Собираем простейший ламповый усилитель низкой частоты (I)

Информация о материале
Категория: Radioamator i Krótkofalowiec
Опубликовано: 03.08.2021, 10:04
Автор: Grzegorz Makarewicz
Просмотров: 5572


Собираем простейший ламповый усилитель низкой частоты (I)
Radioamator i Krótkofalowiec 1961/05. Автор: K.W.
(Уголок для начинающих радиолюбителей)

   Несмотря на постоянный прогресс в производстве и применении полупроводниковых элементов, таких как диоды и транзисторы, электронная лампа по-прежнему является важным компонентом большинства радиотехнических устройств. Как известно, лампа, изобретенная около пятидесяти лет назад, несколько раньше создала большие перспективы развития радиотехники и легла в основу ее неординарной карьеры. Знание конструкции и принципов работы вакуумной лампы - это первый шаг «посвящения» каждого радиотехника и, следовательно, актуально и для начинающих радиолюбителей. Свои знания об электронных лампах мы закрепим самым простым способом, т. Е. Вручную собрав и протестировав одноламповый усилитель низкой частоты. Этот усилитель можно использовать в качестве приемника-детектора и, несмотря на свою простоту, предоставлять значительные услуги, например, если вам нужно прослушать трансляцию, используя большее количество наушников (2-6 пар).

   Принципиальная схема усилителя представлена ​​на рис. 1 в двух вариантах, различающихся способом подачи сигнала с детектора на схему усилителя. В первом случае (рис. 1а) используется низкочастотный трансформатор с соответствующим образом подобранным передаточным числом. Эту систему следует использовать, когда сигнал, полученный от приемника детектора, очень слабый, и мы хотим получить максимально возможное усиление. Регулировка громкости (усиления) здесь не предусмотрена. Использование усилителя в схеме, показанной на рис. 1b, рекомендуется, когда приемник-приемник воспроизводит программы с относительно большой громкостью. Этот усилитель более простой по конструкции, и в то же время позволяет регулировать громкость. Однако мы должны помнить, что коэффициент усиления, обеспечиваемый этой системой, ниже максимального, обеспечиваемого той же лампой, соединенной с детектором через трансформатор. Разумеется, в обоих случаях акустический сигнал с выхода приемника детектора подается на управляющую сетку электронной лампы.


Рис. 1. Принципиальная схема усилителя:
а - связь с трансформатором, б - гальваническая связь

   Работа усилительной схемы с электронной лампой очень проста и понятна каждому, кто, построив усилитель низкой частоты на одном транзисторе (Радиоаматор № 3/61), узнал об общем принципе работы этого типа. схем, описанных в нем. Также здесь слабый сигнал от приемника детектора служит только для управления каскадом усиления, а наушники работают за счет энергии, взятой от местного источника питания - аккумулятора или адаптера переменного тока. Электронная лампа, как и транзистор, является элементом, с помощью которого правильно регулируется ток, протекающий в цепи местного источника энергии.

   Однако для правильного понимания работы системы необходимо ознакомить читателей с устройством трубки. Это не сложная задача, поскольку большинство из вас, вероятно, уже немного о ней знает. Кто устоит перед соблазном и не сломает ни одной испорченной (бывшей в употреблении) лампы, чтобы узнать своими глазами, что в ней находится внутри. Электронная лампа состоит - в одном из простейших случаев - из нити накала (так называемого «катода»), «управляющей сетки» и «анода». На рис. 2 показана конструкция именно такой лампы, называемой «триодом»..


Рис. 2. Конструкция триода (старого типа)

Явления внутри трубки не настолько сложны, чтобы их нельзя было объяснить простым способом. На рис. 3 изображена обычная электрическая лампочка с дополнительным электродом в виде металлической пластины, оплавленной внутри колбы. Мы будем называть эту плату «анодом» лампы. Между анодом и нитью накала лампы последовательно с батареей Ва подключается измерительный прибор (с напряжением в несколько десятков вольт), показывающий величину тока, протекающего в цепи. Батарея накаливания Bż служит только, как следует из названия, для накаливания нити лампы. Под наблюдением известного изобретателя Т.А. Эдисон, явление очень интересное: он заявил, что ток течет в анодной цепи, если одновременно выполняются два условия, а именно когда:

  • нить накала лампы горячая,
  • положительный полюс батареи Ba соединен с анодом..

   Если хотя бы одно из вышеперечисленных условий не выполняется, анодный ток - как мы его сейчас будем называть - не течет в цепи; это показано на рис.3.


Рис. 3. Эксперимент Эдисона с модифицированной лампочкой

   Эдисон не мог объяснить эти странные явления, происходящие в модифицированной таким образом обычной осветительной лампе. Это было непросто при таком состоянии знаний в то время. Сегодня мы знаем, что нить накаливания, или «катод» электронной лампы, является источником свободных электронов, которые составляют так называемый ток эмиссии лампы. Этот ток протекает через вакуум в лампе до тех пор, пока на ее аноде по отношению к катоду имеется положительное напряжение.

   Однако изобретение электронной лампы произошло намного позже, за несколько лет до начала Первой мировой войны, когда дополнительный, третий ажурный электрод был помещен в модифицированную лампу Эдисона. Поэтому этот электрод называют «управляющей сеткой». Рис. 4 иллюстрирует работу управляющей сетки: если мы приложим к ней достаточно большое отрицательное напряжение (рис. 4a), она сильно подавит (отталкивая) электроны, освобожденные от катода, которые составляют элементарный отрицательный заряд, а анод ток, протекающий через лампу, очень мал. Если отрицательное напряжение на сетке невелико, его тормозной эффект намного слабее, поэтому, как мы видим на рис. 4b, анодный ток лампы имеет гораздо большее значение. Рис. 4c показывает нам другой случай: небольшое положительное напряжение приложено к управляющей сетке лампы. Теперь управляющая сетка не только не отталкивает освобожденные электроны от катода, но и помогает им течь к положительному аноду. Вот почему ток, протекающий через электронную трубку, достигает высокого значения. В то же время, однако, небольшая часть электронов, испускаемых катодом, а именно те электроны, которые попадают в редко разнесенные провода управляющей сетки, образуют так называемые «сетевой ток», замыкающий цепь сетчатой ​​батареи. Это вполне понятно, ведь в этом случае сетка, имея небольшой, но положительный потенциал, по своей работе напоминает анод.


Рис. 4. Работа управляющей сетки электронной лампы

   Приведенная выше иллюстрация явлений, происходящих в вакуумной лампе, позволяет нам в целом понять ее работу в схеме усилителя (рис. 5). Как мы выяснили, колебания напряжения на управляющей сетке вызывают колебания тока, протекающего в анодной цепи лампы, которые для удобства обозначены на этом рисунке жирными линиями. В этой ситуации через наушники протекает довольно значительный ток в зависимости от формы волны напряжения на управляющем электроде, что приводит к точному воспроизведению управляющего сигнала в наушниках.


Рис. 5. Схема усилителя с триодом

   Разобравшись с конструкцией вакуумной лампы и работой схемы усиления, мы можем теперь вернуться к нашей схеме с рисунка 1а и начать сборку усилителя. Вот список необходимых для этого элементов:

  • V - электронная лампа с батарейным питанием типа 1S5T - 1 шт.
  • Tr - входной трансформатор (по описанию) - 1 шт.
  • Ba - анодная батарея 30 ÷ 70В - 1 шт.
  • W - 2-полюсный выключатель - 1 шт.
  • радиоразъемы с гайками - 8 шт.
  • алюминиевый или железный лист,
  • небольшое монтажное оборудование, такое как болты, гайки, монтажный кабель и т. д.

   Читателям, вероятно, будет сложнее всего подобрать подходящий «входной» трансформатор, поскольку в настоящее время он не очень популярен. Это трансформатор с повышающим коэффициентом не менее 1: 4. Здесь отлично подойдут трансформаторы, снятые со старых, двухламповых приемников немецкого производства. Но можно сделать и самому по следующим данным:

  • поперечное сечение центральной колонны сердечника трансформатора: ок. 1 ÷ 2 см2,
  • первичная обмотка: 1000 витков эмалированного провода диаметром 0,1 ÷ 0,15 мм,
  • вторичная обмотка: 4000 витков эмалевого провода диаметром 0,1 мм.

   Вы также можете использовать для этой цели любой из трансформаторов (например, от радио Pionier, Szarotka, Stolica и т. Д.), Переделав его соответствующим образом. Поскольку первичная обмотка трансформатора составляет около 2000 ÷ 3000 витков, ее можно использовать как вторичную обмотку для новой схемы. Остается только удалить ненужную низкоомную обмотку (около 100 витков провода диаметром примерно 0,5 ÷ 0,8 мм) и к этому месту подключить первичную обмотку в количестве примерно 800 ÷ 1000 витков. Здесь диаметр проволоки может быть любым в зависимости от доступного пространства.

   Радиолампа типа 1S5Т используется в комплекте электронных ламп популярного радиоприемника "Шаротка". На рис.6 показан его внешний вид и расположение цоколя, то есть соединения отдельных электродов лампы с выводами.


Рис. 6. Радиолампа 1S5Т
а - внешний вид, б - план цоколя

Как мы видим, это многоэлектродная радиолампа, потому что помимо уже известного катода (выводы 1 и 7), управляющей сетки (ножка 6) и анода (ножка 5) у нее есть другие дополнительные электроды. Мы не будем ими заниматься, потому что в нашем усилителе мы будем использовать электронную лампу 1S5Т в триодной конфигурации. Это станет возможным благодаря соответствующему включению в систему. Для этого мы соединим контакты 4 и 5 вместе и будем использовать оба выведенных к ним электрода в качестве анода. Это проиллюстрировано на рис. 7, где электронная лампа 1S5Т представлена ​​в виде триода. Дополнительный электрод, прикрепленный к третьей ножке лампы, остается нигде не подключенным, потому что он нам здесь не нужен.


Рис. 7. Электронная лампа 1С5Т, преобразованная в триод

   Лучше всего начинать монтаж усилителя с его металлического основания, т.н. "шасси". На рис. 8 показан пример такой базы. Расположение винтов, фиксирующих входной трансформатор, или даже размеры всего должны быть адаптированы к размеру и способу крепления трансформатора. Также может пригодиться фотография модели усилителя. Однако следует стремиться к самостоятельному проектированию конструкции простых устройств на основе принципиальной схемы постепенно. Строгое и тем более «бездумное» копирование описанных моделей - не лучшая практика, потому что мы должны помнить, что настоящий радиолюбитель может правильно сконструировать электронные устройства только на основе принципиальной схемы и, возможно, дополнительных, довольно общих рекомендаций.


Рис. 8. Пример металлического шасси
Индивидуальные размеры должны быть адаптированы к размерам используемого трансформатора.

   Корпус усилителя лучше всего делать из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм, с которым легче всего работать, или из листа железа или цинка.

   На следующем этапе сборки должны быть присоединены трансформатор, розетка для вакуумной лампы и радиоразъемы. Если корпус сделан из листового металла (или другого материала), эти розетки следует закрепить соответствующими изоляционными шайбами, чтобы ни одна из них не соприкасалась с землей. Изготовление шайб и их сборка показаны на рис.9.


Рис. 9. Изготовление изоляционной шайбы и установка радиоразъема

Используя шасси из непроводящего материала, розетки монтируются непосредственно в соответствующие отверстия (диаметр 6 мм). Дальнейшая сборка усилителя сводится к соединению отдельных элементов в соответствии с принципиальной схемой (рис. 1а) и монтажной схемой (рис. 10).


Рис. 10. Схема сборки усилителя

Соединительные провода (диаметром 0,5 ÷ 1 мм в пластиковой игле) соединить с проушинами для гаек и припаять к соответствующим ножкам основания трубки. Описанная здесь схема настолько проста, что не требует дополнительных пояснений, так как ее сборка точно никому не доставит хлопот.

   Теперь подключите источник питания к собранной (и протестированной) схеме усилителя. Сначала - включаем аккумулятор накаливания Bż, то есть элемент на 1,5 вольта (так называемый «американец»). Для этого к аккумуляторной батарее следует присоединить кабели с вилками, желательно цветными. Это позволит вам легко различать полюса батарей. На рис. 11 показана такая батарея и показаны ее положительный и отрицательный полюса.


Рис. 11. Полярность батареи 1,5В для питания свечения вакуумной лампы

В нашей системе очень важно поддерживать правильную полярность тлеющего аккумулятора. По этому поводу следует написать несколько пояснений. В обычных схемах усилителя на управляющие сетки отдельных ламп подается определенное отрицательное напряжение, величина которого зависит от параметров схемы. Это необходимо для обеспечения работы вакуумной лампы с минимальными искажениями. Большинство читателей наверняка помнят, что в ранее известных схемах усилителя на транзисторах (Radio Amator № 3 и 4/61) мы использовали аналогичные «предварительные напряжения» для баз транзисторов. Схема нашего лампового усилителя намеренно упрощена, поэтому не содержит никаких дополнительных элементов для получения так называемого «Полярность управляющей сетки». Однако управляющая сетка также имеет некоторый отрицательный потенциал по отношению к нити накала. Это связано с тем, что он подключен (через вторичную обмотку трансформатора) к отрицательному полюсу аккумуляторной батареи. Среднее отрицательное предварительное напряжение сетки по отношению к нити накала составляет в этом случае около 0,7 В). Однако следует четко подчеркнуть, что это довольно уникальная практика, приемлемая в данном конкретном случае из-за низкого используемого анодного напряжения и предполагаемого использования усилителя. Как известно, приемник-детектор обычно обеспечивает очень низкие акустические напряжения, поэтому вы можете не беспокоиться об искажениях усилителя. Такое искажение, как уже догадались большинство читателей, является результатом приложения слишком высоких напряжений с акустическими частотами к управляющей сетке усилительной лампы, превышающих приложенное отрицательное предварительное напряжение. После этого необходимого объяснения мы вспомним, что аккумулятор для нагрева вакуумной трубки должен быть подключен к системе в соответствии с полярностью, указанной на схемах и чертежах. Соответствующие вилки и розетки целесообразно раскрасить или обозначить символами.

   После включения накаливания вставить (осторожно, чтобы не погнуть нежные ножки) электронную лампу 1S5Т. Усилитель подключается к сети с помощью переключателя W. Правильность сборки проверяется по нити накала лампы. При полном освещении сложно что-либо увидеть, но в темной комнате хорошо видно, что катод светится ярко-оранжевым светом. Это видно в виде тонкой нити, натянутой по вертикальной оси трубки.

   Проще всего объединить Ва анодную батарею - это 8 ÷ 12 плоских батареек на 4,5 В (от карманного фонарика). Покупать большие анодные батареи бессмысленно не только из-за высокой стоимости, но, прежде всего, из-за очень низкого энергопотребления нашей системы. Отдельные батареи соединены последовательно друг с другом, т.е. плюс одной батареи - с минусом следующей, как показано на рис.12.


Рис. 12. Последовательное подключение плоских батарей 4,5 В

Обратите внимание, что длинный конец батареи отрицательный, а короткий - положительный. Мы также закончим эту батарею кабелями соответствующей длины с банановыми вилками. Анодная батарея подключается к системе, как показано на схемах (рис. 1а и 10), то есть отрицательный полюс к катоду, а положительный полюс к аноду электронной лампы (через наушники). Обратное подключение батареи не повредит усилитель, но тогда не будет работать.

   Осталось подключить наушники к соответствующим розеткам, а детектор-приемник - к входу усилителя.

   Составленная таким образом система представлена ​​на рис.13.


Рис. 13. Комплект: детектор-приемник - усилитель
Выполните подключение с помощью проводов с банановыми заглушками.

Кроме того, все это настолько просто, что наш набор для приема и усиления должен сразу дать наиболее удовлетворительные результаты. Конечно же, условием правильной работы системы является правильная работа самого детекторного приемника, что предварительно следует проверить с помощью наушников. В то же время, сравнивая громкость радиостанции, принимаемую непосредственно с детектора и с выхода усилителя, мы можем примерно оценить качество работы нашей первой конструкции с электронной лампой.

   Как уже упоминалось во введении, к усилителю можно подключить больше пар радионаушников. Самый простой способ сделать это показан на рис.14.


Рис. 14. Изготовление «разветвителя» на небольшое количество наушников:
а - внешний вид, б - схема подключения

Как видите, для сборки «разветвителя» использовалась небольшая пластиковая мыльница с соответствующим количеством радиоразъемов. О конструкции усилителя с регулировкой усиления (рис. 1б) будет рассказано в следующем номере журнала.

Для любителей ламп материал опубликовал Grzegorz 'gsmok' Makarewicz.