Strona
audioretro.pl
jest stroną hobbystyczną, więc nie wykorzystuję
ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze. Ale oczywiście w każdej chwili
możesz je
wyłączyć w swojej
przeglądarce.
audio retro >> o lampach elektronowych >
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2. I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I
Układy lampowe
Najprostszy wzmacniacz lampowy składa się z przedwzmacniacza, wzmacniacza mocy z (najczęściej) transformatorem głośnikowym i zasilacza. We wzmacniaczach push-pull dochodzi jeszcze odwraczacz fazy i stopień sterujący (driver) lampami mocy. I tyle, lub AŻ tyle. Bowiem przed konstruktorem wzmacniacza lampowego stoi wiele problemów, które musi rozwiązać. Ta strona to nie będzie kompletny przewodnik budowy wzmacniacza lampowego, ale postaram się Ci przybliżyć niektóre problemy i rozwiązania stosowane we wzmacniaczach lampowych.
Konstrukcje wzmacniaczy lampowych generalnie możemy podzielić na dwie grupy: single ended i push pull. We wzmacniaczach single ended całość sygnału wzmacniana jest pojedynczym elementem wzmacniającym (w poszczególnych stopniach, oczywiście), natomiast we wzmacniaczu push pull sygnał rozdzielany jest na dwie, przeciwsobne fazy i wzmacniany przez dwie lampy końcowe, by po wzmocnieniu być zsumowanym w (najczęściej) transformatorze wyjściowym. Wzmacniacz single ended charakteryzuje się bardzo małymi zniekształceniami, ze względu na pracę w liniowej części charakterystyki lecz ma wady: mała moc wyjściowa (praca w nieefektywnej klasie A), potrzeba użycia transformatora ze szczeliną powietrzną. Wzmacniacze push pull posiadają większą sprawność, lecz wymagają z kolei dobrze dobranych i wyregulowanych lamp oraz dokładnego nawinięcia transformatora, tak, aby zsumowanie sygnału było idealne. I. Wzmacniacze Push-pull
1. Przedwzmacniacz i odwracacz fazy
Obecnie we wzmacniaczach wstępnych w zasadzie nie spotyka się innych lamp, tylko triody. Triody bowiem są najbardziej liniowym elementem wzmacniającym, wnoszącym stosunkowo niewielkie zniekształcenia. Przeglądając wiele schematów tak starszych konstrukcji, jak i tych współczesnych, zauważycie, że praktycznie stosuje się kilka tylko rozwiązań. Nieco inaczej skonstruowany jest przedwzmacniacz wzmacniacza single ended, a nieco inaczej push-pull.
Odwracacz fazy (stopień symetryzujący, inwerter, split load)
W przedwzmacniaczu push-pull, oprócz wzmocnienia sygnału realizowane odwracanie (rozdział) fazy sygnału, na dwa przesunięte o 1800 sygnały niezbędne do zasilania końcowych lamp mocy. W większości przypadków wystarczy do tego podwójna trioda, chociaż czasami, zamiast lamp stosuje się odpowiednio nawinięty transformator odwracający.
W wersji lampowej stosuje się najczęściej są dwa rozwiązania:
- inwerter z dzielonym obciążeniem
- inwerter różnicowy.
Układ WK-WA (stopień z dzielonym obciążeniem - cathodyne, distributed load, inverter)
 W układzie tym, sygnał poprzez potencjometr głośności P i kondensator C1 przedostaje się na siatkę lampy L1, sterując prądem anodowym lampy. Pierwsza lampa pracuje w układzie ze wspólną katodą, dając na anodzie sygnał wzmocniony i odwrócony w fazie. Sygnał ten steruje siatką lampy L2 która pracuje w układzie ze wspólną anodą i katodą jednocześnie co pozwala na jednoczesny pobór sygnału z anody i katody tej lampy. Rozdzielony i odwrócony w fazie o 1800 sygnał poprzez kondensatory C2 i C3 podawany jest na dalszy stopień wzmacniacza (najczęściej driver). Rezystory R1 i R2 ustalają potencjał siatki (punkt pracy lampy L1). Rezystory R4 i R5 powinny mieć jednakową wartość, by wyjściowy sygnał był symetryczny pod względem amplitudy. Stopień ten pracuje w klasie A, bowiem polaryzacja siatek jest tak dobrana, aby przez lampy cały czas przepływał prąd anodowy, a lampy pracowały na prostoliniowej części charakterystyki. Daje to czysty sygnał o małych zniekształceniach.
. Wadą tego układu jest to, że o ile sygnał pobrany z katody lampy L2 (bo to przecież wtórnik) ma niską impedancję i łatwo wysteruje następny stopień, to sygnał pobrany z anody tej lampy impedancję ma wysoką (układ WK). Taka nierównomierność impedancji wyjściowych może, przy niewłaściwym dobraniu lamp następnego stopnia prowadzić do zniekształceń, szczególnie w wyższych częstotliwościach. Lecz mimo tego, ten prosty i efektywny układ jest bardzo często wykorzystywany nawet w wysokiej klasy wzmacniaczach push-pull. Inwerter różnicowy (układ parafazowy o sprzężeniu katodowym, long tailed pair, cathode coupled splitter, Schmidt inverter)
 W układzie tym, sygnał podawany jest na pierwszą lampę L1, która pracuje "tradycyjne" w układzie ze wspólną katodą (dodany jest jedynie R4, co nie zmienia układu tej lampy). Ponieważ układ WK odwraca sygnał, możemy pobrać z anody lampy L1 sygnał, (część odwróconą), podczas gdy drugą, nieodwróconą część odbieramy z anody lampy L2, która pracuje - uwaga- w układzie ze wspólną siatką. Po czym to poznajemy? Otóż zwróćmy uwagę na siatkę lampy L2 - jest ona zwarta (dla sygnału zmiennego) do masy kondensatorem C4, co powoduje, że układ taki dla sygnałów zmiennych jest właśnie układem ze wspólną siatką. A skąd jest pobierany sygnał do tej lampy? Z katody lampy L1, do katody L2. Dla prądu stałego siatka jest spolaryzowana poprzez rezystor R6, a rezystory R2 i R4 ustalają wartość tej polaryzacji. Identycznie (poprzez R1) polaryzowana jest siatka lampy L1.
Zwróćmy uwagę że inaczej pracują lampy w układzie dla prądu stałego, a inaczej dla przemiennego: dla prądu stałego obie lampy pracują jako układ WK, natomiast dla sygnału przemiennego L1 to układ WK, natomiast L2 to układ ze wspólną siatką (WS).
Układ ten ma dużą zaletę w stosunku do opisywanego wcześniej - jego wyjścia mają jednakową impedancję. Wzmocnienie jest zwykle dwa razy mniejsze niż zwykłego stopnia wzmacniacza oporowego (WK). Napięcia doprowadzone mogą mieć dość dużą amplitudę. Układ ten wydaje się być najlepszy ze względu na swoje właściwości i ma zastosowanie szczególnie tam, gdzie przy dużych mocach stopnia końcowego zależy nam na równomiernym wysterowaniu lamp wyjściowych, w szerokim zakresie częstotliwości, przy małych zniekształceniach. Innymi zaletami są - brak skłonności do samowzbudzania i stosunkowo mały prąd siatkowy w przypadku przesterowania.
Spotyka się odmiany tego układu, które będą się różniły szczegółami zasilania siatek lamp- ze stałym napięciem polaryzacji (fixed bias) lub automatycznym (kathode bias - na rysunku), lecz zasada działania będzie taka sama.
Jest jeszcze kilka sposobów odwracania i rozdzielania fazy, lecz te dwa są najpopularniejsze. 2. Stopień sterujący (driver)
 We wzmacniaczu push-pull nie zawsze stosuje się sterowanie siatek lamp końcowym bezpośrednim sygnałem z odwracacza fazy. Czasami dodaje się dodatkowy stopień, zwany stopniem sterującym (driverem). W tym stopniu używa się lamp o większej mocy i większym prądzie anodowym, tak by można było bez problemu wysterować lampy końcowe, które z reguły wymagają większych napięć sterujących siatki, a czasem nawet prądu siatkowego (triody, tetrody). Ponadto stopień ten dodatkowo wzmacnia sygnał. Stopień sterujący to nic innego jak dwie lampy pracujące w układzie Wspólna Katoda, wzmacniające odwrócony sygnał z poszczególnych wyjść odwracacza fazy.
Rozdzielony i odwrócony w fazie sygnał z poprzedniego stopnia podawany jest na siatki lamp L3 i L4, spolaryzowane dzięki rezystorowi R8 a także R6, R7. Wzmocniony sygnał podawany jest przez kondensatory C5 i C6 na siatki lamp końcowych.
Jak widzimy układ jest prosty, a rodzaj zastosowanych lamp zależy od rodzaju lamp końcowych. Pentody, ogólnie rzecz biorąc, są mniej wymagające od triod czy tetrod, nie potrzebują dużych napięć sterujących, czy prądu siatki, dlatego mogą być sterowane lampami o dużej impedancji wewnętrznej, jak np. ECC83 (rezystancja wewnętrzna 65 komów). Triody i tetrody mocy wymagają użycia lamp, które będą miały niski opór wewnętrzny i będą mogły oddać większy prąd anodowy (np. ECC82, 6SN7) 3. Wzmacniacz mocy Stopień triodowy
 Stopień końcowy we wzmacniaczach push-pull realizowany jest na dwóch triodach, tetrodach lub pentodach mocy. Czasami, w celu zwiększenia mocy wyjściowej łączy się równolegle dodatkową parę lamp. Ponieważ lampy zasilane są wysokim napięciem, jednocześnie dając niewielki (stosunkowo) prąd, w celu dopasowania do niskoomowych głośników (4 i 8 Ohm) należy użyć transformatora. Jest to jeden z najważniejszych elementów (i najdroższych) wzmacniacza lampowego. Źle skonstruowany będzie wnosił najwięcej zniekształceń ograniczając jednocześnie pasmo przenoszenia.
Triody mocy obciążają transformator podłączony w sposób "klasyczny", z dzielonym uzwojeniem pośrodku (przeciwsobnie), które w tym miejscu podłączone jest do napięcia anodowego. Przez lampy może płynąć duży prąd anodowy (klasa A - mała sprawność lecz małe zniekształcenia) lub mniejszy (klasa AB - większa sprawność, nieco większe zniekształcenia). Klasę B spotyka się we wzmacniaczach gitarowych czy estradowych.
Przeciwsobne połączenie uzwojeń transformatora ma poważną zaletę - przy idealnie dobranych prądach anodowych i symetrycznych uzwojeniach, prądy płynące przez te uzwojenia wzajemnie się znoszą, przez co unika się nasycenia rdzenia transformatora. Ponadto zniekształcenia nieliniowe (harmoniczne parzyste) znoszą się wzajemnie.
Triody mocy, mimo że oddają małą moc (sprawność rzędu 20%) są chętnie stosowane we wzmacniaczach dla zaawansowanych audiofilów i melomanów. Także tetrodę i pentodę łatwo przełączyć w triodowy tryb pracy, zwierając siatki ekranujące z anodami przez opornik niewielkiej wartości. Wzmacniacz, oczywiście będzie miał mniejszą moc, lecz zalety wzmacniacza triodowego pozostaną.
Stopień pentodowy  We wzmacniaczach mocy większą sprawnością charakteryzują się tetrody i pentody.
Tetrody i pentody można łączyć z transformatorem tak jak triody w sposób "klasyczny" (patrz rys. powyżej), lub w trybie "ultralinear" (UL). Tryb ultralinear (UL), to taka konstrukcja transformatora wyjściowego i sposobu połączenia siatek drugich (S2) tetrody lub pentody, w którym część napięcia (20 lub 40%, licząc od środka uzwojeń) jest pobierana (punkty O1 i O2) z uzwojenia anodowego i podawana poprzez rezystory R19 i R20 na siatkę ekranującą (S2) tetrody lub pentody (zob. rysunek z lewej).
Powstające dzięki takiemu połączeniu z transformatorem głośnikowym sprzężenie zwrotne znacznie poprawia liniowość i pasmo przenoszenia, poprawia warunki pracy stopnia końcowego, chociaż zmniejsza nieco sprawność układu. Tetrody i pentody pracują "w połowie " pomiędzy trybem triodowym a tetrodowym czy pentodowym, zachowując część zalet jednego i drugiego układu: dobrą liniowość triody i wyższą sprawność lamp wielosiatkowych. Te zalety powodują, że układ jest powszechnie stosowany we wzmacniaczach ze stopniem wyjściowym na tetrodach i pentodach.
Schemat stopnia na tetrodach będzie się różnił od podanego obok tym, że w lampach nie będzie siatek S3.
Siatki lamp (na obu schematach) są spolaryzowane automatycznie (cathode bias) poprzez rezystory katodowe (R17 i R18), które dobieramy odpowiednio dla uzyskania punktu pracy - muszą być większej mocy ze względu na to, że przez nie płynie znaczny prąd. Spadek napięcia uzyskany na tych rezystorach poprzez rezystory R12 i R13 a następnie R14 i R15 (grid stoppery) polaryzuje siatki lamp. Elektrolityczne kondensatory C10 i C11 likwidują lokalne sprzężenie zwrotne, zwierając do masy sygnał przemienny odkładający się na rezystorach katodowych. Daje to większe wzmocnienie stopnia.
Wadą automatycznej polaryzacji, w przypadku lamp mocy jest mniejsza sprawność lamp, ze względu na znaczną stratę mocy na rezystorach katodowych. Lepszym rozwiązaniem jest, gdy siatki lamp mocy spolaryzujemy napięciem stałym (fixed bias) uzyskanym z oddzielnego uzwojenia na transformatorze zasilającym, które po wyprostowaniu i odpowiednio dokładnym odfiltrowaniu tętnień sieci i dobraniu odpowiedniego napięcia, podawane jest na siatki. Układ ze stałą polaryzacją jest chętnie stosowany we wzmacniaczach z wyjściem triodowym. Dla przykładu podam, że para triod 300B w układzie z automatyczną polaryzacją może oddać 20 Wat mocy, gdy ze stałą - 40 W. Wadami stałej polaryzacji jest tendencja do pojawiania się prądu siatki i dryft (pływanie) prądu anodowego co skutkuje zmianą punktu pracy.
Ponieważ lampy pracują w przeciwfazie, sterowanie siatek lamp odbywa się, jak wiemy, poprzez odwracacz i (czasami) driver.
 Dla zwiększenia mocy wzmacniacza można zastosować równoległe połączenie lamp (spotykane we wzmacniaczach z lampami EL 84), zwiększając ich liczbę do 4 (lub więcej, np. we wzmacniaczach gitarowych). Oczywiście wtedy należy dobrać odpowiedni transformator wyjściowy (mniejsza impedancja wyjścia anoda-anoda). Lampy drivera muszą mieć nieco większą moc do wysterowania większej liczby lamp. Problemem jest takie dobranie lamp końcowych, by miały jak najbardziej zbliżone parametry. Kłopotliwe jest także niejednakowe starzenie się lamp (zmiana parametrów, głównie prądu anodowego), czy dopasowanie nowej lampy w przypadku uszkodzenia jednej z nich.
Na rysunku z lewej widzimy przykład równoległego łączenia lamp. Tym razem, układ zamiast automatycznej polaryzacji siatek ma stałą (fixed bias). Potencjometr R12 służy do dokładnego zrównoważenia prądów anodowych lamp poprzez korektę napięcia pomiędzy poszczególnymi siatkami lamp. Napięcie potrzebne do zasilania siatek S1 uzyskuje się z dodatkowego zasilacza napięcia ujemnego. Wartość tego napięcia, w przypadku lamp mocy jest dość duża, a jego wartość, w zależności od typu lamp może wynosić od kilkunastu do kilkuset volt napięcia ujemnego. W obwodzie siatek S1 lamp znajdują się rezystory o wartości 1k (grid stopper), które zapobiegają wzbudzaniu się układu.
Oczywiście układ taki można zrealizować w trybie "ultralinear", stosując odpowiednio uzwojony transformator i łącząc jego odczepy z siatkami lamp S2 poprzez rezystory niewielkiej wartości.
Jest wiele różnych konstrukcji stopnia końcowego, różniących się szczegółami od tych które podałem na schematach, lecz zasada jest podobna. Ponadto sposób rysowania schematów może się nieco różnić, dlatego studiując jakiś schemat starajmy się wyodrębnić znane nam elementy i poszczególne stopnie wzmacniacza. Skomplikowany na pierwszy rzut oka schemat, po analizie okaże się prosty, składający się z dobrze znanych nam rozwiązań.
4. Zasilacz i zasilanie Nieco więcej o zasilaniu lamp na stronie "Zasilanie lamp" 5. Transformator głośnikowy
Jak wspomniałem poprzednio, transformator głośnikowy jest jednym z najważniejszych elementów wzmacniacza lampowego. Próbuje się wprawdzie budować wzmacniacze bez transformatora (tzw. wzmacniacz OTL), stosując różne "sztuczki", jak równoległe łączenie wielu lamp, stosowanie lamp o niskim napięciu pracy, dużym prądzie anodowym i małym oporze wewnętrznym, czy układy mostkowe, lecz jak dotąd nie osiągnięto zadowalających rezultatów. Współczesne głośniki charakteryzują się niską impedancją, trudno więc zamienić napięcie kilkuset volt i kilkadziesiąt zaledwie miliamper prądu anodowego lampy na kilkanaście volt i kilkanaście amper do zasilania głośnika cztero czy ośmioomowego - bez transformatora. Natomiast dobre rezultaty uzyskuje się budując wzmacniacze słuchawkowe bez transformatora, ponieważ słuchawki mają małą moc i impedancję 200-600 omów, która jest łatwiejszym obciążeniem dla lampy mocy. Nawet popularne słuchawki 32 omowe dają się (przy odpowiedniej konstrukcji) podłączyć do lampy końcowej.
Zbudowanie transformatora o dobrych parametrach, szerokim paśmie przenoszenia, małych zniekształceniach jest trudne. Oprócz dobrej jakości rdzenia ze specjalnych blach stalowych, o odpowiedniej przenikalności magnetycznej, wymagane jest prawidłowe obliczenie uzwojeń dopasowanych do konkretnej aplikacji ( i lamp) i największa trudność - staranne uzwojenie. Dla zmniejszenia pojemności uzwojeń i rezonansu w zakresie wysokich częstotliwości stosuje się dzielenie uzwojeń na wiele sekcji, odpowiednio potem połączonych. Transformator, by przenosił niskie częstotliwości musi mieć odpowiednio duże rozmiary rdzenia, czyli będzie duży i ciężki. Uważa się że niezły jest transformator, którego moc odpowiada 200 Watom mocy transformatora zasilającego. W dużych wzmacniaczach transformator może mieć mieć nawet 600 W.
Jak zbudować transformator głośnikowy znajdziesz na stronach: www.fonar.com.pl .
Jednak, większość konstruktorów nie nawija samodzielnie transformatorów. Lepiej kupić gotowe, nawinięte przez fachowców. Zwykle, mając transformatory, "wokół nich" budujemy schemat wzmacniacza. Transformatory nie są tanie. W zależności od lamp, z którymi mają współpracować, cena ich kształtuje się od kilkuset złotych do nawet kilku tysięcy zł za sztukę. Za transformatory znanych marek (Lundhall, Audio Note) musimy zapłacić znacznie więcej. 6. Schemat wzmacniacza push-pull
Po dawce teorii chciałbym przedstawić Wam schemat wzmacniacza, klasycznego "Wiliamsona", zbudowanego na lampach mocy EL34. Możliwe jest użycie innych, mocniejszych lamp, po dokonaniu pewnych korekt prądu anodowego i oczywiście uwzględnieniu zasilania mocniejszych lamp i transformatorów wyjściowych.
Przejdź na stronę: "Wzmacniacz lampowy" Na stronie "O lampach cz. IV" trochę teorii o konstrukcji wzmacniaczy single ended (SE).
Bibliografia
audio retro >> o lampach elektronowych >
I o lampach cz. 1. I o lampach cz. 2. I o lampach cz. 3. I o lampach cz. 4. I o lampach cz. 5. I
|
