szerokopasmowy wzmacniacz małej częstotliwości (otl tube amplifier)

G. Kryłow, "Szerokopasmowy wzmacniacz małej częstotliwości"
RADIO (radzieckie) 11/1963

Wzmacniacze małej częstotliwości stosowane w najbardziej popularnych fabrycznych i amatorskich urządzeniach odtwarzających dźwięk, magnetofonach i radioodbiornikach mają w lepszych przypadkach pasmo przenoszonych częstotliwości od 50 do 8000Hz. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że znaczne rozszerzenie pasma przenoszenia nie zapewni polepszenia jakości odtwarzania. Tłumaczy się to tym, że sygnały propagowane przez stacje radiowe zawierają się w tym zakresie częstotliwości. Przy wykorzystywaniu płyt gramofonowych i zapisu magnetofonowego rzecz przedstawia się jeszcze gorzej. Powszechnie stosowane urządzenia zapewnia przenoszenie małych częstotliwości od 100÷200Hz do 5÷6kHz. Z drugiej strony, w aparaturze specjalnej stosowanej w kinach szerokoekranowych, w dużych salach koncertowych, oraz w innych systemach wysokiej jakości (w szczególności stereofonicznych) urządzenia wzmacniające charakteryzują się znacznie szerszym pasmem przenoszenia. Można w tej sytuacji uznać, że konieczność zapewnienia przez wzmacniacze małej częstotliwości pasma przenoszenia od 10÷20Hz do 20kHz jest obecnie uzasadnione. Dodatkowym uzasadnieniem jest rozwój radiofonii na falach ultrakrótkich zapewniających lepszą jakość dźwięku. Okazuje się również, że nawet przy odtwarzaniu zwykłych zapisów (o wąskim zakresie częstotliwości) przez aparaturę szerokopasmową nadaje tym sygnałom pozytywne walory odsłuchowe. Wzmacniacze szerokopasmowe znalazły również zastosowanie w specjalnych dziedzinach np. w aparaturze pomiarowej, automatyce itp. W artykule przedstawiony jest opis takiego wzmacniacza. Jego konstrukcja jest prosta, zastosowano w nim typowe fabryczne elementy, tak więc może on być wykonany przez średnio zaawansowanego radioamatora. Wzmacniacz mimo pewnych zawiłości układowych jest łatwy do uruchomienia.

Odtwarzanie dźwięku wysokiej jakości wymaga wzmacniacza małej częstotliwości o dostatecznie szerokim paśmie przenoszenia i małych zniekształceniach częstotliwościowych i nieliniowych. Poniżej przedstawiony jest opis takiego wzmacniacza. Został on wykonany z powszechnie dostępnych fabrycznych elementów.
Moc wyjściowa wzmacniacza wynosi 7W przy współczynniku zniekształceń nieliniowych około 1%. Nierównomierność charakterystyki częstotliwościowej w paśmie 20÷2000Hz nie przekracza 1dB. Wzmacniacz zasilany jest z sieci prądu zmiennego poprzez prosty układ prostowniczy. Przy zastosowaniu tego prostownika poziom zakłóceń przy górnym (wg schematu) położeniu potencjometrów regulacji wzmocnienia i barwy nie przekracza 60dB.
Czułość wzmacniacza wynosi około 0,2V. Oporność wyjściowa dla częstotliwości 1000Hz ma wartość 290omów. Jak widać ze schematu blokowego przedstawionego na rys.1. wzmacniacz składa się z przedwzmacniacza napięciowego z regulacją wzmocnienia, stopnia rozdziału fazy ze złożonym regulatorem barwy, dwóch odwracaczy fazy dla zapewnienia niezbędnych napięć dla stopnia wyjściowego oraz wyjściowego stopnia mocy pracującego w układzie mostkowym.

Rys.1. Schemat blokowy wzmacniacza

Schemat ideowy wzmacniacza przedstawiony jest na rys.2. Sygnał wejściowy podawany jest na regulator wzmocnienia - potencjometr R1. Część napięcia (z suwaka potencjometru) podawana jest na siatkę sterującą lampy Ł1 typu 6N2P pełniącej rolę wzmacniacza napięciowego. Obie triody wchodzące w skład lampy połączone są równolegle. Jeśli zależy nam na podwyższeniu czułości wzmacniacza można obie triody lampy łączyć oddzielnie w postaci dwóch stopni wzmacniających. Opornik R2 stanowi obciążenie pierwszego stopnia, zaś opornik R3 służy do automatycznej polaryzacji siatki tego stopnia.

Rys.2. Schemat ideowy wzmacniacza (napięcie anodowe stopnia wyjściowego równe 290V)

Z uwagi na fakt, że oporność ta nie została zbocznikowana kondensatorem omawiany stopień wzmacniacza objęty jest ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Wzmocniony sygnał z obciążenia pierwszego stopnia poprzez kondensator C2 podawany jest na układ regulacji barwy dźwięku. Potencjometr R4 służy do regulacji wzmocnienia w zakresie wysokich częstotliwości, zaś potencjometr R6 do regulacji wzmocnienia w zakresie niskich częstotliwości. W zależności od położeń suwaków potencjometrów regulatora barwy dźwięku charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza zmienia się w znacznym zakresie. Na rys.3. przedstawiono charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza w zależności od położenia suwaków potencjometrów R4 i R6.

Rys.3.

     Następny stopień wzmacniacza zbudowany jest na lampie Ł2 typu 6H2P. Pełni on jednocześnie funkcję wzmacniacza napięciowego oraz układu rozdziału faz niezbędnego do pracy - inwertera fazy.
     Rezystory R10 i R13 stanowią obciążenia tego stopnia, rezystory R9 i R14 - siatkowe rezystory upływowe, R11 - automatyczna polaryzacja, R12 - obciążenie lewej (według schematu) połówki lamp. Na tym oporniku pojawia się napięcie sygnału dla prawej połówki lampy Ł2. Drugi stopie również objęty jest lokalnym ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Wynika to z faktu, że opornik R11 nie jest bocznikowany pojemnością.
     Z drugiego stopnia wzmacniacza sygnał w przeciwfazie poprzez kondensatory C9 i C10 podawany jest na siatki sterujące lampy Ł3. Stopień ten składa się z dwóch zwykłych odwracaczy fazy niezbędnych do sterowania siatkami lamp wyjściowych.
     Oporniki R19 i R21 stanowią obciążenia odwracaczy fazy, zaś oporniki R16 i R24 to rezystory upływowe. Automatyczną polaryzację siatek lampy Ł3 zapewniają spadki napięcia na opornikach R17 i R22.
     Stopień wyjściowy wzmacniacza zbudowany jest w układzie mostkowym na dwóch triodach podwójnych typu 6N5S (Ł4 i Ł5). W jedną z przekątnych mostka utworzoną przez połówki lamp włączone jest napięcie zasilania, w drugą przekątną obciążenia (głośnik). Uproszczony schemat stopnia wyjściowego przedstawiony jest na rys.4.

Rys.4.

     Przy zrównoważeniu mostka potencjały punktów A i B są jednakowe i przez cewkę głośnika nie płynie prąd. W pewnym momencie przy podaniu na siatki lamp sygnału o polaryzacji pokazanej za pomocą strzałek na rys.4 potencjał punktu A podnosi się, zaś punktu B obniża się. Zrównoważenie mostka zostaje naruszone i przez cewkę głośnika zaczyna płynąć prąd. Przy zmianie polaryzacji sygnału na siatkach lamp końcowych prąd przez głośnik płynie w przeciwnym kierunku.
     Zastosowanie układu mostkowego pozwala na pracę wzmacniacza bez składowej stałej prądu w obciążeniu. Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza w układzie mostkowym jest prawie liniowa. Układ mostkowy zapewnia kompensację parzystych harmonicznych sygnału. Mostek wyjściowy pracuje w klasie A co dodatkowo pozwala na zmniejszenie zniekształceń. Dla polepszenia charakterystyki częstotliwościowej odwracacze fazy są galwanicznie sprzężone z lampami stopnia wyjściowego. Obciążeniem mostka jest zestaw o oporności 300 omów. Wyeliminowanie transformatora wyjściowego pozwala na dodatkowe polepszenie charakterystyki częstotliwościowej zwłaszcza na krańcach pasma przenoszenia wzmacniacza.
     W przypadku braku wysokoomowego zestawu głośnikowego można zastosować obciążenie niskoomowe dołączone poprzez autotransformator. Schemat i sposób dołączenia uzwojeń autotransformatora wyjściowego przedstawiono na rys.5.

Rys.5.

     Przykładowe dane autotransformatora zostały wyznaczone dla obciążenia o oporności 9 omów (dwa połączone szeregowo głośniki 5-GD-10, 5-GD-14 lub 4-GD-1). Opornik R20 pozwala na ustalenie automatycznej polaryzacji siatek dolnych (zgodnych ze schematem) lamp mostkowego stopnia wyjściowego.
     Uruchomienie wzmacniacza sprowadza się do sprawdzenie napięć, których wartości pokazane są na schemacie ideowym na rys.2. Napięcia powinny być mierzone przyrządem o oporności co najmniej 20K/V.
     W celu zachowania symetrii w poszczególnych stopniach wzmacniacza ze szczególną uwagą należy dobrać wartości oporników R10, R17, R18, R19, R21, R22 i R23. Dobór powinien być przeprowadzony z dokładnością co najmniej ±5%.
     Wzmacniacz wraz z prostownikiem zamontowany został na stalowym chassis z blachy o grubości 1,5mm o wymiarach 233x113x56mm. Rozmieszczenie poszczególnych elementów może być w zasadzie dowolne, należy jedynie zwrócić uwagę na rozmieszczenie rezystora R20 i diod prostowniczych. Widok wzmacniacza z góry przedstawiony został na fotografii.
     Wszystkie elementy wzmacniacza z wyjątkiem rezystora R25 i Tr1 to typowe elementy fabryczne. Oporniki typu MŁT lub WS, kondensatory typu MBM, KBGM i EM. Opornik R20 - drutowy. Opornik R25 zabezpieczający diody prostownicze w momencie włączania wzmacniacza należy wykonać samodzielnie z 0,5m drutu ze spirali np. ze starej kuchenki elektrycznej. Drut nawijamy jednowarstwowo na oporniku typu WS-2.
     Tr1 - transformator żarzenia stosowany w telewizorze "Woronież" lub "Nieman". Dane tego transformatora są następujące:

rdzeń z kształtki USZ-22, grubość 47mm,
uzwojenie pierwotne - 618 zwojów przewodu o średnicy 0,51mm,
uzwojenie żarzenia - 19 zwojów przewodu o średnicy 1,62mm,
pozostałych uzwojeń oryginalnych transformatorów (żarzenie kineskopu itd) nie wykorzystujemy.

Autotransformator wyjściowy można wykonać na rdzeniu USZ 16x32. Pierwsza sekcja zawiera 500 zwojów przewodu 0,35mm, druga sekcja 110 zwojów przewodu 0,74mm. Jako rdzeń i karkas można wykorzystać dławik filtru telewizora "Rubin".

[informacje praktyczne]