В последние годы ведется интенсивная работа по созданию аппаратуры, обеспечивающей высококачественное воспроизведение
звука, в том числе и усилителей НЧ. Чтобы удовлетворить требования, предъявляемые к таким усилителям, приходится вводить
глубокую отрицательную обратную связь.
Повышение глубины отрицательной обратной связи возможно лишь до определенных пределов, так как фазовые сдвиги па крайних
частотах могут привести к самовозбуждению усилителя. Улучшение фазовой характеристики осуществляется путем изъятия из схем
усилителя всех элементов, создающих фазовые сдвиги. Одним из таких элементов и является выходной трансформатор, и поэтому
усилия конструкторов давно направлены на создание усилителей без выходных трансформаторов. При этом возможны два пути: уменьшение
выходного сопротивления усилителей до 10—20 Ом для согласования с обычными электродинамическими громкоговорителями
и применение высокоомных громкоговорителей.
Рис. 2. Схемы усилителей с низким выходным сопротивлением
На рис. 1 и 2 приведены схемы усилителей с низким выходным сопротивлением. Один из них (рис. 1) выполнен по
обычной схеме RC-усилителя на специальных лампах типа 6337 с крутизной 45 мА/В и внутренним
сопротивлением всего 60 Ом. Выходная мощность усилителя 20 вт. при небольших искажениях и линейной частотной
характеристике от 10 до 30 000 Гц. Оконечный
каскад потребляет ток 0,8 А при анодном напряжении 250 В. Во втором усилителе громкоговоритель включен
в катодную цепь выходного каскада, работающего по схеме катодного повторителя. Усилитель содержит 8 ламп типа 6AS7 (аналог
лампы 6Н5С) и развивает мощность в 12 вт. на 16-омной нагрузке. Однако эти усилители из-за низкого КПД и необходимости
применения специальных ламп распространения не получили.
Была разработана принципиально новая схема усилителя (рис.3,а).По сравнению с обычной двухтактной схемой (рис. 3,б) в
этом усилителе источники анодного питания и сопротивление нагрузки поменялись местами, причем нагрузка не имеет отвода от
средней точки. Внутреннее сопротивление такого выходного каскада в четыре раза ниже, чем у обычного, так как по переменному
току лампы включены параллельно. Поэтому если применить триоды с малым внутренним сопротивлением и громкоговоритель с сопротивлением
звуковой катушки в несколько десятков или сот Ом, то можно обойтись без выходного трансформатора.
Рис. 3. Источники анодного питания и сопротивление нагрузки поменялись местами
Дальнейшее усовершенствование усилителя позволило вместо двух источников анодного напряжения применить один общий
источник анодного питания (рис. 4, а). Звуковая катушка громкоговорителя
образует цепь отрицательной обратной связи по току для лампы Л2, поэтому напряжение возбуждения, подводимое к
сетке этой лампы, должно быть больше, чем для лампы Л3. Это достигается увеличением сопротивления R1
по сравнению с R2. Кроме того, так как нагрузка имеет индуктивный характер, то ее полное сопротивление
будет сильно изменяться по диапазону, поэтому параллельно нагрузке подключают корректирующую цепочку, состоящую из омического
сопротивления и последовательно включенного конденсатора. Лампы 6082, примененные в выходном каскаде, имеют параметры, аналогичные
лампе 6AS7, но усилитель развивает мощность в 25 вт. на 16-омной нагрузке. Глубина обратной связи 40 дБ при
коэффициенте нелинейных искажений 0,4%.
Необходимости различного возбуждения для оконечных ламп, свойственной усилителю по схеме рис. 4, а, можно избежать
путем применения схемы рис. 4,6. Здесь один конец сопротивления R2 подключен к общей
точке соединения выходных ламп, которые работают как катодные повторители. Так как нагрузка включена в катодную цепь лампы
Л1, то на ней будет возникать напряжение положительной обратной связи, что позволит значительно
уменьшить напряжение возбуждения. В оконечном каскаде усилителя включено 14 ламп 12В4, которые развивают мощность в 20 вт.
на 16-омной нагрузке. При глубине отрицательной обратной связи в 48 дБ нелинейные искажения составляют 0,1%, а
частотная характеристика линейна до 20 кГц.
Рис. 4. Схема предоконечного каскада дает широкие возможности в подборе различного напряжения возбуждения для усилителя
Необходимость создания различного напряжения возбуждения для усилителя по схеме рис. 4 не представляет серьезного недостатка,
так как схема предоконечного каскада дает широкие возможности в их подборе.
В настоящее время широкое распространение получил усилитель, схема которого приведена на рис. 5. В этом усилителе входной
сигнал для верхней (по схеме) лампы всегда содержит искажения (вторая гармоника), создаваемые нижней лампой. Для компенсации этих искажений
искусственно создают такие же искажения в верхней лампе путем смещения ее рабочей точки (R2 не равно
R3). Взаимная компенсация искажений осуществляется в нагрузке. Казалось бы, для снижения
искажений усилителя проще было бы уменьшить искажения в нижней лампе путем введения отрицательной обратной связи по току
(изъяв, например, конденсатор С1), но это потребовало бы значительного повышения напряжения возбуждения и повысило
бы внутреннее сопротивление усилителя, что крайне нежелательно.
Рис. 5. Усилитель, получивший широкое распространение
Практически было установлено, что выбор рабочей точки верхней лампы является критичным только при малых выходных мощностях.
В случае применения двух ламп типа EL-86 без всякой обратной связи можно получить выходную мощность в 9 вт. при нелинейных
искажениях в 10%.
Дальнейшим развитием схем этих усилителей явился усилитель, схема которого изображена на рис. 6. Он представляет собой
как бы объединение двух каскадов усилителя по схеме рис. 5 и содержит четыре выходные лампы, включенные по мостовой схеме,
причем громкоговоритель включен в одну из диагоналей моста, а источник анодного питания — в другую диагональ. Напряжения
возбуждения на сетки каждой пары ламп, расположенных по вертикали, должны быть противофазными и должны совпадать по фазе
у ламп, расположенных по диагонали (лампы Л3, Л6 и Л4, Л5).
Кажущаяся довольно сложной система возбуждения на практике осуществляется очень просто с помощью двухлампового предоконечного
каскада, показанного на рис. 6, б (сеточные провода на обоих схемах имеют одинаковое цифровое обозначение).
Как и в предыдущих схемах, для достижения хорошей частотной характеристики в области низших частот применена гальваническая
междукаскадная связь. Напряжение отрицательней обратной связи снимается со звуковой катушки громкоговорителя и подается на
первый каскад усилителя.
С лампами типа 6AS7 в оконечном каскаде при глубине обратной связи 15 дБ усилитель отдает мощность 9 вт. на
сопротивлении нагрузки в 400 Ом при незначительных искажениях.
Для нормальной работы большинства бестрансформаторных усилителей необходимы высокоомные громкоговорители с сопротивлением
звуковой катушки в несколько сот Ом. Изготовление таких громкоговорителей представляет серьезные производственные затруднения,
так как намотку звуковой катушки необходимо производить очень тонким проводом. Кроме того, вес такой звуковой катушки оказывается
большим, что ухудшает частотную характеристику в области высших частот. Это затруднение часто обходят' путем добавления нескольких
громкоговорителей обычно электростатического типа.
При гальванической связи громкоговорителя с выходными лампами большое значение имеет правильная балансировка оконечных
ламп по постоянному току, так как иначе по звуковой катушке потечет постоянный ток, который сместит звуковую катушку. Для
балансировки обычно используются специальные потенциометры (например, R1 на рис. 6). При практическом
выборе оконечных ламп для бестрансформаторных усилителей встречаются серьезные трудности, так как не во всех странах выпускаются лампы
с подходящими параметрами. Поэтому целый ряд конструкторов предпочитают применять большое число самых дешевых одинаковых
ламп, включенных в параллель. Для усилителей с последовательным включением ламп за рубежом выпускаются лампы EL-86 и EL-84,
которые при напряжении источника питания в 250—300 В могут обеспечить достаточную выходную мощность.
Рис. 6. Для балансировки обычно используются специальные потенциометры
Для снижения веса выпрямителя в описанных усилителях часто применяют различные варианты бестрансформаторных выпрямителей,
а нити накала всех ламп, соединенные последовательно, питают непосредственно от сети через термистор. Благодаря применению
глубокой отрицательной обратной связи фон на выходе усилителя оказывается настолько малым, что отпадает необходимость в применении
в выпрямителе дросселя обычного типа.
Материал подготовила к публикации картографическая фабрика воспроизводства и печати журналов.
Ю. Пахомов
|