СКАЗАНИЕ О ТОМ, КАК ДОБРЫ МОЛОДЦЫ RB300-3CX В УСИЛИТЕЛЕ МОЩНОСТИ ПРИМЕНИЛИ

Д. Андронников

Еще года два-три назад российские любители об однотактных триодных усилителях слышали, в большинстве своем, лишь краем уха.Аудио-пресса потрудилась на славу и, сегодня, только ленивый не знает об однотактниках. Да и рынок электровакуумных приборов весьма разнообразен - тут можно найти и мощные как тетроды и пентоды (6L6, EL34, 6550, ГУ50, ГУ72 и др.), так и триоды (6СЗЗС,6С41С, 6С4С, 300В). Правда, некоторые выдающиеся представители триодного племени до сих пор оставались в тени - сначала из-за их принадлежности к закрытой военной продукции,потом из-за прекращения их выпуска в связи с (кон)диверсией и, в конце концов, из-за малых объемов производства. Речь идет о мощном триоде RB300-3CX, разработанном в конце 50-х - начале 60-х годов специалистами Ленинградского НПО "Светлана"для оборонных целей и там же выпускающегося по сей день.
   

RB300-3CX

Согласно ТУ электронная лампа RB300-CX представляет собой модуляторный триод коаксиальной цилиндрической конструкции, с косвенным накалом. Лампа выполнена в металлокерамическом оформлении с внешним анодом, рассчитанным для работы с принудительным воздушным охлаждением. Основное назначение -работа в схемах анодной модуляции. Триод имеет высокую крутизну характеристики (до 25 мА / В), низкое внутреннее сопротивление (менее 500 Ом). Выдерживает высокие анодные напряжения (постоянное 2,2 кВ, импульсное 5кВ) и способен рассеять на аноде 300 Вт.
    Выбор этого триода в качестве кандидата на роль выходной лампы однотактного усилителя не случаен - выокая степень линейности характеристик, большой коэффициент усиления и крутизна позволяют сконструировать очень простой усилитель, обладающий хорошими характеристиками и достойным звучанием и, к тому же, очень длительным сроком службы ресурс лампы составляет 10000 час (это по оборонным стандартам, для быта эта цифра втрое больше). Пожалуй, единственным недостатком RB300 является высокая стоимость, но, если учесть, что она прослужит столько же, сколько 3-5 комплектов знаменитых 300В, отдавая при этом вдвое большую мощность, то, наверное, это не так уж и страшно. Макет подобного усилителя был представлен на выставке "Российский High-End'97" от редакции журнала и, вот уже около года, скрашивает своим звуком мое существование. Итак, что же можно получить от металлокерамического произведения искусства под названием RB300-CX производства "Светланы". Немало: 16 Вт выходной мощности (6% искажений), при 50 В амплитуды возбуждения.
    Это при анодном напряжении всего лишь в 520 В, т.е. значительно меньше, чем требуется для получения подобных значений от ГМ70 или SV572-3. Небольшая амплитуда раскачки позволяет сделать усилитель всего о двух каскадах, его чуствительности хватит для работы с большинством источников сигнала. Кроме того, двухкаскадный усилитель дает возможность бескомпромиссно реализовать принцип взаимной компенсации четных гармоник, ранее рассмотренный в журналах Sound Practices Fall 1994 и Glass Audio V8 No4 1996.
    Об этом немного подробнее. Если внимательно изучить выходные характеристики лампы с нанесенной на них динамической характеристикой (см."Вестник" №2), то можно увидеть, что если подать на сетку чистый синус,положительная и отрицательная полуволны анодного напряжения будут разными. Увеличение сеточного напряжения вызывает рост анодного тока, крутизны характеристики и падение внутреннего сопротивления. Напряжение на аноде при этом уменьшается. С другой стороны, уменьшение напряжения на сетке закрывает лампу, снижает анодный ток, крутизну и увеличивает Ri. Характеристики лампы как бы "сжимаются" и, соответственно, амплитуда положительной полуволны анодного напряжения будет меньше отрицательной (не забудьте, что каскад инвертирует фазу входного сигнала). Это означает, что в спектре сигнала, снимаемого с анода лампы, появились четные (2-я и 4-я)гармоники. Теперь представим себе, что такой асимметричный сигнал будет подан на сетку следующего каскада на подобной лампе. При подаче на следующий каскад, отрицательная полуволна (большая) будет "сжиматься" по амплитуде, а положительная (меньшая) получит возможность большего усиления. То есть, процесс происходит в противоположном направлении. Таким образом, при полной идентичности ламп и их условий работы, возможна и полная компенсация четных гармоник. На практике входная и выходная лампы обычно разных типов, работают в различных режимах и на разные (в т.ч. комплексные, например, выходной трансформатор с подключенной акустикой) нагрузки. Но даже в этих условиях можно добиться реального снижения уровня четных гармоник на 10 - 20 Дб на средних и 2- 10 Дб на крайних частотах рабочего диапазона. Наилучшая компенсация наблюдается при выполнении условия:
    Ra1 / Ri1 = Ra2 / Ri1 , (1)
    где Ra1 и Ra2 - сопротивления анодных нагрузок 1-го и 2-го каскадов;
    Ri1 и Ri2 - внутренние сопротивления соответствующих ламп.
   Следует помнить, что компенсация эффективно действует только по от ношению к четным гармоникам и не реализуется в отношении нечетных гармоник, доминирующих в спектре сигналов тетродов и пентодов: так что такой метод повышения линейности усилителей применим только к триодным конструкциям.
    Вернемся к усилителю на RB300.Полная схема одного канала приведена на рис.1 , а выходные характеристики RB300 с линией рабочей нагрузки (динамической прямой) для Ra = 4,5кОм - на рис.2.
    Первый каскад устройства выполнен на триоде 6С4П и обеспечивает предварительное усиление сигнала,поступающего на вход. Выбор лампы 6С4П обусловлен подобием ее характеристики характеристикам RB300ЗСХ, а также высоким усилением и низким внутренним сопротивлением. Последнее условие немаловажно -так как динамическая входная емкость выходной лампы может достигать величины 180 пФ, что на частоте 20 кГц имеет импеданс около 50 кОм. Кроме того, этот триод очень малошумящий и его геометрия строго выдерживает принцип эквипотенциальности (плоскопараллельная конструкция).Напряжение питания каскада выбрано равным 215 В и стабилизировано газоразрядными стабилитронами СГ2П. Для уменьшения шума, генерируемого стабилитронами, они зашунтированы высокочастотным конденсатором С4, а для снижения флуктуации напряжения стабилизации -электролитом СЗ. Анодная нагрузка 6С4П (13 кОм) выбрана из условия получения достаточного усиления (около 40) и необходимой амплитуды выходного напряжения на сетке лампы второго каскада -100 В (от пика до пика).
    Смещение на сетку 6С4П фиксированное, регулируется по степени компенсации искажений, вносимых выходной лампой. Достоинства такого способа подачи смещения, по сравнению с автоматическим (резистор в цепи катода), рассмотрены в моей статье в"Вестнике" №2.
    Выходной каскад выполнен по классической схеме однотактного трансформаторного усилителя класса А с нагрузкой в цепи анода [1]. Напряжение смещения на сетку - фиксированное. Связь между каскадами - емкостная, через С5. Выходной трансформатор имеет коэффициент трансформации 22,6, что дает величину анодной нагрузки лампы в 4,1 кОм (при сопротивлении нагрузки 8 Ом). Расчет обмоток выходного трансформатора производился из условия максимальной переменной составляющей индукции в магнитопроводе 3000 Гс, чтобы избежать его насыщения при максимальной амплитуде сигнала частотой 45 Гц. Снижение индуктивности рассеяния достигнуто путем секционирования обмоток [2], а уменьшение распределенной емкости - междуобмоточной изоляцией большой толщины.
    Источник питания отличий от известных схем не имеет. Единственное, на что следует обратить внимание, - это выбор диодов высоковольтного выпрямителя. Известно, что одно из принципиальных различий в работе вакуумного и полупроводникового диодов заключается в наличии у последнего процесса обратного восстановления при подаче' на диод обратного напряжения. После протекания прямого тока, он закрывается не мгновенно, а через определенное время. Все это время через диод протекает значительный ток. Несмотря на краткость процесса восстановления (сотни наносекунд - десятки микросекунд для различных типов диодов),значительная величина обратного тока, носящего импульсный характер, в реальной схеме выпрямителя вызывает возникновение широкого спектра электромагнитных помех,наводящих соответствующие ЭДС и токи во всех близлежащих проводниках и искажающих форму напряжения сети в моменты перехода через ноль. Это,безусловно, влияет на звуковые цепи, увы, только в сторону ухудшения качества. Бороться с такими помехами можно несколькими способами: либо применять вакуумные диоды, либо обвешивать выпрямитель уймой цепей поглощения энергии заряда, накопленного в диодах (Sound Practices Fall 1994), либо установить в выпрямителе диоды с большой площадью кристалла. Дело в том, что величина накопленного заряда в диоде прямо пропорциональна плотности прямого тока через переход. Следовательно, применив диоды с большой площадью перехода (т.е. на значительные токи 10 - 100 А) для выпрямления тока в 100 - 200 мА,можно заметно уменьшить энергию импульса обратного восстановления.Поэтому в выпрямителе рекомендую использовать силовые диоды с допустимыми токами более 10 А. Попутно замечу - практически все силовые диоды могут быть высоковольтными (обратные напряжения до 2000 В) [3], что решает проблему выпрямления анодных напряжений без последовательного соединения приборов. Вот, похоже, и все особенности схемы. Теперь несколько слов о компонентах.
   

НЕ ВСЕ ЗОЛОТО,ЧТО БЛЕСТИТ ИЛИ О ТОМ, ЧТО"НАШИ НЕ ХУЖЕ"

Все электронные компоненты схемы усилителя - отечественного производства. И дело здесь отнюдь не в редкости и цене импортных или в моем патриотизме (хотя и то, и другое имеет место). Большинство наших соотечественников даже не предполагают,насколько богата земля русская радиодеталями высшего качества. Начнем с резисторов. Многие адепты буржуйской элементной базы сходят с ума по продукции Alien Bradley и МСМ. Но многие ли знают, что наши ВС, УЛИ, С1-4, УНУ - ничем не хуже и представляют собой углеродное напыление на керамической основе без малейшего намека на полупроводниковые свойства металлооксидных и иных покрытий, а бороуглеродные БЛП, при аналогичных звуковых свойствах, обладают еще и редкостной стабильностью параметров и низким значением собственного шума. Как-то, читая "Sound Practices", я обратил внимание, как часто авторы, при шунтировании конденсаторов большой емкости, используют слюдяные с серебряными обкладками, емостью около 1000 - 5000 пФ, считая их наилучшими, с точки зрения звука. Бедные буржуи! Они вынуждены довольствоваться "слюдой" 3000 пФ х500 В за 3-5 USD , тут же у себя в ящиках я обнаружил конденсаторы КСГ0.1мкФ х 500 В 1 % - как раз то самое - серебро и слюда. Кроме того, их ТКЕ -всего 20 х 10-6 на 1°С от номинала, т.е. менее 0,5% в интервале температур от-60°С до +100°С. А маленькие СГМ1-СГМ4, вовсю применявшиеся даже в бытовой технике и лампах дневного света - та же самая конструкция, только пропитана техническим вазелином (до 10000 пФ, напряжение - до 500 В).Случаются еще большие чудеса - мне приходилось использовать конденсаторы ССГ - слюда-серебро; пропитка - церезин; емкость - 0,2 мкФ 0,1%; напряжение - 1000 В. Бумажные емкости - если и не такие "крутые", - далеко не аутсайдеры. Я не говорю об известных МБГ... (далее одна из множества букв алфавита) - про них всем известно. А вот старые емкости МКВ - бумага + станиолевая фольга, и все это пропитано парафином под давлением около 50 атм - думаю, заставили бы задуматься и самого Хироясу Кондо.Всякие MULTI- и MUSI-САРы, усиленно рекламируемые во многих изданиях, в России известны вот уже лет 40 под названиями ФТ, ФГТ, ФГТИ, ФПГН и отличаются от западных только в лучшую сторону - здесь в качестве диэлектрика работает небезызвестный фторопласт-4. "Телевизионные" К78-2 ни в чем не уступают полипропиленовым от VIMA. Для выбора просто перечислю типы отечественных конденсаторов, которые хороши во всех отношениях:
    1. Бумага в масле: К40У-9, КБГ-М, КБГ-И,МКВ, БГТ;
    2.Металлобумажные: МБГП, МБГУ,МБГВ, МБГТ;
    3.Фторопластовые: ФТ-, К72П-6, К72-9,ФСД-Э;
    4.Полипропиленовые: К78-2, К78-3,К78-4, К78-6;
    5. Поликарбонатные: К77-1, К77-2, К77-4.
    Единственные емкости из отечественных, которые лучше не трогать - это электролиты... Ну не везде же быть лучшими... Поэтому электролиты в фильтрах питания - Rubycon или Nichicon, хотя наши К50И-8, К50-23 -очень достойны, спору нет. Трансформатор ТР2 - ТАН 77 или ТАН 112, ТРЗ- ТПП 248, ТПП 262 или ТА 1, ТА 11, ТА 12. Переменные резисторы R5 и RB300-3CX 11 - СПО-2. Разделительные конденсаторы С1 и С5 - любые из вышеуказанных типов на напряжение не ниже 3 В (С1) и 200 В (С5). Наилучшие результаты дают слюда и фторопласт.Это же относится к шунтирующим конденсаторам С2, С6, С4, С7, С10.
    Опыный образец этого усилителя,изготовленный в редакционной лаборатории, обладал следующими параметрами:
    1.Номинальная входная мощость 16 Вт
    2. Коэффициент гармоник(1000 Гц) < 2%
    3.Номинальный диапазон частот при мощости:
    0,001 Вт 10Гц - 45кГц,
    0,1 Вт 10Гц-45кГц,
    1 Вт 10Гц - 45кГц,
    10Вт ЗОГц-45кГц,
    16 Вт 45Гц-45кГц.
    4. Относительный уровень шумов и помех на выходепри мощности16 Вт): невзвешенное значение 85дБ,взвешенное по МЭК-А 98-1ООдБ.
    5. Чувствительность при Рвых16Вт0,7В (RMS)
    6.Выходное сопротивление 1,56 Ом
    В заключение хочу заметить, что лампа RB300-3CX обязательно требует принудительного воздушного охлаждения, которое обеспечивает вентилятор (компьютерный, 12- вольтовый, работающий при пониженном напряжении и, поэтому практически не создающий акустического шума). Необходимо, чтобы воздух сначаланабегал на цоколь лампы, а затем проходил через радиатор. Утечки воздуха необходимо исключить, чтобы весь поток проходил через лампу. Уверен,что инженерный гений практически любого российского самодельщина способен справиться с этой задачей.
    Лампы RB300-3CX и панели для них можно заказать в редакции журнала. Более подробная схема (значения напряжений на анодах, токи анодов, величины смещений ) и реализация конструкции будут высланы по заказу.
   


Литература:
    1. Войшвилло Г.В. "Усилители низкой частоты на электронных пампах." Связьиздат, М., 1963.
    2. ЦыкинГ.С. "Трансформаторы низкой частоты." Связьиздат, М., 1955.
    3. Чебовский О.Г. и др. "Силовые полупроводниковые приборы." Справочник. Изд. 2-е. Энереоатомиздат, М., 1985.
  4. N.K.Shishido "Однотактный усилитель с межкаскадным трансформатором."ж.GIass Audio, №3/97. (в редакции имеется русскоязычный вариант этой статьи).