Как спроектировать простой усилитель на триоде?
Итак, мы, наконец, можем приступать к проектированию усилителя на одном триоде. Но давайте начнём с постановки задачи. Что вообще мы ходим собрать? Нам надо, чтобы переменный электрический сигнал малой амплитуды превратился в такой же переменный сигнал, но большей амплитуды. Соответственно можно тогда сразу сказать, что наш переменный сигнал (который мы отныне будем называть входным) управлял большим сигналом (выходным), а значит логично его кинуть на сетку, а анодное напряжение сделать большим — именно оно усиливает входной сигнал:
Вот мы нарисовали простейший усилитель. Давайте качественно поймём, каким образом звук от гитарной струны переводится в электрический сигнал, усиливается в лампе и выходит через динамик.
Всё начинается со звукоснимателя. По сути звукосниматель представляет собой катушку индуктивности: 6 ферромагнитных стержней, вокруг которых намотана медная проволока. Существует 2 вида звукоснимателей: если у нас просто 6 стержней и проволока — это так называемый сингл, если же у нас сингл сдвоеный, то это хамбакер. Понятно, что если у нас присутствуют 2 такие как бы катушки, то колебания струны будут чуть больше усиливаться изначально, из-за чего хамбакеры обычно громче синглов, но зато синглы не имеют никаких сторонних наводок, и звук из них чище и кристальнее, нежели с хамбакеров. Изначально рок годов эдак 60-ых игрался исключительно на сигнлах, но по мере утяжеления музыки им на смену пришли хамбакеры, на которых сыграна абсолютно вся тяжёлая музыка уже с 80-ых годов. Если вы смотрели концерты, допустим, Арии или Раммов, то у Маврина, Холстиниа, Круспе и Ландерса могли заметить эти самые сдвоеные катушки:
Звукосниматель работают на законе Фарадея — колебания струны изменяют магнитное поле стержней. Такое переменное магнитное поле порождает в витках переменный ток, который после небольших манипуляций в самой гитаре превращается в наш входной сигнал.
Этот сигнал нам необходимо подать на сетку. Таким образом мы сможем им управлять анодным током лампы. В данном случае на сетку будет подаваться либо +, либо -, и анодный ток будет либо ослабляться, либо усиливаться с частотой, равной частоте модулируемого (усиливаемого) сигнала. Этот сигнал пойдёт на полезную нагрузку — динамик. В динамике по сути происходит та же процедура, что и в звукоснимателе, но в обратном порядке. Ток проходит по катушке, порождая переменное магнитное поле, которое действует на постоянный магнит, заставляя его либо отталкиваться, либо притягиваться к катушке. На этот магнит закреплена мембрана, которая и порождает звуковые волны. Вуаля, можно делать тяжёлый металл))
Но не всё так просто. Честно сказать, хоть этот усилитель чрезвычайно прост и понятен, он имеет огромное количество недостатков, один из которых — это положительное напряжение на сетке. Мы знаем, что положительное напряжение на сетке увеличивает сигнал, но оно и забирает часть тока, уменьшая выходную амплитуду. Самое простое, что можно сделать — это повесить на сетку резистор большого номинала Rc. Пока повесим по принципу чем больше — тем лучше. Только что мы спроектировали усилитель типа А — усилителя, в котором ток на нагрузке течёт всегда в одном направлении, а изменяется только его амплитуда. Анодное напряжение выбирается исходя из технических характеристик лампы — та цифиря, которая указана производителем в даташите. А нашем усилителе пока присутствует сеточный ток, поэтому к букофке А добавляют цифру 2, указывающую на наличие сеточного тока — А2. Также данная схема не защищена от наводок со стороны внешнего поля (например от радиоволн), поэтому такой усилитель будет испытывать сильные помехи. С этим можно бороться, включив в цепь ёмкость, которая будет иметь большое сопротивление в радиодиапазоне и маленькое на гитарных частотах:
Тут мы включили конденсатор, устраняющий помехи (Ср). Тогда сопротивление Rc можно сделать ещё больше. Пока сигнала нет, эта ёмкость представляет собой разрыв, а резистор Rc препятствует самопроизвольному протеканию тока. Добавлен резистор Rk, обеспечивающий нормальный режим работы лампы. Этот резистор задаёт катодное смещение. Добавлены также шунтирующие конденсаторы на Rk и на динамик. Конденсатор на динамике призван спасать нас от высокочастотных помех, а на катодной нагрузке от случайных перепадов напряжения. Как-то вот так в принципе должен работать усилитель.
Стоит немного поговорить о используемых лампах. По старой традиции, пришедшей к нам из-за рубежа, принято собирать усилители на двойных триодах. Самой распространённой лампой в усилительной технике является лампа 12AX7.
Такая лампа имеет цены от 1000 рублей и выше, в зависимости от производителя. Согласитесь, для радиолюбителей это немного дорого, поэтому у нас существует достойная замена — 6Н2П. 6Н2П имеет схожие вольт-амперные и сеточные характеристики, обе представляют собой двойной триод, но 6Н2П сейчас с рук продаётся рублей за 60 за штуку. Согласитесь, это уже куда реальнее. Вопрос только возникает с цоколёвкой этих ламп. У 12AX7 и 6Н2П она разная, поэтому бездумно выткнуть из MesaBoogie 12AX7 и воткнуть туда 6Н2П, к сожалению, не выйдет. Давайте подробнее рассмотрим цоколёвки этих ламп:
Как видим, цоколёвка обеих ламп довольно схожа. Различие лишь в том, что цепь накала у 12AX7 идёт к ножке 9 от ножек 4 и 5, а у 6Н2П цепи накала запараллелены внутри лампы. Т.е. обе цепи накала идут на ножках 3 и 5. Чтобы превратить лампу 6Н2П в 12AX7, надо дону из ножек (4 или 5) в ручную соединить с ножкой 9, которая в 6Н2П играет роль разделительного экрана между двумя триодами и сильной смысловой нагрузки не несёт.
Помимо 6Н2П двойными триодами являются 6Н5С, 6С2С, 6С3С, 6С5С, 6Н15П и т.д. Полный список можно найти здесь. Как превратить 6Н2П в 12АХ7 можно посмотреть здесь.
Таким образом сегодня мы поняли, как принципиально работает усиление, немного разобрались в превращении звука струны в звук из динамика, обсудили кое-какие тонкости в усилителях, а также немного узнали про конкретные лампы, используемые в аудиотехнике. Я вас поздравляю, мы сделали первый шажок в сторону проектирования усилителей) По мере продвижения я буду пытаться собирать конкретные усилители на конкретных лампах и рассказывать, как они работают. Также мы узнаем, какие усилители в принципе бывают, что для чего в них нужно и в конце, я надеюсь, мы сможем полностью спроектировать и собрать добротный ламповый усилитель) А на сегодня пока всё, всем удачки)