9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Укрощаем 6Н5С (6Н13С) в однотактном усилителе

Лампа 6Н5С (и очень похожая по параметрам 6Н13С) известна многим. Это двойной триод, предназначенный для работы в стабилизаторах напряжения. Лампа красива, имеет фигурный баллон и прямо просится в ламповый усилитель. Но из-за существенно нелинейной вольтамперной характеристики использовать её можно разве что в двухтактных усилителях, где эта самая нелинейность практически не проявляется.


Откуда же взялась эта самая нелинейность? Обратимся к ВАХ лампы. Возьмём рабочую точку с анодным напряжением 160 вольт и напряжением смещения сетки -60 вольт. Если подать на сетку сигнал амплитудой 60 вольт, то напряжение на ней будет изменяться в диапазоне от 0 до -120 вольт. Соответственно, напряжение на аноде будет меняться в диапазоне 45 - 235 вольт, на графике поставлены соответствующие точки. А теперь сравним длину отрезков AB и AC. Как видно, она отличается: положительная волна сигнала будет усиливаться до амплитуды 160-45=115 вольт, а отрицательная - до 235-160=75 вольт. Таким образом, сигнал на выходе не будет симметричным в однотактном применении данной лампы.

Как же компенсировать эту нелинейность? Один из вариантов - создать такие же искажения в предварительном каскаде усиления, но в противофазе, например, используя разбалансировку входного SRPP каскада, чтобы он давал также несимметричный сигнал. В результате оба искажения взаимно компенсируют друг друга, что позволяет получить итоговые искажения на выходе всего в доли процента.

Один из вариантов описанной выше реализации компенсации нелинейности лампы 6Н5С в однотактном усилителе описал пользователь с ником ogmetr ещё в 2012 году на форуме



Введя небольшую разбалансировку предварительного SRPP каскада, он смог получить нелинейные искажения всего 0,1% (при мощности до 8 Вт), без обратных связей. Частотный диапазон усилителя - от 20 Гц до 22 кГц.


Выходной трансформатор для данного усилителя выполнен на железе от ОСМ-0,1 (ШЛ 25x40). Первичная обмотка содержит 1400 витков провода диаметром 0,33мм, вторичная - 90 витков диаметром 0,74 мм. Немагнитный зазор - 0,14 мм.

Второй вариант аналогичной конструкции описал там же пользователь с ником gsaorion:

Усилителю требуется входной сигнал амплитудой 1 вольт. Подбором резистора R3 добиваются симметричной синусоиды на выходе усилителя. Как и в предыдущем варианте, автор запараллелил обе половинки лампы для увеличения выходной мощности. Для получения напряжения анодного питания выходного каскада 181 вольт используется резистор R12. Ток каждой половинки триода у автора получился 73 мА, что даёт падение на резисторах R7 и R10 73 мВ. На эквиваленте нагрузки получился ровный синус в диапазоне 30 Гц - 20 кГц.


Выходной трансформатор выполнен на железе от ТВК110Л1 (ШЛ 20x32) с зазором 0,08 мм под каждую половинку магнитопровода. Первичная обмотка трансформатора содержит 1392 витка провода диаметром 0,3 мм. Вторичная - 132 витка диаметром 0,64 мм. Индуктивность первичной обмотки получилась 5,5 Гн.

Так как лампа 6Н5С - это двойной триод, то автор посчитал заманчивым не параллелить половинки лампы, с использовать их по одной на каждый канал, получив таким образом двухканальный усилитель. Автор провёл макетирование, получив такой режим работы одной половинки лампы: смещение -71 вольт, ток анода - 80 мА при напряжении анода равным 170 вольт.

Обратите внимание, что на схеме указано заниженное напряжение питания предварительного каскада - его необходимо увеличить, пересчитав резисторы R3 и R4.

Для чего нужно столь высокое напряжение для питания SRPP каскада? Рассмотрим вариант, когда напряжение его питания равно 400 вольт. На каждой из ламп напряжение анод-катод будет равно 200 вольт. Чтобы получить на выходе данного каскада напряжение с амплитудой 70 вольт, нужное для раскачки 6Н5С, напряжение на аноде нижней лампы каскада должно меняться от 130 до 270 вольт. То же и для верхней лампы.

Если мы снизим напряжение питания этого каскада, допустим, до 260 вольт, то анодное напряжение на нижней лампе будет равно 150 вольт, на верхней - 110. При той же амплитуде выходного сигнала 70 вольт, на нижней лампе напряжение должно меняться в диапазоне 70 - 220 вольт, что ещё приемлемо, а на верхней - от 30 до 180 вольт. Но при таком низком анодном напряжении (30В) лампа 6Н9С попадает в область большой нелинейности вольтамперной характеристики, что приведёт к сильным искажениям сигнала.

Не стоит бояться запитывать предварительный каскад таким высоким напряжением: если накал ламп гальванически не связан с землёй, то пробоя катод-накал не произойдёт.

Ещё вариант усилителя на 6Н5С

---

При построении SRPP каскадов возникает проблема с превышением максимально допустимого напряжения катод-накал для верхней лампы. Интересное схемное решение по смещению питания накала верхней лампы SRPP было найдено в проекте гибридного усилителя "Zarathustra". В нём нет резистора с анодного питания на накал. Кроме того, данное решение позволяет снижать фон, вносимый сетевым питанием. На схеме видно, что к накальным обмоткам подключены конденсаторы. Ток утечки анод-катод работающей лампы заряжает эти конденсаторы, пока этот ток не станет нулевым. При таком напряжении фон будет как раз минимальным. Происходит "автосмещение" накала. Также благодаря конденсаторам переменное напряжение накала становится симметричным относительно земли схемы. Номиналы конденсаторов некритичны, могут быть в диапазоне от 0,1 до 0,33 мкФ. Для симметрии на каждой накальной обмотке они должны быть одинаковыми. Лучше выбирать плёночный тип. Верхнюю и нижнюю лампы нужно питать от отдельных обмоток. Для верхней лампы напряжение конденсаторов должно быть не менее 400 В. Устанавливать их необходимо рядом с трансформатором и заземлять на корпус там же, где заземлено железо трансформатора.

Для тех, кому интересно - более детальное описание происходящих процессов. Нить накала располагается внутри трубчатого катода. При работе она раскаляется докрасна, а это значит, что происходит термоэлектронная эмиссия, как с подогревателя, так и со внутренней поверхности катода. С подогревателя эмиссия немного выше, так как он сильнее нагрет, а с катода тепло ещё и отводится наружу. Даже несмотря на то, что нить накала покрыта изоляцией, часть электронов просачивается сквозь неё, и мы имеем небольшой ток утечки.

На катоде нижней лампы напряжение сигнала нулевое, т.к. он заземлён по переменному напряжению, а постоянное напряжение там слабое, что даёт весьма малую утечку, влиянием которой можно пренебречь. Напряжение на катоде верхней лампы большое, с учётом сигнала влияние этой утечки уже может быть ощутимым. Здесь на помощь и приходят конденсаторы, которые заряжаются током этой утечки до тех пор, пока он не станет нулевым, при этом напряжение на них станет на пару вольт выше напряжения на катоде из-за упомянутой выше асимметрии эмиссии между нагревателем и катодом. При достижении этой величины заряд конденсаторов прекратится, и напряжение накала будет давать минимальный фон. А, так как ёмкость конденсаторов одинакова, то напряжение 6,3 В на них будет представлять собой два противофазных напряжения 3,15 В на выводах накальной обмотки, их влияние из-за противофазности также будет скомпенсировано, как и ВЧ помехи из сети. Проникновение звукового сигнала через паразитную ёмкость между катодом и накалом в обмотку накала также будет скомпенсировано. Таким образом, конденсаторы выполняют две функции: держат напряжение смещения накала на нужном уровне и симметрируют напряжение накала.

Если при работе конкретного накального трансформатора в конкретной сети напряжение на накале ламп оказалось чуть выше нормы, его можно немного снизить, подключив в разрыв два встречно-параллельных диода, на которых упадёт часть напряжения. Следует также напомнить, что монтаж цепей накала ламп следует производить скрученными проводами.

Понравилась статья? Иосиф Виссарионович говорит: поделись с друзьями!