LoudBassoon Nr501 Lampowy wzmacniacz dla początkujących

Transkrypt

1 LoudBassoon Nr501 Lampowy wzmacniacz dla początkujących Część 1 - Schemat Wielu melomanów czy audiofilów nie potrafi wyobrazić sobie swojego systemu odsłuchowego bez lampowego wzmacniacza mocy. W końcu to lampowe brzmienie stało się synonimem najwyższej jakości odtwarzania. Niestety ceny fabrycznych wzmacniaczy są wyjątkowo wysokie, natomiast obecne od pewnego czasu na rynku tanie produkty chińskie odstraszają niską jakością użytych elementów i niestarannym montażem. Często po zapoznaniu się z ofertą różnych firm amator dobrej muzyki postanawia zbudować upragniony wzmacniacz samodzielnie. Na pierwszy rzut oka urządzenia lampowe wyglądają na mało skomplikowane. Składają się z niewielkiej ilości dużych elementów. Czy to jednak nie złudzenie? Czy bez profesjonalnego zaplecza warsztatowego, drogich narzędzi, specjalistycznych mierników i lat doświadczenia można zbudować dobrze brzmiący wzmacniacz o wysokich wskaźnikach jakościowych? Okazuje się, że sukces, czyli zbudowanie wzmacniacza dorównującego lub nawet przewyższającego jakością wyroby fabryczne jest możliwy nawet dla konstruktora o podstawowej wiedzy elektronicznej i niewielkim doświadczeniu. Należy tylko wybrać właściwy projekt i pamiętać o kilku ważnych zasadach montażu urządzeń lampowych. 1. Określenie mocy wyjściowej Częstym błędem popełnianym przez początkujących jest podejmowanie się budowy układów o zbędnie dużej mocy. Takie układy są zawsze bardziej pracochłonne, trudniejsze w uruchomieniu i zdecydowanie kosztowniejsze. Okazuje się przy tym, że do nagłośnienia przeciętnego pomieszczenia mieszkalnego zupełnie wystarczające są moce rzędu pojedynczych watów, szczególnie kiedy do dyspozycji są głośniki o dużej skuteczności, czyli 90dB/W lub większej. 2. Wybór konfiguracji stopnia mocy, klasy pracy oraz rodzaju lampy mocy W układach dużej mocy, rzędu 50W i większej, oczywistym wyborem są pentody i przeciwsobna klasa B. W zakresie 20-50W można już stosować klasę AB, a nawet A, lecz nadal konieczny jest stopień przeciwsobny, a większość układów również zawiera pentody. Dopiero przy mocach z zakresu od pojedynczych watów do kilkunastu watów pojawia się do dyspozycji pełne spektrum układów od stopni SE z pojedynczą lampą pracującą w klasie A, przez przeciwsobne pary niewielkich lamp w klasie A, po miniaturowe lampy o małych mocach admisyjnych pracujące w klasie AB, a wszystko to przy użyciu pentod, triod lub pentod w połączeniu triodowym. O ile przeciwsobna klasa A, szczególnie przy zastosowaniu triod pozwala na uzyskiwanie obiektywnie najlepszych wskaźników jakościowych, o tyle stopnie SE mimo większych zniekształceń wprowadzanych do sygnału zdobyły sobie liczne grono wielbicieli ze względu na bardzo przyjemne i naturalne brzmienie. Niezależnie od dyskusyjnych walorów brzmieniowych układ SE cechuje się nieosiągalną nigdzie indziej prostotą, co w przypadku konstrukcji dla początkujących może okazać się nie do przecenienia. Jeżeli jako kryterium przyjmiemy koszty, pentody okażą się znacznie bardziej przystępne. Również wymagania stawiane stopniom sterującym i zasilaczowi są znacznie łagodniejsze, jeżeli zastosujemy pentodę w stopniu mocy (Rys.1). Dodatkową zaletą zastosowania pentody jest możliwość użycia zaawansowanych konfiguracji transformatora wyjściowego. Popularnymi rozwiązaniami są Ultralinear, gdzie do dodatkowego uzwojenia lub odczepu podłączona jest druga siatka lampy, oraz QUAD (Rys.2), czyli dodatkowe uzwojenie włączone w obwód katody. Obydwa układy zapewniają za cenę niewielkiej redukcji mocy wyjściowej i czułości doskonałą poprawę poziomu zniekształceń i rezystancji wyjściowej. Parametry jakościowe zbliżają się do oferowanych przez triody, lecz sprawność mimo lekkiego spadku pozostaje wysoka.

2 Niestety użycie wymienionych rozwiązań wymaga użycia specjalnego transformatora wyjściowego, który zazwyczaj jest droższy i trudniejszy w wykonaniu lub zdobyciu. Dobrym wyjściem okazuje się w tej sytuacji Pseudo-QUAD (Rys.3), czyli włączenie w obwód katody uzwojenia wtórnego transformatora. Zalety układu pozostają identyczne, jak w pierwotnej wersji, jedynie ilość zwojów części katodowej jest z góry zadana przez przekładnię główną transformatora. Podstawową korzyścią jest oczywiście możliwość zastosowania prostego i taniego transformatora.

3 W rzeczywistym układzie nie jest konieczne umieszczanie uzwojenia wtórnego wprost w obwodzie katody. Wystarczy jedynie doprowadzić do katody napięcie zmienne z wyjścia poprzez kondensator (Rys.4). W klasycznym układzie kondensator ten również występuje, lecz zwiera katodę dla przebiegów zmiennych do masy. 3. Wybór typu lampy mocy Doświadczenie uczy, iż dobrze jest wybierać popularne typy lamp, które są produkowane współcześnie i łatwo dostępne w rozsądnej cenie. Częstym błędem jest dostosowywanie projektu do nietypowych lamp, które akurat przez przypadek posiada niedoświadczony konstruktor. Lampa taka może się stłuc, uszkodzić podczas uruchamiania na skutek błędu montażowego, lub zwyczajnie zużyć po pewnym czasie. Wtedy pojawia się konieczność zakupu rzadkiej, a przez to drogiej lampy. Jeżeli przyjąć ustalone w poprzednich punktach założenia, czyli moc wyjściową w granicach 5W uzyskiwaną z pojedynczej popularnej pentody, naturalnym wyborem okazuje się EL84 lub jej radziecki odpowiednik 6P14P. Jest to lampa zaprojektowana do zastosowań audio, więc nadaje się do tego celu znakomicie, oferując przy tym doskonałą jakość dźwięku mimo niepozornego wyglądu i przystępnej ceny. Punkt pracy oraz wartości podstawowych elementów można zaczerpnąć wprost z katalogu. Dla lampy EL84 katalog sugeruje Ua=250V, Ra=4k5 oraz Rk=135R. 4. Rodzaj oraz ilości stopni napięciowych Stopnie sterujące projektuje się zawsze znając już rozwiązanie stopnia mocy. Przy zastosowaniu układu SE nie będzie potrzebny odwracacz fazy, a zadaniem stopnia sterującego będzie jedynie dostarczenie odpowiedniej amplitudy sygnału na siatkę sterującą lampy mocy. Wspomniana wcześniej przewaga pentod w tym zakresie polega na tym, iż wymagają one mniejszych napięć do pełnego wysterowania. W przypadku EL84 jest to wartość nie większa, jak 5V. Przy założeniu czułości wzmacniacza na poziomie 0,5V wymagane wzmocnienie to 10V/V, a więc okazuje się, iż za całą sekcję wzmocnienia napięciowego może posłużyć jedna sekcja popularnej duotriody. W przypadku zastosowania lampy ECC83 lub 6N2P, której wzmocnienie może bez większych problemów przekroczyć 50V/V pozostanie do dyspozycji nadmiar, który zostanie spożytkowany na wprowadzenie ujemnego sprzężenia zwrotnego.

4 5. Konfiguracja zasilacza. Przy niewielkiej mocy pobieranej przez układ do dyspozycji pozostają wszelkie warianty układowe zasilacza. Prostownik lampowy, bądź półprzewodnikowy, filtracja CLC (z zastosowaniem dławika) lub CRC (wyłącznie kondensatory i rezystory), stabilizacja napięcia lub jej brak. Jako że wpływ topologii zasilacza na brzmienie, szczególnie w przypadku wzmacniacza pracującego w klasie A nie jest duży, można swobodnie dokonać wyboru na podstawie kosztu poszczególnych rozwiązań. Optymalnym okaże się wówczas półprzewodnikowy mostek prostowniczy z filtrem CRC. Stabilizacja napięcia nie jest niezbędna. Rys.7 przedstawia zasilacz dla dwóch kanałów wzmacniacza. Wyprowadzone są napięcia dla anod lamp mocy +Ub(P), dla ich siatek ekranujących +Ug2 oraz dla stopni wstępnych +Ub(T). Grzejniki lamp są połączone równolegle i zasilane wprost z odpowiedniego uzwojenia transformatora sieciowego. Jeden z przewodów obwodu jest połączony z masą układu lub z odpowiednim punktem w zasilaczu (punkt +U1 na Rys.7), który ustala niewielki dodatni potencjał grzejników. Taka konfiguracja w zupełności zabezpiecza przez przenikaniem do sygnału zakłóceń z obwodu żarzenia. Można niekiedy spotkać się z zaleceniami prostowania i filtracji, a nawet stabilizacji napięcia żarzenia, ale we wzmacniaczach mocy nie zawierających wysokoczułych stopni wstępnych jest to zbędne. Stabilizacja napięcia żarzenia może nawet okazać się szkodliwa, gdyż podczas włączania, kiedy grzejniki lamp są zimne, ich rezystancja jest dużo mniejsza od roboczej, w związku z czym pojawia się udar prądowy, który może powodować skrócenie żywotności lamp. Kompletny schemat jednego kanału wzmacniacza Część zaznaczona ramką oznacza elementy umieszczone na płytce drukowanej. W tym przypadku jest to zasilacz składający się z mostka prostowniczego (Br1), kondensatorów (C1-5) i rezystorów (R1-4, R6) filtrujących, rezystorów anodowych triod (R7) i rezystorów siatek ekranujących pentod (R5), układu podnoszącego potencjał grzejników, a przy okazji rozładowującego kondensatory po wyłączeniu (R8-9, C6) oraz szyny masy (Con2).

5 Ścieżki mają znaczną szerokość i są dodatkowo pocynowane w celu zwiększenia trwałości i obniżenia rezystancji. Jest to szczególnie ważne w przypadku szynyy masy. Zasadnicza część wzmacniacza, czyli dwa stopnie wzmacniające zbudowana jest przestrzennie. Sygnał po przejściu przez przełącznik wejść trafia na potencjometr logarytmiczny P1 (volume). R10 ustala potencjał siatki triody na masie, natomiast R11 zapobiega wzbudzeniom wzmacniacza w skrajnych położeniach potencjometru. W klasycznym układzie rezystor katodowy jest zbocznikowany kondensatorem katodowym likwidującym powstające na nim lokalne ujemne sprzężenie zwrotne, ewentualnie jest na niego podany sygnał sprzężenia globalnego, wtedy nie jest on bocznikowany. W prezentowanym układzie rezystor katodowy triody został podzielony na dwie części, R12 i P2 tak aby zachować zwiększone wzmocnienie stopnia (blokowany Rk) przy możliwości podania globalnego sprzężenia zwrotnego. Dodatkowo nieblokowana część rezystora wchodząca w skład pętli USZ jest potencjometrem, a więc można głębokość sprzężenia regulować od zera (brak sprzężenia) do zadanej wartości. Powoduje to zmianę głośności oraz w pewnej mierze charakteru brzmienia ze względu na zmianę rezystancji wyjściowej. Stopień mocy to omówiony wcześniej układ SE z jedną pentodą EL84 lub 6N14P z dzielonym obciążeniem w układzie pseudo-quad. Sygnał sprzężenia zwrotnego pobierany jest z anody pentody mocy. Na schemacie podano napięcia w punktach pomiarowych. W kolejnej części opis budowy i uruchomienia wzmacniacza. Wiktor Krzak