Как измерить режимы лампы? Триодный ламповый усилитель «фокус Ламповый усилитель Hi-End своими руками

Продолжение статьи по материалам электронной сети Интернет с размышлениями из "Записной книжки" Юрия Игнатенко и моими комментариями

Измерения

После завершения монтажа проводим измерения и замеченные недостатки исправляем. Сначала включаем усилитель без ламп и почти сразу выключаем. Проверяем напряжения наконденсаторах фильтра БП и если оно нормальное и не падает, то проверяем на утечку межкаскадный конденсатор. Включаем усилитель. Измеряем напряжение относительно шасси на управляющей сетке выходной лампы. Должно быть 0 вольт. Если есть хоть малое положительное напряжение - это утечка межкаскадного конденсатора. С анода драйвера питающее напряжение приходит на управляющую сетку выходной лампы. Смещение уменьшается, ток покоя лампы растёт и становится неуправляемым - лампа может выйти из строя. Поэтому, в случае обнаружения малейшей утечки, конденсатор подлежит замене. Затем вставляем лампы и подключаем колонки (ООС отключена), после прогрева накалов, измеряем напряжения в катодах. Ориентировочно в однотакте в катоде должно быть не больше напряжение чем величина сопротивления делённая на 20. Например 130ом значит 6,5вольт. А в двухтакте, когда две лампы и соединены катоды, то сопротивление на 10 делим. Например при 100 Омах получают не более 10вольт. При 150ом не более 15вольт (это если ток катода ламп 50мА) А можно использовать закон Ома - напряжение делят на сопротивление и получают ток. Пример 6,5в /130ом =0,050А = 50мА.

Затем, если ток катода нормален, для данной лампы, следует измерить напряжения на анодах (относительно катода) - они не должны превышать предельно допустимые для ламп. Если и здесь всё нормально то подаём сигнал (заиграла музыка) и подключаем ООС, громкость должна немного упасть. Если увеличивается или появились искажения - значит получилась положительная ОС. Поменять местами выводы вторичной обмотки ТВЗ. Если и после этого всё нормально (музыка играет, дыма нет и ничего не взорвалось), то усилитель нужно погонять пару дней, изредка проверяя параметры. Если прогон прошел успешно, то можно приступить к настройке УМЗЧ комплексом Шмелёва и по Спектролабу.

Вопрос. За счет чего на управляющей сетке минус?

Ответ. Потому, что на первой сетке в лампе смещение измеряют относительно катода, а не шасси. Все напряжения на лампе рассматриваются относительно катода . Например 6П3С анодное напряжение относительно шасси 320 вольт, на катодном резисторе 25 вольт. Значит на лампе не 320 анодного а 295 вольт. Бывают лампы у которых на катодном резисторе садится 45 вольт. При приложенном к аноду напряжении 330 вольт, на лампе окажется всего 285 вольт и смещение -45вольт.

Примечение: В любительской лаборатории нужно непременно иметь лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Его применение способно предотвратить большое количество аварийных ситуаций, взрывов и поражения электрическим током. Такое оборудование позволяет чувствовать себя в настройке комфортнее и безопаснее. Регулируемый источник нужен для плавного разгона ламп, а также позволяет получать некоторое безопасное превышение над номинальным режимом питания. Желательно иметь источники питания постоянного тока с фиксированным или регулируемым напряжением. Очень бывает нужна лампа местного освещения на гибкой ноге, с предпочтительным креплением к потолку. Большую часть измерительного оборудования желательно разметить выше уровня стола, а стол при этом оставить свободным. При минимальном бюджете телезрителя можно порекомендовать купить хотя бы недорогой китайский цифровой тестер и желательно иметь столь же дешёвенький стрелочный тестер. Измеритель емкости это уже роскошь при дефицитном бюджете. А совдеп-осциллограф это предел роскоши. Бесспорным фактом останется необходимость своевременного приобретения и освоения железа и софта в минимальной конфигурации комплекса Шмелёва. Ноутбук здесь конечно непременное средство отображения информации. Но не следует думать, что комплекс Шмелева может заметить все приборы. Старенькая магнитоэлектрическая головка - миллиамперметр на 200 мА будет крайне полезной, например для измерения токов катода. Как справедливо отметил Юрий Васильевич, большинству телезрителей, любителей лампового звука, следует понемногу учиться измерять. Полагаю, что вначале пути достаточно применения старинных совдеп-средств. Кроме того, есть ощущение, что по-прочтению этой статьи у некоторых может появиться интерес и к современным средствам измерения. Аппетит приходит во время еды. Если хотя бы пара человек об этом задумается, то уже хорошо, и проделанная авторами работа будет уже не напрасной. Евгений Бортник

Продолжение следует.

Евгений Бортник, август 2015, Россия, Красноярск

Предварительное испытание имеет целью определить целость нити накала лампы и отсутствие коротких замыканий между ее электродами.
Такое испытание производится омметром или неоновой лампой НЛ (рис. 1). При этом нужно только наблюдать, проходит ли ток, если присоединить прибор к выводам нити накала на цоколе лампы, и отсутствует ли он, если подключать прибор к другим электродам. В большинстве приборов для статического испытания ламп предусмотрена возможность удобного и быстрого подобного предварительного испытания.

Рис. 1. Предварительные испытания ламп.
а - на обрыв нити; б - на короткое замыкание между электродами.

Статическое испытание ламп представляет собой определение всех параметров лампы, но оно требует довольно сложных аппаратов и производится только в лабораториях. В мастерских же для статического испытания ламп служат упрощенные приборы, называемые испытателями ламп или ламповыми тестерами.
Измерение эмиссии. Большинство испытателей позволяет определять эмиссию катода, т. е. катодный ток лампы при определенных постоянных напряжениях на ее электродах, которые указываются для различных типов ламп заводом-изготовителем в специальных таблицах, прилагаемых к испытателю: в устройство испытателя входят потенциометры и переключатели, позволяющие по этим таблицам воспроизвести необходимый режим испытания. Получающийся при этих условиях анодный ток считается критерием пригодности лампы.
Шкала указателя анодного тока часто не градуируется, а делится на два-три сектора с обозначениями: хорошая, пригодная и непригодная. При испытании ламп на испытателе со шкалой, отградуированной в процентах, хорошими считаются лампы, дающие не менее 70% нормального анодного тока; при 50-69% они считаются еще пригодными, а ниже 50% лампы бракуются вовсе. Определение эмиссии упрощенным способом может быть осуществлено и без помощи особого испытателя. Для этого достаточно иметь под рукой источника необходимых для испытания лампы напряжений и миллиамперметр (рис. 2 а).

Рис. 2
а - Упрощенный метод измерения эмиссии катода.
б - Измерение крутизны характеристики

Измерение крутизны характеристики. К электродам испытываемой лампы прикладываются постоянные напряжения, соответствующие её нормальному рабочему режиму, в том числе и напряжение сеточного смещения, должно соответствовать выбранной рабочей точке. Определив по миллиамперметру (рис. 2 б) анодный ток лампы, уменьшают сеточное смещение точно на 1 В и вновь отмечают анодный ток.
Прирост анодного тока в миллиамперах и определяет статическую крутизну характеристики в мА/В.

Испытание вакуума. Для испытания вакуума, лампа включается в схему, аналогичную схеме измерения эмиссии или крутизны характеристики, причем отрицательное напряжение на управляющей сетке должно соответствовать выбору нормальной рабочей точки. Заметив величину анодного тока, вводят в цепь управляющей сетки сопротивление в 1 МОм (рис. 3) и наблюдают за изменением анодного тока.

Закончив монтаж конструкции, начинающий радиолюбитель не может заставить ее работать потому что не может установить режим радиоламп

Под термином "режим лампы" принято понимать совокупность всех постоянных напряжений на электродах и токов в цепях лампы в конкретной работающей схеме. На рис. 1 показана схема резистивного каскада усиления напряжения НЧ, собранного на пентоде. К точкам, обозначенных на схеме Uн , присоединена обмотка накала силового трансформатора. Напряжение на нити накала можно измерить вольтметром переменного тока, включив его между точками 1 и 2 . Ток в цепи накала Iн измеряют амперметром переменного тока, который можно включить в разрыв цепи в точке 2 .

Источник питания анода и экранирующей сетки включен между точками, обозначенными +Ea и -Ea . Напряжение источника питания Ea измеряют вольтметром постоянного тока, включенным между точками 3 (сюда присоединяется плюсовой провод вольтметра) и 1 (минусовой провод). Принято все напряжения на электродах ламп (кроме нити накала) определять по отношению к катоду лампы. Поэтому напряжение на аноде лампы Ua измеряется между точками 4 и 5 , а напряжение на экранирующей сетке Uэ - между точками 6 и 5 .

Рис. 1

Если мы разорвем цепь в точке 3 и в разрыв включим миллиамперметр постоянного тока плюсом к зажиму +Ea , минусом к выводу резистора анодной нагрузки Ra , то прибор покажет анодный ток лампы Ia . Тот же ток покажет прибор и при включении в разрыв цепи в точке 4 . Лучше, однако, измерять анодный ток в точке 3 , так как при этом меньше нарушается работа цепей переменого тока, которые мы здесь не рассматриваем. Аналогично в точках 7 или 6 измеряется ток экранирующей сетки Iэ . Оба эти тока, Ia и Iэ , в сумме составляют общий катодный ток лампы Iк .

Током в цепи управляющей сетки при определении катодного тока можно пренебречь, так как он в большинстве случаев равен нулю (кроме генераторных схем). Катодный ток лампы можно измерить в точке 5 . Плюсовой провод миллиамперметра присоединяется при этом к катоду, минусовый - к выводу резистора Rк .

Каким прибором измерять режимы ламп?

Вольтметр, которым измеряют напряжения в цепях усилителей или приемников, должен быть высокоомным. Это означает, что его внутреннее сопротивление должно быть значительным. Обычно определяют его в пересчете на один вольт. Хорошие высокоомные вольтметры имеют внутреннее сопротивление порядка 20000 Ом на вольт. Например, вольтметр со шкалой до 300 вольт имеет внутренне сопротивление 20000 х 300 = 6 МОм. Следовательно, к точкам, между которыми измеряется напряжение, параллельно подключается дополнительное сопротивление 6 МОм. Допустимо ли это, нужно решать, исходя из данных схемы.

Например, если сопротивление резистора Rэ (рис. 1 ) равно 300 кОм и по нему течет ток 0,5 мА, создающий напряжение между точками 6 и 7 - 150 В, а напряжение Ea равно 250 В, то напряжение на экранирующей сетке будет:

250 - 150 = 100 В

Падением напряжения на резисторе Rк ввиду его малости пренебрегаем. При подключении вольтметра между точками 6-1 суммарное сопротивление участка экранирующая сетка - точка 1 изменится. Если раньше оно было равно:

Uэ / Iэ = 100 / 0,5 = 200 кОм

то при подключении вольтметра станет равным:

(6 МОм х 0,2 МОм) / (6 МОм + 0,2 МОм) = 193 кОм

Значит, общее сопротивление цепи экранирующей сетки составит:

300 + 193 кОм = 493 кОм

а ток, проходящий по сопротивлению Rэ будет равен частному от деления напряжения источника питания на сопротивление 493 кОм, то есть:

250 / 493 = 0,508 мА

Этот ток создаст на сопротивлении Rэ падение напряжения:

0,508 х 300 = 152,4 В

и напряжение на экранирующей сетке уже будет не 100 В, а

250 - 152,4 = 97,6 В

Следовательно, прибор покажет напряжение меньше истинного на 2,4%. С этим примириться еще можно. Если же мы применим вольтметр с внутренним сопротивлением 1000 Ом на вольт, то погрешность будет еще больше, и ошибка может стать недопустимой. Поэтому рекомендуется применять для измерения режима ламп только высокоомные вольтметры и следить, чтобы внутреннее сопротивление прибора, включенного на соответствующую шкалу, было раз в 20-30 больше сопротивлений резисторов в проверяемых цепях.

Как измерить смещение на сетке?

Катодный ток, являющийся суммой токов анода и экранирующей сетки, протекает через резистор Rк . При этом на резисторе возникает напряжение, плюс которого приложен к катоду (точка 5 ), а минус - к общему проводу (точка 1 ). Управляющая сетка лампы через резистор Rс соединена с общим проводом. Так как ток по резистору Rс не течет, то падения напряжения на нем нет и потенциал обоих его концов одинаков. Следовательно, между управляющей сеткой и катодом приложено напряжение, снимаемое с резистора Rк . Оно и является напряжением смещения на управляющей сетке, так как смещает рабочую точку в нужное место характеристики лампы. Как же его измерить?

Включим вольтметр между управляющей сеткой (точка 8 ) и катодом (точка 5 ). При этом параллельно резистору Rк , на котором имеется напряжение, окажется включенной цепочка из двух сопротивлений - внутреннего сопротивления вольтметра и сопротивления резистора Rc . Они включены последовательно и образуют делитель напряжения, к которому присоединена управляющая сетка. Если сопротивление вольтметра меньше сопротивления Rc или соизмеримо с ним, то напряжение, показанное вольтметром, будет значительно меньше истинного смещения на сетке.

Чтобы ошибка измерений была малой, необходимо и здесь применить вольтметр с высоким внутренним сопротивлением, раз в 20-30 больше сопротивления резистора Rc . А так как последнее обычно равно 0,5-1,0 МОм, то приходится применять вольтметры с сопротивлением порядка 10-20 МОм. Измеряемое напряжение здесь составляет обычно несколько вольт; поэтому необходим вольтметр с сопротивлением не ниже 1-2 МОм на вольт. Простой стрелочный прибор магнитоэлектрического типа здесь уже не подходит. Поэтому для измерения смещения в точках 5 и 8 применяют ламповые вольтметры постоянного тока с входным сопротивлением порядка 20-50 МОм (на любой шкале).

Значительно удобнее измерять напряжение смещения в показанной на рис. 1 схеме не непосредственно на сетке лампы, а в точках его возникновения - на концах резистора Rк . Так как сопротивление этого резистора невелико, всего несколько сотен Ом, то в этом случае можно применить почти любой, даже сравнительно низкоомный вольтметр, присоединяя его к точкам 5 и 1 . Этот способ измерения пригоден только в том случае, когда смещение на управляющую сетку подается с катодного сопротивления. В других случаях способ измерения будет иным.

Часто для простоты измеряют анодное напряжение и напряжение на экранирующей сетке не по отношению к катоду, а по отношению к шасси, соединенному с общим проводом. Получающаяся при этом способе измерений неточность в определении Ua и Uэ составляет несколько процентов (не учитывается падение напряжения на катодном резисторе Rк ).

При проверке неисправной радиоаппаратуры рекомендуется измерять не только напряжения на электродах ламп, но также и падения напряжений на резисторах Ra, Rэ . Если оно равно нулю, то это значит, что тока в данной цепи нет (например, вышла из строя лампа).

Ламповые усилители помимо приятных минут прослушивания любимой музыки доставляют любителям «теплого лампового звука» и немало хлопот. Малый ресурс радиоламп (особенно мощных) требует регулярной проверки режимов работы ламп, их корректировки и своевременной замены.

Как говорится, с годами лучше становится только вино...

Чтобы упростить поддержание вашего «любимца» в хорошей форме и регулярно не тыкать тестером во внутренности усилителя, Марк Драйдгер (Mark Driedger) предложил схему для контроля за током покоя выходных ламп.

Устройство позволяет:

1. контролировать ток покоя выходного каскада.
2. контролировать разбаланс плеч двухтактного каскада или разницу токов ламп при параллельном включении из-за неравномерного старения катодов ламп.

Идея.

Точная настройка уровня смещения в двухтактных выходных каскадах важна для получения максимальной неискаженной мощности и продления срока службы ламп . Большинство известных измерителей определяют абсолютный ток смещения каждой лампы (например, для измерения тока в 60 мА, используют схемы с диапазоном 0-100 мА). При относительной простоте и надёжности схемы эти методы не очень точны.

Предлагаемая схема измеряет ошибки тока смещения относительно сбалансированного состояния двухтактного каскада. Устройство компактное, недорогое, простое и точное, благодаря использованию двухуровневых компараторов.

Метод измерения.

Резисторы Rs малой величины (датчики тока) соединены последовательно с катодом ламп. Баланс каскада измеряется между точками А и В. Смещение измеряется путем усреднения напряжения А и В в точке С и сравнением результата с постоянным опорным напряжением VR. Опорное напряжение устанавливается в соответствии с током покоя выходных ламп: Vr=Io*Rs

Смещение двухтактных каскадов может быть задано балансировкой плеч:

или с помощью независимых регуляторов смещения для каждой лампы:

Так как автор предпочитает в своих конструкциях использовать первый вариант смещения, то в статье описывается применение измерителя именно для такого варианта включения. В конце будут даны рекомендации, как использовать измеритель в схеме с независимым смещением ламп.

Схема предназначена для усилителей с фиксированным смещением ламп выходного каскада. Катодное (автосмещение) как правило, не имеет цепей подстройки, а если и имеет, то номиналы их варьируются в широких пределах, что затрудняет согласование измерителя со схемой.

Резистор в катодной цепи вносит в схему небольшую отрицательную обратную связь, теоретически снижая усиление и искажения. На практике снижение коэффициента усиления минимальны при рекомендуемых значениях резисторов. Например, если мы вводим в катод лампы КТ-88 резистор 10 Ом при приведённом сопротивлении нагрузки 5кОм, то потеря усиления для нагрузки от 8 до 650 Ом составит всего 0,2дБ .

Если вас это беспокоит, то вы можете ввести в схему переключатель, который будет закорачивать этот резистор, когда измеритель не используется. Применение шунтирующего конденсатора здесь не очень удобно из-за малого сопротивления резистора. Кроме того, небольшие резисторы стоят в катодных цепях таких отлично звучащих аппаратов как Marantz 9, Heathkit W-7M, Luxman LX-33, Radford STA-25R, Harmon-Kardon Citation II . Каких-либо негативных последствий от введения этих резисторов замечено не было.

Схема:

Основой измерителя являются двухуровневые (оконные) компараторы LTC1042 от Linear Technology. Они имеют цифровые выходы и дифференциальные входы, напряжение на которых может изменяться в пределах от 0 до 5 В (напр. питания). Выходы компараторов через логические элементы управляют тремя светодиодами, которые указывают, что смещение (разбаланс плеч) выше, ниже или в пределах нормы. Чувствительность задается по входу компаратора “Width/2” . «ОК» загорается, когда разница напряжений между входами меньше, чем напряжение на “Width/2”. Резистор 100 кОм между выводом 7 и шиной питания устанавливает частоту внутреннего генератора для компаратора. (Он определяет выбор архитектуры компаратора для снижения энергопотребления.)

Так как в любой момент времени горит только один светодиод, то можно использовать один токоограничительный резистор на все светодиоды, а не на каждый отдельно:

На каждый канал используется две схемы компаратора:

Опорное напряжение формируется стабилизатором на TL431 (2,5В) и регулируется резисторами R4 – напряжение смещения и R6 – диапазон регулировки смещения.

От главного редактора РадиоГазеты: TL431 - трехвыводный стабилизатор. На схеме показан не совсем корректно. Чтобы напряжение стабилизации составило 2,5 В, надо управляющий вывод (на схеме даже не показан) соеденить с катодом.

Полная схема подключения к усилителю:

Увеличение по клику.

Диапазон регулировки составляет примерно от 40 до 80 мА (ток смещения на каждую лампу), с «окном» шириной 0 ± 8 мА. Значение R1 не является критическим, но для каждой пары ламп они должны быть согласованы (точно подобраны). Их величина должна быть меньше 10 кОм, но гораздо больше, чем сопротивление датчиков тока (Rs).

Значение резистора представляет собой компромисс между чувствительностью и перегрузочной способностью. Значение в 10 Ом подходит в большинстве случаев. Входы компаратора будут иметь уровень 0,6 V для типичного 60-мА тока смещения, который хорошо укладывается в диапазон компаратора от 0 до 5 В. Максимальный входной уровень компаратора составляет 5,3 В, что соответствует току смещения 530 мА, это значительно выше того, что бывает в нормальных условиях работы или при разумных перегрузках.

LTC1042 имеет точность порядка пары милливольт, что дает ошибку в несколько десятых долей миллиампер. Использование резисторов в 10 Ом позволяет легко вычислить опорное напряжение: опорное напряжение в мВ = ток смещения в мА х 10. Мощность, рассеиваемая на этих резисторах составляет около 0,125 W. Для обеспечения некоторого запаса стоит использовать резисторы мощностью 0,5W.

Конструкция.

Измеритель можно вмонтировать внутрь усилителя или использовать как внешнее устройство, подключая его при необходимости к точкам А и В схемы.

Двухканальный вариант был выполнен на макетной плате размерами примерно 5×6 см. Для питания необходим источник на 5 В . Во избежание повреждения ИС, необходимо подать питание после включения усилителя. Во время нормальной работы усилителя, светодиоды будут мигать в такт сигнала. SW1 позволяет их отключать, чтобы предотвратить проникновение взаимных шумов в аудиоцепи. Светодиоды устанавливают рядом с соответствующими регулирующими потенциометрами.

Настройка схемы заключается в установке резистором R15 напряжения, соответствующего току покоя ламп. Например, для тока покоя 60-мА на движке резистора должно быть 600мВ. Резистором R17 устанавливается диапазон отклонения тока покоя. Например, «окну» ± 4 мА соответствует напряжение 40 мВ на движке резистора R17.

После регулировок опорных напряжений они останутся стабильными и в ходе эксплуатации их не придётся проверять или корректировать. Только вовремя менять лампы 🙂

При регулировке усилителя, изменяя напряжение смещения выходного каскада добиваются зажигания среднего светодиода измерителя («ОК»).

Параллельное включение ламп или независимая регулировка смещения.

Многие усилители имеют независимые регуляторы смещения, как было показано на рисунке выше. Аналогично при параллельном включении ламп. Прибор может быть модифицирован для работы с независимыми регуляторами смещения:

Напряжение на каждом резисторе Rs является входным для компараторов и сравнивается с опорным. Установив по измерителю одинаковый ток покоя выходных ламп, мы по существу добьемся балансировки каскада.

Для параллельного включения ламп можно подключить компараторы к каждой лампе, используя общий источник опорного напряжения.

Статья подготовлена по материалам журнала «AudioXpress».

От главного редактора : весьма простая, компактная и полезная конструкция для счастливых обладателей ламповых усилителей. Кстати, этот измеритель можно встроить даже во всенароднолюбимый одноламповый усилитель Манакова (на 6Ф3П) в варианте с фиксированным смещением.

Подключив на вход измерителя вместо датчиков тока резистивный делитель, можно контролировать анодное напряжение усилителя.

Так как выходы компараторов логические, то ими можно управлять, к примеру, реле, отключая усилитель при перегрузках или нештатных ситуациях.

Удачного творчества!