука и для многих, кто вкусил эту необычайную музыкальность и, не побоюсь этого слова, человечность, ламповое звуковоспроизведение стало пожизненной страстью, ибо становится очевидным, что лучшего в звуковоспроизведении нет и не будет.

Но, как показывает суровая практика, далее наступают мучительные годы поисков совершенства, бессонные ночи и опухшие уши. Ведь правильный ламповый аппарат необычайно чувствителен к каждому компоненту и при подборе оных результат чаще всего абсолютно непредсказуем. На моей практике, к примеру, неоднократно случалось отказываться от общепризнанных дорогих разъемов в пользу совершенно безымянных китайских экземпляров, потому что именно этот китайско-марсианский сплав металлов именно в этой схеме давал наиболее волшебный результат!

И особенная головная боль в истории с ламповыми усилителями с трансформаторным выходом возникает в процессе подбора акустики, ибо, как показывает опыт, то, что с одними колонками дает воистину божественный результат, с другими может дать самый отвратительный звук, который вы только слышали. А подбирать колонки, меняя их, как шнуры, согласитесь, не так-то просто.

Но годы идут, и голова седеет, да и лень-матушку никто не отменял... Вот именно на стыке таких полярных соображений и родилась эта схема, предназначенная для тех, кто желает побыстрее начать наслаждаться музыкой, максимально сократив время и мучения на этапе изготовления усилителя.

Кто виноват и что делать?

Как известно ключевым звеном усилителя мощности является выходной трансформатор, от него зависит 50, если не 70 процентов звучания аппарата. Изготовление "высокохудожественного" трансформатора сравнимо с изготовлением скрипки, и это отнюдь не преувеличение. Так что сделать достойный трансформатор в домашних условиях далеко не каждому под силу. К тому же именно сложные и нелинейные амплитудно-частотные и резонансные процессы, возникающие во взаимодействии трансформатора с акустической системой, порождают капризность и сложность подбора пары усилитель-колонки. Хотя, конечно, если такой подбор успешно удался, мы в итоге и получаем этот пресловутый замечательный звук. Попытаемся проанализировать ситуацию: на мой взгляд, ключевым моментом является тот факт, что трансформатор является, по сути, конвертором сопротивлений и позволяет высокоомному ламповому каскаду быть нагруженным на низкоомный динамик, т.е. лампа как бы "чувствует" акустику, что и дает во многом красивый звук. Есть ли у нас возможность обойтись без трансформатора, сохранив при этом данный принцип? Оказывается, есть! Это всем известный эмиттерный повторитель. Он является по сути конвертором сопротивлений, и его входное сопротивление зависит от того, что "делается" в эмиттерной цепи. На базе эмиттерного повторителя и была разработана следующая схема (см. рис. 1).

Описание и параметры

В этой схеме реализован золотой принцип хайэнда - максимальная краткость и простота звукового тракта.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя

Усилитель напряжения выполнен на триоде и формирует общий характер звучания схемы, далее следует усилитель тока на составном транзисторе, который в данном варианте включения вносит в звук минимально возможную окраску.

При этом лампа-драйвер (половина сдвоенного триода) напрямую нагружена через эмиттерный переход на резистор R3 и нагрузку, исключено даже анодное сопротивление. Однотактный выходной каскад работает в жестком режиме А (ток покоя 1,25 А, в виде тепла рассеивается 27 Вт). Усилитель охвачен мягкой и неглубокой обратной связью за счет падения напряжения на резисторе R2.

В итоге мы получаем весьма благородное, свойственное ламповым усилителям, звучание при практически максимальной простоте и дешевизне изготовления. Звук этого совсем не сложного усилителя можно охарактеризовать как прозрачный, детальный, теплый, с хорошо прорисованной панорамой и весьма динамичный. При этом, благодаря транзисторной "всеядности", практически исключаются сложности с подбором акустики. Это и стало причиной опубликовать эту схему: я надеюсь, что многие новички (и не только) в сфере лампового звука смогут благодаря ей получить красивое и благородное звучание при минимальных усилиях и затратах.

Рассчитан усилитель на нагрузку 8 Ом. Выходная мощность около 8-ми Вт на канал, в зависимости от характера музыкального произведения и того уровня гармоник, который на ваше ухо еще воспринимается, как художественный. Этой мощности оказывается вполне достаточно для домашнего звукового комплекса. Чувствительность - 0,6 В, что отлично подходит к большинству современных источников сигнала. Частотная характеристика очень линейна и снизу ограничивается лишь емкостью С1, при указанном номинале мы получаем нижнюю частоту воспроизведения около 5-ти Гц, что опять же выигрыш по сравнению с трансформаторным выходом. Хочу пояснить: здесь и далее в отношении вроде бы строгих технических характеристик я часто буду говорить "примерно" и "около" - это связано с тем, что на самом деле субъективное восприятие звука часто очень сильно отличается оттого, что мы видим на приборах. И так как финальный пользователь данной конструкции человек, а не осциллограф, то и измерять многие величины мы будем человеком и настраивать схему под человека.

Детали и конструкция

Данная схема обладает классической ламповой чувствительностью к компонентам! Поэтому к их подбору рекомендую отнестись серьезно. Начнем с регулятора громкости - как известно, это весьма критический и сложный узел, благодаря плохому переменному резистору мы можем значительно потерять прозрачность и глубину звука! Если у вас нет возможности или желания использовать такие вещи, как ALPS или Riken Ohm, пусть это будет хотя бы тщательно отобранный и приведенный в порядок советский СП3 максимальной мощности, и не забудьте почистить скользящие металлические контакты, обеспечивающие соединение ползунка с выводом резистора! Главное - не ставить дешевые современные импортные резисторы. Очень хороший вариант - сделать ступенчатый регулятор на основе советского многопозиционного переключателя с посеребренными контактами, благо их легко достать на радиорынках. Схема такого регулятора приведена на рис. 2.

Рис.2. Схема ступенчатого регулятора

При проектировке данного регулятора ставилась задача получить максимальное качество.

И действительно, в цепи источник - сетка лампы всего один резистор и ни одного контакта, в цепи сетка - земля один резистор и один контакт. Правда, в итоге мы имеем изменяющееся от 17,3 до 29,5 кОм входное сопротивление усилителя, но для большинства современных источников сигнала это абсолютно приемлемо. Если необходимо получить большее входное сопротивление, например, для подключения к ламповому источнику, пропорционально увеличьте номиналы всех резисторов на требуемую величину.

Сдвоенный переключатель должен быть с перемыканием соседних контактов в момент коммутации (иначе при переключении на малых громкостях будут неприятные броски громкости), его, конечно, тоже необходимо тщательно почистить и привести в порядок (посеребренные контакты необходимо чистить ученической резинкой, ни в коем случае не используйте лезвие или надфиль!).

Постоянные резисторы двухваттные, вполне подойдут МЛТ. Не поленитесь для левого и правого канала регулятора отобрать резисторы максимально близких номиналов! Монтировать их нужно прямо на переключателе.

Регулятор громкости рекомендую делать сдвоенным - это гораздо удобнее в эксплуатации, а возможность регулировать баланс в современной качественной системе, как показывает практика, вещь не нужная.

R3 - проволочный 20-ти ваттный, и учтите, что он будет значительно нагреваться!

R2 - двухваттный, можно составной (параллельно 1 Ом + 1 Ом МЛТ-2), любители "бархатности" звука могут попробовать угольные ВС. Меняя сопротивление R2 в пределах 0,2...1,2 Ома, мы будем получать различную глубину обратной связи и, соответственно, различный коэффициент усиления и уровень гармоник. Уменьшая сопротивление, мы будем получать большую чувствительность и более "теплый" и "жирный" звук, увеличивая - меньшую чувствительность и большую прозрачность.

Лампу VL1 рекомендую подыскать 60-70-х годов, при этом есть смысл послушать как простой, так и ЕВ вариант 6Н23П, они звучат по- разному. Любители особой прозрачности и легкости звучания могут попробовать ЕСС88 (цоколевка та же), в частности, старые Tesla или RFT с позолоченными ножками будут очень хороши. Лампу необходимо выбрать с низким внутренним сопротивлением так, чтобы на эмиттере VT1 было напряжение 10...12,5 В.

Составные транзисторы VT1 могут быть с любой буквой, желательно отобранные по максимальному коэффициенту передачи. КТ825 советских времен дают, на мой взгляд, более прозрачный звук, современные - более бархатистый. Можете попробовать сделать составной транзистор самостоятельно; к примеру, интересное, более мягкое звучание дает пара КТ3107И + КТ816, а большую прозрачность даст КТ3107И + КТ818 (в этом случае нужно будет подобрать лампу с большим внутренним сопротивлением, в крайнем случае, возможно, придется добавить анодный резистор). Транзистор размещается на радиаторе площадью не менее 1000 см2! Лучше не использовать электрическое изолирование транзисторов от радиатора, а разместить их на раздельных радиаторах, изолированных друг от друга и от корпуса.

С1 и С2 желательно зашунтировать неполярными конденсаторами емкостью около 1 мкФ, из наших рекомендую попробовать МБГЧ, МБГП, МБМ, КБГ - звук будет разным, и вы сможете подстроить его согласно личным пристрастиям. Особенно это резонно, если вы используете дешевые импортные электролиты. Можете попробовать отечественные электролиты советских времен, в некоторых случаях они звучат весьма интересно.

Дроссель фильтра питания L1 содержит не менее 300 витков провода 0,3...0,5 мм, намотанных на железе от сетевого трансформатора габаритной мощностью 10...20 Вт. Отличный вариант - сгоревший трансформатор от китайского магнитофона, намотанный до заполнения. Сопротивление дросселя постоянному току 1-2 Ома.

При расчете и изготовлении сетевого трансформатора учтите падение напряжения под нагрузкой! В итоге мы должны получить на верхнем контакте R3 напряжение около 22 В. "Ленивый" вариант - приобрести готовый трансформатор -10+10 В * 3 А и питать накал лампы через гасящий резистор 11,3 Ом * 2 Вт.

Диодный мост на ток 10-20 А.

Настоятельно рекомендую сначала собрать усилитель в макетном варианте со всеми предполагаемыми деталями, разъемами, проводами и припоем и отстроить его, подобрав лампу по внутреннему сопротивлению и, добившись подбором компонентов желаемого звучания, лишь затем собрать его окончательно в корпусе!

Рекомендуемый окончательный монтаж следующий (см. рис. 3).

Рис.3. Компоновка усилителя

Детали размещаются как на принципиальной схеме, по ходу сигнала с минимальной запутанностью. Монтаж навесной, максимально используются выводы самих деталей, монтажный провод 1...1,5 мм в сечении, соединения минимальной длины. Провода накала следует скрутить вместе. Общие провода все сходятся в одной точке, расположенной рядом с С2, там же происходит заземление корпуса. Через корпус никакие токи течь не должны! Лампу VL1 можно припаять, исключив потери качества в панельке и контактах, при анодном напряжении в 12 В менять вам ее придется очень и очень не скоро.

Хороший вариант - разместить входные разъемы на передней панели рядом с R1 и VL1, а вот сетевой выключатель, наоборот, отодвинуть подальше, на заднюю панель.

VT1 и R3 должны иметь хорошую вентиляцию, т.к. в сумме на двух каналах будет выделятся в виде тепла около 60 Вт; хорошо их вынести наружу, например, на верхнюю панель, придав усилителю "винтажный" вид.

Настройка

Так как главная отладка произошла у нас на макете, то настройка готового усилителя сводится к контролю напряжения на эмиттерах VT1' и VT2" (мы должны получить требуемые 10...12,5 В). Проконтролируйте, чтобы усилитель не "гудел" и не возбуждался: если усилитель "гудит", проверьте правильность развода земли, экранировку и изолируйте входные разъемы от корпуса. В случае самовозбуждения на высоких частотах включите сетки VL1 через фильтры-пробки, состоящие из 15-ти витков монтажного провода, намотанных на небольших ферритовых кольцах. Сбалансировать каналы по коэффициенту усиления, в случае ощутимого разброса между триодами лампы, можно подбором резисторов R2, рекомендую использовать естественный разброс между экземплярами, а не довешивать дополнительные резисторы.

Напоследок любителям "жирности" звучания рекомендую попробовать зашунтировать R2 емкостью в 4700 мкФ, исключив обратную связь, при этом в несколько раз возрастет чувствительность усилителя и немного упадет выходная мощность. Так же скажу, что на основе этой схемы можно создать превосходный усилитель для наушников, сделав номинал R3 равным внутреннему сопротивлению оных и пересчитав соответствующим образом R2, а так же все токи и мощности.

Успехов и отличного звука!

На форуме есть тема по конструкции и дизайну ламповых УЗЧ