Бестрансформаторный телефонный усилитель

Вниманию любителей музыки, знакомых с основами радиоэлектроники и желающих сделать хорошо звучащий аппарат своими руками, предлагается ламповый бестрансформаторный телефонный усилитель, пригодный для использования с динамическими головными телефонами, номинальное сопротивление которых не менее 100 Ом. Тех же, кто непременно хочет слушать более низкоомные "наушники", я предлагаю однотактный трансформаторный телефонный усилитель для нагрузки от 15 Ом.

Проектируя усилитель, я ставил перед собой задачу при максимальной простоте добиться как можно более высокого качества звучания. Собственно говоря, в ламповых усилителях чем проще схема, чем меньше элементов она содержит, тем выше возможное качество звучания. Реализация этого потенциала качества зависит от конструктивного воплощения схемы, от того, как влияют на звук используемые элементы, от правильности монтажа.

Рис. 1

R1* МЛТ-0,5-27 кОм±5%
R2 СП3-33-100 кОм или иной от 68 кОм до 220 кОм

R3 МЛТ-0,5-1 МОм±5%
R4 МЛТ-0,5-2 кОм±5%
R5 МЛТ-0,5-100 кОм±5%
R6 МЛТ-0,5-750 Ом±5%
R7* МЛТ-0,5-68 Ом±5%
R8 МЛТ-0,5-2 кОм±5%
R9 МЛТ-0,5-27 кОм±5%
R10 С5-5-5 Вт-150 Ом±5%
R11 С5-5-10 Вт-560 Ом±5%
R12 МЛТ-0,5-27 кОм±5%
C1 К50-24-6,3 В-1 000 мкФ
C2 К50-27-250 В-22 мкФ
C3 К50-27-300 В-470 мкФ
C4 К50-24-63 В-470 мкФ
C5 К50-27-300 В-470 мкФ
V1 6Н23П-ЕВ
V2, V3 6С19П
X1 гнездо RCA
X2 гнездо телефонное стерео
* подбирается при настройке

В усилителе используются 5 ламп: одна лампа 6Н23П-ЕВ (6Н23П) и четыре 6С19П. Каждый канал усилителя (см. рис. 1) двухкаскадный с гальванической связью между каскадами. Разделительный конденсатор только один, на выходе усилителя. Таким образом, исключены два конденсатора в цепях сеток первого и второго каскадов, сильно влияющие на качество звучания.

Первый каскад построен на половине двойного триода 6Н23П-ЕВ (вторая половина используется во втором канале) по схеме с заземленным катодом. Резисторы R6 и R7 в цепи катода для исключения отрицательной обратной связи зашунтированы конденсатором С1. В цепь сетки лампы включен антипаразитный резистор R4. Резистор R3 предотвращает "повисание" сетки в случае потери контакта в регуляторе громкости. Подбором резистора R1 на входе усилителя производится начальная балансировка коэффициентов усиления каналов. В цепь питания анода первого каскада включен сглаживающий фильтр R9, C2. Ток анода лампы 1,5 мА. Номинальный коэффициент усиления каскада — 30.

Второй каскад представляет собой усилитель с последовательным включением (так называемый SRPP) на мощных триодах с низким внутренним сопротивлением 6С19П. Обратная связь, возникающая из-за резистора R11 в цепи катода нижнего триода V3, исключается на звуковых частотах включением конденсатора С4. В цепь сетки нижнего триода включен антипаразитный резистор R8. Верхний триод V2 управляется падением напряжения на резисторе R10 в цепи его катода. Чем больше открывается нижний триод, чем больший ток через него протекает, тем больше падает напряжение, тем больше закрывается верхний триод. И наоборот. Таким образом осуществляется двухтактный режим работы этого любопытного и часто используемого усилительного каскада. Конденсатор С5 служит для гальванической развязки нагрузки от постоянного напряжения на выходе каскада. Резистор R12 служит для зарядки этого конденсатора при отключенной нагрузке. Конденсатор С3, включенный в анодные цепи первого и второго каскадов, является выходным элементом сглаживающего пульсации выпрямителя фильтра Др1+C3 (Др2 в другом канале).

Во втором каскаде усилителя ток покоя равен 100 мА, выходное сопротивление в нем составляет около 120 Ом, коэффициент усиления при сопротивлениях нагрузки 100/200/600 Ом — соответственно около 0,9/1,2/1,6 (точность значения коэффициента зависит от экземпляра лампы). Максимальное выходное напряжение при тех же нагрузках составляет около 4/7/15 В, что соответствует максимальной выходной мощности около 160/240/375 мВт, — этого более чем достаточно для любых телефонов. Коэффициент усиления двух каскадов по напряжению составляет около 27/36/48. Таким образом, с учетом резистивного делителя R1+R2 входная чувствительность всего усилителя составляет 15/16/20 мВ/мВт. Верхняя граница полосы пропускания по уровню -3 дБ — более 150 кГц, нижняя определяется емкостью конденсатора С5 и сопротивлением телефонов, при нагрузке 100 Ом составляя 3,5 Гц.

Источник электропитания усилителя (рис. 2) состоит из силового трансформатора Тр1 (мощностью не менее 125 Вт, во избежание разогрева), выпрямительного моста VD1, накопительного конденсатора С1 и сглаживающих дросселей Дp1 и Дp2, с которых напряжение питания поступает на сглаживающие конденсаторы С3 правого и левого каналов усилителя (рис. 1). Делитель напряжения R1+R2+C2 служит для подачи положительного потенциала +50 В на средние точки делителей напряжения R3+R4 и R5+R6, которые, в свою очередь, придают этот потенциал двум накальным обмоткам силового трансформатора для уменьшения фона ламп по цепям накала. От одной накальной обмотки питаются лампы V1, V2 и V3 левого канала, от другой — V2 и V3 правого (как вы помните, V1 — общая лампа для обоих каналов). Первичная обмотка силового трансформатора подключается к сети через предохранитель 0,5 А двухполюсным выключателем S1 (удобнее с внутренней подсветкой).

Рис. 2

R1 МЛТ-0,5-100 кОм±5% R2 МЛТ-0,5-27 кОм±5% R3–R6 МЛТ-0,5-750 Ом±5% C1 К50-27-300 В-470 мкФ C2 К50-35-63 В-10 мкФ VD1 КЦ402А Пр1 предохранитель 0,5 А S1 сетевой выключатель »250 В/2 А Др1, Др2 дроссель Др2,3-0,31П2 Тр1 ТАН71 (ТАН106)

Выходное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению при отсутствии обратной связи в нижнем триоде для каскада SRPP определяются следующим образом: где R i и m — соответственно внутреннее сопротивление и коэффициент усиления триодов в рабочей точке; R — сопротивление в цепи катода верхнего триода (в нашем случае R10); R н — сопротивление нагрузки каскада.

В качестве силового трансформатора используется TAH71 (125 Вт) или TAH106 (150 Вт). Подключение обмоток в этом случае указано на рис. 2. Подходят также трансформаторы TAH70 и TAH105, но при этом к высоковольтной вторичной обмотке придется последовательно подключить еще одну секцию (выводы 11, 12 или 20, 21). Возможно использование любого другого силового трансформатора мощностью не менее 125 Вт. При этом необходимо учесть, что высоковольтная обмотка должна обеспечивать переменное напряжение 165–170 В при токе не менее 0,5 А, а две накальные — напряжение 6,3 В при токе не менее 3 А. Накальная обмотка может быть и одна, но уже на ток не менее 5 А.

Дроссели использованы стандартные, от унифицированных телевизоров, Др2,3–0,21П2. Проектируя внутреннее расположение элементов схемы усилителя, имейте в виду, что силовой трансформатор и дроссели окружены магнитным полем, которое может явиться источником фона, а потому их лучше поместить в отдельном экранированном отсеке, не забывая при этом, что трансформатор нагревается и в отсеке необходима вентиляция (как и там, где будут находиться лампы, разумеется). Естественно, входные цепи усилителя желательно расположить подальше от этих источников помех. Конденсаторы С2 и С3 обоих каналов следует расположить как можно ближе друг к другу и соединить их отрицательные выводы короткими толстыми проводами или шинами с лепестком на корпусе усилителя.

При разработке и размещении внутри корпуса печатных плат или при продумывании топологии навесного монтажа необходимо обязательно учитывать, что вокруг всех компонентов усилителя и всех проводов существует электромагнитное поле, которое взаимодействует с элементами конструкции, в первую очередь с корпусом. При этом взаимодействии теряется часть энергии сигнала, причем потери в сигнале будут и частотнозависимые, и резонансные, и нелинейные. То есть в сигнал привносятся того или иного вида искажения. Чем ближе друг к другу токонесущие элементы и элементы конструкции (в первую очередь металлические), тем сильнее взаимодействие, тем больше потери. Желательно, чтобы такие элементы были разнесены в пространстве хотя бы на несколько сантиметров. Кроме того, из-за этих же полей все токонесущие элементы испытывают слабое (но и сигналы тоже слабые) механическое воздействие, заставляющее их вибрировать с частотой сигнала. На вибрацию со всевозможными механическими резонансами тоже теряется часть энергии сигнала. В силу этих причин звук теряет свободу, гладкость, появляются шершавость и "вскрики".

Все провода для звуковых сигналов и провода цепей электропитания имеют свое направление. Чтобы звучание вашего усилителя не пострадало, при монтаже необходимо учитывать направление проводов. При включении в правильном направлении звук "собирается", становится более плотным, детальным, точным, улучшаются пространственные характеристики. И наоборот. Когда у вас провод в заводской катушке или бухте, то обычно "начало", то есть потенциальный источник сигнала, находится внутри, а "конец", то есть потенциальный потребитель энергии, — снаружи. К сожалению, так бывает не всегда. Чаще всего приходится определять направление используемых проводов "на слух", включая кусочки сантиметров десять длиной одновременно в один и тот же разрыв в цепи правого и левого канала какого-нибудь "эталонного" усилителя. При использовании "фирменных" проводов с маркировкой обычно (но опять же не всегда) надпись на проводе служит стрелкой, указывая направление — слева направо. На рис. 1 и 2 направление включения проводов показано стрелочками.

Конечно же, каждый тип проводов имеет свой "звук" (не думайте, что этим можно пренебречь, эффект весьма заметный). Из отечественных можно использовать провода МГТФ, МП, ГФ сечением 0,2–0,5 мм2. Разумеется все используемые компоненты тоже обладают своим собственным "звуком", и общий результат есть некая сумма "звучаний" компонентов. Указанные на схеме типы отечественных компонентов обеспечивают некоторый начальный уровень качества звучания, а остальное уже дело читателя. Экспериментируйте, пробуйте, это увлекательно. Из всех изображенных на схемах электрокомпонентов на звук не оказывают влияния только резисторы R1–R6 и конденсатор С2 (рис. 2).

Налаживать усилитель очень просто. Сначала отключите провода от выводов двух дросселей и, включив блок питания, с помощью тестера убедитесь, что он работает и на его конденсаторе С1 есть напряжение +240 В (разброс не более ±10 В при номинальном напряжении сети 220 В). Потом подключите провода к дросселям (не забыв перед этим выключить блок питания и несколько минут подождать, чтобы успел разрядиться конденсатор С1). Включите усилитель и тестером аккуратно проверьте режимы ламп. Если напряжение на катоде V2 отличается от +150 В более чем на 10 В в ту или другую сторону, подберите резистор R7.

Если в вашем распоряжении есть звуковой генератор и вольтметр переменного тока (можно использовать и тестер на шкале 3 В), то, последовательно подавая сигнал напряжением 50 мВ на входы правого и левого каналов и измеряя напряжение на контактах телефонного гнезда вольтметром, убедитесь в одинаковости коэффициентов передачи каналов (допустимая разница — не более 3–5%). В противном случае подберите номиналы резисторов R1 (рис. 1). Вот и вся наладка.

Предупреждение

Работая с открытым усилителем, находящимся под напряжением, соблюдайте "Правила техники безопасности при работе на электроустановках напряжением до 1 000 В". Во всяком случае, держите щуп тестера только в одной руке (второй щуп зацепите за корпус "крокодилом"), не касаясь корпуса, не забывайте выключать усилитель перед перепайкой и сидите подальше от газовых, водопроводных труб и труб парового отопления.

Еще одно замечание перед началом прослушивания. Имейте в виду, что электролитические конденсаторы должны сформоваться под напряжением, а это процесс долгий. В первый раз усилитель надо подержать включенным примерно сутки, прежде чем начинать внимательно слушать. Перед каждым серьезным прослушиванием также может потребоваться некоторый "прогрев".

Надеюсь, усилитель не разочарует вас. Во всяком случае, его звуковой потенциал очень высок.