Усилитель на 6С41С с генератором тока и μ-повторителем

Здравствуйте, дорогие друзья и коллеги! Случилось так, что товарищ попросил порекомендовать ему схему усилителя на мощном триоде 6С41С. Без задней мысли я накидал ему схем от корифеев и просто интересных решений на этой лампе, со своими комментариями. Однако, как это бывает, случилось маленькое «НО»! Товарищ забыл мне сказать, что девайс, с которого он слушает музыку, имеет низкий уровень выходного сигнала. Даже драйвер на пентоде 6Э5П не смог вытянуть сигнал до нужного уровня. Задачка оказалась куда сложней и заковыристей, чем предполагалось сначала. Погрузившись в интернет и выудив оттуда характеристики 6С41С, мой внутренний маленький начинающий ламповый маньяк погрузился в печаль. А печаль выглядела как график, построенный по анодно-сеточной характеристике. Из сего графика явствовало, что на сетку триода надобно подать аж 180 Вольт!

Вывод напрашивался сам собой-надо менять схемотехнику. Повторное окунание в интернет и прочесывание форумов и сайтов подсказало два решения - каскад с индуктивной или динамической нагрузкой. Поскольку усиления все равно недостаточно решено было предварить эту конструкцию еще одним каскадом на триоде с резистивной нагрузкой и в катод этого триода подать обратную связь. Пока все по классике развивается...

Переговорил с товарищем, объяснил какие проблемы накатывают, что в связи с большим усилением возможно повышение шумов и искажений. Вариант с индуктивностью он отверг, сославшись на то, что места в корпусе нет. А по поводу шумов им было предложено применить малошумящие триоды 6С3П, поскольку они были у него в наличии. На мой вопрос, готов ли он поэкспериментировать, ответ был «ещё как!». Маньяк возрадовался! Схема начала прорисовываться!

↑ Лирическое отступление

Поскольку с первым каскадом вопрос был решен, осталось выбрать схему второго каскада. Опять ныряем в интернет и выуживаем интересную историю. Есть два типа каскадов, предназначенных для усиления высокого напряжения, SRPP каскад и μ-повторитель с активной нагрузкой. Классики и гуру сходятся в мнении что μ-повторитель лучше по динамике и по нелинейным искажениям, но почему-то в большинстве своем широко применяется SRPP.

Мой маленький ламповый маньяк оказался в большом недоумении! Как? Ведь преимущества μ-повторителя очевидны! Искажений меньше на порядок, размах напряжения больше раза в полтора, а народ выбирает SRPP. Объясняют тем, что сетка верхней лампы гальванически связана с анодом нижней. Па-ра-докс! В общем взвесив все ЗА и ПРОТИВ я решил применить μ-повторитель.

↑ Об элементах схемы

В итоге конструкция обрела три каскада, первый с общим катодом на малошумящем триоде 6С3П. Второй μ-повторитель с активной нагрузкой на двойном триоде 6Н1П и третий, выходной, на мощном триоде 6С41С с фиксированным смещением.

↑ 1-й каскад

Здесь приведен график с вольтамперной, характеристикой (ВАХ) триода 6С3П. Поскольку нагрузочная линия уже проведена расскажу критерии ее построения, а также рассчитаем предварительные значения катодного и анодного резисторов.

Действуем без фанатизма. По оси напряжения выбираем точку, соответствующую номинальному напряжению анода, для 6С3П-ЕВ это 150 Вольт. По оси токов выбираем соответственно точку 15 mA и проводим между ними линию. Данные по номинальному напряжению и току берутся из документации на лампу. Документация доступна в интернете. Вот сейчас мое образование царапается в мозгу и подмывает перейти на наукообразную речь и ввернуть этакое про оси абсцисс и ординат, про икс и игрек...

Сгинь, научный дым, останься информация! Продолжим! Выбираем точку на нагрузочной линии, делаем это визуально из расчета получения максимального размаха амплитуды при этом следя чтобы входной сигнал не заходил в область сеточных токов, то есть выше ноля. Точка пересечения напряжения на сетке минус один с половиной Вольт (--1.5 Вольт) с нагрузочной прямой (она обозначена на графике фиолетовым цветом) наиболее подходит под наши критерии. Это будет рабочая точка.

От рабочей точки проводим вниз вертикальную линию до пересечения с осью напряжения (изображена красным цветом) и горизонтальную линию до оси, на которой указаны токи (изображена голубым цветом). Соответственно режим рабочей точки анода получился 100 Вольт и 5 mA. Предварительно проверим рабочую точку на соответствие рассеиваемой мощности анода, то есть умножим напряжение анода на ток: 100 Вольт умножить на 0.005 А получаем 0.5 Ватт мощности, рассеиваемой на аноде.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность, указанная в паспорте на лампу 6С3П три Ватта. Здесь все нормально. Желательно проверить этот параметр на нагрузочной линии в крайних точках, соответствующих напряжению на сетке, равном нолю и минус трём Вольтам.

Но это уж сами, калькулятор вам в помощь! Переходим к расчету анодного и катодного резисторов. Начнем с катодного. Именно он задает смещение на сетку лампы относительно катода. Смотрим напряжение смещения, при котором у нас выставлена рабочая точка, оно соответствует -1.5 Вольт при токе лампы 5 mA. Включаем закон Ома, напряжение делим на ток получаем сопротивление, в итоге катодный резистор равен 300 Ом.
Определим мощность резистора, тут все в обратном порядке, напряжение умножаем на ток. Результат = 7.5 милливатт! Вполне допустимо использовать СМД резисторы!

Далее у нас анодный резистор. На нем должна упасть разница номинального напряжения и напряжения на аноде. Она составляет 50 Вольт. То есть при токе 5 mA резистор получится равным 10 кОм. Мощность определяем тем же методом, получаем 0.25 Ватт. Это предельное значение и для надежности лучше выбрать резистор с рассеиваемой мощностью 0.5 Ватт.
Теперь посчитаем напряжение питания каскада. Сложим все напряжения на элементах схемы. 1.5 Вольт на катодном резисторе, 100 Вольт на лампе и 50 Вольт на анодном резисторе, и как итог 151 с половиной Вольт надо подвести к каскаду.

На этом расчет каскада закончим. Некоторые дополнения к каскаду на 6С3П. Входное сопротивление, указанное в паспорте на лампу, составляет 5 кОм поэтому чтобы не перегружать входной сигнал резистор на входе желательно выбирать с большим номиналом.

↑ 2-й каскад

Как уже писал выше, в качестве второго каскада был выбран μ-повторитель. Теории мне не хватило и пришлось поработать ручками. Вооружившись паяльником, генератором и осциллографом на одном дыхании спаял схемы и прогнал по приборам.

SRPP проиграл вчистую, не вытянул он 180 Вольт. А мюшник порадовал, 180 легко и еще с запасом. Не знаю почему большинство зарубежных и отечественных лампостроителей применяют SRPP.

В процессе экспериментов выяснилось, что μ-повторителю в катоде нижнего триода не нужен электролитический конденсатор. Усиления он не добавляет, в то время как у SRPP влияние этого конденсатора на усиление весьма солидное. Мелочь, а лишний источник шума самоисключается. В общем решение было однозначным, μ-повторитель с активной нагрузкой.

↑ Выходной каскад

Триод 6С41С предназначен для работы в качестве регулирующей лампы в высоковольтных стабилизаторах напряжения. Как и лампы 6С33С, 6С19П они не предназначены для усиления звука, но тем не менее 6С41С привлекает внимание любителей лампового звука. Однако для конструирования эта лампа довольно сложна, поскольку требует большого входного напряжения получить которое без существенных искажений затруднительно. Так же необходимо отметить существенный ток покоя, что приводит к повышенной потребляемой мощности.

↑ Вот это поворот!

Пока я был в процессе товарищ тоже не дремал. Глубоко копнув интернет, он выкопал и выдал на-гора схему усилителя на лампе с генератором тока в качестве нагрузки. Вопрос, который его интересовал: "Действительно ли такая схема имеет очень маленькие искажения? Так сказать, вызывает интерес сей занимательный процесс!"

И потому как, волей случая, я оказался в глубине познания этого материала ответ был "Yes!". Другая сторона вопроса, нужны транзисторы с большим напряжением коллектор-эмиттер, что среди транзисторов прямой проводимости бывает нечасто.
Но товарищ уверил что в его Палестинах они, эти самые транзисторы есть, и он будет весьма признателен если можно сотворить такой же каскад с генератором тока на 6С3П. Противопоказаний к этому не предвиделось, так почему бы нет!

↑ Схема усилителя

В результате схема окончательно оформилась, и сборка усилителя вышла на финишную прямую.

Перейдем к описанию полной схемы усилителя. Первый каскад выполнен на малошумящем триоде 6С3П. В качестве анодной нагрузку применен генератор тока на транзисторах MJE350 и 2N5401, это позволило снизить нелинейные искажения.

Второй каскад выполнен на двойном триоде 6Н1П. Как говорилось выше этот каскад представляет собой μ-повторитель с активной нагрузкой. В сумме усиление двух каскадов оказалось чрезмерным, и чтобы его снизить была организована цепочка отрицательной обратной связи с анода нижнего триода VL2 в катод входной лампы VL1 при помощи элементов R9, R12, C5. Величина обратной связи составила примерно 6 дБ. Далее выходной каскад на лампе VL3 6С41С. Работает в режиме А, смещение устанавливается резистором R16.

Несколько моментов при сборке на которые надо обратить внимание. Поскольку лампа 6С3П предназначена для работы во входных цепях радиоприемных устройств то она склонна к возбуждению на высоких частотах. Поэтому соединения при монтаже должны быть максимально короткими.

Так же на проводник, подводимый к сетке первой лампы желательно надеть ферритовую бусинку.
Для подавления фона переменного тока накал ламп первого каскада необходимо запитать постоянным напряжением. Диоды выпрямителей, для устранения мультипликативного эффекта, необходимо шунтировать пленочными конденсаторами номиналом 0.047...0.1 мкФ.

Так же для снижения фона переменного тока и повышения надежности источник отрицательного напряжения хорошо бы сделать стабилизированным.

↑ Настройка усилителя

Запитываем драйвер и измеряем напряжение на конденсаторе С1, оно должно быть в пределах 150...155 Вольт. При существенном отличии подбираем резистор R5. Затем проверяем ток анода. При необходимости подстраиваем резистором R3. Следующим этапом идет настройка оконечного каскада. Проверяем питающее напряжение и выставляем ток покоя резистором R16. Чувствительность усилителя регулируется подбором резистора R9.

↑ Трансформатор звуковой

Самая сложная деталь, это выходной трансформатор. Товарищ не стал заморачиваться с расчетами и заказал готовый с приведенным сопротивлением 1.3k. Данные он взял в интернете на страничке "ВЫХОДНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НА ВСЕ СЛУЧАИ ЖИЗНИ"

↑ Лирика

Для оценки усилителя товарищ записал короткое видео. Я просмотрел несколько видеороликов с SE усилителями на 6С41С, но такой детальности звука как у этого усилителя я не заметил. Товарищу звук тоже понравился. Как мне кажется, немаловажное влияние на качестве звука оказал каскад с генератором тока. Тема применения генераторов тока в ламповой схемотехнике очень интересна. Начинают появляться конструкции, хотя и не так часто, в которых применяются генераторы тока. Я только "ЗА"!

Поскольку я попал на переход от ламп к полупроводникам, давно живу, то могу сказать, что промежуточного этапа не было. И не потому, что об этом не думали, просто транзисторов с высоким напряжением коллектор-эмиттер физически не было. А уж MOSFET-ов и операционных усилителей так уж тем более...

И вот только сейчас наблюдается некий ренессанс. Пока, правда, народ ограничивается электронными дросселями, но думаю, что будут и другие схемные решения с стабилизацией всех режимов.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации