Правильная Система. Часть 4. Усилитель Мощности

Усилитель собран по традиционной для моих конструкций схеме, неоднократно ранее опубликованной на сайте. Некоторая особенность в том, что так как усилитель работает в комплекте с предусилителем, то высокая чувствительность не требуется, поэтому как входной, так и ФИ каскады собраны на лампах 6SN7. Всего в конструкции три каскада усиления с общей ООС, выходные трансформаторы – Hashimoto. Схемы усилителя и блока питания самоочевидны, особенностами являются лишь фиксированное регулируемое смещение, схема выпрямителя и регулировки напряжения смещения и схема делителя ООС. Любознательные аудиоэнтузиасты всегда могут обратиться непосредственно ко мне и узнать все подробности. 🙂

Основные технические характеристики усилителя

  • Входное сопротивление = 10 кОм
  • Выходное сопротивление =<~ 1.7 Ом (На выходе для подключения нагрузки 8 Ом)
  • Номинальная нагрузка = 4, 8, 16 Ом. Для подключения нагрузки 16 Ом необходима коммутация выходного трансформатора.
  • Номинальное входное напряжение = 1V RMS
  • Максимальное выходная мощность на нагрузке 4 (8) Ом = 40W RMS
  • Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 8 Ом при выходном
  • напряжении = 0.7 от максимального = 30Гц….90 кГц.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 1.5%, в основном 2-я гармоника. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -22dB.
  • Время выхода на рабочий режим =< 15 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя и прогревом ламп.

Несколько фото, снятых в процессе отладки и прослушивания конструкции

Апрель 2024 г.Владивосток

Таинственная VT52 и усилитель на ней

VT52 – лампа тайна, лампа легенда, лампа без точно известных технических характеристик. Согласно самой достоверной легенде, это “специальная” версия прямонакального 45-го триода, разработанная для применения в радиостанциях вертолетов BC-230/430. По сравнению с оригинальной 45-й, VT52 допускает большую мощность, рассеиваемую на аноде и широкий диапазон рабочих напряжений накала – от 5 до 7 вольт, при незначительном изменении основных характеристик. “Подлегенда” утверждает, что именно в таких пределах менялось напряжение низковольтной бортовой сети вертолета в зависимости он нагрузки на двигатель 🙂

В конце прошлого года так удачно случилось, что мне поступил заказ на сборку однотактного усилителя на этой лампе. Заказчик прислал уже готовое щасси с установленными на нем трансформаторами, дросселями, конденсаторами, ламповыми панельками и трансформаторными регуляторами громкости от мастера Воробъева, плюс некоторая часть компонентов прилагалась “россыпью”, вместе с набором проводов и припоем. Схему усилителя мы с заказчиком обсудили ранее, еще в 2021 году. Казалось бы, все просто – всего-то взять и собрать+наладить эту конструкцию.

Схема усилителя, которая обсуждалась в 2021 году

Усилитель – двухкаскадный с емкостной связью между каскадами. Первый каскад – на лампе 6П9 в триодном включении, коэффициент усиления около 15..20. Предполагается, что на входе усилителя будет повышающий (1:2) трансформаторный регулятор уровня. Режим работы первого каскада – ток покоя = 30mA, хорошая линейность и необходимый размах выходного напряжения сохраняется в диапазоне смещений от -4 до -5V,  при этом наиболее оптимальный номинал резистора анодной нагрузки получается 5.1 кОм (мощностью минимум 12W). Режим работы второго каскада – напряжение анод-катод 300V при токе покоя 44mA, смещение автоматическое регулируемое на “подземном” резисторе. Напряжение смещения регулируется резистором R7. Резистор R10 служит для контроля тока покоя, после настройки конструкции его можно убрать. Резисторы R2, R6 могут понадобиться в случае возбуждения каскада на максимальных уровнях сигнала. Если возбуждения не будет, то R2 и R6 можно убрать.

Блок питания версии 2021 года

Блок питания – почти традиционный, с выпрямителем на кенотроне. Особенность в том, что напряжение смещения выделяется на “подземном” резисторе R5. Через этот резистор протекает (“возвращается”) ток, потребляемый усилителем, соответственно на “нижнем” выводе R5 выделяется отрицательное напряжение смещения.  Конденсаторы С3 и RC фильтр R3 C4 сглаживают пульсации. Емкость конденсаторов С3 и С4 должна быть достаточной для уменьшения пульсаций, но сравнительно небольшой для своевременной “реакции” цепей смещения на возрастание тока потребления. Так как у кенотронного выпрямителя с емкостным фильтром выходное напряжение сильно зависит от тока потребления, то очень желательно, чтобы конденсатор С1 был на рабочее напряжение 500V.

Жизнь, как известно всегда вносит свои коррективы и этот раз не стал исключением. В силу набора ситуативных причин 🙂 итоговый вариант схемы был реализован в 2024 году и приобрел следующий вид –

Схема усилителя, который был собран

Блок Питания, который был собран

По схеме – входной трансформатор-регулятор – передает мощность входного сигнала с очень малыми потерями, скоммутирован с коэффициентом передачи 1:4. При уровне входного сигнала 2V RMS полоса пропускания при такой коммутации получается довольно широкой – не менее, чем 20 Гц…80 кГц,что не оказывает существенного влияния на итоговую АЧХ усилителя. Регулятор от мастера Воробьева обладает весьма хорошими “звуковыми” свойствами – тембры естественные, тональный баланс ровный, динамика звучания очень хорошая.

Первый каскад – традиционный усилительный каскад с резистивной нагрузкой. Ток покоя каскада = 30…31 mA, что гарантирует отличную “динамику” звука и широкую полосу пропускания при работе на комплексную (преимущественно емкостную) нагрузку. Коэффициент усиления каскада = ~ 15, максимальный размах выходного напряжения ~ 100V RMS, что дает более чем достаточный запас для полной “раскачки” выходного каскада. Итоговый коэффициент усиления первого каскада и регулятора Воробьева ~ 60, что дает входную чувствительность усилителя около 1V RMS а это, в свою очередь, обеспечивает совместимость усилителя практически со всеми современными источниками аудиосигнала.

Второй каскад – не менее традиционный 🙂 ,  особенность в том, что конденсатор, шунтирующий катодный резистор автосмещения включен по схеме “ultrapath”. Выигрыш такого включения в том, что в качестве шунтирующего можно применить пленочный конденсатор сравнительно небольшой емкости, так как он шунтирует не катодный резистор, а лампу и первичную обмотку выходного трансформатора. Поскольку их совместный импеданс в разы выше, чем сопротивление катодного резистора, то и требуемая емкость шунтирующего конденсатора получается в разы меньше. В большинстве случаев пленочный шунтирующий конденсатор, включенный по схеме “ultrapath” дает более динамичное и свободное звучание усилителя, чем традиционный электролитический конденсатор в катодной цепи. Из недостатков такой схемы можно отметить то, что через конденсатор “ultrapath” пульсации источника питания проникают в катодную цепь.  Этот недостаток устраняется качественной фильтрацией напряжения источника питания. Ток покоя лампы второго каскада = ~ 50…53mA.

Токи, потребляемые первым и вторым каскадами от источника питания – противофазны и близки по амплитуде, то есть когда потребление тока первым каскадом максимально, потребление тока вторым каскадом – минимально. Так как емкость выходного конденсатора фильтра блока питания каждого из каналов довольно большая (200uF), а по питанию каналы разделены отдельными фильтрующими дросселями – то нет необходимости в применении дополнительных RC фильтров в питании первых каскадов каждого из каналов.

Блок питания особенностей не имеет – традиционный двухполупериодный кенотронный выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора и поканальными LC фильтрами.  Накалы ламп питаются напряжением переменного тока, накалы ламп первого каскада питаются от общей обмотки, накалы ламп второго каскада питаются каждый от своей обмотки. Мощный составной резистор R1||R2 – балластный, позволяет установить требуемое напряжение на выходе источника питания под нагрузкой. В случае выходных ламп VT52 напряжение на выходе блока питания =~+365V.  Если балластный резистор заменить перемычкой, то ожидаемое напряжение на выходе блока питания под нагрузкой будет ~ +395V – это слишком много для VT52, но достаточно например для такой лампы, как 300В.  Напряжение накала для ламп 300В должно быть 5V, поэтому накальные обмотки нужно подключать через балластные резисторы 0.5 Ом мощностью 5W, всего понадобится 4 резистора. Замена VT52 на 300В в целом перспективна.

VT52 и 300В (справа)

Как я уже упоминал ранее, лампы VT52 – допускают довольно широкий диапазон напряжения питания накала – от 5 до 7 Вольт. В этом усилителе напряжение накала ламп выходного каскада = 6.3V.  Проволочный подстроечный резистор R9 предназначен для так называемой “центровки” накала, его регулировкой добиваются минимального уровня фона от накала на выходе усилителя. Итоговый уровень фона существенно зависит от конструктивных особенностей (симметричности) нити накала у конкретного экземпляра лампы VT52. При работе усилителя с акустикой средней чувствительности (~92…94 dB/W) фон от накала практически перестает быть заметен на расстоянии около 1 м от акустики. Точную “центровку” накала удобнее всего производить при помощи осциллографа, подключив его к выходным клеммам усилителя. Если напряжение накала отцентровано плохо, то на осциллографе будет виден сигнал в виде несимметричной синусоиды частотой 100 Гц. Плавно вращая движок резистора нужно добиться минимального уровня этого сигнала при одновременной исправлении его формы до симметричной.

По “звуку” усилителя – можно сказать, что он напоминаяет скорее отличную 2A3, чем 45. Звук не светлый, с хорошим разрешением на НЧ и НЧ довольно глубокие, при этом объем и детальность звука – очень близки к тем, что характерны для 45 лампы. Голосовой диапазон – выразителен и не “назойлив”, эмоциональность присутствует в умеренной степени. Динамические характеристики – очень хорошие, довольно плотные и слитные части композиций прог-рока слушаются без “выпадения” части инструментов и (или) вокала. К воспроизведению классики – вопросов нет, все более чем отлично. На мой взгляд и слух – усилитель получился удачным с очень интересным, индивидуальным звучанием. 

Несколько фото, сделанные в процессе монтажа и отладки

Февраль 2024 г.Владивосток

Audeze LCD и волшебная лампа. Версия 122023.

Хотел было начать эту статью словами “…после долгих лет экспериментов с LCD…”, но отказался – из опасения быть понятым неверно. Но “эзотерическую суть” идеи это высказывание передает точно. 🙂

В предыдущих статьях я довольно много высказывался о требованиях, предъявляемых к усилителю для изодинамических наушников, поэтому нет необходимости озвучивать их еще раз. Для меня совершенно очевидно, что если цель разработки – создать удобную, (сравнительно) недорогую в повседневной эксплуатации, более-менее компактную и отлично звучащую конструкцию – то это может быть только двухтактный усилитель. Естественно, что выходной каскад такого усилителя должен работать исключительно в классе А. После нескольких лет проб и ошибок 🙂 схемотехническое решение приобрело вот такой весьма традиционный вид.

Интересно, что один из моих первых усилителей для электростатических наушников STAX был собран по очень похожей схеме.

Схема предельно проста – всего три каскада – входной каскад обеспечивает требуемое усиление входного сигнала и так же является каскадом, в который приходит сигнал общей ООС. Второй каскад – фазоинвертор с “расщепленной” нагрузкой, третий – двухтактный выходной каскад с трансформаторной нагрузкой, с триодным или ультралинейным включением ламп. На мой слух – триодное включение предпочтительнее. Сразу же отвечу на часто возникающий вопрос – а почему бы не применить в выходном каскаде “истинные” прямонакальные триоды? Отвечаю – применить можно, и я это успешно делал ранее, на сайте была опубликована статья и схема. Но есть свои особенности. Во-первых – в случае усилителя для наушников для минимизации фона “прямой накал” необходимо питать постоянным стабилизированным напряжением – то есть блок питания такого усилителя значительно усложняется. Во-вторых – к выбору рабочей точки и сопротивления нагрузки двухтактного каскада на прямонакальных триодах нужно подойти внимательно и ответственно. Прямонакальные выходные триоды очень линейны и “вариации”, вызванные разбросом характеристик ламп в случае не совсем оптимального выбора сопротивления нагрузки двухтактного выходного каскада приведут к преобладанию нечетных гармоник в итоговом спектре искажений. Косвеннонакальные “звуковые” тетроды и пентоды в плане “вариативности” нагрузок, спектра гармоник и режимов работы двухтактного выходного каскада – существенно предсказуемее, не говоря уже о питании накала.

Некоторые схемотехнические “тонкости”, которые я хотел бы пояснить более подробно

Катодный резистор автосмещения первого каскада составлен из двух – первый, с номиналом, немного меньше расчетного – шунтирован конденсатором, второй – с очень небольшим номиналом в пределах 50…150 Ом – помимо части резистора автосмещения, является еще и резистором делителя цепочки общей ООС. Почему же в случае усилителя для наушников нежелательно замыкать цепочку ООС непосредственно на катод, на нешунтированный резистор автосмещения? Для такого решения есть несколько причин. Во-первых, уменьшение уровня помех и наводок – в случае их проникновения из цепей накала на катод – шунтирующий конденсатор успешно “направит” часть их на общий, а не в сигнальную цепь. Во-вторых, шунтирование резистора автосмещения убирает местную ООС по току. Местная ООС по току с одной стороны – улучшает входную перегрузочную способность каскада, но одновременно увеличивает выходное сопротивление, уменьшает коэффициент усиления и максимальный размах выходного напряжения. В данном конкретном случае, так как второй каскад (ФИ с расщепленной нагрузкой) не усиливает сигнал по напряжению, как раз очень желательно получить от первого каскада максимально возможный размах выходного напряжения, поэтому местная ООС по току скорее вредна, чем полезна. 🙂 В-третьих – расчетные номиналы резистора делителя общей ООС получаются в пределах нескольких килоом, что снижает влияние емкости монтажа на сигнал ООС.

Еще одна схемотехническая особенность состоит в выборе режима работы ламп выходного каскада и напряжения источника питания. Учитывая требование к некоторой компактности конструкции, предполагается, что все каскады будут запитаны от блока питания с одним выходным напряжением. В качестве ламп выходного каскада я применил 6V6G в триодном включении, при сопротивлении анодной нагрузки Raa = 8…10К напряжение между анодом и катодом может быть в пределах +300…330V при токе покоя 35…45mA, напряжение смещения на катодных резисторах в пределах +20..+25V. То есть требуемое напряжение на выходе блока питания =~ +330…+360V. Учитывая требуемый размах напряжения на выходе второго каскада (ФИ), падение напряжения на катодном и анодном резисторах этого каскада должно быть не менее 100V, что почти автоматически задает режимы работы первого и второго каскадов.

В зависимости от требования к чувствительности усилителя входной и ФИ каскады могут быть реализованы на лампах 6SL7 или 6SN7. В самом “общем” случае я рекомендую версию на 6SN7. Возможный и перспективный вариант увеличения чувствительности усилителя в этом случае – применение входного повышающего сигнального трансформатора, это так же позволит правильно реализовать балансный вход.

В выходном каскаде для каждой из ламп я применил отдельный резистор автосмещения. Вариант с объединенными катодами пары и одним резистором – на практике не надежен, не удобен и на мой слух – “звучит” хуже. Даже подобранные пары ламп имеют некоторый разброс характеристик и “усредненная фиксация” напряжения смещения на объединенных катодах при одинаковой амплитуде напряжения на сетках в итоге приведет к появлению комбинаторных гармоник в анодных цепях, что проявляется в составе спектра искажений на выходной мощности, близкой к максимальной. Выходной каскад с отдельными резисторами автосмещения более надежен и при перегрузке ведет себя предсказуемо.

Блок питания усилителя особенностей не имеет, собран по традиционной (для моих конструкций) схеме, поэтому я здесь ее и не привожу 🙂

Несколько фото

Вариант в черном корпусе и с выходными трансформаторами Hashimoto

Вот отзыв от счастливого владельца усилителя –

Здравствуйте, Виктор!

Пару вечеров допоздна провел в компании с Вашим усилителем и парочкой своих LCD.

Послушал достаточно много музыки. Теперь уж я просто не нахожу каких-либо недостатков в  звуке.  Звук очень плотный, насыщенный, в то же время обладает благородными послезвучиями, обертонами.  

Жанры я пробовал абсолютно разные, что нашлись в коллекции, от любимого прога до Леонарда Коэна, от Dire Straits до немецкой винтажной электроники Tangerine Dream, от ECM джаза до классики. Все ему под силу, и все красиво звучит. Лишь бы запись не подкачала.

И это я так и не удосужился менять лампы, ЦАПы )

Думаю, что все, что я хотел получить от наушников LCD, я получил. Выбранная Вами схема, и ее реализация сработали на все 100)

Спасибо!

Игорь, Санкт-Петербург

Декабрь 2023…Январь 2024 г.Владивосток

Клон EAR 834 из Поднебесной

История этого предусилителя-корректора довольно интересна – собственно, он был приобретен благодаря моей рекомендации. Свой выбор я основывал на том, что в рамках заданного бюджета было сложно найти что-то более похожее на “настоящий” корректор на лампах, к тому же еще и собранный в приличном корпусе.

Корректор приехал довольно быстро, был упакован качественно и заработал сразу же после включения. По звуку – он был довольно посредственный, несколько “вялый”, депрессивно-меланхоличный с ограниченной, плохо осязаемой сценой, но вместе с тем тональный баланс был довольно близок к натуральному. 🙂 Помимо этого, в одном из каналов присутствовал небольшой фон (~100Гц), который становился меньше при отключении другого канала. Это наводило на мысль о том, что как минимум с “общим” и “землей” что-то не так и со всем этим нужно было что-то сделать.

Вскрытие показало, что на первый взгляд внутри корпуса все выглядит вполне прилично:

Принципиальная схема корректора с измеренными мной напряжениями в наиболее важных точках:

Но – для начала сделаем паузу и посмотрим на внешний вид и схему оригинального EAR 834P разработки Тима Паравичини:

Можно легко увидеть, что в оригинальной схеме прослеживается вполне ясная мысль разработчика 🙂 А именно – сделать устройство недорогим, эффективным и простым для повторения и настройки. Применен обычный, подходящий по напряжению и мощности трансформатор блока питания, выпрямитель анодного напряжения собран по схеме удвоения напряжения – что, в частности существенно уменьшает уровень помех, излучаемых трансформатором при работе на ПП выпрямитель с емкостной нагрузкой. Накалы всех ламп включены последовательно и питаются выпрямленным напряжением постоянного тока и таким образом решаются сразу две проблемы – снижение требования к допустимому току накальной обмотки и “автоматическое” поднятие потенциала накальных цепей относительно “общего”, что снижает уровень проникновения помех по накальным цепям. “Минус” источника питания накала соединен с “минусом” (общим) источника анодного напряжения. Фильтр анодного напряжения самый простой – многозвенный RC фильтр, при этом, как видно из схемы – номинал резистора фильтра первого каскада небычайно высок (200 кОм). Очевидно, что это вызвано необходимостью максимальной, насколько это возможно в рамках этой схемотехнической конфигурации, фильтрации напряжения питания первого каскада. Соответственно, режимы работы каскадов выбраны с минимально возможными токами покоя. Фильтр питания общий для двух каналов усилителя – и да, для обычного RIAA корректора это нормальное решение. Вспомним о том, что разделение каналов большинства ММ звукоснимателей около 20…25 dB, а НЧ диапазон (~ до 200Гц) на многих грампластинках вообще записан в моно – так что о взаимопроникновении сигнала между каналами можно особно не волноваться 🙂 Катодный резистор автосмещения первого каскада не шунтирован конденсатором, по всей видимости так сделано для получения требуемого итогового усиления корректора. Выходное сопротивление такого каскада выше, чем у каскада с шунтированным резистором автосмещения (Rвых.нешунт. = Rа || (ri + Rк (μ + 1)), в этой схеме Rвых1 = ~ 150 кОм, а RIAA коррекция осуществлется цепью частотнозависимой ООС от выхода к аноду лампы первого каскада. Так как выходное сопротивление первого каскада довольно большое, то и требуемые номиналы резистора в цепи ООС (750 кОм) и номинал резистора утечки сетки второго каскада (2M) так же выбраны довольно большими. Цепочка из параллельно соединенных резистора (2M) и конденсатора (0.1uF), включенная между вторым и третьим каскадами обеспечивает общую коррекцию АЧХ в области СЧ и ВЧ. Кроме того, этот резистор и резистор утечки сетки (3.3М) образуют делитель напряжения, сдвигающий рабочую точку лампы третьего каскада в область более низких напряжений на катоде, что снижает риск пробоя между катодом и накалом. Как можно заметить, Тим Паравичини стремился добиться баланса между заметностью шумов от высокоомных резисторов и пульсаций выпрямленного напряжения блока питания, одновременно добиваясь того, чтобы АЧХ корректора в области СЧ и ВЧ укладывалась в требуемые допуски. То есть – с одной стороны – высокоомные резисторы в анодных и сеточных цепях при очень небольших токах покоя усилительных каскадов повышают уровень шума и сужают частотный диапазон усилителя в области ВЧ (из-за заметного влияния эффекта Миллера) – с другой стороны – такие номиналы резисторов позволяют достичь требуемого уровня фильтрации и получить стабильную частотную коррекцию максимально простыми и эффективными способами. Введение ООС обеспечивает стабильность АЧХ и коэффициента усиления при некотором разбросе характеристик ламп.

В итоге – очередной Uroboros или алхимия схемотехники 🙂

Ну а теперь внимательно посмотрим на приведенную выше схему китайского “клона”.

Легко заметить, что в клоне применен стабилизатор и фильтр анодного напряжения на транзисторе. Такое решение позволяет получить очень небольшой уровень пульсаций анодного напряжения даже с умеренными номиналами резисторов в покаскадных RC фильтрах питания – но номиналы резисторов фильтра остались без изменений. Накалы ламп соединены параллельно и питаются от выпрямленного нестабилизированного напряжения, отфильтрованного посредством двухкаскадного последовательного RC фильтра. На схеме не указано, но после RC фильтра напряжение накала составляет всего 5.5V вместо номинальных 6.3V. Потенциал накальных цепей поднят относительно “общего” при помощи резистивного делителя. Таким образом, совершенно очевидно, что в клоне без особых сомнений и раздумий скопирована исходная схема усилительной части корректора при некоторой доработке блока питания. В итоге получилось, что не только режимы ламп находятся в области очень малых токов, но и накалы ламп питаются напряжением существенно ниже номинального. Монтаж сигнальных цепей выполен так же уверенно и без особых сомнений 🙂 Особенности монтажа, требующие переделки, на фото ниже видны вполне очевидно. Провода от обмоток трансформатора питания не свиты между собой и идут под печатной платой, непосредственно рядом с выходными цепями. Этим, помимо коммутации “общего” и “земли” объясняется повышенный уровень фона в одном из каналов. Плата в общем-то была отмыта от флюса, но как-то без особого энтузиазма. Монтажник оставил многочисленные отпечатки пальцев на результате своего труда. 🙂

Было принято решение переделать схему и скорректировать монтаж – привести режимы каскадов в соответствие с возможностями блока питания, изменить номиналы резисторов фильтра накального напряжения, заменить коррекцию посредством частотнозависимой ООС на сосредоточенную пассивную межкаскадную RC коррекцию, переделать монтаж “общего”, “земли” и проводов от обмоток силового трансформатора.

Схема и режимы работы усилительных каскадов корректора после переделки.

“Лишние” детали, монтаж сигнальных проводов и “земли” после переделки.

Уточнения по схеме – номиналы резисторов в анодах ламп первого и второго каскада остались без изменений (330 кОм). Резистор R4 составлен из двух, общим номиналом 270…280 кОм, резистор R5 составлен из двух, общим номиналом 31.7 кОм (27 кОм+4.7 кОм). Схема блока питания осталась без существенных изменений – я только уменьшил номиналы двух резисторов в фильтре источника накального напряжения – с 0.22 до 0.1 Ом и напряжение накала стало близким к номинальному = 6.0V, при этом напряжение пульсаций при полной нагрузке (все три лампы установлены в панельки) не более ~ 300mV (@100Hz).

После переделки корректор “запел” так, как ему и полагается – открыто, динамично, с широкой ощутимо глубокой “сценой”. Никакой меланхолии – сплошной оптимизм 🙂

Уточнение по схеме от 25.03.24 – R2,R9 следует уменьшить до 150 кОм, R3,R11 – до 1 кОм. После этого режимы каскадов переместятся в несколько более “токовую” область, звучание корректора будет слышимо динамичнее. Номиналы элементов корректирующей цепи можно оставить без изменений, оклонение от “эталонной” АЧХ не превысят +-1dB.

Ноябрь 2023 г.Владивосток

Правильная Система. Часть 2. RIAA MC MM корректор

Корректор собран по традиционной схеме, уже опубликованной ранее на моем сайте (см. “…пора поставить точку…”, статья 2020 года). Всего три каскада усиления с цепью сосредоточенной пассивной RC коррекции между первым и вторым каскадами. От опубликованной ранее схема этого корректора особых отличий не имеет, а вот некоторые особенности конструкции – есть 🙂

Во-первых, в корректоре установлены “универсальные” MC трансформаторы Hashimoto HM-3. Во-вторых, трансформатор блока питания установлен в одном корпусе с корректором.

Для того, чтобы такая компоновка получилась работоспособной, было необходимо применить ряд конструктивных решений. Ламповые панельки были смонтированы на специальных металлических площадках, закрепленных на стойках через виброгасящие прокладки. Таким образом, цоколь и большая часть ламп оказывается ниже уровня шасси, что дает некоторую защиту от наводок на их электродную систему и существенно снижает “микрофонный” эффект. Для дальнейшего снижения уровня наводок и помех в блоке питания применен тороидальный трансформатор, выполненный с пониженной индукцией сердечника, межобмоточным экраном и установленный в дополнительный внешний стальной экран.

Блок питания собран по традиционной схеме с транзисторным фильтром анодного напряжения. Накалы ламп первого и второго каскадов питаются выпрямленным стабилизированным напряжением постоянного тока. Накалы ламп 6SL7 включены последовательно, ножки “8” панелек ламп 6SL7 соединены между собой и присоединены на общий.

Схема корректора и блока питания:

Неcколько фотo:

Сентябрь 2023 г. Владивосток

Правильная Система. Часть 1. Предусилитель

Очередная “Правильная” система состоит из четырех блоков – Предусилителя, MC MM RIAA корректора, Усилителя Мощности и Акустических Систем. И да, конечно все блоки этой системы – “правильные”. 🙂

Предусилитель собран по традиционной схеме, известной как “Zen Guru” – это один усилительный каскад на триоде, с трансформаторной нагрузкой. Для организации балансного входа я применил специализированный входной трансформатор. Каскад собран на двойном триоде 6SN7, для уменьшения динамического внутреннего сопротивления триоды “половинок” лампы соединены параллельно. Блок питания собран по традиционной схеме с транзисторным фильтром анодного напряжения.

Схема предусилителя и блока питания

На всякий случай уточню, что схема именно “принципиальная”, то есть показывает принцип построения конструкции и основные режимы работы. На практике – при настройке и отладке некоторые номиналы могут коректироваться, а для практического удобства работы и улучшения технических и эксплуатационных характеристик 🙂 могут быть добавлены дополнительные элементы, не указанные на схеме.

Неcколько фотo:

P.S. Чуть позже винты крепления разъемов были заменены на аналогичные, но более подходящего черного цвета.

Август 2023 г. Владивосток

Корректор “Coda”. Небольшая модификация.

Впервые я рассказал об этом корректоре в 2017 году. “Фишка” схемы – применение интегральных источников тока в качестве анодной нагрузки ламп – что, в свою очередь, позволило применить сравнительно низковольтное питание и при этом добиться максимального усиления каскадов. К сожалению, интегральные источники тока от IXYS сейчас не очень-то доступны к покупке, но “звучание” 6СА7 (6Ж4) в триодном включении по прежнему вызывает заслуженный интерес. Поэтому возник вопрос о модификации схемы и замене источников тока на что-нибудь другое – например на обычные резисторы. И да – это возможно, но конечно с некоторыми ограничениями. (“…но есть ньюанс “ (с) – народное творчество) 🙂

Итак, схема корректора и блока питания:

В корректоре по-прежнему два каскада усиления, требуемое напряжение источника питания + 260…+310V. Коэффициент усиления первого и второго каскадов ~ 35…40 и он сильно зависит от экземпляров ламп. Выходное сопротивление – в пределах 3…4 кОм, то есть очень желательно, чтобы у усилителя, в комплекте с которым будет работать корректор, входное сопротивление было бы не менее 30…50 кОм. Лампы 6Ж4 отличаются разбросом характеристик в зависимости от даты выпуска, поэтому верным решением будет применить лампы 50х…70х годов в достаточном количестве. Для отбора 4 шт подходящих и одинаковых по усилению и по минимуму микрофонного эффекта понадобится примерно 20…25 шт. Относительно 6Ж4 у оригинальных 6СА7 ситуация с “одинаковостью” значительно лучше, но микрофонный эффект разной степени интенсивности проявляется и у них. Резисторы R8 + R9 можно заменить одним = 82 кОм, а вот R10 наоборот, составить из двух резисторов = 10 кОм +560 Ом. R12 лучше взять = 330 Ом. При отборе С4 и С5 желательно, чтобы соотношение их коминалов было = 2.92. Межкаскадный конденсатор С8 допустимо взять в пределах 0.1…0.68 мкФ. Если С8 = 0.1 мкФ, то спад АЧХ на частоте 20 Нz будет около 3..5 dB, что может быть полезно для некоторых вертушек с повышенным уровнем рокота. Как я уже упоминал, выходное сопротивление корректора довольно большое и входное сопротивление усилителя будет 30…50 кОм, поэтому С7 может быть в пределах 1.5….3.3 мкФ, увеличивать эту емкость сверх необходимого не нужно.

При расчете достаточного усиления корректора я исходил из того, что чувствительность по входу “типичного” усилителя – около 0.7V RMS и из того, что уровень выходного напряжения “типичного” ММ звукоснимателя составляет около 4..5 mV@(1000 Hz 5 sm/s). Итоговый коэффициент усиления корректора ~ 110…120 (@1000 Hz), что обеспечивает его совместимость с большинством ММ звукоснимателей.  

Блок питания корректора практически стандартно-типовой для моих конструкций. Накал ламп питается выпрямленным стабилизированноым напряжением. “Минус” источника питания накала и “общий” источника анодного питания соединяются с шасси в одной точке, рядом с первым каскадом.

Особенности конструкции:

Несколько месяцев назад известный аудиоэнтузиаст Валерий из Санкт-Петербурга (фото некоторых его замечательных конструкций размещены на сайте в разделе “Репликации и Генезис”) прислал мне “для опытов” интересное стальное шасси в наборе с колпаками для трансформаторов. Это шасси хорошо подходило по размеру – и я решил собрать корректор в нем. Для “эзотерической гармонизации” и эстетического соответствия шасси было дополнено декоративными деревянными “щечками” 🙂 , а для лучшей виброразвязки – специальными виброгасящими композитными (пластик + резина) ножками. Кроме того, свободные внутренние поверхности и нижняя крышка (дно) шасси были оклеены двухслойным виброгасителем Шумоff. Эти меры, а так же применение трансформатора блока питания с пониженной индукцией сердечника, межобмоточным экраном и двумя внешними стальными кожухами – позволило разместить корректор и блок питания в одном корпусе. Такое решение надежно защищает схему от вибраций и наводок от сетевого трансформатора.

Неcколько фото

Июль 2023 г. Владивосток

P.S. Отзыв счастливого владельца конструкции:

“…Виктор, здравствуйте!

Ну что же, пишу первые впечатления от корректора  Когда я получил аппарат, то сказал, что напишу не сразу, а через некоторое время, чтобы написать что-то более осмысленное, чем просто «вау! класс! обалдеть!». 

И вот это время прошло, и мне хочется написать… 

Вау! Класс! Обалдеть!

Писать про техническую сторону не очень хочется, про все эти аудиофильские термины: про сцену в ширину и глубину, про такой уровень детальности, когда я узнал, оказывается, что и у «тарелочек» есть у каждой своя нота… Я думаю, что это важный аспект, но, тем не менее, не самый важный. 

А вот действительно важный вопрос в звучании, это вопрос, который касается более высоких материй, чем просто техническая сторона. Я долго думал, как же охарактеризовать это ощущение от прослушивания живой музыки, когда чувствуется какая-то невероятная слитность, музыка как бы льется что ли… Когда чувствуешь, что музыканты вкладывали душу в свои вещи…

И лучше всего, на мой взгляд, это ощущение коротко и ясно характеризуется одним словом: звучание душевное.

Моя жена, человек, далекий от аудиофилии, полностью с этим согласилась: звучание такое душевное, что не хочется отрываться и менять треки или пластинку… 

И это еще при том, что корректор только начал работать, да и картридж тоже не ахти какой: Ortofon 2M Blue. Что же будет, если поставить приличный картридж…

Ну что же, теперь на очереди напольная версия АС «Проще простого» + супертвиттер, а потом MC-картридж…

Отпишусь вам как закончу с АС.

Как всегда с благодарностью к вам,

Антон.”

Неожиданный гость – Однотактный “универсальный” усилитель для наушников Cayin HA-300

Этот усилитель приехал ко мне на диагностику и (возможный) ремонт и upgrade примерно пару недель назад. Проблема была типичная для этой конструкции (по ссылке – примерно 244 страницы темы популярного форума) – фон переменного уровня в одном из каналов.

Немного об усилителе (взято с сайта продавца, стилистика и характерная терминология сохранены):

“…Усилитель Cayin HA-300 разработан c применением пары подобранных триодов Gold Lion Genelex PX300B с низким уровнем шума на выходе, дополняемой парой подобранных классических ламп Tung-Sol 6SN7GTB для усиления двухтактного сигнала.

Сменные режимы усиления (Gain) делают HA-300 чрезвычайно универсальным для корректной работы с широким диапазоном наушников. Пользователю доступно на выбор три варианта усиления: L: 8-64 Ом; M: 65-250 Ом; H: 250-600 Ом.

Cayin HA-300 MK2 можно использовать в качестве усилителя для колонок с высокой чувствительностью. Выходной мощности 8 Вт на канал в чистом “А” классе достаточно для подключения большинства АС.

Внешний блок питания хорошо защищен от внешних помех. Роль выпрямительных ламп отведена четырем лампам NOS 22DE4 известного бренда RCA. В нем установлен тороидальный трансформатор ручной намотки и питает каналы усиления независимо. Это позволило добиться максимально равномерного питания независимо от выбранного режима усиления и нагрузки на отдельный канал.

В дополнение к 6.3-мм небалансному выходу на наушники усилитель оборудован 4-контактным балансным XLR-разъёмом.

Выходная мощность для наушников:

  • XLR: 2000 мВ (L), 2400 мВ (M), 6000 мВ (H)
  • 6.3 мм: 1200 мВ (L), 2200 мВ (M), 5000 мВ (H)

Особенности:

  • лампы: 2 x Tung-Sol 6SN7GTB, 2 x Genalex PX300B, 4 x RCA 22DE4
  • трансформаторный выход для небалансного и балансного подключения
  • изготовленные вручную трансформаторы El Transformers
  • три режима усиления от 8 Ом до 600 Ом
  • выходы на наушники: 6.3 мм, 4PIN XLR
  • клеммы для подключения акустики
  • выходная мощность для АС 8 Вт на канал в классе А
  • режим прогрева перед началом работы
  • 13-мм передняя панель из алюминия
  • балансный 41-позиционный потенциометр ALPS …”

Распаковал конструкцию, собрал, подключил источник и акустику – включил, послушал около 3-х часов. На первый взгляд – все в порядке. Некоторый фон при “запуске” присутствует – но это нормально, дальше при прогреве и (очевидно) полной зарядке конденсаторов фильтра питания фон уменьшается и где-то минут через 30 становится практически неслышным.

Решил, что завтра послушаю подольше и уже с наушниками с разными импедансами – Audezee LCD-3, Sennheiser HD-700, HD-800 и Beyerdynamics DT-150, DT-250.

На следующий день послушал подробнее, с разными наушниками.
Результаты несколько удивили – с изодинамикой LCD-3 этот усилитель показал себя весьма скромно – звук умеренно-объемный с несколько резковатыми СЧ и сглаженной динамикой.
При этом с моим же транзисторником (Zen Monster JLH) эти же LCD-3 звучат принципиально иначе.
С Sennheiser HD-700 усилитель “раскрылся” – звук выразительный, объемный, детальный – в общем – именно то, что нужно. Проблема только одна – для этих наушников такой мощный усилитель не нужен, его конструкция избыточна – эти наушники способны звучать так же хорошо и от существенно более скромных ламповых конструкций.
Аналогичные впечатления и от прослушивания с DT-250.
По работе усилителя (шум, фон и т.п.) проблем не обнаружил. 🙂

Ближе к вечеру решил заглянуть внутрь конструкции и внимательно посмотреть на компоненты и монтаж.

По усилителю.

Частично он очень напоминает Woo Audio WA5, схемное решение драйвера и выходного каскада практически идентичны, схему можно легко найти в соответствующей статье на моем сайте. Я не буду афишировать режимы работы каскадов усилителя, скажу лишь, что ни о каких 8 Вт выходной мощности на канал речи быть не может. Максимум – 6…7 Вт при коэффициенте гармоник ~ 3…5% (Возможно 8 Вт нужно понимать как 4 Вт+4 Вт 🙂 )

Усилитель задуман с претензией на “универсальность”, то есть его выходные параметры должны быть совместимы практически со всем диапазоном импедансов наушников. Для этого, во-первых – выходной трансформатор выполнен с довольно сложно коммутируемой секционной вторичной обмоткой и, во-вторых – каскады усилителя охвачены общей петлей отрицательной обратной связи.

Коммутируемая вторичная обмотка, по логике разработчиков – должна обеспечить стабильность импеданса нагрузки лампы выходного каскада, а общая ООС введена для стабилизации усиления при разбросе характеристик ламп и для уменьшения выходного сопротивления.

На мой взгляд, сама идея “универсальности” конструкции мощного двухблочного усилителя для наушников общим весом ~29 кГ немного странна. Дело в том, что мощный “особый” усилитель нужен только для низкочувствительной изодинамики, для более чувствительных изодинамических и динамических наушников такой подход черезвычайно (в разы) избыточен. По весу – на мой взгляд вполне достаточно от 8 до 16-ти килограмм при сопоставимой выходной мощности. 🙂

Аудиофил, покупающий совершенно не универсальные, очень очень особые и (как правило) очень дорогие низкочувствительные изодинамические наушники – меньше всего думает о приобретении для них “универсального” усилителя. На мой взгляд – “универсальность” совместимости импедансов нагрузок для таких случаев совершенно лишняя. Вполне достаточно было бы обеспечить размах выходного напряжения не менее 10V RMS на нагрузке выше 16 Ом при выходном сопротивлении 1.6…2 Ом – и такой усилитель будет практически “универсальным” для 99% наушников. Примерно такой подход вполне успешно работает в транзисторных конструкциях. Помимо более простого и качественного выходного трансформатора это решение позволило бы убрать из конструкции несколько плат с реле коммутации обмоток выходных трансформаторов и несколько метров проводов. Для наушников с высокой чувствительностью можно было бы просто предусмотреть дополнительный аттеньюатор входного сигнала, чтобы диапазон регулировки громкости был такой же широкий, как и для низкочувствительной изодинамики.

Выходной сигнал между наушниками и акустическими терминалами можно было бы коммутировать (если такая коммутация вообще нужна) вполне доступными высококачественными переключателями, а не платой очень обычных реле с транзисторными ключами и логикой управления.

Монтаж усилителя стал бы в разы свободнее, а так называемый “путь” сигнала протекал бы только по коротким паяным соединениям с минимумом коммутируемых контактов, а не через разъемы и дорожки на печатных платах, метры проводов и коммутирущие контакты реле.

По уровню комплектующих – он вполне себе приличный. Резисторы Mills, Yageo, Takman, межкаскадные конденсаторы Mundorf Silver/Gold, электролитические конденсаторы Nichicon, Panasonic.

По блоку питания – его конструкция интересна и традиционна.
Мне не очень понятно, зачем применены кенотроны и почему они именно этой марки. Насколько я смог разобрать из монтажа, схема выпрямления совершенно стандартна – двухполупериодный выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки, диоды (кенотроны) соединены параллельно попарно и после них, перед конденсатором фильтра – добавлен еще и полупроводниковый диод – вероятно на тот случай, чтобы защитить конденсаторы фильтра выпрямителя в случае замыкания в одном из кенотронов. 🙂 Фильтр двухступенчатый, первая ступень – дроссельный фильтр по топологии C-L-C.

Через соединительный кабель с блока питания на усилитель подаются – выпрямленное и частично отфильтрованное высокое (анодное) напряжение, три выпрямленных напряжения накала – ±5V для ламп 300В левого и правого каналов и ±6V для драйверных ламп и служебные напряжения для цепей коммутации и питания обмоток реле. Эти напряжения не стабилизированы, вероятно по логике разработчиков питание выходных ламп выпрямленным нестабилизированным напряжением вполне достаточно для получения требуемого минимума помех.

В усилителе выпрямленное анодное напряжение через дополнительный фильтр на полевом транзисторе поступает на схемы левого и правого каналов. После транзисторного фильтра установлены электролитические конденсаторы довольно большой емкости (220+220 uF). Часть электролитических конденсаторов дополнительно шунтированы пленочными конденсаторами емкостью 0.1 uF.

Насчет помех – в этом усилителе они четко разделяются на электрические и механические. Электрические определяются схемным решением и особенностями монтажа. В этой конструкции минимальный уровень электрических помех будет при коммутации импеданса нагрузки (и соответственно вторичных обмоток выходного трансформатора) в положение “L”, при балансном подключени как входного сигнала, так и нагрузки.

Механические помехи зависят от вибрации нитей накала выходных прямонакальных ламп под воздействитем электрического тока и полностью определяются особенностями конструкции их электродной системы, то есть ниже определенного уроня они не могут быть уменьшены. Это, кстати, одна из причин, почему усилители для наушников с выходными прямонакальными лампами в основном рекомендуются для наушников с низкой отдачей. В этой конструкции накал выходных ламп питается от выпрямленного, но не стабилизированного напряжения – поэтому в некоторых случаях, какие-то «недофильтрованные» гармоники частотой 100 Гц могут вызывать вибрацию нитей накала, на слух это обычно проявляется как некий едва заметный «зудящий» звук, по идее он должен уменьшаться по мере прогрева ламп.

На следующий день я еще раз послушал усилитель и проконтролировал режимы работы ламп. Предварительно (на первый и второй взгляды) – режимы стабильны, ремонта усилителя не требуется.

Насчет возможного upgrade – у меня возникли некоторые сомнения. Очень важно то, что ликвидность усилителя после upgrade скорее всего уменьшится. Как правило, потенциальные покупатели всегда предпочитают оригинальные изделия, без какого-либо вмешательства. Поэтому, если в перспективе предстоит продажа усилителя, то было бы правильнее воздержаться от даже самой небольшой доработки.

В том же случае, если продажа не предполагается и усилитель рассматривается исключительно как платформа для модификации, то я бы сделал следующее:
Переделал блок питания, убрал бы кенотроны 22DE4 и по возможности стабилизировал бы напряжение накала ламп 300В;
В блоке усилителя переделал (минимизировал) коммутацию сигнальных цепей и выходного трансформатора;
Доработал бы фильтр напряжения анодного питания, возможно стабилизировал напряжение, по возможности пересобрал бы схему навесным монтажем, без печатных плат;
Полностью бы переделал драйверный каскад – отказался бы от “сомнительной” (на мой взгляд) самоочевидной двухкаскадной схемы на двух триодах лампы 6SN7 и сделал бы драйверный каскад на пентоде – 6AG7 (6П9) или 6AC7 (6Ж4) – это бы принципиально изменило “динамику” и “наполненность” звучания. Усилитель должен “запеть” в том числе и с изодинамикой, хотя бы с LCD-3;
Так как вторичные обмотки выходого трансформатора в моем варианте не переключались бы в зависимости от импеданса наушников – то можно обойтись без ООС, что существенно улучшит “сцену” и “объем” звучания.

Но, повторюсь – все это стоит делать, только если усилитель остается в длительном пользовании и его продажа или замена не предполагается.

P..S Иногда бывает проще сделать заново – сразу именно так, как нужно – чем переделывать уже готовое изделие. Поэтому – upgrade было решено не делать.

Несколько фото: Особенности конструкции видны вполне очевидно 🙂

Июнь 2023 г.Владивосток

Транзисторный Фильтр, aka “Электронный Дроссель”, “Умножитель Емкости”, “Виртуальная Батарейка” и т.п.

“Маня Ларинчева она же Анна Ефидоренко, она же Элла Кацнельбоген, она же Людмила Огуренкова, она же Изольда Меньшова, она же Валентина Панеяд“- к/ф “Место встречи изменить нельзя” 🙂

“Виктор, ну объясните (же) уже, как “оно” работает ?”– очень часто задаваемый вопрос по этой теме.

Удивительно, что такая простая схема вызывает множество вопросов. 🙂

Для начала определимся – для чего, собственно нужны фильтры напряжения питания. Во-первых, фильтры напряжения питания используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Во-вторых, фильтры напряжения питания используются для развязки каскадов усиления с общим источником питания. Под “развязкой” подразумевается сведение к минимуму проникновения напряжения сигнала между каскадами усиления по цепям питания. Простейшим фильтром является электролитический конденсатор большой емкости, подключаемый к выходу выпрямителя, но в этом простом варианте степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения при больших токах нагрузки оказывается недостаточной.

Для дальнейшего улучшения сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходу выпрямителя подключают более сложные фильтры, в состав которых помимо конденсаторов входят резисторы, дроссели, электронные лампы и (или) транзисторы.

Сглаживающие транзисторные фильтры

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения от нескольких единиц до сотен вольт широко применяются фильтры с транзисторами. Одна из схем такого фильтра показана на рисунке.

Транзисторный фильтр

Замечание – на схеме нарисован некий “обобщенный” транзистор – это может быть MOSFET, IGBT или обычный биполярный транзистор. Пусть его выводы будут называться “база, коллектор, эмиттер”, в случае MOSFET это будут “затвор, сток, исток”, а в случае IGBT – “затвор, коллектор, эмиттер”.

Защитный диод D2 и стабилитрон ZD1 могут быть уже установлены в корпус транзистора, но часто защитный стабилитрон является отдельным элементом схемы. Он нужен для того, чтобы в случае MOSFET или IGBT транзистора ограничить максимальное напряжение между затвором и истоком (эмиттером), для большинства MOSFET и IGBT это напряжение не должно превышать 20V.

Конденсатор С1 – конденсатор фильтра выпрямителя, С3 – выходной конденсатор фильтра, R3 – “балластный” резистор, можно считать, что это некая нагрузка на выходе фильтра.

Транзисторный фильтр. Эпюры напряжений

Итак, блок питания выключен, напряжения на элементах схемы = 0.

При включении блока питания кондесатор С1 довольно быстро зяряжается от выпрямителя. Напряжение на кондесаторе С1 предсталяет собой постоянную составляющую выпрямленного переменного напряжения (Ui) и “поверх” нее некоторое несимметричное пилообразное переменное напряжение пульсаций Up с частотой 100 Hz (предполагается, что выпрямитель двухполупериодный). В более-менее правильно расчитанном выпрямителе напряжение пульсаций Up не превышает 5…10% от уровня постоянной составляющей Ui, для конструкций на лампах постоянная составляющая Ui может быть несколько сотен, а напряжение пульсаций Up может быть несколько десятков вольт.

Итак, сразу после включения блока питания транзистор T1 все еще закрыт, так как напряжение на его базе (пока) = 0 и напряжение на эмиттере (и на нагрузке) тоже = 0, а напряжение на коллекторе уже = Ui + Up. Конденсатор С2 начинает медленно заряжаться через резистор R1. Напряжение на базе транзистора начинает расти (при этом напряжение на эмиттере пока все еще = 0), транзистор начинает постепенно открываться и через него начинает протекать ток, который постепенно зяряжает конденсатор на выходе фильтра С3. По мере заряда С3 напряжение на эмиттере транзистора растет, то есть разность напряжений между эмиттером и базой транзистора уменьшается и транзистор начинает закрываться, ток через него уменьшается и скорость заряда конденсатора С3 становится меньше. Помимо этого, так как на нагрузке R3 уже появилось некоторое напряжение, то она начинает потреблять ток, еще больше разряжая конденсатор С3. Таким образом, напряжение на С3 становится меньше, а разность напряжений между базой и эмиттером транзистора становится больше и он снова открывается и конденсатор С3 продолжит заряжаться – и так происходит до тех пор, пока конденсатор С2 (в базе транзистора) не зарядится до напряжения примерно равному Ui и транзистор не откроется полностью. При этом максимально возможное напряжение на выходе фильтра (на эмиттере транзистора) будет равно напряжению на базе транзистора минус напряжение, необходимое для его открытия (Uбэ). Для биполярных транзисторов Uбэ = 0.6…0.7V, для MOSFET или IGBT = 4….15V и это напряжение зависит от тока нагрузки. Точнее – максимальный ток нагрузки зависит от этого напряжения 🙂 – но эти величины взаимосвязаны.

Таким образом, через некоторое время напряжение на выходе фильтра установится, а так как нагрузка потребляет ток, то конденсатор С3 будет разряжаться и напряжение на нем будет уменьшаться, в результате чего транзистор будет периодически приоткрываться и протекающий через него ток будет подзаряжать конденсатор С3. В “динамике”, если напряжение между коллектором и эмиттером транзистора всегда остается больше напряжения пульсаций Up, а напряжение между базой и эмиттером свободно от пульсаций то и ток, протекающий через транзистор, остается постоянным. При соблюдении этих условий кондесатор С3 на выходе фильтра зяряжается практически постоянным током и таким образом транзистор как бы “препятствует” прохождению пульсаций на выход фильтра. В итоге получается, что выходное напряжение “отслеживает” уровень постоянной составляющей входного напряжения Ui без напряжения пульсаций Up. Таким образом, в установившемся режиме максимальное напряжение на выходе фильтра не может быть больше уровня постоянной составляющей Ui выпрямленного напряжения на входе фильтра минус напряжение Uбэ, необходимое для открытия транзистора фильтра, кроме того некоторая часть напряжения Ui будет падать на сопротивлении открытого транзистора T1.

Помимо этого, есть еще ряд особенностей работы схемы фильтра в “динамике”. Как упоминалось ранее, амплитуда напряжения пульсаций может быть довольно велика – до 5…10% от уровня постоянной составляющей Ui и для блока питания конструкций на лампах – это десятки вольт. RC фильтр R1C2 не может полностью сгладить напряжение пульсаций и если номинал резистора R1 выбран слишком большим, то конденсатор С2 периодически (с интервалом в несколько секунд) может заряжаться до уровня, превышающего Ui, при этом напряжение на базе транзистора на время минимума пульсаций Up становится больше, чем на коллекторе, в результате чего транзистор лавинообразно открывается и короткий “пакет” пульсаций входного напряжения проникает на выход фильтра. Подобный дисбаланс напряжений может возникнуть например и при резком уменьшении напряжения питающей сети, когда конденсатор С1 разряжается быстрее, чем С2 и С3. Для ускорения разряда С3 в схему добавлен диод D2, который открывается если напряжение на С1 по какой-то причине станет меньше, чем на С3. А для ускорения разряда С2, чтобы ограничить длительность проникания “пакетов” пульсаций при дисбалансе напряжений – в схему добавлен диод D1, который открывается, если напряжение на С2 становится больше Ui на 0.6…0.7 V.

Таким образом напряжение на С2 никогда не может больше Ui + 0.7V. Во многих случаях этих мер достаточно – но имеется еще одна проблема, связанная с особенностями MOSFET и IGBT транзисторов.

Дело в том, что емкость перехода “затвор-исток” (затвор-эмиттер) может составлять несколько сотен пикофарад, плюс к ней добавляется емкость p-n перехода стабилитрона ZD1. При слишком большом сопротивлении R2 емкость перехода не успевает разрядиться достаточно быстро, транзистор закрывается с задержкой и короткий “пакет” пульсаций все-таки проникает на выход фильтра.

На слух этот “пакет” проявляется как короткое “Ж–ж” или “З–з” с интервалом в 10…20 секунд, особенно хорошо это слышно в наушниках 🙂

Справиться с этой проблемой можно, уменьшая сопротивление R2, но ниже 330…470 Ом его уменьшать не стоит, так как фильтр может потерять устойчивость при резком увеличении тока нагрузки. Если вдруг напряжение на С3 “просядет”, то С2 начнет разряжаться через ZD1 и R2 в этой цепи необходим в том числе и для ограничения тока через ZD1.

Вместо борьбы с динамическими времянными соотношениями и дисбалансом напряжений имеет смысл немного доработать схему, заранее задав требуемое соотношение (баланс) входного и выходного напряжений, для этого в схему добавляется делитель напряжения R1R2.

Транзисторный фильтр. Базовый рабочий вариант.

Максимальное напряжение на выходе этого варианта транзисторного фильтра будет меньше, чем у исходного варианта и задается номиналами R1 и R2, обычно R1 = 5…10% от R2. Если вместо R2 применить стабилитрон, то фильтр превращается в стабилизатор с плавным нарастанием выходного напряжения.

Критичный момент – выключение и быстрое включение блока питания

При выключении блока питания С3 будет разряжаться током нагрузки и как только он разрядится до уровня, меньшего, чем напряжение на С2 + напряжение открытия стабилитрона ZD1 – начнет разряжаться С2, а затем и С1 – через резисторы R1, R2, R3, R4 и стабилитрон ZD1. Если С3, С2 и С1 разрядятся не полностью, то при последующем включении блока питания на выходе уже будет какое-то напряжение и задержка нарастания выходного напряжения будет меньше. Это может быть критично для некоторых конструкций на редких прямонакальных лампах, где обязательна существенная задержка подачи высокого напряжения относительно напряжения накала. Для таких схем желательно предусмотреть отдельное включение и выключение напряжения накала с заданной последовательностью.

Типичные номиналы элементов схемы для блока питания лампового усилителя можно легко найти в статьях на этом сайте.

Февраль-Март 2023 г. Владивосток

Zen Silver Monster JLH

Усилитель для наушников Zen Monster как готовая конструкция появился 9 лет назад и пользуется устойчивым спросом 🙂 Но иногда у меня все-таки спрашивают, доступен ли к заказу “старый добрый” Zen V. Оказывается, что многие увлеченные любители “музыки в наушниках” его слышали и, что самое интересное – его звучание им запомнилось.

Напомню, что Zen V – однотактный транзисторный усилитель, при его макетировании и отладке я ставил цель получить так называемый “ламповый” звук от транзисторной конструкции. Во многом это получилось, но не без недостатков. В силу своей “однотактности” Zen V довольно чувствителен к архитектуре и качеству комплектующих блока питания и особенно силового трансформатора. Неразличимо малый уровень помех на выходе усилителя достижим только в случае применения силового трансформатора, выполненного с пониженной индукцией сердечника и межобмоточным экраном и стабилизированного источника питания. Собственно, усилитель мощности Zen от Nelson Pass, который был взят мной за основу, идеологически-конструктивно выполнен примерно так же. Второй недостаток Zen V – довольно небольшая выходная мощность (около 6W@16Ohm в базовой конфигурации) и очевидные габаритные ограничения для ее увеличения.

Zen Monster, который успешно заменил Zen V, во многом свободен от этих недостатков, но и “звучит” немного иначе. В терминах “транзисторной ламповости” 🙂 звучание Zev V можно стравнить с усилителем на триодах, а Zen Monster – с усилителем на пентодах.

В далеком 2013 году, в поисках решения в дополнение к Zen V, я в том числе отмакетировал и “легендарный” усилитель JLH 1969 года, но конечно на современных транзисторах. Это был мой второй подход к JLH (первый подход был примерно в 1985 году и да, выходные транзисторы тогда были KT803)

Усилитель JLH отмечен множеством аудиофилов как очень музыкальный, способный сформировать почти такую же трехмерную звуковую сцену, как и хороший усилитель на лампах. Собственно John Linsley-Hood при разработке и отладке своей конструкции за эталон звука взял знаменитый двухтактный ламповый усилитель Williamson.

В процессе макетирования я столкнулся с рядом неожиданных сложностей. Во-первых, мне совершенно не понравилось то, как усилитель уходит в ограничение выходного напряжения сигнала. Вместо нормального, чисто обрезанного синуса на осциллографе отчетливо появлялись “ступенька, кочка и борода” 🙂 При этом частотный состав “бороды” был довольно широк, вплоть до нескольких мегагерц. Эти артефакты вроде бы вылечились традиционной LR цепочкой на выходе и увеличением тока покоя выше расчетного значения, но звучание усилителя все равно как-то меня не “вдохновляло” – оно не представляло ничего особенного и было очень похоже на звучание множества других транзисторных усилителей. Так же в процессе проведения контрольных измерений и прослушивания конструкции я заметил, что иногда, при длинном (более 2м) сигнальном кабеле и (только) при определенном положении ручки регулятора громкости усилитель возбуждался на частоте нескольких мегагерц. Возникающее возбуждение было небольшое, всего несколько десятков милливольт напряжения почти чистой синусоидальной формы на выходе усилителя и чтобы его заметить, нужно было приложить особое внимание и сохранять эмоциональную стабильность и самоконтроль. 🙂

Очевидно, что в этой ситуации явно было что-то “не то” и для решения проблемы требуется более внимательное прочтение первоисточников. Подобные проблемы наверняка замечались ранее, и помимо известной статьи “Simple Class A Amplifier” – Wireless World, April 1969, должно быть множество и других интересных оригинальных публикаций. И да, они конечно есть, например вот здесь можно найти подробный теоретический и практический разбор этой конструкции в 6-ти томах частях.

После неторопливого и внимательного изучения первоисточников я таки решил модифицировать схему усилителя JLH 1969 для его применения в качестве универсального высококачественного усилителя для наушников. Внесенные мной небольшие изменения заключаются в пересчете номиналов и добавлении нескольких резисторов и одного конденсатора в схему усилителя и в применении более эффективной (на мой взгляд) схемы фильтра блока питания. Помимо этого я экспериментальным путем установил более четкие рекомендации по коэффициентам h21э применяемых транзисторов. Доработка очень благотоворно сказывается на стабильности усилителя как в случае емкостного, так и индуктивного и даже комплексного резистивно+индуктивно+емкостного характера импеданса нагрузки, а так же при работе с длинными сигнальными кабелями. Звучание этого транзисторного усилителя получается “тем самым” – музыкально-певучим с объемной сценой и “шелковыми” высокими частотами. Полагаю, что звучание оригинальной конструкции 1969 года было именно таким 🙂

Схема усилителя:

Усилитель для наушников Zen Silver Monster V2.1

Для более правильного понимания назначения элементов схемы нужно вспомнить, что биполярные транзисторы управляются током. В этой конструкции режимы работы каскадов выбраны так, что ток коллектора T1 фактически является током базы T2, а ток эмиттера Т2 является током базы Т3. Это значит, что к выбору транзисторов нужно подойти очень внимательно. Подбор транзисторов по h21э – обязателен, без этого характеристики и устойчивость усилителя будут существенно хуже ожидаемых и “звучать” усилитель не будет. Итак, h21эТ1 должен быть > 150, h21э T2 должен быть > 50, h21э T3 и T4 обязательно должны быть одинаковы и >= 130. Резисторы R13 и R14 необходимы для плавного ограничения тока базы транзисторов на пиках сигнала, что убирает артефакты формы сигнала “кочка и борода” при перегрузке. Резистор R17 и фильтр НЧ R3C1 обеспечивают стабильность конструкции при подключении на вход длинных сигнальных кабелей. Фильтр НЧ на входе этого усилителя – обязателен, без него усилитель в большинстве случаев будет работать неустойчиво. Номинал резисторов R7 и R15 выбран так, чтобы ток через них был существенно (~в 10 раз) меньше тока коллектора T1 и тока эмиттера T2, по факту эти резисторы только задают начальные потенциалы на коллекторе T1 и эмиттере Т2. Первый каскад – усилитель напряжения, второй каскад – усилитель напряжения и фазоинвертор, выходной каскад – двухтактный, транзистор T3 (нижний по схеме) усиливает напряжение и ток сигнала, а транзистор T4 (верхний) усиливает ток сигнала, одновременно являясь динамической нагрузкой для каскада на T3. Усилитель охвачен 100% ООС по постоянному току (R9) и неглубокой ООС по переменному напряжению R9R8C5. Переменным резистором R6 выставляется постоянное напряжение на выходе усилителя, переменным резистором R11 регулируется ток покоя выходного каскада. Электролитические конденсаторы должны быть максимально “музыкального” типа, я предпочитаю Nichicon Gold, Panasonic FH, FC или Elna Silmic. Кондесатор С2 – электролитический неполярный, Nichicon Muse BP ES это именно то, то нужно в этом месте.

Схема блока питания:

Блок питания усилителя Zen Silver Monster V2.1

Основные технические характеристики:

  • Входное сопротивление = 10 кОм
  • Выходное сопротивление =< 1.5 Ом
  • Номинальная нагрузка = от 16 (и выше) Ом
  • Номинальное входное напряжение = 1V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 1 кОм = 10V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом >= 8V RMS
  • Коэффициент усиления = 10…15 (зависит от выбранной глубины ООС)
  • Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 16 Ом при выходном
    напряжении -6dB от максимального = 5 Гц…200 кГц
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при выходном
    напряжении -6dB от максимального <= 0.1%, в основном 2-я и 3-я
    гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB

Несколько фото:

На фото – пара Zen Silver Monster (JLH) и один из популярных малогабаритных усилителей на лампах во время проведения испытаний и недавнего сравнительного прослушивания.

Вот отзывы от счастливых владельцев этой конструкции:

“… Доброго времени суток!!! Вчера получил посылку, очень порадовала логистика, спасибо за надёжную упаковку. Усилитель выглядит даже лучше чем на фото. Звук очень порадовал, слышно обсолютно все, а главное – шикарный басс… 🙂 Нисколько не жалею…Большое спасибо за отличный усь! Нужно,чтобы больше людей познакомились с этим прекрасным усилителем…” – Геннадий, Магнитогорск.

“Виктор, добрый день. Вчера получилось пару часов послушать ваш усилитель. Резюме – ожидания оправдались. Наушники раскрылись, рост по всем фронтам – микро и макродинамика, разрешение, края диапазона – все заметно преобразилось. Если раньше снорри СИ-5 для меня были просто неплохими закрытыми изодинамами, то теперь я понимаю, почему люди поднаторевшие в наушниковой теме считают их одними из лучших закрытых наушников…Вам большое спасибо за труд и очень достойный результат!  P.S. Внешне усилитель лаконичен и качественно собран – мне такой дизайн близок…” – Кирилл, Москва.

Ноябрь 2013…Ноябрь 2022 …Январь 2023 г. Владивосток