Ламповые усилители, конструктив и применение подстроечных резисторов

Оставлен Evgenij Bortnik Втр, 02/09/2016 - 14:38
Аватар пользователя Evgenij Bortnik

  Вопрос о применении в ламповом усилителе различных типов резисторов отнюдь не праздный. Специфика ламповых усилителей заключатся в повышенной устойчивости к случайным и мало осмысленным действиям начинающих конструкторов. Попросту говоря ламповый усилитель, в отличие от транзисторного, очень трудно сжечь при наладке или настройке. Но нужно понимать, что практически во всех схемах ламповых усилителей есть узлы, требующие подстройки параметров. А от точности и аккуратности настроечных манипуляций в конечном итоге зависит получаемое качество УМЗЧ. Есть звенья, постройка режима которых весьма желательна по мере старения ламп. Собственно поэтому, к вопросу выбора средств регулирования режима, нужно отнестись ответственно на самом первом этапе, анализа задачи проектирования усилителя.

   Вначале следует сформулировать концептуальные соображения о рациональном подходе к конструированию лампового усилителя. Нужно понять, что хочется иметь по окончанию проекта. Особенностью ламповых усилителей является большое количество слесарной работы, которую можно выполнить, как попало, но лучше сделать аккуратно. Чаще у телезрителей получается полная фигня. Это обусловлено не только отсутствием профессионального инструмента. Неумелые ручки это традиционная проблема (это неудачная версия очумелых ручек). Собственно говоря, обычный человек вовсе не обязан иметь навык работать руками. Это богатство как правило наследуется от отца. Более фундаментальной является проблема беспорядка в голове. Однако я уверен, что при наличии требовательности к себе самодельная конструкция может быть вполне сравнима с промышленными образцами. Сегодня уровень конструкций самодельщиков можно поставить в соответствие уровню графических изображений ламповой схемотехники, представленной в сети Интернет. Большинство схем выполнено коряво, частенько вручную, дрожащим с бодуна карандашом. Иногда использованы растровые редакторы, но картинки всё равно остаются довольно примитивными. А причина в том, что люди просто не владеют графикой. Но желание показать свои «достижения» оказывается непреодолимым. Аналогично обстоит дело с железками, наблюдаем сплошные сэлфи. Голоса нету, слуха тоже, петь не умеют, но на сцену очень хочется. Поэтому имеем то, что имеем – душевный стриптиз.

   Нередко в сети встречаются размышлизмы о достоинствах рукопашного навесного монтажа ламповых усилителей. Талантливым расказчиком бредятина может подаваться с блеском. Сразу скажу, что в толковании преимуществ навесного монтажа перед печатным, мало разумных аргументов. Мне очевидно, что для достижения прогнозируемого и взвешенного, высокого качества ЛУМЗЧ нужно разумное сочетание средств и методов. Результат должен быть точно количественно оценен, никаких звонких эпитетов не нужно. Пристойный дизайн, ровные линии, приемлемый уровень фона, спектральные характеристики, величины искажений, интенсивность электромагнитного и теплового поля, сопротивления и проводимости утечек, динамические свойства и границы устойчивости. При количественной оценке готового проекта торсионные поля, поля Теслы, присутствие Барабашек и полтергейста оставляют за рамками обсуждения. Сигнальные цепи следует выполнять печатным монтажом. Накальные цепи, высоковольтные цепи, а также требующие защиты высокотемпературные объекты и крупногабаритные детали монтируют с применением навесного монтажа. При разработке используют компьютерные средства проектирования, а результат подвергают машинному анализу и моделированию. Здравые, действительно инновационные технические решения принимаются безоговорочно. Следует приветствовать использование и дискретных полупроводниковых элементов и контроллеров. Импульсные устройства в цепях питания также надо применять в полный рост, добросовестно экранируя ШИМ. Ограничением здесь может служить только недостаточная квалификация телезрителя.

  Корпус лампового усилителя изготавливают из ферромагнитного материала в виде стального короба. Предпочтительно иметь в работе высокоточный результат лазерной резки и гибки. Печатные платы размещают в подвале корпуса на стойках параллельно его поверхности. В крайнем случае изготавливают корпуса самостоятельно с применением ручного кромкогибочного станка и киянки, как показано на картинке ниже. Это годится для стриптизного, очень бюджетного варианта лампового усилителя.

 Ламповые панельки, снимая с них металлическую скорлупу, запаивают в печатные платы. При необходимости формуют выводы панелек и подрабатывают их дремелем. При конструировании соблюдают стандартные требования, изолируя землю от корпуса (как показано у Юрия Игнатенко). Проводят трассировку толстой медной шиной. Трансформаторы устанавливают в ферромагнитные экраны, для которых вполне годится тонкая жесть от чайных коробок. Применение конструкционной стали, толщиной более 2 мм избыточно. Для корпуса с внешними мебельными усилительными элементами достаточно толщины оцинкованного железа 0,7-1,0 мм. Для корпуса без мебельных примочек нужно железо потолще и попрочнее, например 1,5-2,0 мм. А определяется это преимущественно конструктивными особенностями усилителя, требованиями прочности и тяжестью трансформаторов, но толще двух миллиметров железо применять не нужно совсем.

   Поскольку настройка усилителя проводится на завершающем этапе, все платы лампы и трансформаторы должны быть смонтированы в корпусе. А настроечные элементы очень удобно монтировать прямо на луженые дорожки платы, со стороны печати. Подстроечные резисторы именно так и паяют. Панелька с лампой смотрит в одну сторону, а резисторы в другую. Ламповый усилитель при настройке переворачивают, сохраняя расположение элементов и фиксируя лампы. Для размещения перевернутого усилителя применяют прямоугольный монтажный столик с пустотой посередине. Очень внимательно нужно отнестись к выбору традиционного силового трансформатора на 50 герц. Как правило, никто из теоретиков не описывает элементарной проверки трансформатора на величину тока холостого хода. А это важнейший этап при построении источника питания ЛУМЗЧ. Нельзя полагаться на продавца, у которого куплен трансформатор. Большинство обычных силовых трансформаторов, особенно ТАН - гомно и имеют огромный ток ХХ. А это означает большое поле рассеяния и непобедимый фон переменного тока в усилителе. Никакие манипуляции с двиганием такого трансформатора по поверхности усилителя не способны радикально уменьшить фон переменного тока. Так не проще ли замерить ток ХХ перед сборкой усилителя? Тогда и экраны могут не понадобиться. Желательно иметь ток ХХ не более 10-20 мА при номинальном напряжении сети. Динамические токи будут конечно больше, но это другая тема. Если использовать трансформаторы ТА и ТН, то их также следует тщательно проверить. Тороидальные трансформаторы обычно существенно дороже, поэтому нужно учитывать бюджет. Кроме того, нужно помнить, что ипульсные источники также вполне подходят дли питания накальных и анодных цепей.

   Перевернутый усилитель на монтажном столе работает в обычном режиме, в полном функционале. Настройку выполняют по приборам, применяя мелкую шлицевую отвертку для регулирования подстроечных резисторов. После завершения настройки подвал закрывают стальной крышкой с крупной перфорацией, изнутри заклеенной пластиковой сеткой. Отверстия служат для забора охлаждающего воздуха при конвекции или при принудительной вентиляции кулерами. Выходными отверстиями служат окна в поверхности стального короба вокруг ламп. Если панелька диаметра 22 мм, то отверстие в поверхности корпуса перфорируют диаметром 28-29 мм. Для лампочек большего диаметра соответственно увеличивают и сквозные отверстия в корпусе. Никакого сверления применять не надо, желательно обойтись и без пиления напильником. Отверстия для лазерной резки проектируют заранее, для этого и нужно зафиксировать в библиотеке габариты всех элементов. В крайнем случае, используют китайский гидравлический пресс с набором штампов. Большие керамические панельки типа ПЛК-7 устанавливают прямо на шасси, а монтаж делают комбинированным. Подстроечные резисторы при этом размещают и распаивают в подвале так, чтобы обеспечить удобство регулировки режима ЛУМЗЧ.

  Приведенные ниже графические изображения резисторов могут содержать ошибки и поэтому не претендуют на справочную точность. Однако они дают общее представление об особенностях конструкции и регулирующей способности элемента. Все перечисленные типы элементов следует считать устаревшими, однако запасы таких регуляторов совдеповского качества еще есть и их нужно использовать. Более того, эти элементы часто превосходят китайские аналоги. А, кроме того, они достаточно крупные и вполне пригодны для не очень мелких ламповых конструкций. Неплохие результаты дает применение в качестве регуляторов смещения резисторов СП5-16ВВ и СП5-16-ВГ. Резисторы эти малогабаритные, регулируются за один оборот. Их можно купить, сравнительно не дорого, хотя такие компоненты чаще всего содержат палладий, платину или другие драги.

  Нормально в качестве регуляторов подходят резисторы СП5-16ВА и СП4-1б. Иногда неудобными оказываются довольно короткие ноги. Эту специфику следует учитывать при проектировании печатной платы. А паяльник должен иметь регулятор мощности, тонкое и острое жало, а также находиться в умелых руках, не подверженных тряске с перепою, напряжения ведь высокие, опасно.

  Несколько меньшие относительные габариты имеют резисторы СП4-1а. Но это часто сопровождается меньшими значениями рассеиваемой мощности. Для цепей сеточного смещения это не особенно актуально, поскольку там чаще всего применяют резисторы мощностью не более 0,25 Вт. В любом случае, при шунтировании или ограничении диапазона регулятора можно рекомендовать размещение рядом с подстроечником постоянных резисторов, установленных вертикально, перпендикулярно печатной плате для экономии места.

   Точности и разрешающей способности однооборотных резисторов вполне достаточно для регулирования режима по постоянному току. Но это справедливо, если усилитель спроектирован правильно. А при сборке использованы исправные детали. Иногда подстроечники крупных номиналов можно заменить более мелкими, если на этапе макетирования сделаны надлежащие выводы по качеству схемы.

Предпочтительно применение для монтажа на печатные платы подстроечников небольшой высоты. Лучше, если это резисторы 2,5 - 3 см. Высоту подвала лучше ограничивать на уровне 70 мм. В этом случае получается более выигрышный дизайн, нежели для конструкций с подвалом в 150 мм или для объектов типа сундук.

   Прочности паянного соединения резистора к плате вполне достаточно, поэтому крепёжные гайки подстроечников можно повыбрасывать. Но можно использовать наличие таких креплений для других целей, однако делать это нужно осмысленно и с некоторой осторожностью, возможны наводки.

   Регулировочные резисторы в ламповом усилителе нужно применять только герметичные. Не следует использовать подстроечники типа СП3-38. Несите их сразу на помойку. Исключением могут быть только мощные проволочные резисторы, например СП5-50МА, которые могут сильно нагреваться. Никаких ползунковых резисторов лучше не применять. Как показывает практика, даже при скромных требованиях, тщательная проработка конструкции зачастую наталкивается на недостаток свободного места.

   Собственно поэтому не нужно пижонства с применением везде и всюду двухваттных резисторов МЛТ и тем более МТ или ВС. Во всех случаях нужно вначале ориентировочно оценить рассеиваемую в резисторе мощность. После этого нужно принять к применению ближайший больший этой мощности габарит. Ну, в крайнем случае, подвинуться на одну ступень вверх. 

   Соединительные проводники вполне пригодны сечением 0,2 мм. Предпочтительно применять провод МГШВ. Всюду следует использовать витую пару, получаемую из отрезков разноцветного провода в ПХВ изоляции, при помощи обыкновенного шуруповёрта. Для накальных цепей можно пропаять плату отрезком луженого провода. Однако нужно помнить, что накал лучше проводить витым проводом, около 0,75 кв.мм.

  Для УХЛ, и некоторых других исполнений подстроечных резисторов иногда приходится прибегать к процедуре укорочения вала. Это истолковано ограничением общей высоты подвала. Укоротить любой вал достаточно легко, не следует этого бояться. Делают эту хирургическую операцию обыкновенным дремелем, причем после «обрезания» в торце вала делают шлицевую прорезь под отвертку.

   Нужно заметить, что применение многооборотных подстроечных резисторов совсем не плохо. Однако нужно позаботиться об удобстве распайки их выводов, удобстве их крепления и удобстве вертикального расположения шлицевого отверстия под отвертку. Резисторы типа СП5-2 в этом отношении крайне неудобны, поэтому их применение в моих конструкциях крайне ограничено.

  Не следует забывать и о самых простеньких герметичных цилиндрических резисторах типов СП3-9, показанных ниже. Они вполне пригодны для перпендикулярной установки на печатную плату, особенно со стороны печатных проводников. Для улучшения точности настройки режима при помощи однооборотных резисторов можно рекомендовать сужать диапазон регулирования, применяя по краям постоянные резисторы. Но это лучше сделать уже после черновой настройки на этапе макетирования.

   Для цепей катодного смещения можно рекомендовать применение мощных подстроечников. Нужно заметить, что их розыск – довольно затруднителен и встречаются они в природе на порядок реже обыкновенных подстроечников. Ниже показаны кучки таких проволочных резисторов на мощности 1 и 3 ватта.

  Резисторы помощнее, представляются более удобными, особенно если есть номиналы 47, 100, 200, 470, 680 Ом или близкие по значениям. У меня всё показанное в этой статье запасено в достаточном количестве, поэтому многое можно купить, но совсем не дёшево. Во-первых, накоплены практически раритетные штуковины. Во-вторых, ценность их определяет мера необходимости.

   Фанатикам навесного монтажа лучше просто расслабиться и пропустить написанное мимо глаз. А для разумных и прагматичных людей выскажу рекомендацию ориентироваться на несколько характерных номиналов, которых нужно запасти достаточное количество (большую партию), чтобы после проектирования и особенно изготовления партии печатных плат не пришлось возвращаться к радикальной переделке проекта. А партия плат должна быть спроектирована таким образом, чтобы допускать модификацию изделия, с переходами в разные классы УМЗЧ, ну конечно в пределах разумного. Неизменной позицией следует считать выбранный тип панелек. Например, выбор октальных панелек ограничивает фантазию применением только октальных ламп на этой конфигурации плат. Однако должна быть предусмотрена возможность построения на одной и той же плате большинства двухтактных схем, практически для любого режима включения ламп.

  Постоянные резисторы можно применять любых типов, об этом уже неоднократно было написано у разных авторов. Для рассеивания повышенных мощностей катодного смещения можно применить очень зелёные резисторы ПЭВ, ОПЭВ, ПЭВР.

  Несколько привлекательнее будут выглядеть резисторы С5-15, С5-35 и другие красивые, алюминиевых корпусах, и даже с оребрением. Но помните, разница будет только в экстерьере. Для рассеивания больших мощностей нужно применять резисторы больших габаритов. Это элементарное правило, поскольку компоненты установлены в подвале конструкции и не всегда принудительно охлаждаются. Перед их применением нужно тщательно проверить размеры, способ размещения ну и конечно же прозвонить тестером. Для сопливого навесного монтажа нужно заранее предусмотреть достаточный объем, по месту. А вот для печатных плат требуется навык или большое умение их компоновать, чтобы не навредить текстолиту и окружающим компонентам. 

  Применение навесного монтажа для элементов с большим тепловым рассеянием следует считать оправданным. Однако общую тенденцию применения в ламповых усилителях печатного монтажа следует считать абсолютной и незыблемой.

  Размеры каждого элемента должны быть зафиксированы в электронной базе того программного средства, которое применяют для проектирования. Использование шаманских приёмов выбора оптимального расположения элементов, на листе бумаги, при проектировании усилителя, в 21 веке следует считать полным говном. Очень круто, – иметь в результате проектирования гербер-файлы для выхода на фрезерный станок с ЧПУ. Попроще, будет конструкция, созданная с применением какого-нибудь Lays. Вполне пригодны, технологии фотопечати, ЛУТ и соответствующие средства проектирования, включая продукты с векторной графикой типа Visio, Корела и т.п., а также Автокады. Ну, само собой, – вполне приличные результаты получают от применения продуктов из конюшни Мультисимов, Бенчей, Пикадов и прочих специальных программ.

                    Евгений Бортник, Красноярск, Россия, февраль 2016