Лампов усилвател 60W

    Внимание!

    Устройството работи със смъртоносни напрежения! Не повтаряйте схемите ако не сте квалифициран специалист!

    След експериментиране с лампа PCL82 желанието за реализиране на мощен и качествен лампов усилвател доведе до експерименти с радиолампа ГУ-50. Повечето части за експерименталната постановка са набавени от трофейния радиолюбителски фонд – проводници, резистори, кондензатори, мосфети, радиатори, жакове и др. са взети от стари телевизори, компютърни захранвания, дънни платки и какво ли още не.

    Захранващия трансформатор е от стар източногермански осцилоскоп и е снабден със всевъзможни комбинации от преднапрежения, както анодни и отоплителни напрежения (самия осцилоскоп беше много тежък, около 60кг., двама мъже трудно може да го носят). Изходния трансформатор е изработен по описанието от сп. "Радиохобби" 6/2008. Трансформатор ТС-180 не беше намерен, но беше намерен неизвестна марка трансформатор с почти идентични физически размери.

    Получените резултати, АЧХ и КНИ дават основание да се смята, че саморъчно изработения трансформатор не отстъпва по нищо на много по-скъпите фабрични съгласуващи трансформатори. Разбира се времето за изработка, необходимите инструменти и себестойността на самите материали са фактори, който не са за пренебрегване. Но хобито преди всичко.

    За товарен резистор 8Ω/100W е ползвана комбинация от 2W резистори, потопени в 200 ml машинно масло. За около 30 min работа охлаждащата течност се загрява до около 60°C.

    За цокли на лампите са ползвани тръбовидни пинове от ATX захранвания. Пиновете се надяват на изводите на лампите и така се запояват към експерименталните платки. Алуминиеви съдове за еднократно печене на храна са ползвани за електромагнитно екраниране на предусилвателя, фазоинвертора и драйверите. По този начин се намаляват разходите за експериментиране и се ползват ефективно ресурсите .

    Радиолампите, както и някои части са набавени от специализираните магазини.

    Самата лампа ГУ-50 има дълга история, била е проектирана и произвеждана в Германия. През ВСВ дори е била ползвана в навигационните системи на първата в света балистична ракета – "Фау 2". В справочната информация на германските оригинали LS50 и P50 е посочено приложение на лампата като НЧ и ВЧ пентод. Руския производител посочва приложение като генераторен и усилвателен ВЧ пентод.

    Първоначално беше реализирана схемата на усилвател от сп. "Elektronika Praktyczna" 4/2008 (фиг. 1). Статията е разработена отлично и съдържа достатъчно подробности. Получените резултати от експеримента са напълно идентични с резултатите в полското списание. За захранване беше използвано устройство за задържане и филтрация на анодното напрежение – УЗФ, леко преработено за 420V. Схемата на УЗФ (електронен дросел) е разработена от Олег Иванов и е представена на http://r-lab.narod.ru/drossel01.htm.

Фиг. 1 Лампов усилвател 30W

    Недостатък на дизайна на усилвателя от сп. "Elektronika Praktyczna" е нерационалната употреба на крайния пентод ГУ-50. В резултат имаме компромисен вариант със сравнително ниска изходна мощност и качествени показатели. Самата лампа е проектирана като пентод. Конструктивното изпълнение не позволява свързване в ултралинеен режим, тъй като напрежението и мощността на втората решетка са ограничени.

Фиг.2 УЗФ (електронен дросел)

    След тестовете на различни конфигурации и схеми се стигна до крайния вариант на усилвателя на фиг. 3. Схеми и идеи са заимствани от кн. "В помощь радиолюбителю" [2], кн. 58 и сп. "Радио" бр. 4 / 1972 г. [3].

    Напрежението на самоиндукция породено в съгласуващия трансформатор по време на преходните процеси се сумира със захранващото напрежение и предизвиква изгаряне на MOSFET-a в УЗФ. Необходимостта от MOSFET с пробивно напрежение над 1400V прави употребата на УЗФ непригодна за осигуряването на анодното напрежение на крайните лампи.

    В схемата от списание "Радио" [3] са приложени вериги за симетриране на възбудителните напрежения на крайните лампи както и схеми за симетриране на токовете на екранните решетки на същите. Тестовете показаха, че в случая тези вериги не водят до подобряването на АЧХ и КНИ, напротив - влошават АЧХ и КНИ.

    За предусилвателна лампа на усилвателя от фиг. 3 е използван ВЧ пентод 6Ж1П-ЕВ. При еднаква изходна мощност КНИ с и без предусилвателя са еднакви, т.е. самото предусилвателно стъпало внася незабележими нелинейни изкривявания.

Фиг. 3 Лампов усилвател 60W

    Фазоинверторът е реализиран по самобалансираща се схема, която е подобна на сх. ОК (катод) и внася допълнително усилване. Фазоинверторът и драйверът са базирани на триода 6Н8С, чийто аналог е 6Н1П. Лампите във фазоинвертора и драйвера са екранирани против електромагнитни смущения с алуминиево фолио. Отоплението на съответните лампи е постояннотоково и е свързано към общата маса, против брум.

    Експериментите показаха, че КНИ на крайните лампи зависи от напрежението на анода и най-вече от напрежението на втората решетка. По тази причина напрежението на втората решетка трябва да е възможно най-високо: 300 ÷ 320V.

    При по-високи напрежения работата на лампата като цяло много трудно може да се балансира и е възможно радиолампата да излезе от строя. За това от тази гледна точка е препоръчително да се работи с по-високи анодни напрежения, които сами по себе си са също трудни за манипулиране. Тока на покой на крайната лампа е изчислен по емпиричния метод . А именно тока на покой не трябва да превишава 70% от максимално допустимият ток при съответното анодно напрежение:

Ia_idle ≤ 0,7.(Pa_max / Ua);       Ia_idle 0,7.(40 / 720);       Ia_idle 0,038 A

    По този начин се гарантира, че максимално допустимата анодна мощност няма да бъде превишена в нито един момент от работния период.

Pout, W 40 60 80
THD, % 2,2 10,6 20
Feedback, dB 12 12 No feedback

Табл. 1 КНИ в зависимост от изходната мощтност и ОВ

    В схемата от фиг. 3 е приложена обща ООВ по напрежение, чиято дълбочина е 12 dB. Настройката на ОВ се свежда до определяне на съпротивлението в ОВ (в случая около 300 kΩ). Това съпротивление трябва да осигурява стабилна работа на усилвателя без самовъзбуждане и генериране. Известно, е че за стабилната работа на всеки усилвател с ОВ, самата ОВ трябва да е отрицателна за всички възможни честоти и фазови отмествания. За компенсиране на дефазирането се прилагат RC компенсиращи вериги.

    В любителската практика различните конструкции предизвикват различни дефазирания. По тази причина в случая е предпочетено да не се внасят фазови корекции с RC вериги и съответно ОВ не може да бъде дълбока. Именно способността на инженерите от средата на миналия век да проектират усилватели с дълбоки ОВ води до създаването на високореалистични усилватели. Като Williamson amplifier например. Може би някой ентусиаст с познания за Bode plot и ОВ би могъл да внесе светлина по въпроса

    КПД на крайния усилвател с ГУ-50 е 60%. Промишленото КПД на устройството е 33% .

    В материала е възможно да са допуснати грешки и неточности. За корекции, мнения и препоръки: m_kirov(a)abv.bg


    Използвана литература:

    1. Електронни лампи: 6Ж1П, 6Н8С, ГУ-50, LS50, P50
    2. "В помощь радиолюбителю", кн. 58
    3. сп. "Радио" бр. 4 / 1972 г.
    4. Ламповый УМЗЧ 2x30W на мощных пентодах ГУ-50
    5. Электронный дроссель для лампового усилителя
 

Мартин Киров,
Плевен, 28 юни 2016 година