Источник

Гибридный усилитель мощности «Musatoff PA-10»

Долгое время лежал у меня без дела корпус от усилителя «Эстония УМ-010». Располагавшийся в нем однотактный усилитель уже давно был разобран. Чего бы такого в нем собрать, что бы потом не потребовалось разбирать? Тороидальный трансформатор в нем не плох, значит остается. Итого имеем +-32В на холостом ходу. С учетом просадки, более 50 Вт на 8 Ом не получить, а реально еще меньше. Конденсаторы К50-18 устарели реально и безжалостно вытащены, освободилось место. Теперь есть где расположить регулятор громкости, значит уже можно собрать интегральник вместо простого УМ. А не сделать ли гибридный усилитель? Радиаторы не большие и упрятаны в корпус, много на них не рассеять, только класс АВ. Конечно и в классе АВ можно сделать небольшие искажения у повторителя. Но это уже пройдено многими, в том числе Алексом Никитиным. С другой стороны, хочется минимизировать количество каскадов усиления. А почему бы не ограничиться двумя, да еще применить ОООС для лианеризации усилителя? Ой как не хочется в простейшей конструкции бороться с тепловыми искажениями, значит вторым каскадом пойдут латеральные полевики. А в загашнике валяются 2П904А, подобранные, ну самое оно. Вот только крутизна у них маленькая, для компенсации потребуется высокое усиление первого каскада, значит пентод. А если пентод, да еще ему надо будет прокачать емкости полевиков, то 6Ж43П, с ее высокой крутизной, высоким усилением, линейностью и большой мощностью рассеяния на аноде, просто самое место. Так, полевики на выходе одной полярности, как же подать на них сигнал? Конечно фазорасщепляющий трансформатор. Берем симулятор LTSpice вводим схему и начинаем формировать требования для межкаскадного трансформатора, что бы обеспечить и достаточную глубину ОООС и требования по полосе, нагрузкам. Получается, что нужен однотактный фазорасщепляющий трансформатор с коэффициентом 2:1+1. Если взять больший коэффициент трансформации, то полоса расширится, но большой раскрыв напряжения на аноде поднимет планку искажений пентода, да и трансформатор усложнится. Меньший коэффициент, например 1:1+1 создает слишком большую емкостную нагрузку на пентод и есть опасения за качество передачи ВЧ.

Итак полученная базовая схема:

Теперь надо подумать о выходном каскаде. ОООС по постоянному току разорвана, мало того, в ней действует большой фазовый сдвиг в цепи ОООС на низких частотах из-за трансформатора. Нужно делать сервосистему. Управлять нижним транзистором мне показалось неразумным, ведь оба сигнала контроля (земля и выход) находятся рядом для верхнего транзистора.  Делаю плавающее питание для сервосистемы на основе вольтдобавки. ОУ беру широкополосный с полевыми транзисторами на входе. Пришлось помучиться с постоянными времени сервосистемы что бы не получить возбуждения ее на инфранизких частотах при различных нагрузках и при ее отсутствии. В итоге, схема приобрела такой вид.

Сигнал с трех пар входных клемм, через малосигнальные реле, поступает на регулятор громкости и далее на вход усилителя. Входного конденсатора нет, небольшие напряжения смещения далеко не уведут режим работы лампы по причине примененного автосмещения. Конденсатор в цепи ОООС — классическое решение обеспечение устойчивости для усилителей с трансформатором в цепи усиления, не важно на выходе или межкаскадного. Я поставил подстроечный конденсатор что бы оптимизировать глубину коррекции и получить одинаковые параметры по каналам в условиях технологических разбросов изготовления межкаскадного трансформатора. Схемы смещения выходных транзисторов сделаны так же по схеме вольтдобавки со стабилизацией. Подстроечными резисторами устанавливаем начальный уровень тока. Цепь R30-C16 обеспечивает стабильную нагрузку на ВЧ и обеспечивает устойчивость на самых высоких.

Блок питания выполнен раздельным для входной и выходной части усилителя. После нагрева лампы поднимается напряжение на резисторе автосмещения R8 и через резистор R6 оно попадает в схему управления, которая включает силовое питание в два этапа. Сначала включатся реле К4, которое подает 220 В через токоограничивающий резистор, а потом уже включается реле К5.

Конструкцию усилителя можно увидеть на следующих снимках

Слева, снизу-вверх: выключатель питания, реле К4 и К5, резистор R34 (зеленый), трансформатор Т1, конденсатор С19, дроссель L1.
Выпрямительный мост D7-10 выполнен прямыми соединениями между выводами трансформатора и конденсатора.
Регуляторы громкости и плата с лампами. На ней установлены элементы питания ламп и резисторы делителя ОООС

У усилителя получились следующие параметры:

Выходная мощность на каждый канал при ограничении по коэффициенту нелинейных искажений в 1%
На нагрузку 8 Ом    35 Вт
На нагрузку 4 Ом    50 Вт
Полоса усиления по уровню -3дБ и нагрузке 8 Ом    7 Гц…50 кГц
Глубина ООС в диапазоне частот 200 Гц — 20 кГц на нагрузке 8 Ом 15-18 дБ

Конструкция трансформаторов.

Оба вида трансформаторов намотаны на магнитопроводе В43 завода «Комета», который примерно соответствует ПЛР 13х25. Межкаскадный трансформатор содержит две катушки, первичные обмотки соединены параллельно, а вторичные использованы раздельно. Первичные обмотки намотаны проводом ПЭТВ-2 0,118, вторичные ПЭТВ-2 0,18. Намотка каждой катушки выполнена в 9 секций. Первой наматывается секция вторичной обмотки, после чего они идут по очереди. Количество слоев по секциям: 1-3-2-5-5-5-2-3-1. Каждый слой вторичной обмотки состоит из 159 витков, а первичной из 227 витков. Итого, первичная обмотка содержит 3632 витка, а вторичная 1749 витков. Между слоями прокладывается один слой конденсаторной бумаги толщиной 0,02. Между секциями прокладывается один слой крафтбумаги толщиной 0,12. Сопротивление пары первичных обмоток около 310 Ом. Сопротивление каждой вторичной обмотки около 64 Ом. Поскольку начальный ток через пентод невелик, то зазора при сборке трансформатора не потребовалось. Трансформатор питания входной части усилителя и цифрового контроллера состоит из двух одинаковых катушек, оботки на которых соединены параллельно. Надо помнить, что для параллельного соединения катушек трансформаторов на П или ПЛ сердечниках, намотку второй катушки надо производить в противоположном направлении. Первичная обмотка состоит из 3540 витков проводом ПЭТВ-2 0,125 для напряжения питания ~240 В с отводом от 295 витка для работы от 220 В. Высоковольтная вторичная обмотка состоит из 2640 витков тем же проводом. На каждой катушке, накальная обмотка выполнена из четырех обмоток, соединенных параллельно по 111 витков проводом ПЭТВ-2 0,25. Обмотка для питания цифровой части состоит из 177 витков того же провода. Между всеми обмотками проложена крафтбумага.