Підсилювач НЧ циклотрон на польових транзисторах. Гібридний циклотрон без оос класу "а". Різновиди без трансформаторних схем

Завдання було поставлено наступним чином: побудувати домашній HiFi-стереопідсилювач потужністю орієнтовно 10-12 Ватт з деталей, що опинилися в наявності.
Спробувати оптимізувати існуючі схеми, використовуючи вимірювальні прилади, недоступні в 30-і - 50-і роки минулого століття, і отримати коефіцієнт гармонік менше 0.5% на максимальній потужності.
Мати у кожному каналі виходи для двох опорів навантаження - 8 та 16 Ом.

Схема:

Вихідні трансформатори ТПП280-127/220-50, анодний ТА247, накальний ТН46. Напруги вказані ті, що були виміряні у реальній схемі без сигналу. У дужках значення для правого каналу.
Струм спокою кожної лампи вихідного каскаду приблизно 30-35 міліАмпер.
Ланцюги розжарювання, живлення пропелера, запалення світлодіодів та перемикання входів мені малювати було ліньки. На вихідному трансформаторі залишилися чотири невикористані обмотки, які можна скомутувати на восьмиомне навантаження.

При досить низькому коефіцієнті гармонік спостерігався неабиякий, на 10-15 Вольт, різнобій напруги на анодах ламп передконечного каскаду. Тобто, щось там балансувати я не став.

Цирклотрон був обраний тільки тому, що трансформатори, застосовані як вихідні, при традиційному включенні не пропускали нижче 70-80 Герц, зате анодний трансформатор дозволив отримати чотири ізольовані джерела по 350 Вольт на холостому ході.

Результати роботи спектроаналізатора.
Лівий канал:

Правий канал:

вимірювання проведені, коли обидва канали качають у навантаження потужність, близьку до початку обмеження - напруга на еквіваленті навантаження 16 Ом 14 Вольт. Це значення умовно прийнято за максимальну вихідну потужність- приблизно 12 Ватів.
Смуга із завалом -2дБ від 30 до 18000 Герц при рівні -6дБ
Коефіцієнт гармонік при рівні виходу -20дБ, тобто при потужності одна сота від максимальної - приблизно 0.06% (роздільна здатність моєї вимірювальної системи ілюструє ось ця картинка:

При збільшенні напруги зміщення вихідного каскаду до -13.5 Вольт коефіцієнт гармонік на максимальній потужності не змінюється, а при рівні виходу -20дБ становить приблизно 0.12-0.15%, що яскраво ілюструє різницю між класом A і класом AB.

Рівень шуму/фону приблизно -75дБ, жодних спеціальних заходів для боротьби з фоном я не застосовував. Чутливість приблизно піввольта або навіть вище - сигналу на виходах комп'ютерної звуковухи та сиді-програвача цілком вистачає для повного розгойдування, та ще із запасом децибел шість. При цьому розбаланс посилення між каналами приблизно 3 дБ.

Ще кілька картинок:

Я поки не зрозумів, як мені спорудити простий програмний двочастотний генератор для вимірювання інтермодуляційних спотворень, але, подивившись на вже отримані картинки, вирішив, що робити цього не буду. Зрештою, 0.4% гармонік на 12 Ваттах від пари 6П14П без зворотного зв'язку - це навіть краще, ніж я очікував.
Для отримання такого результату довелося ретельно підбирати лампи та балансувати фазоінвертер. При "неоптимальних" лампах коефіцієнт гармонік (за умови балансування) на максимальній потужності зростає в півтора-три рази, наприклад, при встановленні в каскад 6Н1П він становив приблизно 0.7%.

Відповім на будь-які питання і поміряю будь що - якщо зможу:-)

Ця ідея народилася після численних експериментів з
однотактними циклотронами, де вихідний автотрансформатор
потрібно було «передавлювати» протитечією для отримання
нуля з його висновках. Отже, все по порядку, що це за звір
однотактний циклотрон і чим він кращий за звичайний підсилювач
побудованого за традиційною схемою? Для початку користуючись
залізним правилом аудіофіла: «Немає елемента – немає проблеми»
створимо найбільш короткий тракт від ЦАП до динаміка. Тут
потрібна лампа з високою крутістю і великим посиленням, щоб
на одному каскаді отримати близько одного вата вихідний
потужності, що цілком достатньо для суб'єктивної оцінки
якості звуку. У такому короткому тракті буде чути все:
якість паяння, довжина дротів тощо. тому монтажу потрібно
приділити особливу увагу. Схема малюнку 1.

Мал. 1.

Нижня лампа це власне підсилювач потужності, а верхня
найпростіше, але ефективне джерело струму, достатньо
подивитись на ВАХ 6Ж52П у пентаді і відразу зрозуміло чому
верхня лампа стабілізує саме струм, а чи не напруга.
Його завдання (джерела струму) – «передавити» напругу на
автотранс до нуля. Для чого це потрібно? А лише для того, що
за давно усталеною традицією вважається, що на динаміці не
мабуть ніякої постійки, це мовляв, для нього шкідливо.
У мене інша думка – це не шкідливо, це навіть корисно, але
про це трохи нижче.
Налаштування схеми просте. Резистором R2 виставляємо 150
вольт між катодом і сіткою екрануючої лампи Л2.
Резистором R1 досягаємо нульового потенціалу на автотрансі.
Струми: I1 - струм Л1, I2 - струм Л2, вони повинні бути рівними.
Як Тр1 застосований той же транс, що і в другому варіанті
схеми, але тут без проміжку 0,12 мм.
Що отримуємо в результаті циклотрону:
1. Автотранс можна мотати ТОРах, т.к. Відсутнє
підмагнічування сердечника.
2. Частотний діапазонрозширюється до теоретичного
межі: знизу – 0 Гц (залежить від індуктивності та
Ri вихідний лампи), зверху – до 100 кГц (залежить
від своєї ємності автотрансу).
3. Ну і головне, звук, суб'єктивно стає більш
різким та прозорим. Все, що губилося в повітряному
зазорі між первинкою та вторинкою при
трансформації, тепер присутній у вихідному
сигнал.
Скептики можуть посміхнутися та заперечити – навіщо потрібен весь цей
геморой із джерелом струму? У відповідь скажу просто та коротко –
це покращує якість звуку.
Тепер переходимо до основної частини статті.
Так от, у процесі експериментів народилася думка, а чи не можна
взагалі забрати джерело струму, і чим це загрожує динаміку?
Виявилося нічим, дивимося схему малюнку 2.

Мал. 2.

Як автотранс були використані два телевізійні
трансформатора ТБ – 3Ш, 1 – це первинка, 2 – це вторинка.
Транси розбираються, I пластини видаляються, далі стикуємо
їх тими місцями, де були I пластини із зазором 0,12 мм,
обмотки з'єднуємо паралельно. Схема малюнку 3.

Мал. 3.

Порахуємо потужність, що падає на динаміці:
Р = 0,00017 х 0,02 = 0,0000034 Вт
Ну і що, досі страшно включити динамік до аноду?
По-моєму цими мікроватами і муху не вб'єш, не кажучи вже
про акустику. Зрозуміло, остаточний вибір залишається за Вами,
але ще раз хочу сказати – автотранс реально покращує якість
звуку. Тим більше (я так думаю) що невелика постійка
не дає дифузору сильно бовтатися після одиночного імпульсу,
чим і пояснюється різкіше звучання схеми на низах.
Такою простою переробкою з ТВЗ в автотранс можна покращити
якість звуку будь-якого однотактного підсилювача. Але потрібно не
забувати, що в другому варіанті використовується автотранс
зазором.
Також необхідно пам'ятати, що між колонковим кабелем
і землею є висока напруганебезпечне життя.
Я б радив припаяти колонковий кабель прямо до автотрансу
без перехідних клем на корпусі, а роз'єми на колонці
закрити невеликим кожухом.
Удачі та гарного звуку.

Максимов Андрій Володимирович. sattelite2006()yandex.ru

Коментарі до статті:

Нещодавно на www.dvdworld.ru розгорілася, не без участі автора, дискусія про безтрансформаторні підсилювачі взагалі, і цирклотрон (circlotron) зокрема. Автор опинився в меншості... більшість же стверджувала колективну точку зору на те, що...

• Безтрансформаторні підсилювачі не можуть грати.
• Безтрансформаторні схеми – "транзисторні".
• Що таке цирклотрон? голос із задньої парти:Це і є безтрансформаторний підсилювач?
• Ні! У них у всіх "стеблова" топологія.
• Це новомодний винахід такий. Типу Долбі. Для домкіно зійде.
• Це клас АБ! цур мене!
• Це ж глибока ООС! голос із задньої парти:А без ООС він не буває! все хором:Кююю...
• У когось від цирклотрону колонки згоріли.
• Загалом лише двоє з опонентів зізналися, що чули цирклотрон наживо (щоправда, один із названих приладів цирклотроном не був), але воно все одно не грає.
• Лише один із опонентів сам побудував безтрансформаторний підсилювач (або, принаймні, спостерігав процес), але залишився незадоволеним.

Ось такі ось твердження, на межі третьої стадії статистики. Давайте розбиратися за пунктами. Спочатку розберемося, що таке цирклотрон і що таке безтрансформаторний підсилювач... особи, які не поступаються принципам, можуть далі не читати.

В основі цирклотрону - двотактний бруківка силовий каскад, в якому струми джерел живлення перехресно замикаються через навантаження. Результуючий струм навантаження дорівнює різниці струмів двох плечей. Ось так виглядає (саме так) виглядає бюджетний цирклотрон Electro-Voice А20 1956 вихідною потужністю 20 Ватт (вихідної та передвихідної каскади). Аналогічна конструкція на вітчизняних приладах опублікована Радіо, N9, 1963 рік.

Ну і де тут безтрансформаторний каскад, запитає опонент? А хто йому сказав, що цирклотрон – обов'язково безтрансформаторний? Ну точно не я, то панове опоненти самі вигадали, всі питання до них... А так само і з приводу транзисторної топології.

Навантаження може бути безпосередньо акустичною системою(Як у сучасних цирклотронах Atma-Sphere, Tenor Audio). Можливо - автотрансформаторної (використовується і в заводських конструкціях, і багатьма користувачами "чисто безтрансформаторних" цирклотронів). Можна замкнути навантаження через аноди,

а сам цирклотрон зробити однотактним, ось так:

Ми вже згадали дату – 1956. Події розвивалися так (шанувальників нових хронологій попереджаю – дати настоїші!)

• 07.06.1951 - Сecil T. Hall подає заявку на патент США, патент 2705285 виданий 29.03.1955
• 01.03.1954 - Alpha M. Wiggins подає заявку на патент США, патент 2828369 виданий 25.03.1958.
• Паралельно, аналогічний патент був зареєстрований у Фінляндії на ім'я Tapio Koykka (виданий 10.11.1954 – абсолютна першість)

Патенти Віггінса та Койкі негайно реалізувалися у промислові вироби під марками Electro-Voice (США) та Voima Radio (Фінляндія). Докладніше історія розповідається на www.circlotron.tripod.com, звідки ця інформація та отримана автором. Благо, є ще люди на світі, які передають інформацію, взяту не зі стелі, а з патентних бібліотек.

Дійсно, новомодна технологія...

Чому схема свого часу не поширилася по всьому світу? У первісному трансформаторно-пентодному варіанті її єдина перевага перед традиційними пушпулами - низький вихідний опір з боку катода спрощує конструкцію трансформатора. Решта " переваги " пентодного пушпула - в наявності (обов'язкова ООС, Вільямсонівські каскади, щонайменше двох пар розділових ємностей тощо.). А суттєвий мінус – подвійний комплект обмоток, випрямлячів та фільтрів – не дозволяв конкурувати в ціні з традиційними конструкціями. Адже тоді не було хаенда, і боротьба точилася за кожен долар, а не кількість нулів у ціні. Квантовий стрибок до повністю безтрансформаторної схеми вимагав переходу на якісно інший ціновий рівень, тим більше при тодішніх комплектуючих - нагадаю, що напруги в безтрансформаторному підсилювачі лампові, а струми - транзисторні, тому вартість повноважного фільтра живлення (10-40 тисяч мкФ * 200В на канал ) і сьогодні зовсім не дитяча ... Загалом, не прижилося дитинко. Нове життя цирклотрону почалося приблизно 1982 року (помер Брежнєв, збили Боїнг, розмістили Першінг, випустили Novacron).

До речі, про подвійний комплект джерел живлення. Він практично неминучий в підсилювачах потужності, а ось у балансному підсилювачі Ральфа Карстена (патент США 6242977) - повноцінному цирклотроні з прямим виходом (120В пік-пік, не жарт!) на 600-омну лінію - обійшлося одним комплектом випрямлячів. Як? не просто, а дуже просто... хто не здогадався, зайдіть до патентної бібліотеки, не мені Вас вчити. У ламповому кінці таке теж можливо ... пара ємностей і пара (краще - дві пари) МДП-транзисторів на гарних радіаторах.

Тепер розберемося зі стеблами. Складно сказати, чому в головах опонентів засіли такі ботанічні пізнання (розробники "стебел" надавали перевагу етнографічним термінам із життя корінних народів США). Як показав слідчий експеримент, стеблом названо схему Футтермана-Розенбліта (практично, в даний час виробляється тільки Розенблитовський варіант - первісна схема Футтермана виявилася ненадійною і не використовувала належним чином низький вихідний опір з боку катода). Ось воно, стебло, яке не має нічого спільного з цирклотроном.

Cхема Ф-Р впевнено працює тільки з зворотним зв'язком(Не менше 12дБ). Без ООС вона непрацездатна - вихідний опір з боку катода та анода різне, другої гармоніки буде багато навіть за стандартами хаенд. Ось тільки попередніх каскадів треба 3, а в цирклотроні достатньо одного.

І, до всього іншого, передкінцевий каскад у схемою Ф-Рбачить різні ємності навантаження. У цирклотроні ж обидва плечі симетричні, і проблем із різним зрушенням фаз немає. Кілогерц так до сотні.

за постійному струму- і в цирклотроні, і в "стеблі" - необхідно два незалежні джерела усунення вихідного каскаду. Справді, за прямому підключенніРізниця акустики в токах плечей замикається через неї. Але на практиці, при максимальному струмі плеча в 0.5А (вісім 6Н13С або 46С33С на канал) - навіть при повному виході з ладу одного плеча через навантаження потече рівно півампери. У житті - досягти розбалансу справних плечей більше 1/3 струму спокою при справних лампах не зможуть навіть найзаслуженіші опоненти та радіозгубники. А чи можна вбити акустику постійним струмом 100-200 мА? У крайньому випадку, якщо відмовило одне плече, а в іншому – сітки сіли на землю, тут вибачте – повинні спрацювати запобіжники. Опоненти, ви знаєте, що таке?

А при автотрансформаторному зв'язку питання про постійне навантаження взагалі недоречне. При опірі повної обмотки в 1 Ом від кожного катода до землі - рівно половина Ома, а на вихідному затиску - чверть Ома... перемножуємо на 0.5А, отримуємо 125мВ у гіршому випадку.

Тепер про ООС. Цирклотрон без ООС на традиційних "стабілізаторних" лампах

• Стійкий по постійному струму та напрузі. Лампи 6С33С в режимі з фіксованим зміщенням, взагалі-то, схильні йти врозріз, але це лікується елементарною локальною ООС (через внутрішній опір джерела живлення). Лампи 6Н13С, 6С19П, 6П45С не вимагають будь-яких хитрощів.
• Має смугу від 0 до щонайменше 100 кГц за рівнем -1дБ. І стійкий як Мідний Вершник. Смуга визначається, в основному, зв'язком з попередніми каскадами (знизу) та ємнісним зв'язком між половинками блоку живлення (зверху). Зрозуміло, що при трансформаторному або автотрансформаторному зв'язку смуга звужується.
• Має безтрансформаторному включенні вихідний опір від 10 Ом (8 6Н13С на канал) до 2 Ом (Atma-Sphere MA1, 24 6Н13С на канал). А з автотрансформатором 3:1 – від 1 до 0.3 Ома. Вам і багато цього? При 50В на сітках це приблизно 15В на виході. Вам цього замало?
• Звісно, ​​все залежить від акустики. Якщо ставити завдання відтворити 10Гц на крихітних фазоінверторах – будь ласка, використовуйте ООС. А якщо ні, і опір акустики в СЧ діапазоні не надто лихоманить - слухайте музику, допомагає...

Перші – трансформаторні – цирклотрони Electro-Voice працювали тільки з ООС. Економічності заради в них використовувалися пентоди, причому з перехресним живленням сіток, що екранують, з них вичавлювали все, що можна. Сучасний цирклотрон ті ж 20Вт знімає не з пари 6П6С, а з восьми 6Н13С. Тож питання нелінійних спотворень, горезвісної третьої гармоніки стоїть не на першому Ватті, і навіть не на десятому... А, до речі, що станеться на десятому Ватті з однотактником на триста? Це не заради лайки, це просто щоб уявити різницю в масштабах.

Тепер про клас А та АБ. Тут плутаються і невиліковні опоненти, і навіть грамотні люди. Далі – для грамотних! Розглянемо реальний цирклотрон (Мамонт 1), 8 ламп на канал 6Н13С, навантаження 8 Ом. Задамо струм спокою на тріод - 75мА (всього - 1.2А, усунення при цьому близько -60В). За якої вихідної потужності каскад перейде з класу А до класу Б? Обмежимося синусоїдою на вході для простоти прикладу. Моделювання EWB 5.12 досить точно відображає суть процесу.

Традиційна логіка каже – при миттєвому струмі навантаження 0.6А (ефективна напруга на навантаженні 3.4В, потужність – 1.5 Вт) одне плече повністю закриється. 6Вт замало буде. А тепер подивимося, як насправді поводяться струми плечей (збудження 9.2В ефф, вихідне 3.4В ефф):

Нічого не закривається! Адже під катодом – не земля та не катодний конденсатор, а половина навантаження! Закону трьох других не забули? Збільшуємо збудження, наближаємося до відсічення.

Опа! ось уже можна вмикати секундомір. На сітках - 20В ефф, на навантаженні - 7.3 В ефф, потужність у навантаженні - 6.6Вт. Ось це і є межа класів А-АБ. Тепер збільшимо опір навантаження до 16 Ом при незмінному сітковому збудженні. Форма струму повернеться до класу А (приблизно як на першому графіку), на навантаженні - 10.7В ефф, або практично ті ж 7.0 Вт. Кордон же А-АБ зміститься до 13Вт на виході (14.4 В ефф на навантаженні). Так, схема любить високі опори навантаження, я попереджав. А хто їх не любить.

І жодних проблем із трансформатором у відсіканні. Відсікання в житті, до речі, менш різке ніж на ідеальних моделях - лампа закривається не так охоче.

Ну і, нарешті, як воно звучить? Опоненти, чесно скажіть – який цирклотрон, коли та в якій системі Ви слухали? Мамонт – завжди готовий до Ваших послуг. Приходьте, посваримо разом...

Посилання та подяки:

Сучасні цирклотрони Ральфа Карстена

У старій радянській літературі його називали протипаралельним (містковим) підсилювачем, у західній – циклотроном (circlotron, цирклотрон). Ви називайте, як зручніше та звичніше. У статті я вживатиму слово "циклотрон".
А по суті він – двотактний бруківка. Надалі, для простоти, називатиму його циклотроном, тому що всім це поняття більш знайоме. Циклотрони за способом зв'язку з навантаженням поділяються на трансформаторні, автотрансформаторні, дросельні, анодні, SE-циклотрони та безтрансформаторні (OTL) циклотрони.

Подальша моя розповідь буде про OTL-циклотрон, тобто про безтрансформаторний двотактний мостовий силовий каскад з резисторами в катодах вихідний ламп.

Чому я звернувся до цієї теми?
Причин кілька. По-перше, було багато нападок з боку представників трансформаторних підсилювачівна все, що було без трансформаторів, по-друге, чесно зізнаюся, я не зможу намотати якісний вихідний транс кустарно, вважаю, це може зробити далеко не кожен аматор і на професійному оснащенні. Ну, і, по-третє, у мене з'явилося кілька 6С33С-В, захотілося побудувати щось масштабне та потужне на цих чудових тріодах. Так що на зло першій причині, шкодуючи про другу і завдяки третій, я взявся за втілення ідеї.

Перший проект

Розрахунок підсилювача провадився за характеристиками ламп.

Виключено фрагмент. Наш журнал існує на пожертвування читачів. Повний варіант цієї статті доступний тільки

По змінному струму лампи ОК циклотрону включені паралельно, отже, і Rвих у чотири рази менше, ніж у звичайних двотактних схемах. Каскад нормально працює при номіналах Rк – 510Ом-3кОм. Спробував навіть за Rк=15Ом, але падала потужність каскаду, і спостерігалося деяке “загострення” вершин синусоїди. Так як підсилювальний каскад є катодним повторювачем, то напруга на Rк майже дорівнює вхідному на сітці. Змінним резистором у ланцюзі зміщення виставляється "баланс нуля" на виході в статиці після прогрівання ламп. Контролюється цей нуль за допомогою міліамперметра з центральною шкалою та межами відхилення -50…+50мА, підключеного через обмежувальний резистор 200 Ом. Навіть при максимальному розбалансі плечей (ручка потенціометра вивернута в будь-яке крайнє положення) і при включенні відразу повного живлення, стрілка приладу робить короткочасний кидок на позначку 50мА або навіть трохи зашкалює, що відповідає тимчасовій появі в навантаженні 10В. Насправді ця цифра при правильному прогріванні ламп значно нижче.

Драйверною лампою була обрана 6Н6П-Е, сітки якої безпосередньо пов'язані з анодами фазоінвертора (ФІ) на 6Н23П-ЄВ (Uа=110В, Iа=7…8мА). ФІ з катодними зв'язками. На анодах 6Н6П-Е напруга +260...265В, катодним резистором підбирається напруга на катоді 115...116В. За такого режиму кожен тріод драйвера їсть до 20мА. Хочу ще раз нагадати, що цей макет проганявся 13 років тому, можливо, якісь нюанси я вже призабув. Але! Що я пам'ятаю точно. Потужність вдалося розвинути до 50Вт, було дуже палко! Довелося обдувати панельки 33-х вентилятором. АЧХ виявилася практично лінійною від 10Гц до 200кГц. Спотворення та рівень шуму та фону не вимірювалися. Картинка синуса 1кГц на осцилографі була ідеальною. Оскільки АС для випробування не були тоді ще готові, я просто підключив два послідовно з'єднані динаміки 2А12-У4 і прослухав на невеликій потужності. Підсилювач грав, а це головне.

З виготовленням шасі проблем не було. Так як я служив інженером на кафедрі радіозв'язку колись ліквідованого та зруйнованого військового училища зв'язку та займався передавачами великої потужності, то мав виходи на різні оборонні підприємства та НДІ міста, які розробляли та постачали нам техніку. З матеріалами та деталями теж проблем не було, тоді був золотий час. Так, в одному з цехів я замовив шасі розміром 350х350х65мм. Цю гнуто-зварювальну конструкцію мені виготовили з листа міді завтовшки 2мм з усіма необхідними отворами.

Конструкція та деталі

Деталі, переважно, вітчизняні, використовувані у воєнці.

“Землі” катодних резисторів ОК та ланцюгів усунення спаяні разом. Далі загальні дроти всіх каскадів і каналів зводяться на конденсаторах високого фільтра анодного. Методом тику на шасі було визначено точку загального заземлення підсилювача, вона опинилася у центрі поруч із мережним перемикачем. У цю ж точку припаявся кінець від обмотки силовика, що екранує. До речі, наявність цього з'єднання, у плані тла, відчутно на слух. У нижню кришку шасі я врізав два невеликі плоскі вентилятори (12Вх170мА) для обдування панелек 6С33С-В.

Увімкнення та налаштування

Прослуховування

В планах

Починав своє хобі з простих транзисторних схем усилків, кольоромузики та іншого, що друкувалося у «Радіо».

Двадцять років тому зібрав свій перший двокасетник.
З 1996р. захопився ламповими схемами.

Читацьке голосування

Статтю схвалили 34 читачі.