9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Однокаскадный усилитель на металлокерамической лампе ГС-4В

Генераторные металлокерамические лампы - это отдельный мир в аудио. Триод ГС-4В, созданный для работы на дециметровых волнах, обладает уникальной эстетикой и отличными импульсными характеристиками. Он компактен, дешев и способен рассеивать до 15 Вт на аноде.

Однако ГС-4В редко встречается в любительских конструкциях из-за определённых сложностей. В этой статье мы разберем, как обойти недостатки этой лампы, и предложим две концепции усилителя: бескомпромиссный однотактный Spud (одна лампа) и двухтактный Self-Split на доступных трансформаторах.

Особенности ГС-4В

Прежде чем браться за паяльник, нужно понять специфику этой лампы. У неё нет ножек (выводы коаксиальные), а анод выведен на верхний колпак под радиатор.

Характеристики для аудио:

• Мощность на аноде: 15 Вт. В классе А это позволяет снять до 1 Вт мощности в однотакте и до 4-5 Вт в двухтакте.
• Крутизна: 18 мА/В. Лампа очень отзывчивая.
• Коэффициент усиления: Около 45–50. Это ключевой параметр: усиления одной лампы достаточно, чтобы раскачать сигнал с телефона или ЦАПа без дополнительных предварительных каскадов.

Главные инженерные вызовы:

• Малое смещение ("Узкое горлышко"). Рабочая зона без сеточных токов очень узкая: от 0 до -2 Вольт. Поскольку стандартный источник сигнала выдает до 2 В амплитуды (и даже больше), риск перегрузки входа велик. ГС-4В - это лампа, которой не нужен предусилитель, ей нужен аттенюатор (регулятор громкости) на входе.
• Нелинейность на малых токах. На токах 10–20 мА характеристики лампы кривые (веерообразные), что дает высокие искажения. Чтобы получить Hi-Fi звук, лампу нужно жарить высокими токами.
• Охлаждение. Радиатор на анод обязателен. Без него лампа перегреется мгновенно.
• Склонность к возбуждению. Это СВЧ прибор. Резистор Grid Stopper (1–2 кОм), припаянный вплотную к сетке, обязателен.

Однотактный усилитель (SE) - Режим высокой линейности 0.8 Вт

Чтобы победить врожденную кривизну лампы в однотактном режиме, мы откажемся от экономичных режимов и загоним лампу в токовый режим, где её характеристики наиболее линейны.

Режим работы:

• Напряжение анод-катод: 200 В.
• Ток анода: 55 мА.
• Смещение сетки: -1.0 ... -1.1 В.
• Входной сигнал: Не более 1 Вольта амплитуды.

Схемотехника:

В катоде используем резистор 20 Ом 2 Вт, шунтированный конденсатором 3300 мкФ х 10В. Это обеспечит жесткую привязку рабочей точки и отсутствие обратной связи по току. На входе обязателен разделительный конденсатор, защищающий источник.

Расчет выходного трансформатора (SE):

Для тока 55 мА оптимальное приведенное сопротивление нагрузки составляет 3.0 кОм.

Коэффициент трансформации n = sqrt (R_a / R_нагр):

• Для 8 Ом: n = sqrt (3000 / 8) = 19.4.
• Для 4 Ом: n = sqrt (3000 / 4) = 27.4.

Требования к железу и проводу:

• Индуктивность первички: Для нижней частоты 40 Гц (-3дБ) при Ra=3кОм требуется индуктивность не менее 12 Генри.
• Зазор: Поскольку через трансформатор течет постоянный ток 55 мА, в сердечнике обязателен немагнитный зазор - прокладка из бумаги/кальки толщиной примерно 0.05–0.1 мм, иначе железо уйдет в насыщение и баса не будет.
• Провод первички: Должен держать ток 55 мА. Диаметр по меди не менее 0.2 – 0.25 мм.
• Провод вторички: Ток в нагрузке около 0.5 А. Диаметр не менее 0.6 мм.

Двухтактный усилитель (PP) - Self-Split 4 Вт

Этот вариант решает проблему мощности и позволяет использовать готовые трансформаторы без зазора. Используем схему с дифференциальным включением (общий катод с источником тока), что избавляет от необходимости в фазоинверсной лампе.

Режим работы (на одну лампу):

• Напряжение анод-катод: 250 В.
• Ток покоя: 30 мА (суммарно 60 мА на пару).
• Смещение: около -2 В.

Схемотехника:

Катоды двух ламп соединены вместе. В разрыв между катодами и землей ставится источник тока на LM317 (настроена на 60 мА, резистор задания тока ~21 Ом). Сигнал подается на сетку первой лампы. Сетка второй лампы заземлена по переменному току (через конденсатор). За счет общего катода вторая лампа работает в противофазе.

Здесь есть нюанс. При +250В анодного питания LM317 может не хватить напряжения и она не будет работать, как надо. Путей решения два: 1 - заменить её на LDO - например, LM1117. 2 - повысить анодное напряжение до 300 вольт.

Расчет трансформатора (PP):

Чтобы не бороться с паразитными емкостями и получить дышащий звук, мы не будем гнаться за высоким приведённым сопротивлением, а выберем драйвовый режим 6 кОм. Это снизит требования к индуктивности и улучшит ВЧ.

Используем готовый сетевой трансформатор с двумя катушками с первичкой 2 x 110/115В.

Расчет напряжения вторички n = 220 / U_втор (Нам нужно получить приведенное сопротивление 6000 Ом):

Для акустики 8 Ом:

• n = sqrt (6000 / 8) = 27.4
• Требуемое напряжение вторички: 220 / 27.4 = 8.0 Вольт.
• Что искать: Трансформаторы с обмотками на 8-9 Вольт.

Для акустики 4 Ома:

• n = sqrt (6000 / 4) = 38.7
• Требуемое напряжение вторички: 220 / 38.7 = 5.7 Вольт.
• Что искать: Идеально подходят стандартные трансы с накальными обмотками 6.3 Вольта (нагрузка будет чуть ниже 6 кОм, около 5 кОм, что даст больше мощности).

Требования к железу и проводу (PP):

• Индуктивность первички: 6 кОм и нижней частоты 40 Гц, индуктивность всей первичной обмотки (между анодами) должна быть не менее 20–25 Генри. Сетевые трансформаторы габаритной мощностью 40-60 Вт обычно имеют достаточную индуктивность.
• Зазор: Не нужен. Постоянные токи ламп текут в разные стороны и компенсируют друг друга.
• Провод первички: Ток покоя 30 мА, в пике до 50 мА. Любой сетевой трансформатор мощностью от 30 Вт намотан проводом с достаточным сечением (обычно >0.15 мм).
• Провод вторички: Для мощности 4-5 Вт ток в нагрузке достигает 1 Ампера. Сечение провода вторички в готовом трансформаторе должно быть рассчитано на ток не менее 1.5 А (диаметр > 0.8 мм).

Как проверить трансформатор LC-метром

Индуктивность рассеяния

Это самый критичный параметр для высоких частот. Сетевой трансформатор не предназначен для звука, поэтому его нужно проверить перед установкой. Если у вас есть LC-метр, сделайте простой тест. Подключите щупы прибора к крайним выводам всей первичной обмотки 220В. Затем возьмите кусок толстого провода и надежно замкните накоротко выводы вторичной обмотки. Прибор покажет индуктивность рассеяния.

Для нашей схемы с нагрузкой 6 кОм, чтобы усилитель отыгрывал частоты до 15–16 кГц, индуктивность рассеяния не должна превышать 50–60 мГн. Если прибор показывает 100 мГн и больше - трансформатор съест высокие частоты, звук будет глухим. Также полезно сравнить это значение с индуктивностью разомкнутой обмотки: у хорошего кандидата она должна составлять не более 0.5% от индуктивности.

Паразитная ёмкость

Большие габариты трансформатора часто влекут за собой высокую паразитную ёмкость, которая работает как фильтр, замыкающий ВЧ-сигнал. Самый простой способ оценить качество намотки - измерить межобмоточную ёмкость. Подключите один щуп прибора к любому выводу первичной обмотки, а второй - к любому выводу вторичной (остальные выводы висят в воздухе).

Хорошим результатом для габаритной мощности 40–60 Вт считается ёмкость до 500–800 пФ. Значения в диапазоне 1000–1500 пФ (1.5 нФ) приемлемы, но уже могут смягчать верха. Если же прибор показывает 3–5 нФ и выше - такой трансформатор для звука не подходит, лучше поискать экземпляр с меньшими габаритами или другой конструкцией катушек.

Понравилась статья? Баба Яга говорит: поделись с друзьями!