Оконечный ламповый усилитель

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Назначение и область применения проектируемого устройства

1.1 Анализ технических условий и требований, предъявляемых к проектируемому устройству

1.2 Выбор и обоснование схемы электрической структурной, описание принципа работы устройства

2. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

2.1 Электрический расчет узла (блока)

2.2 Выбор и обоснование элементной базы

3. Конструкторская часть

3.1 Расчет надёжности проектируемого устройства

3.2 Компоновка печатного узла

4. Расчет параметров печатных проводников

4.1 Описание конструкции проектируемого устройства

4.2 Технологическая часть

4.3 Электрический монтаж

4.4 Эксплуатация Заключение

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в технической литературе мало уделяется внимания ламповой схемотехнике и конструированию аппаратуры на радиолампах. Однако звучание ламповых усилителей до сих пор считается непревзойденным и «ламповый звук» среди меломанов, музыкантов и звукорежиссеров вызывает большой интерес. Ведущие фирмы по производству профессионального аудиооборудования включают в номенклатуру выпускаемых приборов ламповые микрофоны, ламповые предусилители, ламповые эквалайзеры и даже ламповые процессоры обработки звука. И эта техника имеет наивысшую ценовую категорию. Ламповые оконечные усилители в настоящее время занимают прочное место среди самых высококачественных аппаратов воспроизведения звука, отождествляя с собой такое понятие среди меломанов как Hi-End. Немногие сохранившиеся в мире промышленные производства радиоламп уже приобретены ведущими мировыми производителями, модернизированы и расширяют выпуск своей продукции. Радиолампы в области воспроизведения звука показали, что их преждевременно начали забывать, и что есть области радиотехники, где они с пришествием полупроводников нисколько не сдали своих позиций.

Предлагаемый оконечный ламповый усилитель не претендует на предоставление слушателям звука Hi-End качества, однако обладает типичным приятным ламповым звучанием, содержит исключительно покупные радиоэлементы и может быть собран буквально за неделю радиолюбителем средней квалификации.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА

1.1 Анализ технических условий и требований, предъявляемых к проектируемому устройству Усилитель (моноблок) предназначен для домашнего прослушивания компакт дисков (CD) на полочные акустические системы. Может быть использован гитаристами для домашних репетиций, вокалистами, для прослушивания своих записей, или для проведения домашних концертов. Особенно хорошо использовать этот усилитель при воспроизведении джазовых и блюзовых композиций, а также при озвучивании камерных концертов бардовской песни, где необходимо не только передать душевность звучания голоса и классической гитары, но и добавить теплоту звука, присущую исключительно ламповым оконечным усилителям.

Усилитель мощности обеспечивает:

— максимальную выходную мощность 15 ватт;

— диапазон частот по половинной мощности от 40 Гц до 25 КГц;

— необходимую коррекцию амплитудно-частотной характеристики в режиме «Воспроизведение»;

— регулировку уровня воспроизведения и баланса стереоканалов;

— регулировку уровня НЧ и ВЧ составляющих воспроизводимого звукового сигнала.

1.2 Основные технические характеристики усилителя мощности при номинальном напряжении питания

— полный эффективный частотный диапазон, Гц 40…16 000

— полное взвешенное отношение сигнал/шум, дБ, не менее 46

— пределы регулирования уровня воспроизведения, дБ ±8

— коэффициент гармоник на частоте 1кГц, %, не более 0,2

— номинальное входное напряжение, мВ 0,2

— номинальная выходная мощность на нагрузке 4ОМ при коэффициенте третьей гармоники Кг 1%, не менее Вт 2×15

— напряжение питания постоянным током, В +12

— допустимое отклонение напряжения сети питания, В ±2

Схема устройства отличается сравнительно несложным принципом построения, но обеспечивающая высокие тактико-технические характеристики.

Конструкция усилителя мощности разработана с учетом требований ГОСТ 16 019–78 (воздействие дестабилизирующих факторов) а также необходимой электробезопасности, надежности и современной технической эстетики.

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

2.1 Электрический расчет узла (блока) Разрабатываемый усилитель должен быть высококачественным радиоэлектронным средством, предназначенным для усиления сигналов звуковой частоты в режиме воспроизведения .

Проектируемое изделие должно быть электробезопасным, легко регулируемым, ремонтно-пригодным и надежным при эксплуатации.

Основные технические характеристики проигрывателя при номинальном напряжении питания должны быть следующими:

— полный эффективный частотный диапазон, Гц 40…16 000

— полное взвешенное отношение сигнал/шум, дБ, не менее 46

— пределы регулирования уровня воспроизведения, дБ ±8

— коэффициент гармоник на частоте 1кГц, %, не более 0,2

— номинальное входное напряжение, мВ 0,2

— номинальная выходная мощность на нагрузке 4ОМ при коэффициенте третьей гармоники Кг 1%, не менее Вт 2×15

— номинальное выходное напряжение, В 8,0

— потребляемый ток, А, не более 4

— напряжение питания постоянным током, В +12

— допустимое отклонение напряжения сети питания, В ±2

— допустимый диапазон температуры окружающей среды при эксплуатации, 0К 249…323

2.2 Выбор и обоснование элементной базы Конструкция должна иметь минимальные массу и габариты. Проектируемое изделие должно быть надежным.

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЕЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

3.1 Расчет надёжности проектируемого устройства Усилитель выполнен на трех радиолампах по классической двухтактной трансформаторной схеме и содержит два каскада — предварительный, на двойном триоде 6Н23П и оконечный на двух лучевых тетродах 6П43П. Причем симметричным является не только выходной каскад усиления, но и предварительный, выполненный по схеме парафазного дифференциального усилителя с катодной связью.

3.2 Компоновка печатного узла проигрыватель питание печатный проводник Ток анода каждого триода 6Н23П составляет 5,8 мА, что задается резистором автосмещения (330 ом) в общей катодной цепи. Коэффициент усиления такой схемы от входа и до каждого из выходов равен 14. Предварительный каскад питается повышенным напряжением + 360 вольт от мостового выпрямителя, чтобы обеспечить высокую линейность усиления и лучшую симметрию схемы при несимметричном входном сигнале за счет большого значения резистора катодной связи (5,1 Ком) и, соответственно, большого падения напряжения на нем (+63 вольта). Также, исходя из требования высокой линейности усиления, выбрано распределение напряжений между сопротивлениями нагрузки — 140 вольт и триодами — 160 вольт.

Поскольку, при включении усилителя, во время разогрева ламп, напряжение после мостового выпрямителя на холостом ходу достигает 500 вольт, что превышает максимальное рабочее напряжение электролитических конденсаторов, в схеме используется цепочка из гасящего (2,7 Ком) и балластного (150 КОм) резисторов, защищающая схему от перенапряжения.

Для предотвращения фона переменного тока во входном каскаде при незаземленном катоде триодов (+ 63 вольта), потенциал накальной цепи с помощью делителя напряжения (резисторы 100 и 36 Ком) устанавливается положительным относительно катода и достигает + 95 вольт. Такое распределение потенциалов в катодно-накальной цепи запирает паразитный диод накал-катод и переменный ток от эмиссии нити накала не попадает в катодную цепь.

При желании подать на усилитель парафазный входной сигнал, необходимо инверсный сигнал подать на сетку второго триода через имеющийся в схеме конденсатор (0,47 мкФ) отсоединив его нижний по схеме вывод от общей шины. В этом случае чувствительность усилителя по каждому входу составит 2 Ч 0,775 вольта.

При желании ввести в усилитель обратную связь, ее стоит также завести на сетку второго триода, а сигнал обратной связи можно взять с обмотки 7 — 8 выходного трансформатора через резистивный или частотно-зависимый делитель напряжения, в зависимости от желаемых функций цепи ООС. В авторском макете для цели улучшения демпфирования использовался делитель напряжения из двух резисторов 10 и 1 Ком с коэффициентом передачи 0,091. Разумеется, при этом чувствительность усилителя уменьшилась.

4. СБОРКА УСИЛИТЕЛЯ

4.1 Описание конструкции проектируемого устройства Чтобы правильно собрать усилитель, необходимо соблюдать порядок сборки. Первым делом на шасси устанавливаются трансформаторы. Силовой трансформатор необходимо установить на шасси так, чтобы выводы его сетевой обмотки 1 — 6 были бы обращены к короткому краю шасси. При установке выходного трансформатора, необходимо его развернуть так, чтобы к краю шасси были бы обращены выводы его накальных обмоток 7 — 16.

Трансформаторы закрепляются винтами М4×12 и гайками М4. Под шляпку винта и под гайку подкладываются шайбы. Помимо этого, непосредственно под гайку кладется гровер. Винты вставляются таким образом, чтобы их шляпки оказались бы в подвале шасси, а гайки были бы обращены к трансформаторам. Под левый нижний крепежный винт силового трансформатора (см. монтажную схему подвала шасси), под шайбу, устанавливается «земляной» лепесток. Именно в этой одной точке шасси присоединяется к общему проводу схемы усилителя.

Затем на шасси устанавливается дроссель. Его выводы должны быть обращены к силовому трансформатору. Поскольку в крепежных отверстиях его лапок имеется резьба, он крепится только винтами М4×12 без гаек. Под шляпки винтов необходимо подложить шайбы.

Далее, на шасси устанавливаются ламповые панельки и закрепляются винтами М3×6 с гроверами и гайками М3. Шайбы при крепеже панелек не используются. После этого со стороны подвала шасси устанавливается переменный резистор баланса усилителя типа ПП2−11 и с верхней стороны шасси закрепляется с помощью штатных гровера и гайки. После зятяжки крепежной гайки наворачивается стопорная гайка, фиксирующая положение оси резистора после регулировки. Внимание! Резьба на переменном резисторе ПП2−11 — пластмассовая. Поэтому сильно затягивать крепежную гайку не нужно, во избежание поломки резистора.

4.2 Технологическая часть На боковые стенки шасси устанавливаются сетевой, входной и выходной разъемы и сетевой выключатель. Разъемы перед установкой разворачиваются так, чтобы их выводы оказались в положении, как это показано на монтажной схеме. Выключатель крепится штатной гайкой, а разъемы закрепляются винтами М3×10, гроверами и гайками М3. Шайбы при креплении этих разъемов не используются.

Затем в подвале шасси устанавливаются электролитические конденсаторы в соответствии с монтажной схемой и с обязательным соблюдением полярности выводов. Для этого потребуется отвернуть некоторые крепежные винты трансформаторов и дросселя. Крепежные хомуты вырезаются из жести по месту.

После этого в подвале шасси устанавливаются монтажные стойки. Перед установкой необходимо отформовать их выводы, и при крепеже развернуть их так, как показано на монтажной схеме. Стойки крепятся винтами М3×12, шайбами, гроверами и гайками М3. При этом шайба кладется на крепежное ушко монтажной стойки, затем кладется гровер и заворачивается гайка. Под головку винта с верхней стороны шасси шайба не кладется.

И в последнюю очередь в подвале шасси устанавливается мостовой выпрямитель. Его нужно расположить, как показано на монтажной схеме. Ориентировку дает скошенный уголок и обозначенный вывод «+». Мост крепится винтом М3×12, шайбой, гровером и гайкой М3 аналогично креплению монтажных стоек.

4.3 Электрический монтаж Сначала устанавливаются необходимые перемычки на выводы трансформаторов. Соседние лепестки соединяются медным луженым одножильным проводом диаметром 0,7 — 0,8 мм. Более длинные перемычки выполняются проводом МГШВ 0,2.

Затем, выполняется монтаж накальных цепей. Берется намоточный провод, например ПЭВ-2−0,8, отмеряются отрезки нужной длины с небольшим запасом, зачищаются от изоляции на концах на длину 5 — 7 мм и залуживаются, на каждый проводник одевается кембрик толщиной 1 мм и проводники в кембрике скручиваются между собой. После этого, таким двойным проводом прокладываются накальные цепи к каждой лампе, как это показано на монтажной схеме и видно на фотографии. Проводники цепи накала необходимо уложить непосредственно на дно шасси.

Далее монтируются все сетевые соединения. После этого усилитель можно включить и убедиться, что лампы накаливаются. Право, это волшебное зрелище, когда еще совершенно не смонтированная конструкция уже начинает подавать первые признаки жизни! Огоньки катодов ламп — это красиво!

Следующим этапом будет прокладка «земли», то есть, общего провода. Он выполняется медным луженым одножильным проводом диаметром 0,7 — 0,8 мм. Можно опять взять намоточный провод диаметром 0,8 мм, зачистить его ножом от изоляции, аккуратно залудить по всей длине и им вести монтаж.

Затем, устанавливаем и припаиваем межкаскадные разделительные конденсаторы К73-П2. Они большие, занимают много места, и их нужно устанавливать одними из первых радиодеталей. Они должны висеть на своих выводах на расстоянии 4 — 5 мм над дном подвала шасси. Вслед за ними устанавливаем входные разделительные конденсаторы К78−2, они должны лежать на боковой стенке и на дне подвала шасси.

После этого устанавливаем катодную перемычку выходных ламп. Она выполняется голым медным луженым одножильным проводом диаметром 0,7 — 0,8 мм. Затем, по месту, монтируются все резисторы усилителя в произвольном порядке. Что и где удобнее монтировать. Не забудьте про общий катодный резистор выходных ламп. Он отнесен далеко от основной схемы усилителя, но включать усилитель без него, — это вывести из строя катодный электролитический конденсатор. Он просто взорвется, поскольку без катодного резистора на нем окажется около 200 вольт, а его максимальное рабочее напряжение всего 50. И перед установкой еще раз проверьте его номинал. Он должен быть 130 Ом.

4.4 Эксплуатация Ламповый усилитель в процессе своей работы греется. Греются радиолампы, силовой трансформатор и дроссель. Греются почти все резисторы, расположенные в подвале шасси. Греются довольно сильно. Но при этом все радиодетали для ламповых конструкций предназначены для работы при повышенных температурах. Поэтому для лампового усилителя в процессе его эксплуатации не нужны вентиляторы, однако, необходимо естественное, конвекционное охлаждение. Главное для обеспечения правильного температурного режима лампового усилителя — это дать ему естественный контакт с окружающим воздухом. То есть, либо усилитель должен эксплуатироваться в открытом виде как он показан на фотографии, либо к нему нужно сделать сетчатый или решетчатый защитный корпус, который будет свободно пропускать воздух ко всем элементам его конструкции. Причем, доступ воздуха необходим и к элементам в подвале шасси. Поэтому нельзя ставить усилитель на глухую поверхность. Либо под него нужно подложить поперечные рейки, сечением 15 — 15 мм из любого твердого материала, либо, закрыв подвал шасси снизу металлической решеткой, установить на нее ножки, которые будут обеспечивать нужное расстояние от опорной поверхности, до боковых кромок шасси. Ламповый усилитель нельзя помещать в закрытый корпус, в котором, отсутствует приток внешнего воздуха. В таком случае радиодетали перегреются и быстро выйдут из строя.

В отличие от транзисторных усилителей, которые можно не выключать сутками, неделями и месяцами (имеется ввиду профессиональная аппаратура), попросту забыв про них, с ламповыми усилителями необходима внимательность и аккуратность. Включил, прогрел полчаса, послушал; закончил слушать — выключил! Однако, включать и выключать усилитель каждый час тоже не следует. Частые включения и выключения вредны для ламп, пожалуй, побольше, чем длительная работа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью данной курсовой работы стало изучение современных ламповых усилителей звука. В ходе работе эта задача была успешно решена. Освоенные теоретические навыки позволяющие на данном этапе обучения спроектировать несложные усилители. Полученные в работе данные не сильно расходятся с полученными при макетировании и испытании подобных усилителей.

Производимые в настоящее время усилители находит всё более широкое применение во многих областях жизнедеятельности человека и в значительной мере определяет уровень научно — технического прогресса общества.