УМЗЧ на "телевизионных" лампах с трансформаторами ТН

(полная авторская версия)

Сергей Комаров, UA3ALW

Журнал "Радио" № 12 за 2005 г.

"Звуковые" параметры трансформаторов и результаты расчетов

Практически все накальные трансформаторы серии ТН пригодны для использования их в качестве выходных в двухтактных ламповых усилителях с низковольтными, так называемыми "токовыми", лампами. А наличие у ТН-ов четырех выходных обмоток открывает возможность, как для интересных схемных решений, так и для создания на их базе высококачественных усилителей.

Стандартный ТНхх-127/220-50 из "высоковольтных" обмоток имеет лишь две сетевых на 127 вольт каждая с отводами на 110 вольт. А поскольку данные напряжения при работе усилителя превышать нельзя, во избежание введения сердечника в насыщение, то и анодные напряжения питания ламп выходного каскада не могут быть высокими.

Допустимая амплитуда напряжения на каждой половинке окажется в корень из двух (1,41) раз больше, чем эффективное значение 127 вольт.

Имеем: 127 х 1,41 = 180 вольт (ну, почти).

На лампе, если она пентод или лучевой тетрод, в открытом состоянии падает где-то вольт 40 - 60. Стало быть, использовать трансформаторы ТН в двухтактных пентодных УНЧ имеет смысл лишь с лампами, типовой режим которых нормирован при напряжении:

180 + (40 ... 60) = 220 ... 240 вольт.

Такие лампы у нас есть. Это пентодные части 6Ф3П и 6Ф5П, 6П18П, 6П41С, 6П43П - в общем, лампы, предназначенные для работы в выходных каскадах кадровой развертки телевизоров. А также сильноточные "строчные" лампы 6П36С, 6П42С, 6П44С и 6П45С.

Если же применять ТН-ы для триодных усилителей, то здесь все обстоит и вовсе великолепно!

На триоде с небольшой крутизной в открытом состоянии падает напряжение значительно большее. Ну, приблизительно 100 - 140 вольт.

Стало быть, анодные напряжения, на которых будут они работать, составят:

180 + (100 ... 140) = 280 ... 320 вольт.

Как раз типовой режим для 6С4С прорисовывается!!! К этому же режиму можно отнести и триодные включения распространенных пентодов и лучевых тетродов, таких как 6П14П, 6П3С, 6550, анодное напряжение которых в триодном включении ограничивается допустимым напряжением на экранной сетке.

Для регулирующих ламп - триодов с высокой крутизной, таких, как 6С19П, 6С41С, 6С33С, напряжения на открытой лампе, как правило, весьма малы. Ну, вольт, так 20 ... 40.

Стало быть, и анодные напряжения для них можно использовать при работе с трансформаторами ТН в пределах:

180 + (20 ... 40) = 200 ... 220 вольт.

Увеличение анодных напряжений сверх указанных, приведет лишь к увеличению рассеиваемой мощности на анодах ламп, но не даст прироста выходной мощности усилителя. Токовые лампы предпочтительнее использовать при еще более низких анодных напряжениях.

Приведенный выше расчет справедлив для номинальной рабочей частоты трансформаторов - 50 Герц и при работе их на этой частоте, на максимальной мощности.

Поскольку, для домашнего любительского усилителя это вполне приемлемая нижняя частота воспроизведения звука, к тому же, далеко не всегда усилитель используется на своей максимальной мощности (а при меньших уровнях сигнала нижняя рабочая частота трансформатора уменьшается линейно!), будем считать, что, выполнив ограничения, наложенные вышеприведенными расчетами, мы обеспечим нашему усилителю вполне приемлемое звучание. Ну, как говорят, "не существует плохих радиоэлементов, - существуют плохие инженеры, которые не умеют их правильно применять!"

Теперь, посчитаем, какую максимальную мощность можно снять с трансформатора ТН, и какие параметры он обеспечит, если использовать его как выходной в двухтактном усилителе.

У большинства ТН-ов имеются четыре выходных обмотки по 6,3 вольта, две из которых имеют отводы на 5 вольт. Увы, не все из них одинаковые по току (мощности). У некоторых ТН-ов мощными являются лишь три обмотки, а то и две. Справочные данные ТАН-ов и ТН-ов приведены здесь.

В таблице 1 приведены типовые "звуковые" параметры трансформаторов ТН при различных включениях их вторичных обмоток (наборе выходных напряжений). При этом первичная обмотка полностью включается в аноды выходных ламп двухтактного усилителя и амплитуда напряжения на ней (разумеется, на частоте 50 Гц) Uaa = 360 вольт, что соответствует эффективному значению 254 вольта - (127 + 127).

Таблица 1.

Это расчетные параметры, которые можно получить при номинальных напряжениях на частоте 50 герц. Разумеется, выбранный трансформатор должен быть в полтора-два раза мощнее приведенных в таблице значений, поскольку через провод первичной обмотки еще протекают и постоянные токи ламп, и обеспечивать в своих выходных обмотках указанные токи нагрузки. На более низких частотах трансформатор может вносить искажения за счет насыщения сердечника.

Автор замерил индуктивности первичных обмоток имеющихся у него трансформаторов при их последовательном включении (127 + 127 вольт), соединив выводы 3 и 4, а на выводы 1 и 6 подав напряжение 220 вольт 50 Гц. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Причем, разброс индуктивностей от трансформатора к трансформатору одного типа оказался весьма невелик. Полагаю, с некоторой долей приближения, можно считать эти индуктивности типовыми.

И данные значения индуктивностей вполне достаточны для выходных трансформаторов. К примеру, для нижней частоты усилителя в 50 герц (заведомо рабочий режим трансформатора) при выходной мощности 80 ватт и Raa = 813 Ом (строчка 16 таблицы 1), при завале 0,707 по напряжению, требуемая индуктивность Laa составит: 813 / (2 х Π x 50) = 2,6 Г, что с огромным запасом обеспечивает самый мощный трансформатор ТН61.

При меньших мощностях, например, для режима P = 16 Вт и Raa = 4043 Ома (строчка 6 таблицы 1) значение индуктивности Laa составит: 4043 / (2 х Π x 50) = 12,9 Г, что также прекрасно обеспечивается всеми трансформаторами меньшей мощности от ТН33 до ТН51.

Реально трансформаторы ТН, включенные двумя половинами своей сетевой обмотки в аноды токовых ламп будут работать до нижней частоты 40 герц. При амплитуде напряжения Uaa в районе 360 вольт (полное использование по напряжению первичной обмотки трансформатора), при снижении рабочей частоты до 40 Гц начнутся искажения, обусловленные насыщением сердечника.

Ну, и лампы, конечно, в выходном каскаде должны быть соответствующими, чтобы указанные мощности обеспечить! Использоваться здесь должны исключительно токовые лампы, поскольку анодные напряжения выше рассчитанных мы поднимать не можем.

Краткие расчетные данные режимов выходных каскадов УМЗЧ на токовых лампах:

Таблица 3.

* В справочниках на лампу 6П36С даются весьма противоречивые параметры. При токе накала в 2 ампера (почти, как у 6П42С), эта лампа должна обеспечивать импульс анодного тока не менее 700 мА. А имея больший, чем у 6П44С баллон, и гораздо большую площадь анода, должна рассеивать и большую мощность. Однако, лишь в одном справочнике было найдено для нее значение Pa = 17 Вт (почти везде - 12, как и у 6П18П, что очень странно). Похоже, что где-то в лампе остались технологические недоработки и ее разработчики решили искусственно ввести ограничения.

** Лампа 6П44С выполнена наиболее оптимально из всех перечисленных. Имея небольшой размер баллона, такой же, как и у 6П41С, она позволяет рассеивать на аноде в полтора раза большую мощность и обеспечивает в полтора раза больший импульс анодного тока при токе накала всего на 23% большем, чем у 6П41С. Вероятно, эти достоинства данной разработки привели к появлению варианта 6П44СМ специально для УМЗЧ, без верхнего анодного вывода, с октальным цоколем и цоколевкой, как у распространенных радиоламп серии 6П3С.

*** Лампа 6П45С может обеспечить импульс анодного тока до 1,4 А (при Ua-min = 50 В и Eg2 = 200 В) на громких пиках музыки, но ни в коем случае не на синусоидальном непрерывном сигнале. Однако, такой режим не оговорен в справочных данных и опробовать его в реальной схеме предоставляется самим радиолюбителям. При этом расчетное значение Raa = 480 Ом и ожидаемая пиковая выходная мощность двухтактного усилителя Pout = 94 Ватта. При использовании выходного трансформатора ТН61-127/220-50, подключение 4-омной нагрузки можно произвести по 14-ой комбинации из таблицы 1. Разумеется, источник анодного питания должен обеспечивать постоянство питающего напряжения 200 вольт при кратковременных всплесках потребления до 1 ампера и при Сф не менее 1400 мкФ.

Использовать токовые лампы при более высоких напряжениях категорически не рекомендуется, поскольку, за счет ограничения по мощности рассеяния на аноде, они не смогут полностью реализовать свои токовые возможности.

Цоколевки упомянутых здесь телевизионных токовых ламп и некоторых усилительных, которые совпадают с ними, приведены на следующем рисунке.

Ну и в качестве иллюстрации к использованию трансформаторов ТН в двухтактных ламповых УМЗЧ, привожу три различных варианта схемных решений. Хоть все эти схемы и представляют собой полностью законченные и работоспособные моноблоки, однако, не надо их рассматривать, как законченные конструкции. Рабочие макеты этих схем - прекрасные инструменты для дальнейших экспериментов радиолюбителей и инженеров разработчиков. Главная их цель, как и цель всего этого цикла статей, показать многообразие схемных решений и широкие возможности использования стандартных силовых трансформаторов.

"Звуковые" параметры трансформаторов и результаты расчетов
Практические схемы ламповых усилителей на трансформаторах ТН

Справочные данные на радиолампы, трансформаторы и дроссели