Однотактный усилитель на триодах 6С45П и 2А3

(Статья для сайта audioportal.su, 2007 год)

Давно хотел собрать и послушать усилитель «только на триодах», чтобы оценить так называемый «чисто триодный звук», о котором так много говорят на форуме. (***audioportal.su 2007 год)

Схема Усилителя:

 Немного «праздных» рассуждений, в том числе и об этой схеме:

В силу тех или иных причин, о которых можно поговорить отдельно, я считаю, что самодельный усилитель должен состоять из возможно меньшего числа каскадов усиления, в идеале  из 1. Но, возвращаясь в «реальный» мир с реальной акустикой и принимая во внимание объем трудозатрат, доступность и стоимость комплектующих,  необходимо-оптимально-возможное  количество каскадов усиления для меня пока все-таки = 2.

Какую же связь между каскадами выбрать?  Трансформаторную, емкостную или непосредственную (гальваническую)?

Трансформаторная связь – оптимальна с точки зрения КПД, но имеет несколько «подводных камней» –

  • Хороший межкаскадный трансформатор довольно габаритен, его размеры вполне сравнимы с габаритами выходного трансформатора; В итоге конструкция получается довольно-таки  тяжелой;
  • При напряжении питания выходного каскада, например, 300 Вольт  и при напряжении питания драйвера, например в 200 Вольт (что типично для ламп, подходящих для работы на межкаскадный трансформатор) необходимо или два источника питания (один для драйвера, другой для выходного каскада) или  излишек напряжения придется гасить на балластном резисторе. Что наводит на крамольную мысль – а не проще ли этот резистор подключить к аноду драйверной лампы, а  межкаскадный трансформатор вообще убрать?
  • Трансформатор, даже очень хороший, все-таки имеет неравномерные частотную и фазовую характеристики на краях звукового диапазона, что вносит определенный окрас в звучание.

Непосредственная (гальваническая) связь между каскадами имеет как и определенные преимущества, так и многие недостатки. Главное преимущество такой связи только одно  – из усилителя (на первый взгляд) убирается межкаскадный конденсатор – один из основных источников специфических искажений и фазовых сдвигов.

Недостатки –

  • Реализация такой связи по топологии «Усилителя  Лофтина и Уайта» имеет ряд технологических недостатков, таких как высокое напряжение питания и «большой и горячий» резистор в катоде выходной лампы – который, кстати, оказывает негативное влияние на звук, занижая динамику усилителя.
  • Вариант с двумя источниками питания («двухэтажное» питание) свободен от вышеупомянутого недостатка, но ток сигнала в этой схеме так же проходит через два различных конденсатора источника питания  (через «верхний» и «нижний» этажи), которые так же вносят свою окраску в звучание. Нужно заметить, что экспериментальным путем установлено, что влияние на звук конденсаторов в блоке питания менее заметно, чем влияние межкаскадного конденсатора.
  • Для реализации «двухэтажного» питания необходимо либо два силовых трансформатора, либо трансформатор с двумя обмотками (или отводами от обмоток),  что так же увеличивает вес конструкции.
  • Наладка такого усилителя требует определенных навыков, конструкция нуждается в периодическом присмотре и контроле и подстройке режимов.
  • Как правило, во избежание ухода режимов драйвера и выходной лампы, источники питания такого усилителя должны быть стабилизированы, что так же приводит к усложнению конструкции.

Емкостная связь между каскадами – «классическая» схемотехника. Межкаскадный конденсатор, конечно, оказывает влияние на звук.

Но, на мой взгляд и слух, такие конденсаторы, как ФТ-2, ФТ-3, Wima MKP,  Hovland, Auri, Cardas, Jensen PIO  – в звуковом тракте практически нейтрально-прозрачны. Применение емкостной связи между каскадами в двухкаскадном SE усилителе, на мой взгляд, имеет неоспоримые преимущества  –

  • Позволяет сделать усилитель технологически простым – каскады можно настроить отдельно, коррекция режима драйвера не оказывает прямого влияния на режим выходного каскада.
  • Блок питания такого усилителя «прост и легок».
  • Лампы в таком усилителе работают безопасно – неожиданный отказ лампы драйвера не приводит к фатальным последствиям для выходного каскада.
  • Путь сигнала в таком усилителе наиболее короток, что гарантирует хорошие звуковые качества и повторяемость результатов.
  • Силовой трансформатор для такого усилителя можно приобрести готовый,  недорогой и очень хорошего качества, от  классических изготовителей с безупречной репутацией – например таких, как «Hammond».

Выбор лампы драйвера.

Поскольку усилитель содержит всего два каскада,  лампа драйверного каскада должна обеспечить коэффициент усиления  не менее 30, усилительный каскад на ней должен быть способен отдавать достаточный  ток в нагрузку во всем диапазоне рабочих частот и, желательно, чтобы напряжение сеточного смещения в рабочем режиме было не менее -2 Вольт.

Из широко известных и доступных  триодов это – 6С2П,  6С3П, 6С4П, 6С15П, 6С45П. В ходе расчетов, макетирования и отслушивания, выбор был остановлен на лампе 6С45П.

Обычно рекомендуемый для этой лампы режим (-1.5 Вольт смещения, 150 Вольт на аноде при токе 30 mA) показался мне не совсем подходящим.  Очень интересно звучание этой лампы в следующем режиме – (-3.2 Вольта смещение, 220-225 Вольт на аноде при токе 20…25 mA) Надо отметить, что лампы эти имеют довольно широкий разброс, и мне попадались удивительные экземпляры, которые имели коэффициент усиления  чуть более 50 при этом напряжение на аноде составляло +205 Вольт при токе анода  25 mA.

В моем усилителе эта лампа эксплуатируется при несколько повышенном анодном напряжении, но поскольку все остальные параметры в норме и максимальная рассеиваемая мощность на аноде ниже допустимой- такое включение вполне безопасно и не оказывает  значительного влияния на срок ее службы.

В качестве источника напряжения сеточного смещения я применил литиевую батарейку напряжением 3.2 Вольт. Включение батарейки в цепь сетки позволило заземлить катод драйверной лампы, тем самым исключив влияние на звук катодного резистора и шунтирующего его конденсатора, а так же «однозначно» решило широко дискутируемый (*** в 2007 году на audioportal.su) вопрос о необходимой емкости этого конденсатора.

Какого-либо негативного влияния качественной батарейки на звук  мной замечено не было. В этой конструкции я использовал батарейки-«таблетки» Duracell, припаяв (соблюдая все меры безопасности!) к ним выводы из одножильного медно-серебрянного провода в хлопково-лаковой изоляции. Припой – обычный магазинный, с 2% серебра. (***В дальнейшем я стал применять батарейки с выводами)

 В качестве анодной нагрузки применен регулируемый интегральный источник тока IXYS  IXCP 10M45S. Использование этого источника тока («идеального резистора») в качестве анодной нагрузки широко используется в конструкциях  Западных самодельщиков, и я тоже решил его попробовать.

Для лампы 6С45П это практически второй (после трансформатора или дросселя) вариант идеальной анодной нагрузки, позволяющей получить большой коэффициент усиления  и отличные динамические характеристики при сравнительно низком напряжении питания каскада. Кроме того, применение источника тока позволяет существенно повысить стабильность рабочей точки (она практически не зависит от  изменения напряжения питания), что очень актуально в случае использования фиксированного смещения.

Основные характеристики драйверного каскада при напряжении источника питания 300 Вольт  следующие:

  • Коэффициент усиления = 41…50 (зависит от экземпляра лампы)
  • Номинальное входное напряжение =  1В Rms (Максимальное = 6.4В (P-to-P)
  • Максимальное выходное неискаженное напряжение при сопротивлении нагрузки 150 кОм =  135…140В (P-to-P),  К-т гармоник при этом ~ 5%.
  • Коэффициент гармоник, при выходном напряжении = 10 Вольт Rms  ~ 0.2% (Преимущественно вторая гармоника)

Каскад сохраняет свою работоспособность при увеличении напряжения источника питания до 400 Вольт, при этом  рабочая точка остается стабильной, коэффициент гармоник уменьшается, а максимальное выходное напряжение возрастает. Таким образом, этот каскад вполне может быть применен в качестве драйвера для такой лампы, как 300В.

Межкаскадный конденсатор.

Минимально-необходимую емкость межкаскадного конденсатора можно определить по общеизвестной формуле C=159/FR   (Микрофарады, килоомы, Герцы), где F – это нижняя граничная частота, R – cопротивление сеточного резистора утечки выходной лампы, C – емкость межкаскадного конденсатора.

Следует помнить, что чем больше емкость этого конденсатора, тем ниже частота среза фильтра, образованного этим конденсатором и сеточным резистором выходной лампы, и тем меньше фазовый сдвиг, вносимый этой цепочкой на определенной нижней граничной частоте и тем шире полоса воспроизведения низких частот. Но, тем лучшего качества должен быть выходной трансформатор. В этой схеме «безопасно-минимальная» емкость этого кондесатора составляет 0.47мкФ. Я применил  Auricap 1.5 мкФ.

Выходной каскад каких-либо схемотехнических особенностей не имеет. Смещение – фиксированное, от отдельного источника. Выходная лампа  2A3 или 6C4C,  трансформатор – Hammond 1628SEA, 5K->4 Ом. Напряжение питание всего усилителя = 300 Вольт, ток покоя лампы выходного каскада = 60 mA, максимальная (до начала видимого ограничения выходного сигнала) выходная мощность ~ 3.5 Вт.

Блок Питания.

В качестве силового трансформатора я применил Hammond 372J. Анодная обмотка у него рассчитана на потребляемый ток 250 mA, что вполне достаточно. Накальная обмотка на 5В 3A используется для питания накала кенотрона, 6.3 В  3A – для питания накалов драйверных ламп.

Накалы выходных ламп питаются от отдельного трансформатора. В случае использования   выходных ламп  6С4С питание их накала, скорее всего, придется выпрямлять и стабилизировать. Я считаю, что питание накала выходных ламп выпрямленным  стабилизированным напряжением не оказывает негативного влияния на звук. (*** В дальнейшем я изменил свою точку зрения, особенно это касается ламп 6С4С)

В качестве выпрямителя применен прямонакальный кенотрон 5Ц3С.  На мой слух,  использование в качестве выпрямителей «быстрых» полупроводниковых диодов делает звучание усилителя более плотным, иногда даже слишком  – поэтому в своих конструкциях я пока применяю кенотроны.

Использование классических дросселей как элементов фильтра в питании, на мой взгляд, в настоящее время уже не оправдано.

Напряжение питания усилителя – стабилизированное. Даже  самый простой  последовательный параметрический стабилизатор позволяет получить в несколько десятков раз более низкие выходное сопротивление и уровень пульсаций источника питания, при существенно меньших массогабаритных показателях.  Кроме того, при стабилизированном напряжении питания обеспечивается  лучшая привязка режимов ламп, да и наладка усилителя  значительно облегчается.

Выпрямитель напряжения смещения выходных ламп собран по схеме удвоения выпрямленного напряжения с его последующей фильтрацией. Каких-либо особенностей эта схема не имеет.

Что получилось в итоге – смотрите ниже.

О звучании этого усилителя – оно «панорамно», эмоционально, динамично, плотно и свободно одновременно. Собирайте и слушайте, не пожалеете.

Май-Июнь 2007 г.                                                                         г. Владивосток

*** Конструкция получилась действительно очень удачная. Этот усилитель неоднократно собирался мной для друзей и знакомых, а так же был повторен многими аудиосамодельщиками.

11 thoughts on “Однотактный усилитель на триодах 6С45П и 2А3

  1. Доброго дня, Виктор!
    Подскажите: Какой конденсатор на выходной лампе, для фильтрации анодного напряжения? Почему напряжение смещения различно для разных каналов? Какие марки подстроечных резисторов посоветуете? И в питании лампы 2а3? Есть ли новые модификации этой схемы? Спасибо.

    • Николай, добрый день.

      Схеме больше 10 лет 🙂

      Насчет напряжения смещения. Оно различно – но не так, как может показаться. На выходе блока питания указано напряжение смещения до регулятора, а на схеме усилителя – после. Это как бы намекает на возможные пределы регулировки. Сейчас я бы не стал делать регулировочную цепь как сложный делитель, сделал бы обычный регулятор в виде потенциометра (22…68 кОм) – нижний вывод – на общий, верхний – на минус, напряжение снимается с движка. Все опасения о “потере контакта” между движком и резистивным элементом – на практике не имеют под собой оснований. Особенно если это многоборотные регуляторы от Bourns серий 35XX, 37XX. http://www.bourns.com/products/potentiometers/precision-pots-multiturn

      Конденсаторы в питании – пленочные Solen Fast, ASC, электролиты – Panasonic. Межкаскадный конденсатор можно смело уменьшить до 0.47…1.0uF, сеточный резистор для 2A3 – увеличить до 220…250 кОм.

      Развития схемы не было, поскольку “Однотактые Развлечения” были завершены с тем выводом, что требуемые качественные показатели при условиях разумно- безопасного напряжения питания, массогабаритных характеристик и в пределах допустимого на то время бюджета – не могут быть достигнуты в рамках однотактного решения.

      С Уважением,

      Виктор

      • Спасибо!
        Получается, что регулировка смещения на каждом канале с разного напряжения? По схеме БП: ЛК – (-130 в), ПК – (-70 в). Или что то я не так понял?

        С уважением

        • Николай,

          После удвоения получается примерно – 130В. Далее – для каждого из каналов фильтр-делитель 22кОм 100uF 39 кОм (*) и последовательно ему подстроечник 22кОм, другим концом включенный между резисторами 150 кОм и 47 кОм в сетке 2A3. Таким образом -130В для каждого из каналов делится делителем 🙂 (22кОм + 39кОм + подсроечник 22 кОм)/47кОм. При указанных номиналах – Подстроечник на максимуме сопротивления (22 кОм) – получаем делитель (22+39+22)/47 и напряжение на сетке =-47В. Подстроечник на минимуме (0 кОм), получаем делитель (22+39)/47 и напряжение на сетке = – 56V.
          В зависимости от выбранного (имеющегося в наличии) сопротивления подстроечника нужно подобрать номинал резистора 39кОм (*) так, чтобы напряжение смещения устанавливалось в требуемых пределах. При выбранном мной напряжении питания и в зависимости от типа ламп 2A3 (у меня были как обычные 2A3, так и одноанодные 2A3-40) в моем случае пределы изменения должны были быть от -70В до – 60В. Это было нужно для того, чтобы случайно не “зарегулировать” смещение и не сжечь выходную лампу.
          Но, как я уже упоминал, на практике весь этот сложно-регулируемый фильтр-делитель – не нужен, так как фильтровать особо нечего – сетка ток не потребляет, а сопротивление нагрузки умножителя – десятки килоом. Поэтому подстроечники можно включить обычным образом, в итоге получаем меньше элементов при более широком диапазоне регулировки. Но регулировать придется более острожно 🙂

          С Уважением,

          Виктор

  2. Виктор, а что за батарейка которая дает напряжение 3,2 вольта?
    Как вы считаете Ra трансформатора =6,5к плохо отразиться на звуке в этой схеме?

    • Александр, добрый день.

      Литиевая батарейка – та самая батарейка с выводами, что впаивается в материнскую плату компьютера. Но сейчас я бы рекомендовал автосмещение на катодном резисторе, шунтирующий конденсатор – 6800х6.3V Panasonic серии FM, FH.
      Насчет выходного трансформатора – При Ra=~6.5K выходная мощность будет меньше, но и выходное сопротивление – тоже меньше. Нужно посмотреть, что с вторичными обмотками- может быть есть возможность перекоммутировать так, чтобы приведеннное сопротивление первички получилось меньше.

      С Уважением,

      Виктор

      • Спасибо. Понятно. Снижение мощности не так страшно. Больше волнует что при этом, как пишут, снижается уровень 2-й гармоники а 3-й нет.У вторички выводы на 8 и 4 ом. Наверно 4 омную акустику надо на 8 омный выход цеплять чтобы снизить Ra?

        • Александр, 3-я гармоника возрастает, если часть нагрузочной линии проходит через область, где ВАХ в той или иной степени теряют эквидистантность и располагаются “веером”. В частности, для 2A3 этот эффект заметен при выборе рабочей точки в области с напряжением на аноде более 300V. Но и в этом случае, при изменении Ra от 3К до 5К расчетный уровень третьей гармоники при максимальном уровне сигнала изменится примерно от 0.05% до 0.1%, что на практике совершенно некритично.
          Насчет переключения акустики 4 Ом на отвод 8 Ом – можно попробовать.

          С Уважением,

          Виктор

          • Виктор, вы все таки рекомендуете остановиться на ixcp в аноде? У вас в схеме питания, судя по стабилитронам, анодное напряжение застабилизировано. А накал нет, вроде так не рекомендуют. Может Остановиться на варианте эл. Дроселя без стабов?

          • Александр,

            Конечно, в анодном питании вполне достаточно применить обычный “электронный дроссель”.

            С Уважением,
            Виктор

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *