Усилитель на лампе со вторичной эмиссией

Автор: Sobiratel_sxem, sobiratel_sxem@mail.ru
Опубликовано 09.08.2017
Создано при помощи КотоРед.

     Добрый день, уважаемые радиолюбители! Как известно, среди всех ламп, применяемых любителями ретро-техники, существуют так называемые «популярные» лампы, пользующиеся большим спросом и популярностью, а так же лампы, практически не применяющиеся в ламповой технике, в частности в аудио. Некоторые из данных ламп я считаю незаслуженно забытыми. Одним их таких типов являются лампы со вторичной эмиссией. Сегодня я хотел бы рассказать Вам о собственном опыте применения радиоламп со вторичной эмиссией в качестве усилителей напряжения низкой частоты.

     Итак, на схеме ниже представлена схема электрическая принципиальная спроектированного усилителя.

     Разберёмся кратко как он работает.
     Сигнал с выхода Вашего аудиоустройства, через разделительный конденсатор С3 и антипаразитный резистор R4 поступает на вход предварительного усилителя-фазоинвертора, выполненного на радиолампе со вторичной эмиссией Ла1 [2].
     Так как в обычном режиме работы лампы коэффициент вторичной эмиссии больше 1, то динодный ток имеет отрицательный знак, что соответствует его направлению из лампы во внешнюю цепь. Таким образом, при включении в динодную цепь нагрузочного резистора напряжение на диноде становится выше напряжения источника питания динодной цепи на величину падения напряжения на данном резисторе. В нашем случае, напряжение питания динода лампы Ла1 равно сумме падения напряжения на нагрузочном резисторе R8 и напряжения стабилизации, поддерживаемого параметрическим стабилизатором на газовом стабилитроне Ла2 [3].
     Кроме того, при правильном выборе режима работы радиолампы со вторичной эмиссией ток анода и динода изменяются в противофазе, что позволяет построить фазоинверсный каскад усиления на электронном потоке, включив в цепи анода и динода нагрузочные резисторы. Данное свойство ламп со вторичной эмиссией и было использовано мной для получения двух противофазных сигналов, необходимых для раскачки двухтактного выходного каскада.
     При расчёте подобного каскада дополнительно необходимо учесть, что для получения одинакового усиления по анодному и динодному выходам соотношение сопротивлений нагрузочных резисторов должно быть равно соотношению крутизны характеристики анодного и динодного выходов при заданном режиме работы.
     Идея использования ламп со вторичной эмиссией в качестве предварительного усилителя-фазоинвертора не является новой. Подробно о работе ламп со вторичной эмиссией и построению каскадов на их основе можно прочесть в [2].
     С выхода предварительного усилителя-фазоинвертора пара усиленных противофазных сигналов, через разделительные конденсаторы С6, С7 поступает на вход выходного каскада, выполненного на выходных пентодах низкой частоты Ла3, Ла4 в пентодном включении и автоматическим смещением [4]. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор Tr1 с подключённой ко вторичной обмотке акустической системой.
Для питания цепей вторых сеток ламп выходного каскада использован выпрямленный и хорошо сглаженный источник питания напряжением 150 Вольт. Главное требование источника питания вторых сеток – это возможность протекания переменной составляющей тока вторых сеток через данный источник во всём диапазоне воспроизводимых частот т.е. на выходе источника питания должны быть установлены конденсаторы достаточной ёмкости и качества.
     Так же следует отметить, что постоянная времени разряда конденсаторов фильтра напряжения питания вторых сеток должна быть значительно меньше постоянной времени разряда фильтра анодного источника питания. В противном случае возможна ситуация, когда напряжение второй сетки при выключении и включении усилителя может значительно превысить анодное и вывести радиолампы из строя.
     Резистор R10, конденсаторы С1, С2 – дополнительный развязывающий фильтр питания предварительного усилителя-фазоинвертора.
     Конденсаторы С10, С11 – дополнительный фильтр питания усилителя.
     Резисторы R6, R13 – резисторы симметричной межанодной отрицательной обратной связи.
     Резистор R17 – резистор общей отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель полностью.
     Конденсатор С4 – дополнительный фильтр напряжения питания второй сетки Ла1.
     Конденсатор С5 – дополнительный фильтр питания параметрического стабилизатора, подавляющий высокочастотные широкополосные пульсации, генерируемые газовым стабилитроном Ла2 во время работы.
     Все использованные детали указаны на схеме.
     Настройка данного усилителя не представляет сложности.
     Перед первым включением усилителя необходимо выставить резистор R7 в среднее положение. После включения усилителя и прогрева в течении 3-5 минут необходимо резистором R5 выставить напряжение на аноде Ла1 равное 320 Вольт, а резисторами R14, R15 токи анодов ламп выходного каскада Ла3, Ла4 равные 25 мА. При этом ток через газовый стабилитрон Ла2 выставляется резистором R9 и должен быть равен 15 мА. На этом настройку усилителя по постоянному току можно считать законченной. Настройка по переменному току производится нагрузочным резистором R7 любым известным способом по минимуму искажений на выходе усилителя. На этом настройку усилителя можно считать законченной.
     После настройки усилителя и проработки в течении 50-ти часов с целью проконтролировать стабильность параметров были произведены измерения основных параметров усилителя.
     На скрине ниже показана АЧХ макета спроектированного усилителя во время проведения испытаний.

     По скрину видно, что полоса усилителя по уровню -3 дБ простирается грубо от 20 Гц до 32 кГц. Замерить АЧХ выше не позволяют параметры применяемой звуковой карты ПК.
     На скрине далее показан спектр сигнала на выходе усилителя при номинальной выходной мощности равной 8 Вт.

     По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.27%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -43.9 дБ.
     На скрине ниже показан спектр сигнала на выходе усилителя при половинной выходной мощности.

     По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.22%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей равен -47.49 дБ.
     После превышения номинальной мощности 8 Вт усилитель начинает плавно входить в ограничение сигнала (клиппинг). В тком режиме усилитель способен развивать на выходе мощность равную 12 Вт. Спектр сигнала при выходной мощности равной 12 Вт показан на скрине ниже.

     По спектру видно, что суммарный коэффициент гармоник грубо равен 0.91%, а уровень самой высокой гармоники 3-ей грубо равен -37 дБ.
     На скрине далее показана реакция усилителя на прямоугольный импульс.

     По скрину видно, что на фронтах прямоугольного импульса практически нет выбросов, что свидетельствует о хорошей устойчивости усилителя и отсутствии резонансных явлений.
     После измерения основных параметров усилителя было произведено контрольное прослушивание усилителя. Усилитель даёт на выходе чистый звук, посторонние шумы, отсутствуют, гитарный оттенок так же отсутствует, инструменты в верхней части звукового диапазона прослушиваются чётко, но немного приглушённо в некоторых композициях.
     Радиолюбителям, решившим повторить данный усилитель можно дать практический совет, а именно, для питания цепи динода радиолампы Ла1 лучше применить стабилизатор не на газовом стабилитроне, а на полупроводниковом (не обязательно параметрический, можно применить классический стабилизатор на 1-2 транзисторах). Это связано с тем, что газовый стабилитрон Ла2 имеет широкую петлю гистерезиса между напряжением зажигания, поддержания разряда и пропадания разряда, что в совокупности с особенностями работы лампы может привести к кратковременному (или постоянному) возбуждению предварительного усилителя-фазоинвертора при включении и выключении.
     Так же у лампы Ла1 имеется небольшой недостаток – относительно сильный микрофонный эффект в усилительном каскаде без применения глубокой местной и общей отрицательно обратной связи. В данном усилителе данный недостаток практически не проявляется (Более совершенную и аналогичную по цоколёвке радиолампу 6В2П применить в данном усилителе практически не представляется возможным т.к. она обладает ужасным микрофонным эффектом из-за малой жёсткости электродной системы. При проведении экспериментов без общей отрицательной обратной связи и глубокой местной отрицательной обратной связи сильный микрофонный эффект приводил к механической ПОС между акустической системой и усилителем-фазоинвертором).
     Лампы выходного каскада Ла3, Ла4 можно заменить на 6П14П, 6П15П, 6П43П, EL84, PL86 с корректировкой режима работы резисторами автоматического смещения R14, R15.
     В подборке фото ниже показаны фото макета усилителя во время проведения испытаний.

     В подборке видео ниже показана работа макета усилителя во время проведения испытаний.

     Не стоит судить о качестве воспроизведения по данным видеозаписям т.к. микрофон фотоаппарата обладает посредственным качеством + ужасная акустика помещения со множеством эхо (по видео это прекрасно видно). Видео предназначено исключительно для демонстрационных целей.
     На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко.

     Список использованной литературы:

1. Массовая радиобиблиотека (МРБ), выпуск 514. Лампы с вторичной эмиссией и их применение. Мельцер В.Г., 1964 год.
2. Параметры 6В1П
3. Параметры СГ15П-2
4. Параметры 6П18П

Файлы:
Схема усилителя в формате SPlan

Все вопросы в Форум.