dla nielampowców (2)
cz. 1 artykułu
dostępna na CD
Doświadczeni konstruktorzy wzmacniaczy lampowych twierdzą, że
jakość wzmacniacza najbardziej zależy od sposobu wykonania
transformatora głośnikowego. Dlatego część 2 artykułu poświęcona
jest głównie obliczeniom i opisowi know-how wykonania
transformatora w warunkach domowych. To prawdziwe rękodzieło,
ale warto się przyłożyć, by uzyskać niepowtarzalne „lampowe”
brzmienie wzmacniacza wykonanego dosłownie własnymi rękami.
Wykonanie tego wzmacniacza nie jest trudne, ale wymaga zapału
i cierpliwości prawdziwego hobbysty.
Każdy transformator głośniko-
wy jest przystosowany do pracy
z konkretną lampą. Aby dobrze go
dopasować, najpierw należy prze-
studiować wykresy charakterystyk.
Na
rys.
6
przedstawiono charakte-
rystyki siatkowe lampy mocy, a na
rys.
7
charakterystyki anodowe
.
Na ich podstawie musimy określić
moc admisyjną, (czyli maksymal-
ną moc, która może się wydzielać
na anodzie lampy), optymalne ob-
ciążenie anodowe oraz opór we-
wnętrzny lampy. Na wykresie cha-
rakterystyk anodowych znajdujemy
krzywą oznaczającą 0 V na siatce
sterującej. W miejscu maksymalne-
go prądu anodowego (w przypad-
ku lampy 6H13C jest to 130 mA)
zaznaczamy punkt A i kreślimy
przez niego styczną do hiperboli
mocy admisyjnej. Nachylenie tej
prostej oznacza optymalne obcią-
żenie. W dowolnym miejscu na
prostej zaznaczamy drugi punkt B.
Liczymy iloraz różnicowy:
R
a
=DU/DI=(U
B
–U
A
)/(I
A
–I
B
) [V]
R
a
wynosi 2,5
kV, jednak literatura
często podaje wartość 2 kV, którą
przyjmujemy (jest bardziej korzyst-
na). Ponieważ nasz stopień mocy
pracuje przeciwsobnie, interesuje
AVT-5142
W ofercie AVT jest dostępna:
– [AVT–5142A] – płytka drukowana
PODSTAWOWE PARAMETRY
• Płytka wyłącznika o wymiarach 62x37 mm, wzmacniacz montowany „na pająka”
• Konfiguracja wzmacniacza: układ napięciowy Williamsona
• Stopień mocy: triodowy push-pull, klasa AB1
• Stała polaryzacja lamp mocy
• Logarytmiczny wskaźnik wysterowania
• Maksymalna moc wyjściowa (bez przesterowania wzmacniacza): 2x7 W (Uwej=1,24 Vrms; f=1 kHz,
sinus;
THD=1,2%)
• Pasmo przy spadku 3 dB: 32 Hz...18,5 kHz
• Nominalna impedancja obciążenia: zależna od transformatora (w prototypie 3
V
)
• Czułość wejściowa dla max mocy (2x7 W): 1,24 Vrms
PROJEKTY POKREWNE
wymienione artykuły są w całości dostępne na CD
Tytuł artykułu
Nr EP/EdW Kit
Bufor lampowy
EdW 12/2003 AVT-2690
Przedwzmacniacz lampowy
EdW 8/2004 AVT-2729
Lampowy wzmacniacz słuchawkowy
EdW 1/2005 AVT-2744
Wzmacniacz lampowy z PCL86
EP 2/2005 AVT-455
Stereofoniczny wzmacniacz lampwy
EdW 6-7/2005 AVT-2754
Lampowy wzmacniacz gitarowy
EdW 12/2005 AVT-2772
Wzmacniacz lampowy na ECL86 w układzie SE
EdW 4/2006
Lampowy wzmacniacz akustyczny 2x30 W
EP 4/2008
Lampowy korektor dźwięku
EdW 7/2008
42
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2008
Rys. 8. Średnia długość strumienia magne-
tycznego
L
= π
R
i
⋅
R
aa
⋅
2
H
⋅
⋅
f
[
]
p
R
+
R
d
i
aa
L
p
w
ynosi ok
oło 5 H. Następnie
należy obliczyć minimalną objętość
rdzenia, który będzie spełniał nasze
oczekiwania:
Rys. 6. Charakterystyki siatkowe lampy mocy
10
8
⋅
0
⋅
π
⋅
µ
⋅
P
⋅
R
V
=
�
aa
[
cm
3
]
�
(
2
⋅
π
⋅
f
)
2
⋅
L
⋅
B
2
d
p
gdzie:
P=30%·moc admisyjna dwóch triod
łącznie=0,3·2
6 [
W]=7,8 [W]
m
ż
– średnia początkowa przenikal-
ność rdzenia (przeważnie zakłada
się 500)
B – maksymalna indukcja w rdze-
niu w Gs (1 Tesla=10000 Gausów)
Ponieważ materiał ferromagne-
tyczny z
którego będzie
wykonany
rdzeń nie magnetyzuje się w spo-
sób liniowy, duże indukcje w rdze-
niu będą powodować powstawanie
zniekształceń harmonicznych. Dla
wzmacni
acza aku
stycznego może-
my przyjąć B=2000 Gs. Objętość
rdzenia powi
nna wy
nosić około
100 cm
3
. W prototypie zastosowa-
no kształtki EI84 (grubość pakietu
42 mm, grubość blachy 0,5 mm).
Liczymy śr
ednią dł
ugość strumienia
magnetycznego w rdzeniu (
rys. 8
):
Rys. 7. Charakt
erystyki anodowe la
mpy mocy
nas opór od jednej anody do dru-
giej:
my nasz punkt P i kreślimy przez
niego sty
czną do krzyw
ej oznacza-
jącej –100 V na siatce. Nachylenie
tej prostej oznacza opór wewnętrz-
ny lampy w naszym punkcie pra-
cy. Zaznaczamy dowolny punkt na
tej prostej i ponownie liczymy ilo-
raz różnicowy:
l
�
= π
2
⋅
(
a
+
b
)
+
2
⋅
⋅
c
[
cm
]
R
2 Ω
R
=
4
[
]
a następnie przekrój czynn
y
kolum-
ny środkowej (10% zajmują tlenki
i lakier na kształtkach)
aa
a
Następnie na wykresie charak-
terystyk siatkowych również kreśli-
my tę samą prostą i zaznaczamy
na niej punkt przecięcia z krzywą
oznaczającą napięcie anodowe rów-
ne 200 V. Punkt P wyznacza nasz
punkt pracy (I
4
=65 mA przy U
p
=
–100 V na siatce). Na charaktery-
styce siatkowej doskonale widać,
w jakiej klasie będzie pracować
lampa mocy. W naszym przypadku
jest to klasa AB1. Na odpowiedniej
charakterystyce anodowej odnajduje-
s
=
0
⋅
V
�
[
cm
2
]
�
l
�
gdzie:
V
ż
– objętość rzeczywistego rdzenia
(
nie ta wychodząca z obliczeń)
Przechodzimy do uzwojeń. Li-
czym
y
liczbę zwojów uzwojenia
pierwotnego:
R
=
∆
U
=
U
Q
−
U
P
)
[
Ω
]
i
∆
I
(
I
−
I
)
Q
P
R
i
wynosi około 550 V. Zakłada-
my dolną częstotliwość wzmacniacza
(f
d
), w prot
otypie wy
nosiła np. 16 Hz.
Liczymy minimalną indukcyjność
uzwojenia pierwotnego ze wzoru:
L
⋅
l
n
=
8920
⋅
p
�
1
0
⋅
µ
⋅
s
�
�
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2008
43
=
k
⋅
(
Przekładnia transformatora jest
równa:
R
karkasie. Na ile to możliwe,
powinno stosować się grubszy
drut nawojowy niż to wynika
z obliczeń. Zmniejszy się wte-
dy oporność uzwojeń, przez
co wzrośnie skuteczność całe-
go transformatora. W trafach
głośnikowych istnieją duże róż-
nice potencjałów (np. pomię-
dzy uzwojeniem pierwotnym
a wtórnym). Należy stosować
druty z podwójną izolacją. Po
pierwsze jest to zabezpieczenie
przed przebiciami, po drugie
grubsza izolacja zmniejsza po-
jemności międzyzwojowe.
Niestety nie wszystkie li-
nie strumienia magnetyczne-
go przenikają rdzeń. Niektó-
re niejako ulatują i nie biorą
udziału w indukowaniu prądu
elektrycznego. Takie zjawisko
nazywamy indukcją rozpro-
szenia. Wiąże się ono ze stratami
w górnych partiach pasma. Dlatego
w transformatorach akustycznych
uzwojenia powinno się sekcjono-
wać, czyli nawijać naprzemian
warstwy uzwojenia pierwotnego
i wtórnego. Sekcjonowanie nie tyl-
ko zmniejsza indukcyjność rozpro-
szenia, izolacje pomiędzy sekcjami
także wpływają na odporność elek-
tryczną i zmniejszenie pojemności
całkowitej. Najlepiej do izolowania
warstw i sekcji w domowych wa-
runkach nadaje się „pergamino-
wy” papier do pieczenia. Pomię-
dzy dwoma sekcjami powinno się
znaleźć od 4 do 6 warstw takiego
papieru. Podczas nawijania warto
pamiętać, że kawałki papieru lepiej
ciąć o milimetr większe niż karkas
– w ten sposób będziemy mieć
pewność, że druty nie dotykają się
na końcach warstw, a sam papier
nie będzie się ślizgał.
W transformatorach prototy-
powych nawinąłem 16 sekcji (8
uzwojenia pierwotnego i 8 wtór-
nego). Wszystkie sekcje uzwojenia
pierwotnego łączy się szeregowo,
natomiast sekcje uzwojenia wtórne-
go łączy się równolegle, tak jak to
pokazano na
rys. 9
. Bardzo waż-
ne jest, aby każda sekcja uzwoje-
nia wtórnego miała dokładnie tyle
samo zwojów. Jeśli warunek ten nie
będzie spełniony, przez transforma-
tor będą przepływać prądy wyrów-
nawcze i jego skuteczność spad-
nie. Transformatory dla układów
Push–Pull można nawijać na dwa
sposoby: albo podzielić karkas na
n
=
głło�nik
R
0
⋅
aa
Liczba zwojów uzwojenia wtór-
nego:
n
=
1
n
⋅
n
2
Przekrój drutu
uz
wojenia pier-
wotnego jest zależ
ny
głównie od
wartości skuteczne
j p
rądu. W uzwo-
jeniu tym płynie prąd stały z na-
łożoną składową zmienną. Wartość
skuteczną prądu w układzie prze-
ciwsobnym obli
cza
się ze wzoru:
I
=
I
2
4
+
(
0
⋅
P
)
[
A
]
p
R
aa
gdzie:
I
4
– prąd spoczynkowy
tylko jednej
triody (65
mA
)
Przekrój drutu nawojowego
uzwojenia pierwotn
ego
:
Rys. 9. Rozmieszczenie sekcji
dwa i nawijać dwa oddzielne blo-
ki (zazwyczaj robi się tak w klasie
B), albo nawijać bifilarnie, czyli
dwoma drutami jednocześnie (jedy-
nie uzwojenie pierwotne) – po za-
kończeniu nawijania koniec pierw-
szego drutu łączy się z początkiem
drugiego (jest to odczep dla zasi-
lacza), a dwa pozostałe końce łą-
czy się z anodami lamp. Lepszym
rozwiązaniem w naszym przypadku
jest druga metoda, ponieważ sto-
sując ją uzyskamy idealną syme-
trię. Transformator powinien być
zabezpieczony przed uszkodzenia-
mi mechanicznymi. Końce uzwojeń
(odczepów) powinny być przylu-
towane do twardszych kabli lub
specjalnych zakończeń, jeśli tako-
we posiada karkas. W widocznym
miejscu należy nakleić kartkę z in-
formacjami o uzwojeniach, sekcjach
i odczepach, a same uzwojenia na-
leży mocno zakleić taśmą klejącą.
Warto także zatopić na jakiś czas
(ponad godzinę) cały transforma-
tor, nie tylko karkas z uzwojenia-
mi, w Caponie. Zabezpieczy go to
przed wilgocią, a także uniemożli-
wi blaszkom tzw. „granie” w trak-
cie pracy.
Mając nawijarkę nie warto
oszczędzać na dławikach. Na dła-
wik nadaje się rdzeń z każdego
starego transformatora sieciowe-
go, pod warunkiem, że jesteśmy
w stanie rozebrać go nie niszcząc
lakieru na kształtkach. Procedura
liczenia dławików jest także mozol-
na, jednak do tego celu (i nie tyl-
ko) pan Wojciech Staszak stworzył
s
=
I
p
[
mm
2
]
p
∆
gdzie:
D to gęstość prądu od 2 do 2,5 A/
mm
2
Średnica d
ru
tu nawojowego
uzwojenia pie
rwo
tnego:
d
=
4
⋅
s
p
[
mm
]
p
π
Przekrój drutu nawojowego
uzwojenia wtórnego:
s
w
=
s
p
[
mm
2
]
n
analogicznie średnica drutu nawojo-
wego uzwojenia wtórnego:
d
=
4
⋅
s
w
[
mm
]
w
π
Blaszki należy poskładać bardzo
starannie i nie powinno się ich
mocno ściskać. Nie można jednak
dopuścić, aby swobodnie poruszały
się, ponieważ transformator będzie
„grał” głośniej niż głośnik. Źle po-
składane lub zbyt mocno ściśnię-
te mogą spowodować zmniejszenie
indukcyjności uzwojenia pierwot-
nego, co z kolei obetnie nam ni-
skie tony. O ile to możliwe, nale-
ży stosować jak najcieńszą blachę.
Im mniejsza grubość kształtki, tym
mniejsze prądy wirowe i mniejsze
straty w rdzeniu. Po obliczeniu
transformatora należy oszacować,
czy wszystkie zwoje zmieszczą się
w oknie rdzenia przy konkretnym
44
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2008
Rys. 10. Widok płytki włącznika
niacza usztywniają konstrukcję. Do
nich należy przykręcić gumowe
nóżki lub takie, które będą dobrze
tłumić drgania. Podstawki lamp
muszą być dobrze dokręcone, aby
lampy nie poruszały się w trakcie
pracy – powoduje to tzw. mikro-
fonowanie. Przed uruchomieniem
wzmacniacza należy sprawdzić
każdy zasilacz oddzielnie. Przed
każdą modyfikacją należy upewnić
się, że kondensatory elektrolitycz-
ne są wystarczająco rozładowane.
Środkowy odczep uzwojenia grzej-
nika (2x3,15 V) należy przyluto-
wać do masy urządzenia (jest to
tzw. symetryzacja względem masy)
– zmniejszy to ewentualny brum.
Wokół transformatorów sieciowych
dobrze jest zastosować uziemione
ekrany magnetyczne, co zniweluje
sprzężenia magnetyczne transforma-
torów głośnikowych. Nie powinno
się prowadzić kabli sieciowych bli-
sko transformatorów głośnikowych,
gdyż indukują one nieprzyjemny,
słyszalny przydźwięk. Masy wszyst-
kich stopni wzmacniacza powinny
być połączone w jednym punkcie.
Nie można dopuścić do powstania
pętli masy, ponieważ mogą one
wzbudzać wzmacniacz. Masę urzą-
dzenia warto uziemić bezpośrednio
lub przez rezystor 1 kV.
Urządzenia lampowe przeważ-
nie montuje się na tzw. „pająka”
i taki sposób jest zalecany w tym
przypadku. Wyjątkiem jest układ
wyłącznika, który jest wykona-
ny w sposób tradycyjny na płytce
z obwodem drukowanym (
rys. 10
).
Pozawala to uniknąć sprzężeń
i łapania zakłóceń z zewnątrz.
Wszystkie elementy należy prowa-
dzić równolegle, albo prostopadle
do innych. Po upewnieniu się, że
zasilacze pracują poprawnie nale-
ży kolejno wkładać lampy i spraw-
dzać napięcia i prądy w punktach
kontrolnych. Poszczególne warto-
ści przedstawione są w
tab. 2
.
Na końcu wkładamy lampy mocy
i regulujemy spoczynkowe prądy
anodowe, których wartości mo-
żemy odczytać podpinając wolto-
mierz w miejsca U9, U10. Jednoo-
mowe rezystory nie mają na celu
wprowadzenia ujemnego sprzężenia
zwrotnego: prąd, który przez nie
płynie jest wprost proporcjonalny
do spadku napięcia na nich. Je-
śli zastosujemy nieużywane lampy,
przez około godzinę prądy te będą
niestabilne. Prądy spoczynkowe
bardzo przydatny program ECCLab.
Można go pobrać ze strony
http://
www.ecclab.com
. Po uruchomieniu
programu klikamy na „Elementy
indukcyjne” i wybieramy „Dławik”.
Nie jest wymagana znajomość wy-
miarów posiadanego rdzenia, ponie-
waż baza kształtek zawiera najczęś-
ciej stosowane wymiary. Program
zapyta nas jedynie o niezbędne pa-
rametry i resztę obliczy sam.
Montaż i uruchomienie
Wzmacniacz najlepiej umieścić
w aluminiowej obudowie. Blacha
aluminiowa o grubości 1...2 mm ła-
two się wygina i nawierca. Wszel-
kie ciężkie elementy, takie jak dła-
wiki lub transformatory oraz płytki
drukowane najlepiej jest przykręcić
do płyty wiórowej. Przed malowa-
niem obudowy należy wygładzić
powierzchnię papierem ściernym
(≥200) i przemyć ją rozpuszczal-
nikiem. Drewniane boki wzmac-
Tab. 2. Kontrolne wartości napięć
i prądów
Uk +200 V zależne od oporu dławika
Un +360 V zależne od oporu dławika
Up –100 V
zależne od napięcia anodowe-
go i punktu pracy
U1 +4 V
U2 +125 V
U3 +250 V
U4 +65 V
U5 +185 V
U6 +300 V
U7 +7,5 V
U8 +200 V
U9 65 mA zależne od punktu pracy
U10 65 mA zależne od punktu pracy
I1 3,7 mA
I2 3,7 mA
I3 5 mA
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2008
45
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 1 M
V
/0,5 W
R2: 51 k
V
/0,5 W
R3: 33 k
V
/1 W
R4: 1,1 k
V
/1 W
R5, R6: 330 k
V
/0,5 W
R7, R8: 18 k
V
/0,5 W
R9: 6,8 k
V
/1 W
R10, R11: 510 k
V
/0,5 W
R12, R13: 22 k
V
/1 W
R14: 3,9 k
V
/3 W
R15: 750
V
/0,5 W
R16, R17: 120 k
V
/1 W
R18, R19: 1
V
/1 W
R20: 47
V
/1 W
R21...R24: 470 k
V
/1 W
R25, R28, R29: 10 k
V
/0,125 W
R26: 220 k
V
/0,125 W
R27: 1 k
V
/0,125 W
R30: 47 k
V
/0,125 W
Rx: 5...10 k
V
/1 W
Rr: 100 k
V
/0,125 W
Ra: dobrany doświadczalnie
P1: potencjometr 2x100 k
V
B (logarytmicz-
ny)
P2...P5: rezystor nastawny 47 k
V
A (linio-
wy)
Kondensatory
C1: 10
m
F/400 V
C2...C4, C6, C7,C11...C17, C20...C22:
100 nF/400 V
C5, C8: 47
m
F/400 V
C9, C10, C18, C19: 330
m
F/400 V
C23, C24: 220
m
F/200 V
C25...C27: 100 nF/200 V
C28...C31: 330 nF/200 V
C32, C37, C41: 220
m
F/50 V
C33, C35, C36, C38, C40, C42, Cr:
10
m
F/16 V
C34, C39: 10 nF/16 V
Półprzewodniki
IC1, IC8: 7805
IC2, IC9: NE555
IC3: 4013
IC4...IC7: 4026
IC10: 7812
M1: 1000 V/1 A
M2: 100 V/1 A
M3: 100 V/3 A
D1: 1N4007
D2, Da: 1N4148
Q1: BC555
W1...W4: SC52–11
Lampy
V1, V2: 6H8C
V3: 6H13C
V4: 5Ц3C
Inne
L1: 20 H
L2, L3: 10 H
T1: opis w tekście
T2: opis w tekście
T3: 6...12 V/100 mA
T4: 12...15 V/2 A
A1: 10...50 mA
G1: opis w tekście
S1, S2: styk zwierny
K1: Przekaźnik dla dwóch obwodów (cew-
ka na 5 V)
4 podstawki lampowe typu octal do
chassis
Podwójne gniazdo RCA
Gniazda głośnikowe
Rys. 11. Wykres zmierzonego pasma prototypu
Rys. 12. Cokół lamp a) 6H13C i 6H8C, b) 5Ц3C
muszą być sobie równe, ponieważ
nawet mała różnica (rzędu 1 mA)
powoduje nasycanie się rdzenia
transformatora głośnikowego i ob-
cięcie basów.
lisys”. Klikając „Scan” otrzymamy
charakterystykę częstotliwościową
naszego wzmacniacza. Pasmo pro-
totypu zostało przedstawione na
rys. 11
. Musimy pamiętać, że na
wyjściu wzmacniacza napięcie jest
większe niż to, do którego nor-
malnie jest przystosowane wejście
liniowe. Aby nie uszkodzić karty
muzycznej należy zastosować odpo-
wiedni dzielnik napięcia.
Pomiary wzmacniacza
Z pewnością, jeśli ktoś włoży
sporo serca i czasu w obliczenia
i wykonanie wzmacniacza, będzie
chciał sprawdzić, jak naprawdę
przenosi on dźwięki. Przeważnie
będzie nas interesowało jedynie
pasmo. Okazuje się, że do takich
pomiarów nie jest potrzebna skom-
plikowana aparatura. Wystarczy
zwykły komputer i program Cool
Edit PRO 2.0, który bez problemu
można znaleźć w sieci. Po zainsta-
lowaniu i włączeniu programu na-
leży utworzyć nowy projekt. Prób-
kowanie 44 kHz przy rozdzielczości
16–bitowej w zupełności wystarczy.
Następnie klikamy na „Generate”–>
„Noise...”, zaznaczamy szum biały
i wybieramy jego styl. Projekt zapi-
sujemy jako plik WAV (nie MP3! –
empetrójki obcinają pasmo nagrania,
co jest efektem kompresji stratnej
stosowanej do tworzenia pliku MP3)
i ponownie tworzymy nowy projekt.
Równolegle do głośnika (lub innego
obciążenia na wyjściu wzmacnia-
cza) podłączamy kabel „Jack”, któ-
ry podpinamy do wejścia liniowego
komputera. Na wejście wzmacniacza
podajemy zapisany wcześniej szum
biały. Nagrywamy sygnał, który
komputer odbiera przez wejście li-
niowe. Mając próbkę klikamy na
„Analyze”–>„Show Frequency Ana-
Uwagi końcowe
Jak widać, wykonanie lampo-
wego wzmacniacza audio nie jest
trudne i powinni poradzić sobie
z nim nawet średnio zaawansowani
amatorzy. Najtrudniejszym zadaniem
jest wykonanie transformatora głoś-
nikowego. W artykule pokazałem,
że jest to możliwe nawet w warun-
kach domowych. Temat ten z uwagi
na ograniczone miejsce w artykule
nie został wyczerpany. Więcej moż-
na się dowiedzieć z internetowych
artykułów, które można znaleźć pod
poniższymi adresami:
–
http://www.fonar.com.pl/audio/pro-
jekty/teoria/trafagl4/trafagl.htm
–
http://www.fonar.com.pl/audio/pro-
jekty/teoria/trafagl/trafgl1.htm
–
http://www.fonar.com.pl/audio/pro-
jekty/teoria/trafagl3/trafagl.htm
–
http://www.fonar.com.pl/audio/pro-
jekty/trafa/trans2/trans_1.htm
–
http://www.fonar.com.pl/audio/pro-
jekty/teoria/trafagl2/trafagl.htm
a także z książki G.S. Cykin’a „Trans-
formatory małej częstotliwości”
Tomasz Orłowski
sov@o2.pl
46
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2008