Это сайт о моем хобби – аудио оборудовании на Лампах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "I was the Walrus, But now I'm John" – John Lennon 1970
У аудиофилов беспокойные души. И вот, так случилось, что после июньской “трансформации” из двухтакта в однотакт этот усилитель снова попал ко мне. То есть после вдумчивого и внимательного прослушивания владелец конструкции решил, что все-таки для его системы двухтактный усилитель подходит лучше. В конце сентября у меня выдалось несколько более-менее свободных дней и я согласился на эту работу, взяв с владельца общание, что это в последний раз. Дальше – никаких переделок, только новый усилитель. 🙂 Вместе с усилителем мне привезли пару двухтатных выходных трансформаторов от Audiokom. Нужно отметить, что трансформаторы оказались весьма хорошими, но не без недостатков – конструкторское решение крепления тяжелого “куба” к шасси на 4 винта M3 пожалуй слишком оптимистично и неудобно. Так можно крепить легкие колпаки, а вот крепление тяжелого трансформатора сверху шасси на маленькие винтики, которые нужно вкрутить изнутри шасси снизу – без помощи квалифицированного ассистента превращается в некий “квест”. 🙂 Шпильки М4 или даже М5 были бы гораздо надежнее, практичнее и удобнее в монтаже. Я применил комбинированное крепление на винты и шпильки. Шпильки – направляют и фиксируют положение, винты – крепят.
Схема усилителя
Схема усилителя после upgrade
Схема унифицирована, множество моих конструкций имеют такое же схемотехническое решение. Схема блока питания так же типичная, с выпрямителем на ПП диодах и фильтром на полевом транзисторе и поэтому я ее не привожу. Ассортимент резисторов и конденсаторов сведен к минимуму. Для желающих повторить – внесение изменений в схему не приветствуется. По лампам – в первом и во втором каскадах можно применить “наши” 6Н1П-ЕВ, в выходном каскаде – 6П6С, 6П3С(Е) или NOS китайские 6P6P (темная колба), 6P3P (фигурная колба). Результат замены – впечатляющий 🙂
Технические характеристики усилителя
Входное сопротивление = 50 кОм
Выходное сопротивление =<~ 2 Ом
Номинальная нагрузка = 8 Ом
Номинальное входное напряжение = 0.775V RMS
Максимальное выходная мощность на нагрузке 8 Ом = 10W RMS (выходные лампы – 6P6S)
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 8Ом при выходномнапряжении = 0.7 от максимального = 20Гц….28 кГц.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 1.7%, 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 прослушки-отладки
Усилитель мощности собран для системы Михаила и работает в комплекте с Предусилителем на трансформаторах Tango, о котором я рассказывал в статье от 29.10.2020.
Примерно год назад Михаилу удалось удачно приобрести пару очень интересных духтактных выходных трансформаторов Tamura F-684. Помимо известной марки 🙂 трансформаторы интересны тем, что конструктивно выполнены очень правильно – первичная обмотка в виде двух отдельных полуобмоток с отводами для ультралинейного включения, универсальная вторичная обмотка с отводами на 4,8 и 16 Ом + отдельная вторичная обмотка для ООС. Raa = 6.6 K, так что трансформаторы идеально подходят для двухтактного выходного каскада на лампах 6L6G, EL34, KT66, KT88 работающего в режиме, максимально близком к классу А.
До сегодняшнего дня усилитель уже пережил серию апгрейдов. Изначально это была оригинальная конструкция от известных российских самодельщиков. В качестве силовых и выходных были применены трансформаторы Hammond, выходной каскад был на лампах KT120 в триодном включении. ФИ и драйверный каскад выполнены на лампах 6922 в SRPP включении, с объединенными катодами и источником тока на небольшом пальчиковом пентоде в катодной цепи. Напряжение источника питания более 500V, плюс в схеме присутствовал дополнительный накально-вспомогательный трансформатор. Переключатель входов выполнен на нескольких реле, а для коммутации обмоток реле применен низковольтный источник питания. В усилителе был предусмотрен небольшой стрелочный индикатор с подсветкой и переключателем для контроля и установки тока покоя выходных ламп. Конструкция собрана на деревянном шасси, верхняя панель – фанера 10 мм с несколькими накладками из окрашеного в черный цвет фольгированного стеклотектолита, прикрепленными к панели великим множеством маленьких шурупов, а основа корпуса – очень прочная и качественно сделаная деревянная рама. Нижней крышки не предусмотрено. Играл усилитель в общем, скажем так – нормально, но после аварии с одной из выходных ламп и межкаскадным конденсатором появилась мысль о доработке и (или) переделке конструкции.
На первом этапе было принято решение отказаться от выходного каскада в триодном включении, и применить нечто более “продвинутое” 🙂 . Я доработал конструкцию до усилителя c входным и ФИ каскадами на 6SL7, 6SN7 и выходным каскадом в ультралинейном включении и переделал коммутацию входов, убрав реле. Это очень сильно упростило итоговую схему – был убран “вспомогательный” трансформатор с добавочными источниками питания, перекоммутированы цепи накала, убрано несколько метров коммутационных проводов, керамические ламповые панельки были заменены на тефлоновые с цанговыми контактами, выходные тренсформаторы Hammond были заменены на Hashimoto HW-40-5, регулятор громкости Alps был заменен на регулятор на дискретных резисторах. После этой доработки-переделки звучание усилителя приобрело ясность, открытость, подвижность, детальность – столь характерные для конструкций с трансформаторами Hashimoto. Чуть позже выходные лампы KT120 были заменены на 6L6GA от Sylvaniа 40-х годов выпуска. Несколько месяцев усилитель работал в этой конфигурации.
На втором этапе, когда приехали выходные трансформаторы Tamura F-684, было принято решение заменить силовой трансформатор, верхнюю фанерно-стеклотекстолитовую панель шасси заменить на металлическую, поменять входные и выходные разъемы, убрать вспомогательный индикатор с коммутацией и подсветкой, убрать коммутатор входов и регулятор громкости. Основную симпатичную и качественно сделанную деревянную раму корпуса было решено оставить. 🙂
В итоге – верхняя панель из никелированной бронзы, входные и выходные разъемы – Cardas, никакой лишней коммутации, минимально-простой блок питания и уменьшение общего количества ламп до семи – четыре выходных (6L6G,5881, KT66, EL34, 6CA7, KT88, 6П3С) и три входных – 6SN7 (6H8C).
Схема усилителя и блока питания:
Принципиальная схема одного канала усилителяПринципиальная схема блока питания
На мой взгляд, схема усилителя и схема блока питания самоочевидны и в пояснениях их работы нет особой необходимости 🙂
Технические характеристики усилителя
Входное сопротивление = 10 кОм
Выходное сопротивление =<~ 2.5 Ом (для выхода 16 Ом)
Максимальное выходная мощность на нагрузке 16 Ом = 12W RMS (выходные лампы – 6L6GA)
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 16 Ом при выходном
напряжении = 0.7 от максимального = 22Гц….38 кГц.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 1.5%, в основном 2-я гармоника. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20dB.
Время выхода на рабочий режим =< 15 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя и прогревом ламп.
Свой вариант я решил собрать на распространенных “советских” лампах. За некую и весьма далекую “основу” я взял так называемый “Трехламповый Усилитель Губина” (1996 г).
Эту конструкцию лет 25 тому назад повторил мой тогдашний коллега и меломан Владимир (это для него я собирал усилитель “Буратино”). Усилитель Губина, благодаря грамотному выбору ламп (6Н23П-EB и 6П14П-ЕВ) и режимов звучал на удивление хорошо и это внушало оптимизм и выстраивало обнадеживающую преспективу 🙂
Максимальное напряжение между анодом и катодом 6П14П = 300V, а каскад на 6Н23П (или 6922 и т.п.) очень прилично работает при напряжении на аноде +75…100V. Требуемое напряжение для “раскачки” 6П14П даже в триодном включении очень небольшое (~ 10…12V RMS) и каскад на 6Н23П легко его обеспечит и при низком напряжении на аноде. Таким образом, если применить непосредственную (гальваническую) связь каскадов, то требуемое напряжение источника питания будет около +350…+400V что, в свою очередь, не вызовет трудностей при выборе трансформатора блока питания и конденсаторов фильтра выпрямителя. Конденсаторы с номинальным рабочим напряжением 450V широко распространены и (пока еще) доступны.
Помимо этого, при непосредственной связи катоды ламп выходного каскада будут всегда “подняты” над общим на +75…+90 V, что дает возможность применить регулируемый источник тока в качестве элемента автосмещения. В качестве регулируемого источника тока я решил применить так называемый “Depletion Mode” MOSFET. Эти транзисторы “нормально открыты” при напряжении между затвором и истоком = 0, в этом они схожи с лампами – то есть можно задать ток покоя при помощи резистора автосмещения в цепи истока. Подходящий для моей схемы DM-MOSFET это DN2540. Можно применить как “простой” (на одном транзисторе) так и “сложный” 🙂 (на двух транзисторах) источник тока.
“Сложный” вариант имеет более стабильные характеристики, особенно в области высоких частот (>15 kHz). Но в этом частотном диапазоне основной сдерживающий фактор – это выходной трансформатор, так что в большинстве случаев и “простой” вариант работает очень хорошо.
Схема “моего” варианта усилителя:
Схема усилителя очень проста и интуитивно понятна. 🙂 Выходные трансформаторы – Hammond 1609, можно применить любые другие с Raa 8…10K и отводами первичной обмотки для ультралинейного включения. Конденсатор С2 может быть не “аудиофильский”, обычный пленочный MKP (Wima, Rifa и т.п.) вполне подойдет. Первый каскад собран по схеме с динамической нагрузкой, сигнал снимается с анода “нижнего” триода – в этом варианте итоговый спектр искажений усилителя более “правильный”, уровень 3-й и 5-й гармоник очень мал, примерно на 20db ниже уровня второй гармоники. Для снижения выходного сопротивления и стабилизации итогового коэффициента усиления я применил неглубокую ООС. Иногда, в зависимости от частотных свойств выходного трансформатора, бывает необходимо зашунтировать R6 пленочным конденсатором небольшого номинала (100…200pF). Выходной каскад, как и полагается в аудиофильских конструкциях – работает исключительно в “чистом” классе А.
Я не привожу схему блока питания, так как она типична для большинства моих конструкций и особенностей не имеет – за исключением того, что выходное напряжение стабилизировано. На мой взгляд, это необходимо для ламповых усилителей с непосредственной связью каскадов. Для этой конструкции подойдет блок питания с выходным напряжением +350…+400V.
На сегодняшний день усилитель собран, отлажен и прослушан на “тестовом” 🙂 шасси, поэтому фото (красивой) готовой конструкции появятся чуть позже. И да – конструкцию рекомендую к повторению, она того стоит.
Первое известное упоминание о SIPP (Self Inverted Push Pull) выходном каскаде можно найти в патенте 1938 года. Собственно, идея логична и (вроде как) проста – зачем добавлять в двухтактный усилитель еще один (фазоинверторный) каскад, когда можно особым образом “доработать” выходной каскад? Дальнейшее развитие идеи можно найти в патенте 1941 года. И, наконец первая более-менее широко известная практическая реализация идеи была опубликована в июне 1961 года. (“Compact Hi-Fi Power Amplifier” Melvin Leibowitz, Electronics World, June 1961)
Вот схема усилителя из этой статьи –
Если память мне не изменяет, эта (или очень похожая) 🙂 схема была напечатана в одном из номеров журнала “Радио”.
Собственно, “фишка” в том, что в качестве выходных ламп применены именно тетроды-пентоды, то есть лампы с высоким внутренним сопротивлением. Это значит, что нижняя по схеме лампа фактически работает как управляемый источник тока, что и обеспечивает хорошую симметрию сигнала на выходе двухтактного каскада. В свою очередь, это значит что с триодами такой “фокус” напрямую не cработает, симметричного усиления сигнала (вроде как) не получится.
Вот вариант “промышленного” применения такого каскада в одной из радиол Phillips. Обратите внимание на очень остроумную схему подачи напряжения смещения на сетки выходных ламп и на использование вторичной обмотки выходного трансформатора для организации местной ОС.
Шли годы. И вот, в 2007 году некто Bruce Heran опубликовал вот такую схему –
Примерно в то же время John Broskie в своем tube CAD блоге довольно подробно разобрал эту схему “по частям”. Лампы выходного каскада в ультралинейном включении, динамическое внутренее сопротивление ламп в таком включении существенно ниже, чем в тетродном (пентодном) включении, поэтому для лучшей симметрии каскада в качестве элемента смещения, задающего рабочий режим применен источник тока. Из очевидных недостатков – применение источника тока на интегральном стабилизаторе напряжения LM317 ограничивает возможность применения других выходных ламп, требующих большего напряжения смещения (максимальное допустимое напряжение между входом и выходом LM317 = 37V), источник тока на LM317 перестает быть таковым, если падение напряжения на нем меньше примерно 3V, плюс его динамическое внутренее сопротивление сильно падает с ростом частоты, то есть – с ростом амплитуды входного сигнала и в области высоких частот симметрия каскада существенно ухудшается. При этом характерными особенностями двухтактного SI каскада на теродах (пентодах) с объединенными катодами и источником тока являются – высокое (от нескольких десятков до нескольких сотен ом (в зависимости от примененных ламп и типа их включения)) выходное сопротивление, примерно в два раза (по сравнению с “традиционным” каскадом) меньший коэффициент усиления, примерно в два раза большее требуемое напряжение для полной “раскачки” и работа каскада в “чистом” классе А.
Немного более подробно о последних двух особенностях. Первая сетка “нижней” лампы присоединена на сигнальный “общий”. Динамическое внутреннее сопротивление источника тока очень велико, можно считать что напряжение сигнала через него (почти) не “утекает” на общий. Следовательно, сигнал подается не между сеткой и катодом каждой из ламп, как в обычном каскаде, а между сетками верхней и нижней ламп, то есть для полной “раскачки” требуется сигнал с амплитудой, примерно равной удвоенному значению напряжения смещения. “Чистый” класс А работы каскада получается “автоматически” – так как катоды ламп объединены, а ток “верхней” лампы управляет током “нижней”, то ситуация, когда одна лампа уже закрыта, а вторая все еще продолжает окрываться – невозможна – то есть ток, потребляемый каскадом постоянен и только пропорционально перераспределяется между лампами. Соответственно, в качестве “бонуса” получаем самый что ни на есть “правильный” аудиофильский режим выходного каскада 🙂
Вот еще один вариант схемы – с “длинным хвостом”. В этой схеме отсутствуют межкаскадный конденсатор и источник тока (что хорошо), но требуется повышенное (примерно на 100V) напряжение источника питания.
И еще один вариант схемы усилителя с SIPP выходным каскадом от известного российского разработчика. Схема взята с общедоступного форума, copyright (с) соблюден 🙂
Что я могу сказать – очень интересная схема. Во-первых, выходной каскад выполнен на триодах, что позволяет получить более-менее низкое выходное сопротивление усилителя. Во-вторых, вместо LM317 применен лучший по характеристикам источник тока на полевом транзисторе. В-третьих – как и в усилителе от Bruce Heran, входной каскад выполнен по схеме SRPP, что позволяет с минимальной настройкой добиться близкой к максимально возможной амплитуды сигнального напряжения на сетках выходных ламп. Для лучшей стабильности и меньшего тепловыделения на транзисторе в источнике тока применен “задающий” резистор довольно большого номинала.
Можно ли улучшить эту схему? Да, можно. Но об этом – чуть позже. 🙂
Во время прослушивания музыки счастливый владелец нечаянно замкнул акустические клеммы, в усилителе что-то щелкнуло, пошел легкий синий дымок и звук пропал. Мне это показалось странным, так как в устройствах подобного класса защита выхода от случайного замыкания в нагрузке – это must have и поэтому – из любопытства и сочувствия я согласился посмотреть, что же там случилось. При беглом осмотре я обратил внимание, что акустические терминалы не изолированы. То есть их замыкание – лишь вопрос времени, что для транзисторного усилителя может быть фатальным. Вскрытие показало, что сгорели выходные транзисторы. Это, в общем-то я и ожидал увидеть, но – почему, почему ??? Традиционная схема защиты с реле – на плате присутствует, более того – присутствует и схема аварийного отключения при перегреве. Пришлось по монтажу на плате немного восстановить принципиальную схему, “прозвонить” некоторые элементы и тут выяснилась довольно забавная особенность – при монтаже в схему защиты (по ошибке ?) был установлен транзистор “не той” проводимости. В общем – итальянцы ожидаемо-традиционно “жгут” 🙂 Я заменил клеммы для подключения акустики на изолированные, заменил транзисторы, настроил ток покоя, провел контрольное измерение технических характеристик и контрольное срабатываение схемы защиты – и благополучно отдал усилитель счастливому владельцу.
Прошло 10 лет. И – “…никогда такого не было и вот опять...” мне позвонил владелец этого уникального изделия, сделанного руками итальянских мастеров (handcrafted in Italy) – так как ситуация повторилась с пугающей идентичностью. “Щелк – и тишина”. Очередное вскрытие показало – что на этот раз сгорело практически все – все выходные и предвыходные транзисторы, часть транзисторов во вспомогательных цепях, “вспухла” часть конденсаторов и сгорела одна из вторичных обмоток одного из трансформаторов питания. Интересно девки пляшут. (По 4 шутки в ряд). Как выяснилось, вероятной причиной столь масштабных разрушений явилось межобмоточное замыкание в трансформаторе питания, которое вызвало пробой двух диодов в выпрямителе – переменное напряжение прошло в схему, фильтрующие конденсаторы (естественно) перегрелись – и далее по списку. Но – как же схема защиты? К моему удивлению, во время катастрофы ни одна схема защиты не пострадала. Как выяснилось, питание на схему защиты подается от основного источника и при замыкании в источнике питания защитное реле просто не включилось. Я-то предполагал, что схема защиты питается от отдельного маленького трансформатора, который скромно, но с намеком расположен рядом с основными “большими” трансформаторами. Все оказалось проще – этот маленький трансформатор предназначен только для выпрямителя блока питания дистанционного управления громкостью. В общем – итальянцы “зажигают” до последнего транзистора 🙂
Совершенно очевидно, что восстанавливать изделие до его первоначального вида не имело никакого смысла – во первых затраты выходили слишком уж большими, а с учетом ремонта трансформатора питания – аутентичность конструкции (в хорошем смысле этого слова) сохранить бы не получилось и во-вторых – этот усилитель в аудиосистеме был в качестве “запасного” и особых звуковых надежд на него никто уже не возлагал. Меня попросили сделать “ну хоть что-нибудь”… Хмм..
“Что-нибудь” у меня было. От прошлых опытов у меня остался цифровой усилитель – оригинальный Evaluation Mоdule TPA3255EVM от Texas Instruments. Должен отметить, что после небольшой доработки этот “модуль” может звучать очень даже прилично. В одной из конфигураций я включал его совместно с буферным каскадом на лампах и результат был очень, очень многообещающим. По моему мнению, такая конструкция вполне успешно может конкурировать с например таким усилителем, как Model 825 от Jeff Rowland Design, который как раз “гостил” у меня в то время. Гибридный лампово-цифровой усилитель планировался к выпуску под именем “Zen Monster Digital Hybrid”. Но – что-то мне мешало предложить это изделие широкой публике. Может быть – любовь к “чистым” лампам, которая пару лет назад таки вынудила меня отказаться от предложений к заказам усилителя Zen Hybrid.
Ну, что же – так как один из двух трансформаторов питания был исправен, то его я и применил для блока питания, выходное напряжение получилось +33…+35V при токе нагрузки до 3…3.5A (RMS), то есть ~100W очень хорошего качества. От оригинальной конструкции остались корпус, входные гнезда, регулятор уровня, селектор входов. Естественно, всю сигнальную проводку, которая была выполнена на “лентах” я заменил на нормальную, аналогично я поступил и с проводкой в цепях питания. На обратной стороне платы Evaluation Module я заменил электролитические межкаскадные конденсаторы на значительно более интересные по звуку пленочные, добавил схемы “soft start” и “reset + mute” и вот что получилось в итоге –
Уровень помех на выходе усилителя: <=-75 dB (10Hz-20kHz)
THD: 0,1% (10Hz-20kHz)
КПД ~ 79…85% (зависит от сопротивления нагрузки)
Входное сопротивление: 47 kΩ
Чувствительность по входу: = 700 mV
Габаритные размеры: 430 x 90 x 350 mm
Вес: 7 kg
Должен отменить, что “Evaluation Module” имеет довольно хорошую схему защиты – например мне так и не удалось довести усилитель до перегрева и (или) сжечь предохранители, замыкая выходы на общий или между собой. При перегрузке или “просадке” напряжения источника питания усилитель благополучно переходил в режим “mute” и восстанавливался при отключении и последующей подаче питания. Судя по всему, защита модуля все-таки будет понадежнее, чем у “Голобой Ноты” в оригинале.
По звуку:
Из “плюсов” – во первых – звучание очень чистое, детальное и объемное. Выдающиеся (да!) пространственные характеристики, замечательная прорисовка сцены. Отличное разрешение, очень хорошие динамические характеристики, ровный тональный баланс, очень хороший контроль НЧ.
Из минусов – некоторая “отстраненность” звучания, впрочем характерная почти для всех транзистоных усилителей. В звуке превалирует аналитичность в ущерб эмоциональности. Ощущается некоторая зависимость качества звучания и динамических характеристик от громкости, усилитель “просыпается” при громкости от средней и выше. Но, собственно эти особености становятся очевидно заметны только при прямом сравнении с моими домашними ламповыми усилителями мощности 🙂
“My mommy always said there were no monsters – no real ones – but there are..”(Мама всегда говорила мне, что на самом деле никаких монстров нет – но они есть…) – “Aliens” (Чужие) 1986 г.
Так вот, немного о монстрах. После выхода заметки “Обмер, обвес и (возможно ) недолив” у меня резонно стали спрашивать – а собственно, могу ли я предложить “правильный” усилитель мощности, работающий в классе А? И, вдруг оказалось – что в тех или иных модификациях я его предлагаю примерно с 2011 года 🙂 . Называется он Zen Power Monster и вот один из вариантов –
Номинальная рекомендуемая нагрузка (импеданс) = от 4 (и выше) Ом
Минимальное сопротивление нагрузки напряжению постоянного тока = 2 Ом
Максимальное входное напряжение = 0.85V RMS
Номинальное входное напряжение = 0.7V RMS
Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом >= 11V RMS
Максимальное выходное напряжение на нагрузке 4 Ом >= 9V RMS
Максимальное выходное напряжение на нагрузке 2 Ом >= 7V RMS
Долговременная (номинальная) выходная мощность на нагрузке 4 Ом = 20 Вт
Пиковая выходная мощность на нагрузке 4 Ом >=30 Вт (Импульс длительностью 100mS с интервалом 1S)
Коэффициент усиления ~ 12
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 16 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального = 0 Гц (постоянный ток)…300 кГц. Уточнение – при появлении на выходе усилителя напряжения постоянного тока больше +-1V срабатывает защита, отключающая акустические системы. Схема питания устройства защиты независима от схемы питания усилителя.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального <= 0.3%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -10 dB.
Время выхода на рабочий режим =< 20 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя.
И да – именно такими должны быть реальные технические характеристики транзисторного усилителя в классе А с минимальным уровнем ООС.
Думаю, что будет уместно напомнить, что существуют и сравнительно небольшие ~монстры~, например вот такой – универсальный Zen Monster Classic для динамических и изодинамических наушников.
Выходное сопротивление =< 1 Ом Номинальная нагрузка = от 18 (и выше) Ом Номинальное входное напряжение = 1V RMS Максимальное выходное напряжение на нагрузке 1 кОм = 10V RMS Максимальное выходное напряжение на нагрузке 18 Ом >= 9.8V RMS
Коэффициент усиления ~ 10
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 18 Ом при выходном напряжении = 0.5 от максимального = 0 Гц (постоянный ток) ….500 кГц.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 18 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 0.09%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -18dB.
Время выхода на рабочий режим =< 15 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя.
И совсем недавно – появился Zen Monster Digital 🙂 – но обо этом чуть позже.
Версия 2019 года. Немного модифицированная схема и новый корпус из алюминия. Добавлена возможность контролировать и балансировать ток покоя ламп выходного каскада 🙂
Про этот усилитель мне задали множество вопросов задолго до публикации статьи, поэтому и рассказ будет подробнее чем обычно 🙂 .
Технические требования к усилителю следующие – поскольку акустика Pioneer CS-100 довольно чувствительная, то выходная мощность может быть небольшой, то есть 8…12 ватт на канал – достаточно. Особенностью акустики является оформление НЧ звена “Закрытый Ящик”, для такого оформления очень нежелателен черезмерный уровень инфранизких составляющих в НЧ сигнале и это значит, что необходимо более внимательно отнестись к ходу АЧХ и полосе пропускания усилителя в НЧ области. Импеданс этой акустики довольно неравномерен, поэтому для получения более-менее ровного тонального баланса усилитель должен иметь постоянное выходное сопротивление во всей полосе рабочих частот. Я считаю, что для 16 Ом акустики в оформлении “Закрытый Ящик” выходное сопротивление усилителя должно быть в пределах 2…3 Ом и для получения требуемого вполне логично применить неглубокую ООС.
Так же как и музыкальные стили, схемотехнические решения усилительных устройств подвержены влиянию времени 🙂 Современный звук – с высоким разрешением и расширенным диапазоном в области НЧ, детальный и динамичный. Сведение и мастеринг современных фонограмм даже в стерео позволяет получить поразительную трехмерную звуковую картину, для точной передачи которой необходимо уделить внимание получению гладкой ФЧХ усилителя и сохранению ее вида при изменении уровня громкости.
Схема усилителя.
Первый каскад – SRPP, преимущества которого широко известны 🙂 – “почти автоматическая” установка режимов при изменении напряжения питания, стабильность режимов при старении ламп, отличные динамические характеристики, широкая полоса и хороший спектр искажений при работе на высокоомную нагрузку. По сравнению с обычным каскадом с резистивной нагрузкой для заданного сопротивления нагрузки SRPP обладает несколько лучшим PSRR.
Второй каскад – традиционный ФИ с “длинным хвостом” по схеме Schmitt. При выборе режима работы этого каскада нужно учесть ту особенность, что поскольку первый каскад имеет очень низкий уровень искажений, а в сбалансированном выходном каскаде четные гармоники сигнала будут значительно ослаблены (скомпенсированы), то от второго каскада требуется получить вполне определенный спектр искажений, а именно – низкий уровень третьей (и других нечетных) гармоник. При этом уровень второй гармоники не только может, но и должен быть немного выше “обычного”. Для триода 6SN7 это возможно при выборе сопротивления анодной нагрузки Ra в пределах 3…4*Ri, где Ri – динамическое внутреннее сопротивление триода в выбранной рабочей точке. Для 6SN7 Ri=~7K, то есть оптимальное сопротивление Ra = ~21…28K. Для улучшения симметрии прямого и инверсного сигналов на выходе каскада сопротивление в аноде правого (на схеме) триода необходимо выбрать на 2…4% выше, чем левого. Так же для улучшения симметрии выходного напряжения в некоторых случаях имеет определенный смысл вместо резистора катодной нагрузки (собственно так называемого “длинного хвоста”) установить регулируемый источник тока IXYS.
Несколько замечаний о выборе ламп и режима работы второго каскада. Важно учесть ту особенность, что второй каскад не должен перегружаться (как по входу, так и по выходу) ранее, чем выходной каскад. То есть так называемый “раскрыв” характеристик у ламп второго каскада должен быть довольно широкий и выбранное напряжение смещения должно быть больше максимального пикового напряжения сигнала на выходе первого каскада в момент перегрузки выходного каскада 🙂 . При этом нужно принять во внимание, что особого усиления от второго каскада не требуется. Попутное замечание – исходя из вышеизложенного, применение во втором каскаде такой интересной лампы, как 6N7 – в этой схеме затруднительно.
Выходной каскад выполнен по схеме с ультралинейным включением. С одной стороны, это дает возможность получить требуемую выходную мощность при низких искажениях и хорошем усилении, но – с другой стороны – выходное сопротивление такого каскада довольно высокое и для его снижения необходимо применить ООС. При расчете выходного каскада на тетродах и (или) пентодах почти всегда возникает соблазн применить тетродное (пентодное) включение, так как при почти одинаковых требованиях к источнику питания у пентодного каскада все “выше” и “больше” 🙂 – усиление и выходная мощность пентодного каскада больше, но при этом – коэффициент гармоник – выше и спектр гармонических искажений часто получается совсем уж некрасивым, выходное сопротивление каскада – выше. То есть в случае выходного каскада на пентодах для получения низкого выходного сопротивления и малого коэффициента гармоник необходимо применение довольно глубокой ООС. Нужно отметить, что например для открытых акустических оформлений низкое выходное сопротивление усилителя не является важным требованием и в общем-то – если вдруг получится отыскать четверку близких по характеристикам высоколинейных немецких пентодов 🙂 – то звуковой результат может получится весьма впечатляющим и без применения ООС. Для выходного каскада на триодах ситуация немного иная – без ООС и с высококачественными выходными трансформаторами – вполне возможно получить требуемое значение выходного сопротивления, малый коэффициент гармоник и “красивый” спектр искажений. Но, к сожалению – в большинстве случаев в рамках заданных требований к источнику питания для стандартной акустики выходная мощность может быть недостаточна. С триодами наиболее интересный звуковой результат получается только со специализированной, “легкой” – то есть чувствительной и эффективной акустикой, с максимально простыми пассивными фильтрами на высококачественных звуковых компонентах.
Кстати, о компонентах. 🙂 В выходном каскаде этого усилителя я применил трансформаторы Hashimoto НWC30-8 и винтажную четверку отличных “звуковых” лучевых тетродов 6V6G. Для более безопасной и долговечной работы ламп применено комбинированное смещение. Помимо уменьшения влияния тока первой сетки на рабочую точку и улучшенную температурную стабильность, – это решение позволяет более точно устанавливать и в требуемых пределах подстраивать режимы ламп выходного каскада по мере их приработки. Я считаю такую регулировку необходимой, поскольку к сожалению – подобранные по параметрами винтажные четверки дороги и, что важнее – встречаются все реже.
Как я уже упоминал, при разработке усилителя предполагалось, что требуемые характеристики будут достигнуты в том числе и посредством применения неглубокой общей ООС. В свою очередь это значит, что необходимо предусмотреть некоторый запас усиления. Коэффициент усиления первого каскада =~ 15, второго ~8. Выходной каскад обеспечивает согласование с нагрузкой, то есть усиливает сигнал по току и (почти) не усиливает по напряжению. С выходными трансформаторами Hashimoto в ультралинейном включении ламп 6V6G коэффициент усиления по напряжению выходного каскада = ~ 2, при этом выходное напряжение (без нагрузки) = ~ 20.2V RMS. При подключении нагрузки 16 Ом оно уменьшается до ~ 7.88V RMS, то есть выходное сопротивление каскада Ro = ~ 25 Ом. Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом =~ 18V RMS (Кг=~5%). Общий коэффициент усиления всех трех каскадов по напряжению K= 15*8*2 = 240. Это значит, что для получения на нагрузке требуемых 14V RMS (12W@16Ом) на вход усилителя достаточно подать ~ 60 mV RMS. Требуемая чувствительность по входу =~ 0.7…1V – то есть для введения ООС имеется запас по усилению от 10 до 17 раз. Это значит, что Глубина Обратной СвязиFoc (величина, показывающая во сколько раз уменьшится коэффициент усиления после введения ООС) может быть выбрана =~ 10 (20dB). Это хорошая, “правильная” цифра. 🙂 Выходное сопротивление требуется понизить до Rо(ос) =3 Ом, то есть в ~ 8 раз. Зная требуемую чувствительность, коэффициент усиления K и глубину обратной связи Foc можно легко посчитать требуемыйкоэффициент передачи цепи обратной связиβ и номиналы резисторов делителя в цепи ООС. Fос = 1+β*K При этом Ro(oc) = Ro/(1+β*K ) = Ro/Foc
На практике, если расчетнаяГлубина Обратной Связи минимально – достаточна (Foc >=4), то это является гарантией того, что заметное уменьшение выходного сопротивления принципиальнодостижимо и номиналы делителя в цепи ОС возможно подобрать в ходе настройки. В этом случае итоговое усиление будет определяться коэффициентом передачи цепи обратной связиβ и останется стабильным даже при значительном изменении усиления каскадов, вызванного старением ламп. Так же из этих рассуждений следует важное замечание относительно требуемой конфигурации усилителя с выходным каскадом в пентодном (тетродном) включении. Так как его выходное сопротивление выше, чем у каскада в ультралинейном включении, то для его снижения требуется введение более глубокой ООС и, как следствие – необходим больший запас усиления без ООС. Обычно этого добиваются увеличением усиления в первом каскаде, применяя триод с большим усилением или пентод. Или, как хороший вариант – можно применить в ФИ каскаде с “длинным хвостом” триод с немного большим усилением – например 6N7 в этом случае подойдет очень хорошо.
Несколько слов о выходном трансформаторе. К сожалению, качество выходного трансформатора – отлично слышно. Для этой конструкции я рекомендую Hashimoto НWC30-8 – это наиболее оптимальный вариант. Минимальный вариант, который имеет смысл применить для аналогичного каскада в ультралинейном включении – это Hammond 1608. Важное замечание. На мой “слух” для двухтактного выходного каскада не имеет никакого смысла применение oversized трансформаторов – от увеличения размеров звук подвижнее, динамичнее и лучше точно не станет, а вот стать хуже – может запросто. Нет никакого смысла применять ультралинейное включение и низкокачественный узкополосный трансформатор (пусть даже и больших размеров). С таким выходным трансформатором введение ООС ухудшит звук, музыкальная картинка будет мутной, плоской и серой – примерно такой же, как у посредственного транзисторного усилителя, только с так называемым “теплым ламповым окрасом” 🙂
Несколько слов о конденсаторе, шунтируюшем резистор ООС. Этот конденсатор корректирует ход АЧХ усилителя в области частот выше ~ 20 кГц, его номинал точно подбирается в ходе настройки, при тестировании усилителя сигналом формы “меандр”. Подбором емкости добиваются наиболее “ровной и плоской” вершины меандра частотой 5…7 кГц..
Блок питания усилителя вполне традиционен.
Схемотехническое решение с очень небольшими модификациями применяется мной примерно с 2006 года. Технические характеристики блока питания многократно превосходят требования, заданные при разработке конструкции.
Итоговые характеристики усилителя.
Лампы – Sylvania 6SN7GT = 2шт (входные ~ 1955г) 6SN7WGT (Tung Sol JAN 1959г) = 2 шт (драйверный ФИ каскад) 6V6G (Sylvania branded “Marconi Canada” ~1946 г) = 4 шт, две подобранные по параметрам пары
Количество входов – 2 RCA и XLR (балансный), выбираются переключателем на задней панели
Входное сопротивление = 10 кОм
Количество выходов для подключения нагрузки = 2, раздельные клеммы для 8 и 16 Ом
Коэффициент демпфирования импеданса нагрузки >= 5
Выходное сопротивление по выходу 16 Ом, не более 3 Ом, по выходу 8 Ом не более 1,5 Ом
Номинальное входное напряжение = ~0.7V RMS
Номинальная выходная мощность = ~2*12W RMS
Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<300uV (“взвешено” по кривой “A”)
Полоса воспроизводимых частот при номинальной выходной мощности =20 Гц…70 кГц с неравномерностью не более 0.5dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 16 Ом.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при номинальной выходной мощности <= 1%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 16 Ом.
На этот раз я представляю две конструкции усилителей для электростатических наушников. Они имеют общий “источник” 🙂 – это мой же усилитель Auridux-V (Январь 2012 г.)
Общие рассуждения.
Все, кто когда-нибудь что-нибудь читал об устройстве электростатических наушников знают, что для работы излучателей необходимо так называемое “поляризующее” напряжение (BIAS). В частности, для современных излучателей наушников STAX напряжение BIAS = 580V, при этом предполагается, что постоянное напряжение на обкладках статоров = 0V. Что же произойдет, если напряжение BIAS увеличить, например до 2000V? Ничего особенного – скорее всего электрический разряд пробьет изоляцию между обкладками и наушники будут испорчены. То же самое произойдет, если напряжение BIAS оставить неизменным, но увеличивать напряжение на обкладках. Но что же будет, если в процессе работы амплитудное напряжение сигнала на обкладках статоров превысит напряжение BIAS? Увы, никакого “волшебства” не случится- сигнал будет ограничиваться, то есть резко возрастут искажения, а при увеличении амплитуды колебаний мембран излучателей – через некоторое время пленка мембран растянется и произойдет короткое замыкание либо между обкладками статоров либо между одной из обкладок и электродом BIAS. В итоге – в любом из вариантов наушники поедут в ремонт. Учитывая эту особенность, мне, например немного странно читать в характеристиках усилителя “Blue Hawaii” – такую строку: “Output Voltage: 1600V peak-to-peak”. Цифра, безусловно интересная , но звучит скорее как предупреждение 🙂
Идеи построения схемы. Цифры.
Предположим, что желаемый размах выходного напряжения усилителя должен быть где-то в пределах удвоенного напряжения BIAS, то есть +- 580V, округлим до 600+600, то есть 1200V peak-to-peak. Это ~=430V RMS, что означает 215V RMS на каждом из статоров, так как электростатические наушники предполагают балансный вариант подключения к выходному каскаду усилителя.
Так же предположим, что напряжение на входе = 1V RMS, что является вполне стандартным (и даже с некоторым “запасом”) для современных источников. Тогда, коэффициент усиления для каждого их “плеч” усилителя должен быть не менее 215. Совершенно очевидно, что в рамках более-менее стандартной схемотехники на более-менее доступных комплектующих однокаскадный вариант построения усилителя отпадает. Сложно, но вполне возможно реализовать двухкаскадную схему с таким усилением, а трехкаскадный вариант вполне реализуем.
Напряжения источника питания. В рамках более-менее стандартной схемотехники и более-менее доступных комплектующих 🙂 имеется известное конструктивное ограничение на рабочее напряжение конденсаторов фильтров питания. Высококачественные конденсаторы на рабочее напряжение 450…500V – вполне доступны, но есть определенные проблемы с конденсаторами на большие напряжения. Итак, конструктивно ограничим напряжение на выходе источника питания значением 400V, это позволит применить в схеме выпрямителя и фильтра конденсаторы на рабочее напряжение 450 и(или) 500V.
Нулевой потенциал на выходе усилителя. Совершенно очевидно, что при напряжении питания +400V получить напряжение на нагрузке = 215V RMS (600V Peak-To-Peak) возможно только в каскаде с трансформаторной или дроссельной нагрузкой и в случае с дроссельной нагрузкой необходимо применение выходного конденсатора. В случае резистивной нагрузки требуемый размах выходного напряжения при нулевом потенциале на выходе можно получить только при помощи дополнительного, так называемого “подземного” источника питания. При этом в состоянии покоя на резистивной нагрузке каскада будет рассеиваться довольно значительная тепловая мощность.
Таким образом, для выходного каскада с резистивной нагрузкой очевидны следующие особенности:
Для того, чтобы потенциал на выходе каскада был равен “0”, необходимо применить два источника питания – “положительной” и “отрицательной” полярности. При этом к источнику “положительной” полярности будет подключена анодная нагрузка каскада, а “минус” источника “отрицательной” полярности будет “общим” для выходного каскада. Это приводит к очевидному выводу, что если связь между входным и выходным каскадами будет емкостная, то межкаскадные конденсаторы должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее, чем напряжение между “плюсом” и “минусом” источников питания выходного каскада. Второй вывод заключается в том, что на анодной нагрузке в состоянии покоя будет рассеиваться мощность, равная произведению напряжения источника питания “положительной” полярности на ток покоя выходного каскада. То есть конструктивно корпус усилителя должен быть снабжен хорошим теплоотводом.
Требуемые напряжения источников питания. Поскольку желаемый размах напряжения сигнала на выходе усилителя = +-600V, то требуемое напряжение “положительного” источника питания должно составить не менее +300V. Примем с некоторым запасом, что оно должно быть = +350V. С “отрицательным” напряжением источника питания все немного сложнее. Очевидно, что оно должно быть ниже -300V на величину, равную напряжению смещения выходных ламп (в случае автоматического смещения на катодном резисторе) плюс “остаточное” напряжение между анодом и катодом выходной лампы, когда она полностью открыта (напряжение смещения =0). Для испытаний выходных каскадов на различных лампах удобно сделать источник питания с “отрицательным” выходным напряжением регулируемым. Примем с некоторым запасом, что диапазон регулирования должен быть от -350 до -450V, при этом “положительный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее, чем ток, потребляемый выходным и входным каскадами, а “отрицательный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее тока потребления выходного каскада усилителя.
Примерная схема тестового блока питания.
Схема довольно типичная и каких-то особенностей не имеет. Стабилизаторы входного напряжения – обычные, параметрические. RC цепочки в затворах регулирующих транзисторов задают время нарастания выходного напряжения до номинального значения. Очевидно, что для ограничения колебания напряжения на нагрузке при включении усилителя напряжение “отрицательного” источника питания должно нарастать несколько быстрее, чем “положительного”, то есть “положительное” напряжение должно подаваться уже на прогретые лампы.
Накал ламп питается не стабилизированным переменным напряжением, потенциал накальных цепей “поднят” относительно каждого из “общих” источников питания на 50…70 Вольт.
Технологическая особенность – поскольку корпуса большинства электролитических конденсаторов слабо изолированы от их “минусового” вывода (сопротивление изоляции не превышает ~ 100 кОм), то при монтаже конденсаторов фильтра “отрицательного” источника питания их корпуса необходимо надежно изолировать от “шасси” усилителя.
Первый вариант схемы усилителя, два каскада, триоды, без ООС.
Первый каскад может быть выполнен на триодах с высоким усилением – например, вполне подойдут 6SL7, 6SF5. Как один из интересных вариантов можно применить двойной триод 6N7. Выходной каскад выполнен на двойном триоде 6BХ7 или на его “одиночном” эквиваленте 6AH4. На входе усилителя применен фазоинвертор на трансформаторе Jensen JT-11P4. Коэффициент усиления каждого из “плеч” первого каскада ~ 28. Нагрузкой выходного каскада является интегральный источник тока IXYS, Коэффициент усиления выходного каскада ~ 10, таким образом общий коэффициент усиления ~ 280, что даже несколько больше требуемых 215. Триод 6BХ7 обладает широким “раскрывом” характеристик, что минимизирует возможность перегрузки выходного каскада входным, а применение источника тока в качестве анодной нагрузки обеспечивает хорошую линейность каскада. Нагрузку можно подключить двумя способами – “традиционно” – к аноду выходной лампы, или к катоду интегрального источника тока, в этом случае выходной каскад представляет собой гибридный SRPP с низким выходным сопротивлением. Оба варианта подключения имеют свои достоинства и недостатки 🙂
Немного о выборе рабочей точки выходного каскада. (Справочно – выходной каскад на этой лампе я уже применял в моем самом первом “комбайне – усилителе” для STAX 303, 2011 год) Для того, чтобы получить размах выходного напряжения +-300V, напряжение между анодом и катодом 6BХ7 должно быть около 350V. Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде каждой из “половинок” 6BХ7 не должна превышать 10W, что ограничивает ток покоя каскада пределом = 25mA. Поскольку ток покоя задается источником тока в анодной нагрузке и остается постоянным, то изменение напряжение смещения приводит к изменению напряжения между анодом и катодом лампы выходного каскада. Таким образом, подстраивая напряжение смещения можно установить “нулевой” потенциал (относительно “общего” “положительного” источника питания) на выходе усилителя. Из ВАХ видно, что при токе покоя (например) = 20mA “остаточное” напряжение между анодом и катодом при полностью открытой лампе составляет ~= 50V, а напряжение смещения в рабочей точке (350V, 20mA) = – 32V. Таким образом, требуемое напряжение “отрицательного” источника питания должно быть не менее = -(300+50+32 = 382)V. Для удобства работы и улучшения термостабильности выходного каскада я применил комбинированное смещение.
Для более безопасного “запуска” схемы номиналы резисторов автосмещения в катодах выходных ламп выбраны больше расчетных, а точная установка режима и “нуля” на выходах усилителя достигается подачей небольшого положительного напряжения смещения на сетки ламп выходного каскада. Помимо прочего, это позволило применить межкаскадные конденсаторы на рабочее напряжение 630V.
При токе покоя = 20mA и напряжении “положительного” источника питания = 350V, мощность, рассеиваемая в состоянии “покоя” на каждом из интегральных источников тока составит 20(mA)*350(V) = 7W. В схеме 4 источника тока – то есть потребуется очень надежный и качественный теплоотвод, способный постоянно отводить и рассеивать не менее 30W тепла.
Для этого варианта усилителя блок питания можно собрать по примерно такой схеме:
Несмотря на кажущуюся простоту схемы, сборка и наладка этого усилителя под силу только подготовленным DIYer’ам. В схеме присутствуют опасные напряжения и токи, а наладка конструкции без некоторых навыков и соответствующего набора измерительного оборудования – невозможна. Поэтому я не указал номиналы части элементов, а в схеме блока питания возможно есть небольшая ошибка. Желающие повторить конструкцию – пишите, я отвечу на возникшие вопросы. Или – рассчитайте номиналы самостоятельно, тем более что практически все требуемые “цифры” приведены в тексте 🙂
Второй вариант схемы. Три каскада, триоды с малым “u”, тетроды в триодном включении и неглубокая общая ООС.
Блок питания для этого варианта усилителя аналогичен тестовому. Схемотехническое решение аналогично тому, которое я применяю в двухтактных усилителях и в особых комментариях не нуждается. Необходимость применения такой конфигурации обусловлена тем, что конструкция должна была обеспечивать чувствительность ~ 0.5V RMS, при стабильности режимов по переменному напряжению (долговременная идентичность усиления в каналах при “приработке” ламп). Отсюда – логичное решение – три каскада усиления + общая ООС по переменному напряжению. Кстати, при необходимости ООС можно ввести и в первом варианте усилителя.
Впечатления от наушников STAX SR-X9000 с вашим усилителем. Честно,не ожидал такого роста. Все недостатки, за которые STAX ругали – устранились, нет их. Все, чего не хватало в STAX – добавилось и нечего добавить больше. 🙂 Бас – лучше, чем на акустике. Не в смысле количества, а качественно. Если можно так выразиться, то проявилось все лучшее от топ STAX и топ динамических наушников. С вашим усилителем прямо синергия создалась у них. Я в восторге. Уровень X9000 относительно усилителя от STAX – подпрыгнул, будто ему хорошего пинка дали. Даже не на одну голову. Вообщем – всем рекомендую, если что. Никогда раньше не хотелось наушники слушать больше, чем акустическую систему – а сейчас хочется 🙂
