Wzmacniacz mocy na prąd stały RA360ST (1934 r.)


Renat Terlecki, Wzmacniacz mocy na prąd stały, Antena 1934/11

Radjotechnika w ostatnich czasach zyskała zupełnie nową dziedzinę działalności w postaci instalacyj głośnikowych dużej mocy. Pomijając film dźwiękowych instalacje głośnikowe dużej mocy spotykamy również często w całym szeregu instytucyj użyteczności publicznej jak dworce kolejowe, pensjonaty, hotele, place sportowe, sale koncertowe, ba - nawet kościoły i parlamenty.
Kilkuletnia praktyka skrystalizowała pojęcie współczesnego wzmacniacza mocy i dziś od takiego urządzenia wymagamy:

  1. Zupełnej elektryfikacji.
  2. Równomierności wzmocnienia i odtworzenia szerokiego zakresu częstotliwości.
  3. Wszechstronnego zastosowania, a więc zarówno dla adaptera, jak mikrofonu, fotoceli, radja i t.p.
  4. Możliwie dużej sprawności.
  5. Przejrzystej konstrukcji.
  6. Prostej obsługi i minimalnej konserwacji, a wreszcie
  7. Starannie dopasowanego sprzętu.

Wszystko to udaje się jednak wówczas, gdy mamy do dyspozycji źródło prądu zmiennego, najczęściej w postaci sieci oświetleniowej. Prąd zmienny bowiem, jak wiemy daje się transformować na dowolnie wysokie lub niskie napięcie; możemy więc bez strat na oporach redukcyjnych konstruować ekonomiczne obwody żarzenia, a mając dowolnie wysokie napięcie anodowe stosujemy bardziej wydajne układy np. "klasy C" czyli bezpośrednio sprzężone.

W wielu miejscowościach mamy jednak elektrownie, dostarczające do celów oświetleniowych, bądź też przemysłowych prądu stałego i w tym wypadku budując wzmacniacz dużej mocy, spotykamy się ze specjalnemi trudnościami. W zasadzie bowiem, z przyczyn wyżej podanych, wzmacniacze dużej mocy z reguły są obliczane na sieć pr. zmiennego, wobec czego chcąc je zasilać z sieci pr. stałego, musimy stosować przetwornice, których koszt przy małych instalacjach może przekroczyć wartość wzmacniacza. Niekiedy więc opłaci się zrezygnować z ekonomiczności układu i zadowolić się jak na wzmacniacz dużej mocy stosunkowo b. niskiem napięciem anodowem bo 150÷200 Volt.
Niżej opisany wzmacniacz d. m. zaprojektowany jest na zasilanie z sieci pr. st. o napięciu 250÷150 Volt. Rzecz zrozumiała, że zmniejszając wartość głównego oporu redukcyjnego "R" możemy wzmacniacz załączyć do sieci o niższem napięciu, wówczas jednak moc stopnia wyjściowego spadłaby zbyt znacznie.

SCHEMAT

Zanim zabierzemy się do właściwego wzmacniacza, zacznijmy od przestudjowania "gwoździa układu" - obwodu żarzenia. Obwód ten jak widzimy z uproszczonego schematu na rys.1 składa się z regulowanego oporu R5, na którego końcówkach w myśl prawa Ohma przepływający prąd (1,4 Amp.) wytwarza różnicę potencjałów "Eg", użytą tu jako ujemne przedpięcie siatkowe lamp wyjściowych. Następnie prąd żarzenia ulega rozgałęzieniu po 0,65 Amp. na dwie równolegle katody lamp wyjściowych. Reszta prądu w myśl prawa Kirchhoffa przepływa przez regulowany opór bocznikowy R4, którym regulujemy napięcie żarzenia obu tych lamp. Dalej znowu zsumowany prąd żarzenia przepływa przez podgrzewacz pośrednio żarzonej lampy wejściowej (ca 1 Amp.), której żarzenie regulujemy oporem bocznikowym R3. Dalej mamy lampę żelazo - wodorową "1331" automatycznie regulującą natężenie prądu żarzenia do wielkości 1,3A - no i wreszcie główny opór redukcyjny R.

 

Rys.1

Zaznaczyć należy, że suma oporów tego obwodu pomiędzy punktem A i B musi być wielkością stałą dla danego napięcia sieci. Niezbyt duże wahania w napięciu sieci oraz zmiany oporów R5 i R automatycznie wyrówna lampa oporowa, jednak np. większe zmiany oporu R5 musimy kompensować opornikiem R.
Jeśli chodzi o część istotną wzmacniacza, to jak widzimy z kompletnego schematu na rys.2 jest ona bardzo prosta.

Rys.2

Na wejściu mamy przełącznik umożliwiający szybkie przerzucenie wzmacniacza z jednej pary gniazd wejściowych na drugą. Od przełącznika prąd o częstotliwości słyszalnej przebiega przez potencjometr Pot, regulujący siłę, skąd idzie na uzwojenie pierwotne transformatora Tr1, którego wtórne uzwojenie stanowi obwód siatkowy lampy wejściowej wzmacniacza. Potencjometr z powodzeniem możemy opuścić, jeżeli stosowane źródło prądów słyszalnych (adapter-mikrofon) ma własną regulację siły. Opór R2 wtrącony do obwodu katody pierwszej lampy daje jej niezbędne przedpięcie ujemne siatki. Anoda lampy wejściowej poprzez pierwotne uzwojenie Tr2 dołączona jest do dławika Dł, który wraz z kondensatorem C2 służy do wygładzania pulsacyj prądu sieci. Wtórne uzwojenie Tr2 posiada trzy końcówki.

Do środka tego uzwojenia doprowadzone jest ujemne napięcie siatkowe lamp wyjściowych, zaś pozostałe końcówki, na których otrzymujemy napięcia zmienne prądów wzmacnianych z przesunięciem w fazie o 1800 dołączone są odpowiednio do siatek tych lamp. Z powyższego widzimy, że lampy końcowe pracują tu w symetrycznym układzie przeciwsobnym t. zw. "klasy A". Prądy anodowe tych lamp, a właściwie składowe zmienne tych prądów sumują się w transformatorze wyjściowym "Tr. w.", którego uzwojenie pierwotne jest też podzielone na dwie sekcje, dołączone do anod obu lamp w przeciwnych kierunkach. Ponieważ fazy tych prądów są również przeciwne, więc wytworzone przez nie strumienie magnetyczne w rdzeniu mają kierunki zgodne, a więc dodają się. Po stronie wtórnej transformator wyjściowy posiada 2 uzwojenia: dla głośnika nisko i wysokooporowego z odgałęzieniami, co znowu pozwala na dopasowanie transformatora do głośnika.

Wyżej opisany układ lamp wyjściowych jak wiadomo odznacza się wyjątkową równomiernością wzmocnienia, a co najważniejsze nie wymaga dużych napięć anodowych. W rozważaniach powyższych pominęliśmy R1-C1 oraz R6-C3, które jak wynika ze schematu służą do filtrowania poszczególnych napięć siatkowych; zaznaczyć należy, że napięcie anodowe lamp końcowych nie jest tu wcale filtrowane, ponieważ jego pulsacje znoszą się wzajemnie na transformatorze wyjściowym, a nawet pominięcie oporu R6 i bezpośrednie przyłączenie środka uzwojenia wtórnego Tr2 do minusa sieci poprostu się nie odczuwa.

SPIS CZĘŚCI

Pot = 50000omow; Transformator Tr1=międzylampowy 1:3 - 1:6, wysokiej klasy;Tr2 = Polton, Pusch-Pull, typ cięższy 1:4; Tr. w. = wyjściowy Polton Pusch-Pull, typu WDM3 z uzwojeniem na głośnik dynamiczny oraz magnetyczny; mA = miliamperomierz z cewką ruchomą 0-200mA; Dł = dławik Polton D3530; B = bezpiecznik żarówkowy 3,5V-2A. Kondensatory: C1 = C3 = 2µF; C2 = 4µF 1000V; C4 = C5 = 2=4µF. Opory: R1 = 0,1meg; R2 = 1000 om drutowy; R3 = 20 om zmienny; R4 = 30 om zmienny; R6 = 0,01 meg; R5 = 20 om według opisu; R = 150 om według opisu. W1 = wyłącznik sieciowy pokrętny 2-biegunowy; W2 = wyłącznik sieciowy 1-biegunowy; 2 podstawki lampowe 4-nóżkowe; 1 podstawka 5-nóżkowa; 1 podstawka 3-nóżkowa; przełącznik 2x3; 6 prętów gwintowanych, 4mm po 14cm długości z 48 nakrętkami; arkusz eternitu, arkusz azbestu 320x250mm, dykta 400x420x10mm; bakelit 400x110x3mm; 8 gniazd telef. na dwóch tabliczkach bakelitowych, 11 śrub 5mm z nakrętkami do chassis.

We wzmacniaczu modelowym z doskonałemi wynikami stosowałem następujące lampy: "AR4101" w stopniu wejściowym i w stopniu wyjściowym 2 x "P460" (Tungsram) jako wyrównywacza napięcie sieci, a właściwie regulator prądu żarzenia lampę "1331" (Philips).

MONTAŻ

Rozpoczynamy od sporządzenia chassis (rys. 3, 4 i 5). Z kawałka dykty 400x300x10mm wycinamy deskę montażową o wymiarach 400x170 z występem w lewym tylnym rogu 130x70 i kładziemy je na dwóch ramkach wykonanych z grubej blachy żelaznej. Pozostałą część dykty wykładamy z jednej strony azbestem i ustawiamy prostopadle do deski montażowej. W ten sposób otrzymujemy skomplikowane chassis, bowiem w przedniej części mamy "dwa piętra", zaś w tylnej jest miejsce "na piętrze" dla lampy oporowej oraz, dobrze chłodzoną i termicznie izolowaną od właściwego wzmacniacza, przestrzeń na opory R i R5. Opory te umocujemy przestrzenie w sposób podany na rysunkach przy pomocy prętów gwintowanych oraz pasków blachy.

Rys. 3

Rys.4

Rys. 5

Wspomniane wyżej opory R i R5 będziemy musieli wykonać sami. Z nabytej za 40gr. dachówki eternitowej wycinamy 7 sztabek o wymiarach 340x50mm i wiercimy w nich po dwa otwory na pręty do umocowania na prętach, oraz po dwa dla końcówek drutu oporowego. Następnie na jednym takim pasku nawijamy na całej jego długości 10 metrów drutu nikelinowego 0,5mm - będzie to opór R5. Na sześciu pozostałych nawijamy po 14 metrów tegoż drutu. Po złączeniu ich w szereg otrzymamy opór R. Przy nawijaniu drut należy silnie naciągać, aby podczas pracy nie obsuwał się wskutek ogrzewania. Następnie z blachy miedzianej robimy dwie klamerki, przy pomocy których będziemy regulować opory R i R5.

Na bakelitowej płytce czołowej montujemy, licząc od lewej strony, przełącznik, potencjometr (jeśli go stosujemy) w środku miliamperomierz, dalej bezpiecznik i wyłączniki W1 i W2.

Na desce montażowej umieszczamy wszystkie transformatory i podstawki do lamp. Podstawkę  dla lampy oporowej montujemy na specjalnym występie tej deski w lewym rogu. Reszta części zmieści się pod spodem.

Montaż wykonamy drutem 1,5mm2 w izolacji gumowej, natomiast przewody zaekranowane na rys.2 - kabelkiem obołowionym. Pancerze kabelków oraz pudełka kondensatorów stałych łączymy ze sobą i ewentualnie uziemiamy. Uziemienie rdzeni transformatorów przy sieci z uziemionym plusem dało wynik negatywny.

Po zamontowaniu wzmacniacza i sprawdzeniu połączeń według schematu z rys.2 łączymy go z siecią. Nie poleca się jednak stosować tu sznura z wtyczką, ponieważ łatwo będzie o pomylenie biegunów, co prawda nie grozi tu uszkodzeniem aparatury, lepiej jest jednak po rozpoznaniu biegunów sieci np. woltomierzem biegunowym doprowadzić ją na stałe bezpośrednio do wyłącznika W1. Ponieważ jest to wyłącznik dwubiegunowy, wobec czego po wyłączeniu nim prądu wzmacniacz jest całkowicie odłączony od sieci i nie istnieje obawa porażenia, co znowu jest szczególnie ważne przy pierwszej regulacji.

PIERWSZA PRÓBA

Przed włączeniem prądu wtrącamy dodatkowo do przewodu ujemnego sieci amperomierz o takiej skali, która umożliwiłaby nam odczytanie natężenia 1,4 Amp; następnie ustawiamy pióra oporów R3 oraz R4 na połowie uzwojeń, klamerkę na oporze R5 ustawiamy tak, aby włączone było około 3/4 jego drutu oporowego, wreszcie klamerkę na oporze R ustawiamy tak aby był włączony cały opór. Teraz ustawiamy lampy i upewniwszy się, że W2 jest wyłączony; włączamy sieć obracając wyłącznik W1. Wskazówka amperomierza ustawi się w pewnem położeniu wskazując około 1 Amp. Teraz patrzymy lam lampy P460 czy przypadkiem katoda której z nich nie świeci się jasno czerwonym żarem. Jeśliby to nastąpiło, należy natychmiast wyłączyć W1 i odszukać przerwę w obwodzie żarzenia drugiej lampy, bowiem katody tych lamp podczas pracy nie świecą, jeśli natomiast jedna zaczyna świecić to byłoby dowodem, że cały prąd żarzenia (a w danym wypadku około 1 Amp.) przepływa tylko przez tą jedną świecącą lampę. Po usunięciu ewentualnego uszkodzenia zkolei możemy przystąpić do właściwej regulacji a więc włączamy prąd (W1).

Przypuśćmy, że z amperomierza odczytaliśmy wartość 1,1 Amp. Wyłączamy sieć i przesuwamy klamerkę na oporze R tak, aby nieco zmniejszyć jego wartość i znowu włączamy W1 i odczytujemy wartość natężenia płynącego prądu z amperomierza. W ten sposób postępujemy aż do uzyskania 1,3 Amp. Będzie to właściwa wielkość prądu płynącego w obwodzie żarzenia (rys.1).

Teraz przesuwając pióro oporu R3 ustawiamy go tak, aby woltomierz załączony do nóżek żarzenia lampy wejściowej, pośrednio żarzonej, wskazał 4 Volty. W podobny sposób regulując opór R4 ustalamy żarzenie lamp "P460" na 3,5 Volta.

Po ukończeniu tej czynności możemy włączyć napięcie anodowe lamp wyłącznikiem W2, obserwując równocześnie lampy "P460". Jeśliby teraz która z tych lamp zaświeciła niebieskawem lub fjoletowem światłem w przestrzeni międzyelektrodowej to należy natychmiast wyłączyć W2, następnie W1 i świecącą lampę odesłać do dostawcy z reklamacją, podając w karcie reklamacyjnej, że w lampie wystąpił gaz. Jest to sprawa o tyle poważna, ze przy silnie występującym gazie i zbyt dużym bezpieczniku B może się przepalić miliamperomierz oraz odpowiednia połówka uzwojenia transformatora wyjściowego, a wreszcie sama lampa wskutek gwałtownego bombardowania katody ulegnie zniszczeniu.

Powyższego zjawiska nie należy jednak utożsamiać z innym, nieszkodliwym objawem: fluorescencją szkła. Niekiedy bowiem w lampach większej mocy podczas pracy szkło balonu pokrywa się po stronie wewnętrznej warstewką drgającego, delikatnego światła seledynowego, żywo przypominającego fluorescencję rentgenowskiego ekranu.

Jeśli więc w lampach gaz nie wystąpił, to z kolei odczytujemy natężenie prądu anodowego z miliamperomierza "mA". Przy sieci 220V ma ono wynosić około 100mA czyli po 50mA na lampę. Jeśli miliamperomierz wskaże więcej, to należy zwiększyć wartość oporu R5, przesuwając klamerkę na jego uzwojeniu i odwrotnie jeśli wskaże mniej - to należy go zmniejszyć. Po tej czynności amperomierz wskaże nam 1,4 Amp. jako sumę prądu żarzenia = 1,3A oraz prądu anodowego lamp wyjściowych = 0,1A.

Właściwą wartość prądu anodowego, wskazywanego przez miliamperomierz, możemy sobie łatwo obliczyć z mocy admisyjnej lampy. Moc admisyjna lampy "P460" wynosi 10 Watów, a więc z dwóch mamy 20W. Przypuśćmy, że zmierzone dobrym woltomierzem napięcie na anodach tych lamp (nie sieci!) wynosi 200 Volt. Otrzymamy więc 20W:200V=0,1A=100mA. Przy innych napięciach sieci naturalnie napięcie anodowe ulegnie zmianie no i naturalnie zmieni się też odpowiednio prąd anodowy.

Na zakończenie łączymy woltomierz do nóżek lampy "1331" i regulujemy opór R tak, aby odczytane napięcie wynosiło około 10V; podregulowujemy oporami  R3 i R4 napięcie żarzenia lamp przy włączonym W2 do 1 Volt i wyłączamy niepotrzebny już amperomierz.

OBSŁUGA

Do jednej pary gniazd wejściowych lub bezpośrednio do pary kontaktów w przełączniku łączymy przewody adaptera. Do drugiej - możemy załączyć drugi adapter lub jakiś inny przyrząd, np. wstępny wzmacniacz od fotoceli (w kinie) albo obwód anodowy lampy detektorowej odbiornika i t.p. Głośnik dynamiczny lub magnetyczny, względnie oba jednocześnie łączymy do właściwych gniazd transformatora wyjściowego. Jeśli posiadany transformator nie ma uzwojenia dla głośnika magnetycznego, to można go załączyć poprzez dwa kondensatory blokowe po 2÷4µF do końcówek uzwojenia pierwotnego tego transformatora według rys.2 (C4-C5); wówczas transformator pełni rolę dławika m.cz.

Następnie włączamy sieć obracając wyłącznik W1 i czekamy około 1 minuty aż się rozgrzeje katoda lampy żarzonej pośrednio, bowiem lampy P460 rozgrzeją się wcześniej; po upływie tego czasu włączamy napięcie anodowe wyłącznikiem W2 - strzałka miliamperomierza skoczy do wartości wyżej ustalonej i już wzmacniacz jest gotów do użytku.

Właściwie z powodzeniem możnaby było pominąć wyłącznik W2, ponieważ częściowo komplikuje obsługę, jednak jeśli komu nie zależy na specjalnem jej uproszczeniu, a przywiązuje dużą wagę do trwałości lamp, to zastosowanie jego jest zewszechmiar godne polecenia.

Po nastawieniu płyty i puszczeniu adaptera ustawiamy regulator siły na max. i obserwujemy strzałkę miliamperomierza: jeśli będzie ona przy silniejszych dźwiękach się cofać w kierunku zera to oznacza, ze daliśmy zbyt małe przedpięcie siatkowe i odwrotnie jeśli otrzymamy wychylenia strzałki do max. - to przedpięcie jest zbyt duże. Błąd ten korygujemy zmianą oporu R5. Przy dobrem wyregulowaniu strzałka podczas pracy wzmacniacza będzie stała w miejscu.

W układzie powyższym bezpośrednio żarzone lampy wyjściowe są żarzone prądem stałym, z tego wynika, że ujemne końce katod tych lamp będą tu znacznie więcej obciążone od dodatnich, poleca się więc w celu równomiernego ich zużycia w odstępach kilkudniowych (np. 2 razy w tygodniu) zmieniać kierunek przepływu prądu żarzenia przez lampy. Najlepiej będzie okoliczność tę uwzględnić przy montowaniu wzmacniacza i prąd żarzenia doprowadzić do podstawek lampowych tak, aby przestawienie obu lamp dało tę zmianę, a więc przez jedną lampę przepuszczamy prąd, np. od lewej nóżki do prawej, a przez drugą od prawej do lewej. Powyższe zostało uwzględnione na schemacie montażowym.

Powyższy wzmacniacz po blisko rocznej pracy, w bardzo trudnych warunkach lokalnych, nie wykazał żadnych uszkodzeń.

Adaptery do opisanego wzmacniacza należy stosować typu wysokooporowego, bowiem przy zastosowaniu typów niskooporowych należałoby zmienić przekładnię transformatora wejściowego na 1:10÷1:20. Płyty bierzemy z nagraniem elektrycznem, ponieważ dają one naturalne brzmienie głosu i t.zw. okrągłość tronu, czego nie można powiedzieć o płytach, nagranych dawnym sposobem. Podkreślić należy, że do niektórych płyt nagranych w sposób specjalny, a więc np. "Pathé" lub "Edisson", gdzie igła wykonywa drgania nie poziome, lecz pionowe, adaptery znajdujące się na rynku wogóle się nie nadają.

Renat Terlecki