Ламповый гитарный усилитель

Усилитель обладает всеми атрибутами своих "старших братьев" - прототипов. Наличие двух регуляторов (усиления и громкости) позволяет гибко перераспределять усиление каскадов тракта под желаемый звук. Для расширения функциональности усилитель имеет два входа разной чувствительности, а изменение коэффициента усиления тракта позволяет получить звук от чистого Clean до мощного и плотного Overdrive с Sustain'ом. Оснащение петлёй эффектов — Effects Loop — даёт широкие возможности для экспериментов со звуком с использованием внешних педалей эффектов или гитарных процессоров. Двухполосный регулятор тембра обеспечивает глубокую регулировку частотной характеристики усилителя. Переключатель выхода для двух значений номинального сопротивления (8 или 16 Ом) акустической системы и переключатель дежурного режима делают завершённым облик усилителя.

Усилитель испытывался совместно с электрогитарой Yamaha EG 112, с набором звукоснимателей S-S-H, при работе с гитарными кабинетами (громкоговорителями), имеющими динамические головки размером 6" (BCS 0608), 8" (Tesla), 10" (PSR1030), 12" (4А-32). Для домашнего применения лучше использовать громкоговоритель с головкой 6 или 8 дюймов, не создающий большого звукового давления. В помещениях большего объёма лучшие результаты даёт применение головок размером 10 и даже 12 дюймов.

По нелинейным искажениям параметры данного усилителя можно сравнить с усилителем Fender Blues Junior (модель 1995 г.), который при мощности 13 Вт на тональном сигнале и нагрузке 8 Ом имеет коэффициент гармоник 5 % вполне допустимый для гитарных усилителей.

Технические характеристики

Значения чувствительности по обоим входам указаны с учётом комбинации включения перемычки (джампера) S1 и выключателя SA1 (режим HG), отмеченной в скобках.

Описание схемы и особенностей усилителя

Принципиальная электрическая схема усилителя показана на рис. 1.

Сигнал, подаваемый на вход Х2 (High), поступает на ФНЧ R1C3, который способствует уменьшению ВЧ шумов и наводок, а также препятствует проникновению на вход сигналов вещательных станций. Далее сигнал поступает на каскад предварительного усиления. Он выполнен на малошумящем нувисторе 6С51Н-В (VL1), установленном на отдельной печатной плате. Для снижения собственных шумов каскада сопротивление резистора утечки сетки уменьшено до 510 кОм и понижено напряжение анодного питания. Коэффициент усиления каскада равен 10. Когда установлена перемычка S1, параллельно резистору R4 подключается конденсатор С5 и коэффициент усиления возрастает до 30. Для исключения микрофонного эффекта при использовании входа Х2 усилитель не следует располагать на акустической колонке при работе на больших уровнях мощности.

Вход Low (разъём Х1) имеет меньшую чувствительность. Входной сигнал подаётся на управляющую сетку триода 6Н2П-ЕВ (VL2.1) через цепь R6C6, обеспечивающую подъём АЧХ усилителя в интервале 2...5 кГц. Таким образом создаётся более яркое звучание инструмента, известное как Bright. Коэффициент усиления каскада равен 50. Для повышения устойчивости его работы анодная нагрузка в виде резистора R9 шунтирована конденсатором 08, ёмкость которого влияет и на АЧХ усилителя.

Усиленный сигнал с анодной нагрузки триода VL2.1 через разделительный конденсатор C9 подаётся на регулятор усиления R12 — Gain. Конденсатор C12 совместно с частью резистора регулятора усиления обеспечивает подъём АЧХ в области 2...5 кГц, его действие прекращается в верхнем положении движка резистора. С регулятора усиления сигнал подаётся на сетку триода VL2.2.

Каскад на триоде VL2.2 служит для усиления и компенсации ослабления сигнала в темброблоке, а при высоких уровнях усиливаемых сигналов — для их ограничения. При большом усилении предыдущих каскадов и высоком уровне входного сигнала каскад выходит из режима линейного усиления — возникают его перегрузка и ограничение усиливаемых сигналов, что приводит к обогащению спектра сигнала гармониками и создаёт характерный жужжащий звук эффекта Overdrive.

Для увеличения устойчивости работы каскада на высоких частотах анодная нагрузка триода шунтирована конденсатором небольшой ёмкости, который также влияет на АЧХ усилителя в области высоких частот. Выбор коэффициента усиления каскада производят переключателем SA1. При его разомкнутых контактах усиление равно 20, при замкнутых — 48. Для исключения громких щелчков при коммутации служит резистор R15, обеспечивающий протекание зарядного тока конденсатора C13.

Сигнал с анодной нагрузки R17 через конденсатор С17 поступает на регулятор тембра. Разделение полос регуляторов НЧ и ВЧ находится в области 600...800 Гц. При среднем положении ручек регулирования тембра коэффициент передачи блока равен примерно -22 дБ. Для ограничения спектра усиливаемых сигналов в тракте установлен ФНЧ R29C21, он определяет спад усиления в области высших частот и отфильтровывает "немузыкальные" компоненты спектра. Это благоприятно влияет на чистоту звука при работе с Overdrive. Высокоомный выход темброблока подключён к входу истокового повторителя на полевом транзисторе VT1, что исключает влияние каскада на работу темброблока.

Для расширения функциональности в усилитель встроена "петля эффектов" — Effects Loop. Сигнал на внешние устройства (педали эффектов, гитарный процессор) снимается с резистора R13 истокового повторителя на транзисторе VT1 и через конденсатор С16 поступает на регулятор уровня R19 (Х3 Send). Для обеспечения необходимой нагрузочной способности этого выхода ток покоя транзистора задан равным 4 мА. Низкое выходное сопротивление каскада уменьшает влияние ёмкости соединительного кабеля и обеспечивает нормальную работу с устройствами, имеющими входное сопротивление не менее 10 кОм. Обработанный внешними устройствами, возвращаемый сигнал подаётся через разъём Х4 Ret на регулятор уровня R26. Входное сопротивление по входу Ret — 50 кОм, достаточное для подключения внешних устройств с повышенным выходным сопротивлением. Наличие регуляторов позволяет оптимизировать входные и выходные уровни сигналов в петле эффектов. При исключении из состава элементов петли эффектов сопротивление резистора R30 нужно увеличить до 1 МОм, а сигнал с выхода ФНЧ R29C21 подать на резистор регулятора громкости R30.

При отсутствии внешних устройств, включённых в петлю эффектов, сигнал с выхода истокового повторителя через регулятор громкости R30 (Master volume) поступает на вход фазоинверторного каскада, формирующего парафазные сигналы возбуждения двухтактного выходного каскада. Различное включение по переменному току двух триодов фазоинвертора обусловливает небольшую разницу в амплитуде сигналов на резисторах анодной нагрузки. Их выравнивания достигают подбором резистора R39. Коэффициент усиления фазоинверторного каскада равен 24.

Оконечный каскад (VL3, VL4) выполнен по двухтактной схеме на лучевых тетродах комбинированных ламп 6Ф3П, их триодные части используются в фазоинверторном каскаде. Лампы оконечного каскада работают с фиксированным смещением в режиме АВ1, т. е. без сеточных токов [1]. Такое смещение позволяет легко оптимизировать режим работы для получения максимальной выходной мощности с более высоким КПД при допустимых нелинейных искажениях.

Регулятором баланса токов покоя ламп (R40) возможно компенсировать разброс в режимах используемых ламп для уменьшения нелинейных искажений и исключения подмагничивания магнитопровода трансформатора разностным током ламп. Резистором R33 регулируют напряжение смещения, устанавливая необходимый ток покоя ламп.

Ток покоя ламп (2x30 мА) устанавливают, контролируя падение напряжения на катодных резисторах R47 и R48. Их сопротивления равны 1 Ом (отклонение не более ±1 %). Падение напряжения на этих резисторах, измеренное в милливольтах, численно равно сумме токов анода и экранной сетки лампы, выраженных в миллиамперах. Напряжение питания анодов и экранных сеток ламп оконечного каскада подаётся через гасящий резистор R53, который совместно с конденсатором С41 образует фильтр, снижающий уровень пульсаций напряжения питания оконечного и фазоинверсного каскадов.

Блок питания построен с использованием сетевого трансформатора, сравнительно низковольтного для подобных устройств. Необходимое напряжение анодного питания формируется выпрямителем с удвоением напряжения на диодах VD4, VD5. Для получения напряжения -47 В (для сеточного смещения) и +49 В (для стабилизатора с выходным напряжением +9 В) использовано переменное напряжение от одной секции анодной обмотки (-27 В). Анодная обмотка при работе приобретает потенциал относительно общего провода примерно +130 В, поэтому для "развязки" выпрямительного моста VD2 введены конденсаторы С32, С34. Кроме того, такой вариант включения диодных мостов позволяет получить почти удвоенное выпрямленное напряжение. Подобную роль выполняют и оксидные конденсаторы С31, С35 в выпрямителе напряжения смещения с диодным мостом VD3. При монтаже необходимо обратить внимание на полярность включения этих оксидных конденсаторов, поскольку нарушение указанной полярности приведёт к их перегреву и разрушению.

Необходимый ток для питания подогревателей ламп достигается параллельным соединением всех накальных обмоток трансформатора. Выпрямительный мост VD6 с конденсатором С42 обеспечивает питание накала ламп VL1 и VL2 постоянным током, что практически исключает фон частотой 100 Гц.

Для продления срока службы ламп анодное питание следует включать после прогрева катодов ламп, а при перерывах в работе усилителя анодное питание целесообразно отключать выключателем SA4 (Stb).

Анодное питание на фазоинверсный и предварительные каскады подаётся через дроссель L1, который совместно с конденсатором С26 и RC-фильтрами R5C1, R25C18 эффективно подавляет пульсацию напряжения питания.

Конструкция и детали

Шасси изготовлено из оцинкованного железа толщиной 0,6...0,8 мм. Достоинством этой конструкции являются доступность материала и лёгкость изготовления в домашних условиях. Такое шасси эффективно экранирует каскады усилителя от магнитных и электрических полей, имеет приятный внешний вид и не подвержено коррозии. Заготовка шасси с размерами для установочных компонентов усилителя показана на рис. 2. Размеры (ВхДхШ) — 50x280x150 мм.

После раскроя заготовки, ещё до гибки, необходимо сделать все отверстия под установочные элементы. Затем в местах сгиба, с внутренней стороны шасси, резаком, изготовленным из ножовочного полотна, по металлической линейке сделать канавки глубиной примерно 1/3...1/2 от толщины металла, это позволит легко и ровно на краю стола согнуть шасси. Места стыка стенок в углах пропаять по всей высоте. Дополнительно в углах шасси впаяны латунные стойки диаметром 8...10 и длиной 6...10 мм с резьбой М3, это обеспечивает дополнительную прочность и жёсткость всей конструкции. В дальнейшем к этим стойкам крепят нижнюю крышку шасси.

Все печатные платы изготовлены из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Чертёж печатной платы и расположение на ней элементов предварительного усилителя на нувисторе (VL1) показаны на рис. 3 (прямоугольные отверстия под плоские выводы разъемов формируют высверливанием с воротом сверла). Чертёж печатной платы и расположение элементов источника напряжения смещения и стабилизированного напряжения +9 В приведены на рис. 4. Аналогичные чертежи для платы петли эффектов показаны на рис. 5, а для платы выходного гнезда для подключения акустики и защитного резистора — на рис. 6 (размыкаемые контакты соединяют параллельно).

Декоративные передняя и задняя панели изготовлены из алюминия толщиной 1,5 мм. Их размеры — 280x60 мм.

Корпуса оксидных конденсаторов С18, С26, С39—С41, С43 изолированы термоусадочной трубкой. Конденсаторы С26, С41, С43 закреплены хомутами из жести на алюминиевых пластинах толщиной 1,5 мм. Пластины установлены на трубчатых стойках высотой 10 мм, с отверстиями под винты крепления трансформаторов.

Дроссель L1 изготовлен из трансформатора абонентского громкоговорителя типа ТАГ. Его новая обмотка намотана проводом ПЭЛ-0,15 до заполнения каркаса. Сечение магнитопровода — 12,7x5,3 мм при высоте керна 15 мм, хотя допустимо использовать и любой другой с большим объёмом керна. Пластины собраны вперекрышку, без немагнитного зазора, при малых значениях тока это допустимо. Индуктивность L1, измеренная без тока подмагничивания, равна 10 Гн, активное сопротивление обмотки — 145 Ом.

Большая часть деталей усилителя смонтирована навесным монтажом с использованием вертикальных монтажных стоек. Для размещения ряда элементов, имеющих соединение выводов с общим проводом, очень удобным оказалось применение монтажных планок шириной 4...5 мм, изготовленных из фольгированного стеклотекстолита. Вокруг отверстий под винты крепления планок фольга удалена. На планке, где смонтированы детали каскада с лампой VL2, в фольге дополнительно прорезаны площадки для пайки деталей, соединяемых проводами с другими узлами; на фото это видно. Указанная на схеме нумерация выводов лампы наиболее удобна для монтажа каскада. Для разводки питания накала ламп VL1, VL2 изготовлена витая пара из одножильных проводов диаметром 0,5...0,6 мм. Питание накала ламп оконечного каскада сделано свитыми проводами МГШВ-0,35.

Подключение выхода платы предварительного усилителя к каскаду на триоде VL2.1 выполнено экранированным проводом. Экранная оплётка с обоих концов припаяна к лепесткам и соединена с шасси.

Конденсатор С39 установлен на шасси на изолирующих втулках. Его корпус находится под напряжением, равным половине анодного.

Для исключения повреждения выходного трансформатора при включении усилителя без нагрузки служит нагрузочный резистор R54 мощностью 5 Вт (ПЭВ или импортного производства типа SQP на 5—10 Вт) и сопротивлением 20...30 Ом. Резистор фильтра R53 (ПЭВ 7,5 — ПЭВ 10) установлен в подвале шасси. Он также ограничивает импульс зарядного тока конденсаторов при включении анодного напряжения.

Постоянные резисторы плат петли эффектов и источников +9 В и смещения — МЛТ-0,25. Остальные — МЛТ-0,5 или импортные MF. Допустимо использование некоторых резисторов и меньшей мощности (см. на схеме). Переменные резисторы R12, R18. R28, R30 — СП-П или СП3-30, с обратнологарифмической зависимостью изменения сопротивления от угла поворота (группы В). Использование резисторов группы А (с линейной зависимостью) для регуляторов нежелательно, это затруднит управление усилением и громкостью, особенно на малых уровнях, и сделает грубой регулировку тембра. Сопротивление резистора R30 можно увеличить до 470 кОм и более. Металлические крышки переменных резисторов R12, R18, R28, R30 нужно соединить проводом с шасси. Корпуса R19, R26 платы петли эффектов также соединяют проводником (под гайку) с общим проводом платы. Подстроечный резистор R40 — проволочный ПП2-11, ПП3-11 или ППБ-1 Б. Подстроечные резисторы R19, R26, R33 — СП4-1 мощностью 0,5 Вт. Резистор R53 — ПЭВ мощностью 7,5 или 10 Вт.

Конденсаторы С26, С41, С43 — оксидные К50-27. Конденсаторы С39, С40 — К50-12. Постоянные конденсаторы в анодных и сеточных цепях каскадов должны иметь минимальные токи утечки. Можно использовать плёночные или бумажные К73-17, К40У-9, БМТ-2 и им подобные на напряжение 400—630 В. Конденсаторы С32, С34 — К73-16В, возможная замена — К73-14. Конденсаторы в темброблоке — К10-17.

Переключатель SA1 — тумблер МТ-1, переключатель SA3 — тумблер МТ-3. Выключатели SA2, SA4 — импортные с встроенной индикаторной лампой (балластные резисторы в цепи неоновых ламп на схеме не показаны). Разъёмы Х1, Х2, Х5 — Jack 6,35 мм (ST-020) с двумя парами контактов на размыкание, разъёмы Х3, Х4 — с тремя парами.

Лампы 6Н2П-ЕВ можно заменить любыми из её модификаций, а 6С51Н-В — любым триодом-нувистором (с некоторой коррекцией режима). При установке анодных токов ламп предварительных каскадов, работающих при малых амплитудах сигналов, увеличивать анодный ток свыше 1 мА нецелесообразно, это не улучшит их работу.

В качестве выходного трансформатора применён сетевой унифицированный ТПП252-127/220-50, также возможно использовать накальный ТН33-127/220-50. При этом необходимо произвести пересчёт коэффициента трансформации обмоток. В блоке питания применён сетевой анодно-накальный трансформатор ТАН 1-220-50. Лучшей заменой ему будет ТАН 13-220-50 (без изменения схемы включения).

1. Цыкина А. В. Электронные усилители. — М.: Радио и связь, 1982.