AVT455.pdf

Prosty wzmacniacz z lampami PCL86

P R O J E K T Y

Prosty wzmacniacz

z lampami PCL86

AVT-455

Niejednokrotnie młody elektronik

zainteresowany „wejściem”

w technikę lampową zapytuje:

„Mam lampy PCL86, PCL82,

które wyjąłem ze starego

telewizora. Czy mogę na tych

lampach zrobić jakiś prosty

wzmacniacz?”

Padają odpowiedzi twierdzące,

ale na ogół zniechęcające

do prób.

Rekomendacje:

układ polecamy zwłaszcza

miłośnikom lamp elektronowych.

Ze względu jednak na to, że

jest stosunkowo prosty

do wykonania, może

zainteresować również

„obserwatorów” tej techniki.

Przyjęło się, że lampy serii P są

mało przydatne do zastosowań audio.

A szkoda, bowiem wykorzystanie wła-

śnie tych lamp umożliwia obniżenie

kosztów budowy tego pierwszego w

życiu wzmacniacza lampowego, zaś

lampy PCL86 i PCL82 były zapro-

jektowane do układów wzmacniaczy

m.cz odbiorników telewizyjnych.

Nie będziemy więc tym razem

nic wymyślać - lampy te będą pra-

cować w typowej dla siebie aplikacji.

Moc wyjściowa takiego wzmacniacza

nie jest duża - będzie wynosić około

2 W na kanał przy zniekształceniach

nieliniowych 10%.

lub telewizyjny mógł być zasilany z

sieci prądu stałego jak i zmiennego.

Napięcie anodowe uzyskiwano

bezpośrednio z sieci.

Dziś jedynym obowiązującym stan-

dardem jest sieć prądu zmiennego

230 V, ale jeszcze 40 lat temu w Pol-

sce można było spotkać różnego rodza-

ju sieci, w tym także prądu stałego.

Litera P w oznaczeniu mówi, że

lampy są żarzone prądem o natężeniu

300 mA, nie mówi natomiast jakie

napięcie ma występować na zaciskach

włókna żarzenia. Taką informację

można jednak łatwo odszukać w ka-

talogu. Na przykład dla lampy PCL86

katalogowa wartość napięcia żarzenia

wynosi 14,5 V. Okazuje się jednak,

że rozrzut napięcia tych lamp jest

znaczny i wymagane natężenie prą-

du 300 mA osiąga się dla niektórych

egzemplarzy przy napięciu 12,5 V a

dla innych dopiero przy 16 V. W od-

biornikach telewizyjnych epoki lampo-

wej nie miało to większego znaczenia

- lampy były włączone szeregowo, a

potrzebny prąd żarzenia ustalał opor-

nik redukcyjny, jak na rys. 1 .

W odbiorniku pracowało zazwy-

czaj kilkanaście lamp, toteż łączny

spadek napięcia na włóknach lamp

wynosił sto kilkadziesiąt woltów,

dzięki czemu po dołączeniu oporni-

ka redukcyjnego cały układ żarzenia

mógł być zasilany bezpośrednio z

sieci. Niekiedy, aby ograniczyć straty

Parę słów o lampach serii P

Popularne lampy serii E żarzy się

prądem zmiennym 6,3 V, łącząc je

równolegle.

Litera E w oznaczeniu mówi, że

lampa jest żarzona napięciem 6,3 V,

natomiast pobierany przez lampę prąd

można znaleźć w katalogu.

Inaczej jest z lampami serii P,

które są zasadniczo przeznaczone do

żarzenia szeregowego.

Ten sposób żarzenia był stosowany

w niektórych odbiornikach radiowych

(najczęściej z lampami serii U - prąd

żarzenia 100 mA) i w większości te-

lewizorów epoki lampowej.

Zaletą było wyeliminowanie trans-

formatora sieciowego, a co za tym

idzie - lampowy odbiornik radiowy

Elektronika Praktyczna 2/2005

Prosty wzmacniacz z lampami PCL86

Rys. 1. Zasada zasialania włókien lamp bezpośrednio z sieci

filtr zasilacza z elementami dla kanału

prawego C23, C24, R17. Takie rozwią-

zanie redukuje wzajemne oddziaływanie

wzmacniaczy obu kanałów na siebie

- zmniejszają się przesłuchy. Napięcie

żarzenia jest uzyskiwane z odpowied-

niego uzwojenia transformatora siecio-

wego, prostowane w mostku Pr2, wy-

gładzane za pomocą kondensatora C14,

a następnie stabilizowane za pomocą

prostego, parametrycznego stabilizato-

ra napięcia z tranzystorem T1 i diodą

stabilizacyjną D1. Kondensator C13 za-

bezpiecza przed udarem prądu żarzenia

zaraz po włączeniu.

mocy na oporniku redukcyjnym włą-

czano szeregowo diodę. Dzięki temu

prąd żarzenia płynął tylko przez pół

okresu sinusoidy 50 Hz.

Należy wspomnieć jeszcze o roli

termistora. Otóż zaraz po włączeniu

odbiornika lampy są jeszcze zimne,

zaś ich włókna żarzenia mają mniej-

szą oporność niż w stanie gorącym.

Tym samym mógłby nastąpić udar

prądu, powodując przepalenie włókna

którejś z lamp.

Zapobiega temu termistor. Zaraz

po włączeniu odbiornika termistor jest

zimny i jego oporność jest duża. Prąd

żarzenia jest więc niewielki. Prąd ten

jednak zaczyna nagrzewać termistor,

dzięki czemu jego oporność maleje.

Prąd żarzenia powoli rośnie do nomi-

nalnej wartości 300 mA. Dlatego trzeba

było czekać nieraz ponad 3 minuty aż

odbiornik się nagrzeje.

Ten tani układ, sprzyjający zmniej-

szeniu masy odbiornika (brak transfor-

matora sieciowego) ma jednak tę wadę,

że odbiornik nie jest galwanicznie od-

izolowany od sieci i może wystąpić

pełne napięcie sieci na chassis (metalo-

wej podstawie) odbiornika. Dla użytkow-

nika nie było to jednak groźne, bowiem

obudowa odbiornika była najczęściej

drewniana, zaś wszystkie pokrętła były

wykonane z tworzyw sztucznych.

Schemat elektryczny wzmacniacza

jest pokazany na rys. 2 .

Jest to wzmacniacz w klasie A, zaś

lampy pracują w zasadzie w typowej

dla siebie aplikacji. Układ zawiera tylko

dwie lampy, bowiem w bańce lampy

PCL86 znajduje się trioda napięciowa

oraz pentoda mocy. Ze względu na to,

że oba kanały są identyczne omówimy

tylko elementy kanału lewego. Dopro-

wadzony do połowy podwójnego po-

tencjometru siły głosu P1 sygnał kana-

łu lewego jest podany do siatki triody

lampy V1. Potrzebne wstępne ujemne

napięcie siatki jest uzyskiwane wskutek

spadku napięcia na oporniku R2.

Po wzmocnieniu w triodzie sygnał

zostaje podany do siatki pentody koń-

cowej lampy V1.

Wzmocniony w końcówce mocy sy-

gnał za pośrednictwem transformatora

głośnikowego Tr1 steruje głośnik. Kon-

densator C8 wpowadza niewielką ko-

rekcję dla wyższych częstotliwości. Aby

wzmacniacz pracował bardziej „miękko”

zastosowano mieszane ujemne sprzęże-

nie zwrotne: globalne obejmujące oba

stopnie wzmocnienia i transformator z

elementami C9, R7, P2. Potencjometrem

montażowym P2 można ustalić głębo-

kość sprzężenia zwrotnego (a tym sa-

mym czułość i poziom zniekształceń).

Poprzez dobór pojemności C9 reguluje

się głębokość sprzężenia zwrotnego dla

wyższych częstotliwości.

Jak wiadomo, reaktancja po-

jemnościowa maleje ze wzro-

stem częstotliwości, a więc wraz

z częstotliwością współczynnik

sprzężenia zwrotnego rośnie, co

osłabia tony wysokie.

Dodatkowo tworzy się lokalne

ujemne sprzężenie zwrotne prądo-

we na rezystorze R2.

Napięcie anodowe dla obu

kanałów jest uzyskiwane z trans-

formatora sieciowego Tr3 wsku-

tek prostowania pełnookresowego

w mostku scalonym Pr1. Napię-

cie to zostaje następnie w filtrze

oporowo - pojemnościowym z

elementami C10, C11, R8. Za-

stosowano oddzielny, identyczny

Obliczenia

W zasadzie powyższy opis wzmac-

niacza mógłby wystarczyć do jego po-

prawnego i świadomego złożenia. Ale

dlaczego elementy mają takie, a nie

inne wartości? Zaraz to wyjaśnimy,

wykonując orientacyjne obliczenia. W

tab. 1 zebrano najważniejsze parametry

lampy PCL86, zaczerpnięte z katalogu.

Obliczenie stopnia końcowego

Zasadniczy schemat stopnia końco-

wego przedstawiono na rys. 3 . Z łatwo-

ścią można dostrzec analogię do układu

stopnia końcowego z pełnego schematu

elektrycznego (rys. 2).

Przyjmiemy napięcie zasilania

Ua=230 V, zgodnie z wartością z

tab. 1.

Optymalną oporność obciążenia

znajdziemy ze wzoru:

W tych warunkach katalog podaje

jako optymalną oporność obciążenia

5,1 kΩ, gdyż uwzględnia spadek na-

pięcia na rezystancji czynnej pierwot-

nego uzwojenia transformatora.

Wzmacniacz

Miło wspominać historię, wróćmy

jednak do czasów współczesnych. Za-

silanie wzmacniacza lampowego bezpo-

średnio z sieci należy wyrzucić do la-

musa. To po prostu zbyt niebezpieczne

zważywszy, że obudowy wzmacniaczy

są najczęściej metalowe.

Z tego względu transformator siecio-

wy jest nieodzowny. Można go jednak

zamówić w cenie kilkudziesięciu zło-

tych lub użyć dwóch oddzielnych, o

czym będzie jeszcze mowa.

Pierwszy wzmacniacz początkującego

elektronika - lampowca powinien być

możliwie prosty.

Nie będzie się on zasadniczo różnił

od typowych, prostych układów z daw-

nych lat.

Tab. 1. Parametry lampy PCL86

Parametr

prąd żarzenia I ż 300 mA

napięcie żarzenia U ż 14,5 V

napięcie siatki U s0 -1,7 V

napięcie anody triody U a 230 V

nachylenie charakterystyki triody S a 1,6 mA/V

współczynnik amplifikacji K a 100 V/V

napięcie anody pentody U a 230 V

napięcie siatki pierwszej U s0 -5,7 V

napięcie siatki drugiej U s2 230 V

prąd siatki drugiej I s2

6,5 mA

prąd anodowy I a

39 mA

nachylenie charakterystyki pentody S a

10,5 mA/V

rezystancja wewnętrzna ρ

45 k Ω

Elektronika Praktyczna 2/2005

Prosty wzmacniacz z lampami PCL86

Rys. 2. Schemat wzmacniacza z lampami PCL86

Dołączony głośnik, stanowiący ob-

ciążenie wzmacniacza ma najczęściej

impedancję 4 lub 8 Ω. Dlatego w przy-

padku podłączenia głośnika 8 Ω jest

potrzebny transformator o przekładni:

optymalną oporność obciążenia. W

powyższych wzorach na przekładnię

pominięto sprawność transformatora.

Należy teraz poszukać odpowied-

niego transformatora.

Niepisana zasada głosi, że najle-

piej używać podzespołów łatwo do-

stępnych w handlu. Okazuje się, że

firma Zatra S.A produkuje transfor-

matory TG5/623/01 i TG5/623/02.

Są one zaprojektowane do współ-

pracy z lampą EL84, która ma spo-

czynkowy prąd anodowy 48 mA i

oporność obciążenia 5,2 kΩ. Jest to

więc wartość zbliżona do wymaganej

przez lampę PCL86, zaś prąd ano-

dowy lamy PCL86 jest mniejszy niż

lampy EL84. Oznacza to, że trans-

formatorowi nie grozi przeciążenie

i bez obaw może współpracować z

lampą PCL86.

TG5/623/01 jest przystosowany do

współpracy z głośnikiem 8 Ω, zaś

TG5/623/02 nadaje się do współpra-

cy z głośnikiem 4 Ω. Deklarowa-

ne przez producenta pasmo prze-

zaś w przypadku głośnika 4 Ω:

aby lampa „widziała” głośnik jako

Elektronika Praktyczna 2/2005

Prosty wzmacniacz z lampami PCL86

Rys. 3. Podstawowy schemat stop-

nia końcowego

Rys. 4. Uproszczony schemat

wzmacniacza napięciowego

Ponieważ na kondensatorze C k od-

kłada się napięcie 5,7 V jego napięcie

pracy powinno wynosić przynajmniej

10 V. Na rys. 2 oprócz kondensatorów

elektrolitycznych C6 i C20 są jeszcze

kondensatory C7 i C21. Likwidują

one ujemne sprzężenie zwrotne dla

wyższych częstotliwości. Są one po-

trzebne, gdyż kondensatory elektroli-

tyczne mają dość dużą indukcyjność

własną i nie likwidują skutecznie

sprzężenia zwrotnego dla wyższych

częstotliwości.

Od wartości opornika i kondensa-

tora siatkowego zależy pasmo prze-

noszenia. Im większe są ich warto-

ści, tym lepsze jest przenoszenie to-

nów niskich. Z drugiej jednak strony

opornik siatkowy nie może mieć zbyt

dużej wartości. Przyjmijmy wartość

opornika R s =680 kΩ.

Potrzebną wartość pojemności ob-

liczymy ze wzoru:

noszenia tych transformatorów to

40-20000 Hz. W modelu zastosowano

pierwszy z tych transformatorów.

Należy wspomnieć, że transfor-

mator w znacznej mierze decyduje

o jakości wzmacniacza: od wartości

indukcyjności głównej zależy w du-

żej mierze jak wzmacniacz będzie

przenosić tony niskie. Z kolei induk-

cyjność rozproszenia ma decydujący

wpływ na przenoszenie tonów wyso-

kich, zaś przekładnia transformatora

wpływa na zniekształcenia nieliniowe

i sprawność.

Spodziewaną moc wyjściową od-

daną przez wzmacniacz z rys. 3 przy

dopuszczalnych zniekształceniach mo-

żemy oszacować ze wzoru:

P uż "0,4·U a0 ·I a0 "0,4·230 V·6 mA"3,3 W

Potrzebne napięcie siatki U s0 uzy-

skuje się wskutek spadku napięcia na

oporniku katodowym R k . Przepływający

przez ten opornik prąd jest równy su-

mie prądu anodowego I a i prądu siatki

osłonnej I s2 . Stąd wartość opornika R k :

Co prawda nie znamy nachylenia

katodowego S k , ale musi być ono po-

równywalne z nachyleniem charak-

terystyki anodowej, gdyż prąd siatki

drugiej jest niewielki w porównaniu

z prądem anodowym. Tym samym

błąd obliczenia nie będzie duży. Z

kolei za dolną częstotliwość granicz-

ną podstawiamy 30 Hz a nie 40 Hz

(dolna częstotliwość przenoszenia

transformatora) by niepotrzebnie nie

zawężać pasma.

Wynika to z faktu, że pasmo prze-

noszenia transformatora jest podawane

dla nierównomierności charakterystyki

równej 3 dB - oznacza to, że trans-

formator powoduje spadek wzmocnie-

nia 3 dB dla częstotliwości 40 Hz.

Powyższy wzór pozwala na obli-

czenie kondensatora katodowego przy

spadku 3 dB dla najniższej częstotli-

wości. Gdyby do wzoru podstawiać

częstotliwość 40 Hz otrzymamy po-

jemność kondensatora C k , przy której

spadek wzmocnienia wzmacniacza

końcowego wyniesie 6 dB (3 dB trans-

formatora i 3 dB związane z obwo-

dem C k , R k ). 6 dB to już duży spadek

wzmocnienia (2 razy). Podstawiając do

wzoru mniejszą częstotliwość zapewni-

my spadek wzmocnienia mniejszy od

6 dB dla 40 Hz. Wydawałoby się, że

powyższe obliczenie C k jest zbędne,

bo można by było zastosować kon-

densator o możliwie dużej pojemno-

ści. Pojemność kondensatora nie może

być jednak zbyt duża, bo wzmacniacz

końcowy będzie chwilami się „zaty-

kał” - źle działał przy zmianach sy-

gnału wejściowego. Wynika to z faktu,

że im większa pojemność kondensato-

ra tym dłużej trwa jego ładowanie i

rozładowywanie.

Powyższy wzór pozwala obliczyć

pojemność dla spadku wzmocnienia,

równgo 3 dB, związanego z obwodem

C s , R s . Pojemność kondensatora C s

ma małą wartość i nic nie szkodzi,

aby zastosować kondensatory o więk-

szej pojemności - np. 47 nF. Dzięki

temu eliminujemy praktycznie wpływ

obwodu siatkowego na przenoszenie

najniższych częstotliwości.

Dlatego dobrano takie wartości po-

jemności C1, C2, C5, C15, C16, C19

na rys. 2.

Obliczmy jeszcze potrzebną dla

pełnego wysterowania amplitudę sy-

gnału na siatce lampy mocy:

Tracona na tym oporniku moc

wyniesie:

P=U s0 ·(I a +I s2 )"5,7 V·

·(39 mA+6,5 mA)"0,6 W

Dlatego moc tego opornika powin-

na wynosić 0,4 W lub więcej.

Najbliższą obliczonej wartością z

szeregu jest 120 Ω i taką wartość mają

oporniki R6 i R15 na rys. 2. Włącze-

nie opornika katodowego powoduje

jednak powstanie prądowego ujemnego

sprzężenia zwrotnego i w efekcie spa-

dek wzmocnienia. Aby temu zaradzić

bocznikuje się opornik katodowy kon-

densatorem o pojemności:

Obliczenie wzmacniacza

napięciowego

Zasadniczy schemat stopnia

wzmocnienia napięciowego przedsta-

wiono na rys. 4.

Obliczmy oporność wewnętrzną

triody:

Jak wiadomo, rezystancja opornika

R a powinna być 2...8 razy większa od

rezystancji wewnętrznej lampy. Przyj-

mijmy więc R a =220 kΩ, co jest zresztą

wartością sugerowaną przez katalog.

W tych warunkach wzmocnienie

napięciowe, bez uwzględnienia spad-

ku wzmocnienia związanego z ujem-

nym prądowym sprzężeniem zwrot-

Rys. 5. Schemat filtru RC

Elektronika Praktyczna 2/2005

Prosty wzmacniacz z lampami PCL86

Rys. 6. Rozkład wyprowadzeń lamp PCL86, ECL86, EM84 i EM800

Przyjmiemy typową wartość z szere-

gu - 1,2 kΩ.

Tracona na tej oporności moc

wynosi:

P=(U we -U a )·I o =50 V·46,5 mA"2,3 W

Dlatego zastosujemy opornik o mocy

5 W lub (lepiej) 8 W.

Ponieważ filtr zasila wzmac-

niacz małej mocy, więc dopuszczalny

współczynnik tętnień za filtrem wy-

nosi 0,05%.

Załóżmy, ze oba kondensatory filtru

mają pojemność 100 µF. Jest to duża

wartość pojemności, jednak łatwa do

nabycia. W związku z tym możemy z

niewielkim błędem przyjąć, że tętnienia

na tym kondensatorze filtru wynoszą

około 5%. Dokładniejsze obliczenie tęt-

nień na tym kondensatorze jest oczywi-

ście możliwe, jednak je tu pominiemy.

Wymagany współczynnik filtracji fil-

tru wynosi więc:

nym w obwodzie katody wyniesie:

Napięcie anodowe U a ma mieć

wartość 230 V. Znaczy to, że na re-

zystorze (lub rezystorach w przy-

padku filtru wieloogniwowego) fil-

tru ma nastąpić spadek napięcia

U we –U a =50 V.

Obciążeniem filtru (rezystancja R

z rys. 5) są oba stopnie wzmacnia-

cza: napięciowy i mocy.

Natężenie prądu pobieranego z fil-

tru jest równe sumie natężenia prądu

anodowego triody wzmacniacza na-

pięciowego (poniżej 1 mA), natężenia

prądu siatki drugiej pentody mocy

(6,5 mA) i prądu anodowego pentody

mocy (39 mA):

I o =I a1 +I a2 +I s2 "1 mA+39 mA+

+6,5 mA"46,5 mA

Oporność obciążenia filtru wynosi:

Ujemne napięcie siatki pierwszej U s0

ma być równe -1,7 V i jest uzyskiwane

na oporniku R k . Jego wartość powinna

wynieść w przybliżeniu:

Współczynnik ujemnego prądowego

sprzężenia zwrotnego:

Sprawdzimy teraz, czy uda się

uzyskać taki współczynnik filtracji w

układzie z rys. 5.

Filtracja F tego układu wynosi:

Wzmocnienie napięciowe stopnia

zmaleje więc:

1+bK u =1+0,01·78 V/V=1,78 razy

czyli wyniesie około 43 V/V. Jest to

wzmocnienie napięciowe stopnia przy

rozwartej pętli globalnego sprzężenia

zwrotnego, obejmującego transformator.

Ponieważ lampa mocy wyma-

ga dla pełnego wysterowania sygna-

łu 3,7 V, zaś wzmacniacz napięcio-

wy ma wzmocnienie 43 V/V, więc

na wejście wzmacniacza wystarczy

podać sygnał 3,7 V/43 V/V=86 mV.

Po włączeniu pętli sprzężenia wzmoc-

nienie jednak spadnie.

Pojemność sprzęgająca w anodzie

jest pojemnością siatkową lampy mocy

i została już obliczana.

Prąd I o płynie przez rezystor filtru

R f , który powinien mieć wartość:

Za f wstawiamy 100 Hz, gdyż

taka jest częstotliwość tętnień przy

dwupołówkowym prostowaniu.

Pierwszy kondensator filtru (rys. 2)

ma w istocie pojemność 200 µF (dwa

kondensatory C11 i C24).

Filtr zasilacza

Zastosujemy tani filtr oporowo-

-pojemnościowy, rezygnując z drogich

dławików.

Autor dysponował transformatorem

sieciowym, który na uzwojeniu ano-

dowym ma napięcie U tr =200 V. Po

wyprostowaniu w prostowniku (most-

ku) napięcie U we ( rys. 5 ) wyniesie w

przybliżeniu:

Rys. 7. Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa wzmacniacza z

lampami ECL86

Elektronika Praktyczna 2/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: