Триод из подручных материалов

Многие самодельщики Hi-Fi- и High End-техники, особенно проживающие за пределами Москвы, Санкт-Петербурга и других крупных городов,склонны упрекать нас в том, что мы постоянно дразним их творческое воображение, непрерывно упоминая такую недоступную им ламповую экзотику, как 300В, 2А3, 211 и многие другие дорогостоящие и дефицитные лампы. В то же время на обширных просторах нашей в прошлом необъятной родины буквально везде, как мне кажется, можно найти отечественные лампы, некогда широко применявшиеся как в бытовой, так и в спецтехнике, а ныне пылящиеся на складах и кое у кого в домашних запасах. Речь идет о таких лампах, как 6П14П, 6П3С, 6П36С, ГУ-50 и т. д. На мой взгляд, используя эти лампы в аудиотехнике соответствующим образом, можно получить прекрасные результаты.

Чаще всего самодельщики стремятся применять в своих конструкциях популярные пентоды и лучевые тетроды в триодном включении. При этом, пытаясь рассчитать, например, выходной каскад, любители сталкиваются с несколькими препятствиями, основные из которых: во-первых, отсутствие в широко распространенных справочниках вольтамперных характеристик (ВАХ) этих ламп в триодном включении, во-вторых — разочаровывающе низкое предельно допустимое напряжение экранной сетки, указываемое в справочных данных (в случае триодного включения пентодов или тетродов эта величина соответственно ограничивает и величину анодного напряжения) и, в-третьих — возможный значительный разброс параметров различных экземпляров однотипных ламп (в зависимости от изготовителя, степени выработки ресурса и т. д.).

В настоящей статье я попытаюсь поделиться своим опытом и помочь самодельщикам в преодолении по крайней мере первых двух препятствий. Третье же может быть преодолено путем тщательного отбора ламп, который желательно производить после их «тренировки». Операции тренировки и отбора вполне доступны для выполнения в домашних условиях без специального оборудования (об этом мы поговорим в одном из следующих номеров журнала).

Первое из перечисленных затруднений помогут преодолеть приводимые далее анодные ВАХ пентодов и лучевых тетродов широкого применения в триодном включении, частично заимствованные из самых различных источников, а частично измеренные автором (поскольку, увы, далеко не все удалось найти во множестве просмотренных мною справочников и журналов, в том числе зарубежных).

Что же касается второго обстоятельства, то попробую изложить свои соображения о том, почему возможно превышение некоторых предельно допустимых значений без существенного ущерба для ресурса ламп и надежности работы усилителя в целом.

Как правило каждый конкретный тип лампы разрабатывается преимущественно для конкретного применения. Например, 6П14П/ЕL84 — пентод для работы в выходных каскадах усилителей низкой частоты; 6П36С (ее весьма приближенный зарубежный аналог — EL500) — лучевой тетрод для выходных каскадов строчной развертки телевизоров; ГУ-50 — генераторный лучевой пентод для усилителей мощности диапазонов KB и УКВ (до 100 мГц). Этому основному назначению разработчик подчиняет геометрию электродной системы и рекомендует рабочие и предельно допустимые режимы (вообще говоря, исходя при этом, во-первых, из требований, накладываемых основным назначением лампы, а во-вторых, стремясь обеспечить при установленных в данном производстве технологических допусках максимально возможный выход годных ламп при сохранении заданного среднего ресурса).

В частности для пентодов и лучевых тетродов предельные величины рассеиваемой анодом мощности (Pa max) и напряжения второй (экранной) сетки (Ес2 max) могут быть рекомендованы не столько из соображений электрической и тепловой прочности, сколько исходя из требований подавления динатронного эффекта (напомню, что динатронный эффект — это возникновение вторичной эмиссии с анода на вторую сетку, когда мгновенное напряжение Еа << Ес2; третья (защитная) сетка в пентоде или лучеобразующие пластины в лучевом тетроде служат для создания условий, способствующих подавлению динатронного эффекта).

Как правило лампы для строчной развертки и тем более высокочастотные генераторные лампы разрабатываются с большим «запасом» по отношению к номинальным рабочим режимам, чем лампы, основным назначением которых является работа в выходных каскадах УНЧ. Кроме того, для первых и вторых важным моментом является обеспечение электрической прочности при импульсных анодных напряжениях (импульсы с крутыми фронтами и амплитудой до 10 кВ). Электрическая прочность электродной системы ухудшается по мере выработки ресурса. Причиной является постепенное распыление материала электродов (в первую очередь оксидного покрытия катода) и оседание продуктов распыления на электродах, внутренней поверхности баллона и изоляторах (слюде), несущих электроды лампы. По той же причине постепенно возрастает склонность лампы к появлению термотоков первой (управляющей) сетки. Помимо этого, постепенное ухудшение вакуума (из-за «натекания» микроколичеств воздуха и вследствие газоотделения из электродов и других элементов конструкции лампы) также ухудшает электрическую прочность и способствует увеличению обратного тока первой сетки.

В качестве наглядного примера рассмотрим внимательно две хорошо известные лампы: EL34 и 6П45С. На первый взгляд может показаться странным, что при не менее чем вдвое большей поверхности анода 6П45С (по сравнению с EL34 ) нормируемая ТУ Pa max составляет всего 35 Вт, тогда как для EL34 в ТУ указана величина 28 Вт. Для второй сетки 6П45С указываются величины Рс2 max = 5,5 Вт и Ес2 max = 300В, а для EL34 эти же величины составляют соответственно 8 Вт и 425 В, хотя невооруженным глазом видно, что площадь поверхности экранной сетки 6П45С гораздо больше, чем у EL34, и теплоотвод от ее витков гораздо эффективнее, да и расстояние между второй сеткой и другими электродами у 6П45С приличное. С другой стороны, 6П45С рассчитана на работу при токе анода в импульсе до 1А (средний ток может достигать 500 мА) и пиковых анодных напряжениях до 8 кВ. Кроме того, если для EL34 по ТУ величина сопротивления утечки первой сетки не должна превышать 50 кОм при фиксированном смещении и 250 кОм при автоматическом, то для 6П45С эти величины составляют 500 кОм и 2,2 МОм соответственно.

Учитывая вышеизложенное, можно предположить, что при использовании в аудиоаппаратуре пентодов и лучевых тетродов в триодном включении возможно превышение некоторых из указанных в ТУ (для стандартного пентодного или тетродного режимов) предельно допустимых величин, в первую очередь напряжения экранной сетки и в отдельных случаях мощности, рассеиваемой анодом. Ни в коем случае не следует превышать предельно-допустимое среднее значение тока катода (!), так как это резко сокращает срок службы ламп, даже если другие параметры рабочего режима не превышают пределов, указанных в ТУ. Вторая величина, которую не следует превышать ни в коем случае, — сопротивление резистора утечки первой (управляющей) сетки (повышенное значение этого сопротивления приводит к неустойчивости рабочего режима и сокращению срока службы ламп, особенно с повышенной крутизной). И, наконец, третий важный момент, о котором не следует забывать: при прочих равных условиях использование ламп с автоматическим смещением существенно повышает надежность их работы (по сравнению с фиксированным смещением) и понижает чувствительность каскада к изменениям анодного напряжения.

Напомню традиционные топологии цепей смещения. На рис. 1а изображен простейший способ подачи фиксированного смещения, на рис. 1б — часто используемый в двухтактных каскадах способ, повышающий удобство балансировки каскада по постоянному току. На рис. 2 приведены примеры построения цепей автоматического смещения: 2а — простейшая цепь автосмещения, которая применяется как для однотактных, так и для двухтактных каскадов (если организуется независимое смещение для каждой лампы, возможен менее жесткий попарный отбор ламп, кроме того, исключается взаимное влияние ламп друг на друга по постоянному току); 2б и 2в — цепи автосмещения, применяемые для мощных ламп прямого накала при питании переменным током (что чаще всего предпочтительно). Переменный резистор Rн (его низкое качество пагубно влияет на звук!) позволяет добиться минимального фона. Мой опыт свидетельствует о том, что при строго симметричном выполнении накальной обмотки силового трансформатора (в схеме 2в) разницы между схемами, изображенными на рис. 2б и рис. 2в, с точки зрения подавления фона нет. На рис. 2г и рис. 2д приведены возможные варианты автосмещения в двухтактных каскадах.

Схема на рис. 2г проста, однако предполагает высокую степень идентичности ламп. Схема на рис.2д позволяет практически всегда добиться отличной балансировки каскада и часто оказывается предпочтительной. Кстати, иногда в иностранной литературе такой способ подачи смещения называется «Williamson style resistor array», так как применялся в классическом усилителе Вильямсона. На рис. 3 показан вариант так называемого полуавтоматического смещения, применение которого позволяет получить стабильность рабочей точки, близкую к стабильности, обеспечиваемой автосмещением, но при этом уменьшить мощность, потребляемую резистором смещения в цепи катода. Для одной лампы величина Rк при полуавтоматическом смещении выбирается исходя из соотношения Rк [кОм] ~ (1,5 - 2)/S [мА/В], для двух ламп с общим сопротивлением в катодах — Rk [кОм] ~ (0,8 - 1,2)/S [мА/В], для обеспечения возможности балансировки могут быть применены схемы на рис. 1б или 2д. Во всех вариантах схем на рис. 2 и 3 присутствует конденсатор Ск, оказывающий заметное влияние на звук.

Если для схем на рис. 2а — 2в это очевидно, то в схемах на рис.2г — b2д теоретически этот конденсатор не требуется (если двухтактный выходной каскад работает в «чистом» классе А, то на резисторе Rк переменная составляющая катодных токов ламп отсутствует). Практика же показывает, что Ск может быть необходим (это выясняется опытным путем). Например, музыкальное звучание усилителя по схеме RCA («Class А», февраль, март 1997 г.) превращается в нечто кошмарное при отключении этого конденсатора (С8 на схеме усилителя). В других случаях, наоборот, лучшее звучание может быть получено при отсутствии этого конденсатора. Кстати, с аналогичным эффектом мне довелось столкнуться и в дифференциальных драйверах, раскачивающих триоды с малым ?, требующих напряжений на сетках с амплитудой до 100 — 120 В.

Приводимая далее таблица, я надеюсь, поможет читателям сориентироваться при выборе рабочих режимов широко распространенных выходных пентодов и тетродов в триодном включении. Для сравнения в этой же таблице и на графиках содержатся данные по некоторым достаточно популярным «светлановским» мощным триодам. В их числе не имеющий прямых зарубежных аналогов уникальный отечественный триод косвенного накала 6С19П, по линейности ВАХ конкурирующий с прямонакальными триодами во всех отношениях «на равных», а также его непосредственные предшественники — двойные триоды 6Н5С (имеет приближенные зарубежные аналоги 6080 и 6AS7) и 6Н13С, заслуживающие, на мой взгляд, отнюдь не менее пристального внимания самодельщиков, чем перечисленные выше пентоды и лучевые тетроды. В таблицу включены данные из различных источников, а также результаты, полученные экспериментальным путем сотрудниками редакции. Более подробные рекомендации по применению конкретных типов ламп планируется опубликовать в одном из ближайших номеров журнала.