Простой однотактный усилитель на прямонакальных триодах 2А3

Полностью завершил работу над постройкой лампового усилителя собственной конструкции. Однотактник без ООС с прямонакальными триодами 2А3 в выходном каскаде. Мощность усилителя 2,5 Вт/канал.

Это мой первый проект, как сейчас принято выражаться, реализованный от начала до конца: начиная от расчета рабочих режимов и выбора схемы подключения ламп до организации “подкапотного” пространства, подбора типов деталей и непосредственно монтажа и пайки.

Предыстория

Началось всё с того, что я решил изменить подключение EL84 в своем ламповом конструкторе STA45 на псевдотриодное. Для такого включения требовалась другая нагрузка и я стал выбирать выходной трансформатор на 3.5K. Свой выбор остановил на Daburu DA-35X, несмотря на свое тайваньское происхождение трансформатор намотан на качественном double c-core “железе” Z11. Это специальная кремнистая сталь (Silicon Grain-oriented Steel), предназначенная для изготовления трансформаторных сердечников толщиной 0,35 мм, изготавливаемая японской Nippon Steel Corp. Такая сталь по заверениям производителей имеет большее удельное сопротивление, что положительно влияет на свойства стали, используемой для изготовления сердечников (уменьшает возникновение вихревых токов и т.д. и т.п.). Впрочем, уважаемое сообщество это всё и так знает.

Сказано — сделано. Трансформаторы прибыли (7 кг, а не 3 за пару как указано на сайте продавца) и тут пришлось констатировать крайне неутешительный факт: размер трансформаторов слишком велик, чтобы их разместить на небольшом стальном шасси моего STA45. Именно наличие больших и качественных трансформаторов подтолкнуло меня к мысли не переделывать маленький пентодный усилитель, а построить новый усилитель на настоящем триоде в выходном каскаде.

Выбор ламп и схема

При выборе лампы для выходного каскада я предъявлял немного требований: линейная, способная работать на небольшом анодном напряжении (до 350 В) и обязательно прямонакальная лампа. 300 B я исключил из списка сразу из-за ее высокой стоимости. По моему скромному мнению лампа — это расходник, а не средство инвестирования в старость.

После недолгого исследования я довольно скоро пришел к решению, что самым подходящим триодом для моей конструкции будет 2A3. Небольшой микрофонный эффект (большой враг прямонакальных триодов), приличная линейность и возможность получить мощность порядка 3,5 Ватт на канал — все это говорило “за” при выборе лампы для выходного каскада. Нестандартное напряжение накала 2,5 В меня не пугало, так как я решил изначально заказать универсальный силовой трансформатор Hammond с несколькими вторичными обмотками, предназначенных для накала напряжениями 6,3 В, 2,5 В и 5 В. Вопрос выбора смещения для меня не стоял, выбрав автосмещение с мощным резистором в катоде я перешел к самому главному — выбору рабочей точке и режиму работы выходного каскада.

Испробовал несколько режимов, в том числе интересный по звуку 272 В анод-катод и 51 В смешения (выпуклый и динамичный звук), но из-за граничного значения рассеяния на аноде — более 15 Вт — я остановился на щадящем режиме 224 В анод-катод и 40В смещения. В этом режиме на аноде рассеивается около 11 Вт и на выходе дает около 2,5 Вт на канал, чего вполне достаточно для озвучивания комнаты в 17 м². Теплое сбалансированное, я бы даже сказал деликатное звучание — что еще нужно от триодного маломощного усилителя.

При выборе лампы для драйвера ничего не оставалось как последовать традициям классического лампостроения и выбрать малоточный триод с высоким коэффициентом усиления, например 6SN7 или 6SL7. Поначалу я не хотел изобретать чего-то особого и решил взять в качестве драйвера схему J.C.Morrison`а из его «Fi Primer». Это два каскада на половинках триода 6SN7 с непосредственной связью, казалось бы оптимальное решение — одним конденсатором меньше, но отмакетировав я получил высокий уровень искажений. Надо отметить, что еще до сборки я пересчитал режимы каскадов и у меня не получились те значения, что предлагает J.C.Morrison в своем примере, но тем не менее я решил попробовать. Уже позже на англоязычных форумах я нашел рапорты об ошибке в этой схеме, известной также как Sun Audio SV-2A3.

В итоге я решил переделать драйверный каскад, превратив его в SRPP каскад на половинках триода 6SL7 (известной в нашей стране больше как 6H9C). Поизучав варианты различных подключений я выбрал SRPP с подкючением нагрузки на верхний вывод катодного резистора верхнего триода (по схеме нижняя точка R5). Именно в этом подключении каскад работает как настоящий push-pull усилитель. Изюминкой каскада является на первый взгляд лишний резиcтор R6. Его назначение выравнить токи, проходящие через верхнюю и нижнюю половинку триода. Формулу для расчета его величины я взял на сайте журнала TubeCad.

Именно такая реализация SRPP позволяет получить на выходе каскада максимальное усиление сигнала с наименьшим коэффициентом нелинейных искажений, именно такое включение позволяет получить драйверный каскад с небольшим значением выходного сопротивления. Далее следует сказать несколько слов о блоке питания.

Блок питания

В разработке блока питания я использовал консервативный подход. Выпрямитель на основе кенотрона 5U4G и сглаживающий П-фильтр (с емкостью на входе). Так как сигнал проходит и через цепи фильтра тоже я попытался избавиться здесь от электролитов. Первый после дросселя — бумаго-масляный конденсатор 2,2 мкФ. Качество этого конденсатора очень влияет на звук и поэтому здесь я иcпользовал “медный” Jensen. Два других конденсатора (по отдельной емкости на каждый каскад) пленочный Ansar 100 мкФ и большой 220 мкФ Elna Cerafine, который только формально электролитический — так точны и линейны его свойства. Недаром Хирояши Кондо применял эти конденсаторы, наряду с Black Gate WKZ, в блоках питания своих конструкций.

Конструкция

Для размещенения узлов усилителя я выбрал просторное шасси. Все индукторы (дроссель, силовой и выходные трансформаторы) и лампы располагаются сверху, на верхней крышке. Так как крышка изготовлена из стали, а у меня не много опыта в её обработке, сверление отверстий под ламповые панельки я доверил производителю шасси, благо такая опция была возможна. О чем, в последствии, ни разу не пожалел.

Все остальные детали я расположил с обратной стороны крышки, используя навесной монтаж. Я использовал принцип “от точки к точки”, в этом мне помогли лепестковые бакелитовые панельки.

При выборе вариантов компоновки и размещения каскадов я поступился эстетическими принципами в пользу прагматических разместив входной каскад сзади, а выходной спереди (обычно делают наоборот). Такое размещение позволило мне использовать короткие провода от входных разъемов к потенциометру — который размещается рядом с входным каскадом, применив при этом неэкранированную моножилу Kimber. Ручку потенциометра я удлинил штангой так, чтобы регулятор громкости расположить традиционно на лицевой панели усилителя. Блок питания и выходные трансформаторы расположены как можно дальше друг от друга. Все цепи переменного и постоянного токов старался разнести друг от друга, а в случае их пересечения разместить под углом 90 градусов. Накальные цепи сделаны естественно витым проводом.

Заземление

Как известно организация “земли” самая трудоемкая задача при конструировании усилителя звуковой частоты. Пересмотрев немало решений и ознакомившись с опытом многочисленных разработчиков я решил применить метод земляной шины.

В качестве шины я использовал медный проводник без изоляции сечением 2 мм. Этого вполне достаточно. При диаметре большего сечения возникнут проблемы с пайкой, так как прогреть (без перегрева) такой проводник будет уже сложно.

Шина проходит через весь усилитель — от блока питания до входных разъемов, где присоединена к шасси (в одной точке). “Земли” каждого из каскадов собраны преимущественно в мини-звезды и уже потом подсоединены к шине.

Таких точек три:

1. средняя точка анодной обмотки трансформатора, земляной вывод первого конденсатора фильтра, средняя точка накальной обмотки 6,3 В и земля от выходных разъемов для акустики.
2. земли выходных каскадов – резисторы утечки сетки и катодные резисторы (вкл. шунтирующие их конденсаторы);
3. земли входных каскадов, “земля” регулятора громкости и “земли” входных разъемов.

Также мне хотелось бы поделиться информацией о выборе типов компонентов, но из-за большого объема текста видимо это нужно будет сделать в следующей части (в случае, если кому-то это покажется интересным).

PS: Название для усилителя я позаимствовал у King Crimson — Level Five так называется одна из вещей на альбоме Power To Believe.

Автор: keyman, по материалам livejournal.com