Примерно с год назад ко мне обратился замечательный Британский аудиофил Daniel N с предложением переделки его усилителя Woo Audio WA5-LE. Как я выяснил позже, Daniel прочел статью на моем сайте и решил попробовать сделать что-то подобное со своим усилителем. Собственно, претензии были очень знакомы – “Тусклый, тембрально невыразительный, плоский и как бы “зажатый” звук.. С одной стороны – в звучании все вроде как “на месте”, с другой стороны – совершенно очевидно, что “что-то тут не то”. 🙂

Я согласился на переделку, предупредив, что “быстро” скорее всего не получится и что основная проблема переделки – это доставка ~ 30 кГ из Англии в Россию и обратно. В Россию груз ехал больше месяца и конечно без “приключений” с доставкой не обошлось, но – тем или иным способом 🙂 – к середине лета 2019 года усилитель оказался у меня.

В процессе “вскрытия и анализа”, помимо упомянутых мной в предыдущих статьях особенностей схемотехники двухкаскадного драйвера вдруг выяснилась весьма необычная схемотехническая неожиданность – в этом варианте усилителя выходной трансформатор включен в катодную цепь выходной лампы (300В)… “Тадам!“. Да, друзья мои – высоколинейный прямонакальный “легендарный” звуковой триод в этом усилителе “работает” в качестве обычного такого каскада с трансформаторной катодной нагрузкой, что-то вроде катодного повторителя напряжения. (Ха! Как тебе такое, Илон Маск? 🙂 ) И (печально) – “…Это многое объясняет…” Но – с технической точки зрения я понимаю, почему конструктором Woo Audio было выбрано такое схемотехническое решение, но не понимаю – зачем – это при их-то возможностях изготовить практически любой требуемый выходной трансформатор при весьма гибком бюджете. Вместе с усилителем Daniel прислал на замену пару отличных выходных трансформаторов Tango (ISO). Катодный повторитель и трансформаторы Tango… Это не наш метод. Переделка такой конструкции – неизбежность.

Было оговорено следующее:

• При переделке использовать только специализированные комплектующие высокого уровня качества.
• Драйвер выполнить по схеме аналогичной схеме Reichert, но предусмотреть возможность установки не только 6SN7, но и других подобных ламп.
• Добавить в усилитель выходы для подключения акустики.
• Предусмотреть возможность регулировки (переключения) напряжения на выходе выпрямителя анодного напряжения
• Предусмотреть возможность регулировки и переключения напряжения накала выходных ламп.
• Предусмотреть возможность коммутации анодной нагрузки лампы выходного каскада.

Предполагалось, что в качестве выходных ламп в усилитель можно будет устанавливать не только 300В, но и 2A3, AD1, PX4, а в качестве драйверных – ECC32, ECC40 и т.п.

Краткий анализ ВАХ предполагаемых к применению выходных ламп показал, что логично в выходном каскаде применить комбинированное смещение. То есть “автоматическая” часть напряжения смещения выделяется на катодном резисторе, а “фиксированная” – дополнительно подается в виде отрицательного напряжения смещения на сетку лампы.

Для различных выходных ламп и предполагаемых режимов их работы напряжения автоматического смещения и номиналы катодных резисторов должны быть такие:

• 2A3/6A3/AD1 : Ua = 250V  Ug = -45V  Ia = 60mA  Rk = Ug/Ia = ~ 750 Ohm
• 45: Ua = 250V  Ug = -50V  Ia = 36mA  Rk = ~ 1.4 К
• 46: (T/C*)       : Ua = 250V  Ug = -33V  Ia(+Ic2) = 22mA  Rk = ~ 1.5 К 
• VT52: (T/C)   : Ua = 250V  Ug = -18V  Ia(+Ic2) = 36mA  Rk = ~ 500 Ohm
• PX4               : Ua = 300V  Ug = -45V  Ia = 50mA  Rk = ~ 900 Ohm 
• 300B(Low)     : Ua = 300V  Ug = -61V  Ia = 60mA  Rk = ~ 1 К 
• 300B(High)    : Ua = 400V  Ug = -75V  Ia = 80mA  Rk = ~ 950 Ohm

T/C* – Triode Connected

Исходя из приведенных цифр мне показалось логичным выбрать номинал катодного резистора автосмещения Rk= 500 Ohm. Таким образом, получается что на катодном резисторе автосмещения Rk и на сопротивлении постоянному току первичной обмотки выходного трансформатора Rt = 120 Ohm для различных выходных ламп падение напряжения будет таким:

• 2A3/6A3/AD1 : Ia* Rk + Ia*Rt  = 30V + 7.2V = 37.2V и понадобится добавочное отрицательное напряжение на сетке Ug = -(45-30) = -15V
• 45                 : = 18V + 4.3V = 22.3V and Ug = -(50-18) = -32V
• 46: (T/C)       : = 11V + 2.6V = 13.6V and Ug = -(33-11) = -22V
• VT52: (T/C)   : = 18V + 4.3V = 22.3V and Ug = -(18-18) = -0V
• PX4               : = 25V + 6V = 31V and Ug = -(45-25) = -20V
• 300B(Low)     : = 30V + 7.2V = 37.2V and Ug = -(61-30) = -31V
• 300B(High)    : = 40V + 9.6V = 49.6V and Ug = -(75-40) = -35V

Добавочное отрицательное напряжение на сетке получается в пределах от 0V до -35V, то есть предел регулирования в -50V будет вполне достаточен. Падение напряжения на Rt необходимо учесть при расчете рабочей точки.

Для выходных ламп с рабочим напряжением на аноде = 250V (2A3, 45, 46, VT52), напряжение источника питания должно быть в пределах (250+13.6)…(250+37.2)  = ~264…288V DC. Для лампы PX4 и “низковольтного” режима 300B напряжение источника питания должно быть в пределах (300+31)….(300+37.2) = ~ 330…340V. Для “высоковольтного” режима 300B напряжение источника питания должно быть 400+49.6 =~ 450V.

Так же следует учесть падение напряжения на сопротивлении вторички силового трансформатора и на дросселях фильтра питания и на кенотроне. Это еще примерно ~ 20+25+5 = ~50V. Я посчитал, что для всех ламп с рабочим напряжением на аноде = 250V вполне достаточно выбрать одно напряжение источника питания и после выпрямителя (без нагрузки) оно будет = 288V + 50V = ~338V DC, для ламп с рабочим напряжением 300V = 340V +50V = ~390V DC, для “высоковольтного” режима 300B = 450V +50V = 500V DC.

Таким образом, отводы на вторичке силового трансформатора источника питания анодного напряжения должны быть на 338/1.4 = 241V AC   390/1.4 = 278V AC  500/1.4 = 357V AC. То есть три отвода (250V,  300V , 350V) будет вполне достаточно. Так как анодное напряжение не стабилизировано, то в процессе установки режима оно будет немного “плавать” и поэтому регулировка тока покоя должна выполняться в два этапа.

Для драйверного каскада на лампах 6SN7, ECC40, ECC32 каскад с анодной нагрузкой Ra = 43…47K и катодным резистором автосмещения Rk = 1.3…1.5K сохраняет очень хорошую линейность в диапазоне напряжения питания от 250V до 500V, запас по амплитуде выходного напряжения при этом так же вполне приличный. Коэффициент усиления двухкаскадного драйвера будет ~ 100 …115. Для ламп BL63 и CV1102 с этими же номиналами резисторов рабочая точка остается “нормальной” в диапазоне напряжения источника питания от 250V до 350V.

Итоговая схема усилителя после переделки:

Рис 1 из 4 – Усилитель.
Драйвер – двухкаскадный, выполнен по схеме известной как схема Reichert. Анодная нагрузка выбрана в пределах ~ 40K, катодный резистор автосмещения = 1.5K. При напряжении источника питания = +250V ток покоя каскада = ~4mA и размах выходного напряжения (peak to peak) = ~ 160V.  При напряжении источника питания = +450V ток покоя каскада = ~ 8mA и размах выходного напряжения (peak-to-peak) =~ 260V. Так как итогового усиления двухкаскадного драйвера более, чем достаточно, я не стал шунтировать конденсатором катодный резистор первого каскада. Коэффициент усиления первого каскада = ~ 7, выходное сопротивление =~ 11K, коэффициент усиления второго каскада = ~ 14, выходное сопротивление =~ 5K. Итоговый коэффициент усиления драйвера =~100.  Конденсатор C1 (220pF*) – конструктивная необходимость 🙂 для предотвращения возможного “паразитного” ВЧ возбуждения драйвера на пиках входного сигнала. Его установка вызвана особенностями “продольного” монтажа сигнальных проводников в корпусе усилителя Woo Audio.
В выходном каскаде – я применил комбинированное смещение. Регулируемое отрицательное напряжение смещения может быть установлено в пределах – 2V ..- 60V. Ua1 Ua2 идут из одной точки, но индивидуальными проводами.

Рис 2,3 и 4 – Блок питания и Стабизизаторы напряжений накала. Всего в блоке питания я применил 4 трансформатора – один для источника анодного напряжения и напряжения смещения и три для источников питания накалов. Вторичная обмотка трансформатора источника анодного напряжения выполнена с тремя отводами – ~250V, ~300V и ~350V, расчетный ток нагрузки составляет примерно 330mA. Переключение отводов и замена типов кенотронов дает возможность изменения анодного напряжения в довольно широких пределах. Напряжение на выводах обмотки для источника напряжения смещения = ~ 50V

В блоке питания Woo Audio силовой трансформатор закрыт декоративным колпаком, а размеры трансформатора таковы, что он плотно занимает все место внутри. Нет никакой технологической возможности изготовить силовой трансформатор точно таких же габаритов и такой же мощности, но с добавочными отводами на симметричной (с центральным отводом) вторичной обмотке. Поэтому силовой трансформатор пришлось отдать в перемотку (Эдуард – Спасибо за отличную работу!) и выполнить вторичную обмотку без центрального отвода, но проводом несколько большего диаметра. Это улучшило как температурный режим, так и мощностные характеристики трансформатора. Я применил схему “гибридного” мостового выпрямителя – с двумя ПП диодами и двумя кенотронами. Диоды каждого из кенотронов соединены параллельно, фильтр выполнен по трехступенчатой схеме. Первая ступень – СRC, затем “Виртуальная Батарея” на полевом транзисторе – которая помимо фильтрации обеспечивает и плавное нарастание напряжения на выходе и два (по одному на каждый канал) LC фильтра. Накалы всех ламп питаются выпрямленным и стабилизированным напряжением. Выпрямители напряжений накала располагаются в Блоке Питания, стабилизаторы в Блоке Усилителя.

Распиновка выходного разъема блока питания :

• Pin # 1 = + High Volage (Channel 1)
• Pin # 2 = + High Volage (Channel 2)
• Pins ## 3,4,5 = GND    
• Pin # 6 = – Non regulated Filament 5V  (Channel 1)
• Pin # 7 = +Non regulated Filament 5V  (Channel 1)
• Pin # 8 = – Non regulated Filament 5V  (Channel 2)  
• Pin # 9 = + Non regulated Filament 5V (Channel 2)  
• Pin # 10 = – Bias   
• Pin # 11 = – Non regulated Filament 6.3V
• Pin # 12 = +Non regulated Filament 6.3V              

Напряжения на выходе стабилизаторов источников питания накальных цепей – регулируемые, предусмотрено переключение на одно из трех выходных напряжений = +2.5V, +4V, +5V, максимальный ток нагрузки каждого из напряжений примерно 3 A. Для того, чтобы снизить тепловыделение на микросхемах стабилизаторов, вторичные обмотки трансфоматорв источников питания накалов выходных ламп могут быть скоммутированы параллельно – это может быть актуально в случае применения 2A3 в качестве выходных ламп (напряжение накала 2.5V при токе 2…2.5A). В ходе проведения испытаний выяснилось, что толстый алюминиевый корпус усилителя – довольно эффективный теплоотвод и особой необходимости в коммутации вторичек накальных трансформаторов – нет. Примечание – емкость конденсаторов фильтра выпрямителей напряжения накала выходных ламп желательно увеличить до 15..22 000 uF. Схемы стабилизаторов напряжений накала особенностей не имеют, добавлены лишь переключатели и подстроечные резисторы.

Несколько фото:

[Show as slideshow]

1 2 ►

Благодарности

• Я хотел бы выразить огромную признательность Herb Reichert за его статью “Flesh and Blood. Reichert 300B” (“Sound Practices” Magazine, winter 94/95 issue), которая безусловно является одной из важнейших статей для понимания “характера” лампы 300B.
• Так же выражаю благодарность заказчику этого проекта, увлеченному аудио энтузиасту – Daniel N. Спасибо за заказ, за доверие и за прекрасную возможность попрактиковаться в Английском 🙂
• Моя особая признательность – Эдуарду (г.Артем) – за качественный силовой трансформатор.
• Мое уважение – компании “Орбита-Сервис” за отличные тороидальные трансформаторы, выполненные в полном соответствии со спецификацией заказа 🙂

Апрель 2019…Май 2020 г.Владивосток

В марте этого года в процессе настройки очередной акустической системы на 4xTB1772 для более точной отладки мне был прислан усилитель, в комплекте с которым предполагается дальнейшая эксплуатация акустики. Подход очень верный – поскольку в том, что усилители моей конструкции будут отлично звучать с акустикой моей конструкции – я не сомневаюсь. А вот насчет других – 100% гарантии я дать не могу. 🙂

По всей видимости усилитель был приобретен на avito. Вот фото с этой популярной торговой площадки, внешний вид изделия вполне узнаваем.

По звуку – в целом и общем он лучше, чем у многих транзисторных усилителей 🙂  Из очевидных недостатков – плоская и невыразительная, смазанная “сцена” на СЧ, довольно однообразный тональный баланс и фатально сглаженная, полусонная “динамика” – звук мне показался слишком “медленный” даже для женского джаза 🙂 Мой опыт говорит от том, что лампа 300В может (и должна) звучать гораздо интереснее.

Что-же – заглянем внутрь –

[Show as slideshow]

1 2 ►

Схема конструкции –

Итак – усилитель – двухкаскадный, первый каскад на пентоде 6Ж52П в триодном включении, с резистивной анодной нагрузкой и катодным автосмещением. Напряжение смещения первого каскада = 1.2V, это значит, что максимальное входное напряжение ограничено на уровне ~ 1.2*0.7 = 0.84V RMS, при большем входном напряжении каскад начнет работать с сеточным током, что приведет к росту уровня искажений. Расчетный коэффициент усиления каскада ~ 65, что при входном напряжении 0.84V RMS позволит получить на выходе 0.84*65 = 54.6V RMS (~ 75V Peak), что в общем-то вполне достаточно для “раскачки” такой выходной лампы, как 300В. Измеренный коэффициент усиления реального каскада составил =68, максимальное выходное напряжение (без лампы второго каскада) = 74V RMS, что даже несколько лучше расчетных значений.
Второй каскад – на прямонакальном триоде 300В, с трансформаторной нагрузкой и фиксированным регулируемым смещением, что позволяет устанавливать и подстраивать ток рабочей точки каскада в желаемых пределах. Связь между каскадами – емкостная, номинал межкаскадного конденсатора = 0.33uF (конденсатор “бутерброд”, то есть составлен из двух конденсаторов разного типа). Номинал резистора утечки сетки лампы 300В выбран = 470кОм, что необычно много для каскада с фиксированным регулируемым смещением. На мой взгляд, такой номинал потенциально может привести к “саморазогреву” лампы на пиках сигнала при длительной эксплуатации усилителя и (или) при “старении” лампы выходного каскада. Номинал резистора утечки сетки можно было бы уменьшить, но для сохранения полосы и минимального фазового сдвига в области НЧ одновременно требуется увеличить номинал межкаскадного конденсатора – что, по всей видимости было сделать затруднительно по тем или иным причинам. Отрицательное напряжение смещение на сетке лампы 300В регулируется в пределах -62…-85V, что позволяет установить ток покоя каскада в дипазоне примерно от 30 до 80mA. При анодном напряжении = +350…+360V это хороший, “безопасный” режим работы 300В. Срок службы при работе лампы в таком режиме будет долгим, но, конечно выходная мощность каскада при этом будет меньше “ожидаемой”.
Выходной трансформатор усилителя имеет сопротивление  первичной обмотки постоянному току= 270 Ом, сопротивление постоянному току вторичной обмотки ~ 0.9 Ом, что несколько больше ожидаемого.  Для 300В было бы оптимально, чтобы сопротивление первичной обмотки выходного трансформатора не превышало бы 200 Ом, а вторичной обмотки ~ 0.5 Ом, это позволило бы получить лучший КПД каскада (выходная мощность была бы выше) и меньшее выходное сопротивление. Коэффициент трансформации выходного трансформатора = ~ 31, что при подключении на вторичную обмотку нагрузки сопротивлением 5 Ом дает расчетное значение Ra ~ 4.8 кОм. С учетом сопротивления первичной обмотки постоянному току можно считать Ra = ~ 5 кОм. Измеренное выходное сопротивление каскада при этом составляет ~ 2.4 Ом, максимальная выходная мощность ~ 4W.  Совершенно очевидно, что сопротивление постоянному току обмоток выходного трансформатора слишком велико.
Блок питания усилителя – трансформаторный, с выпрямителем анодного напряжения на кенотронах. Накальные цепи первого каскада питаются напряжением переменного тока, накальные цепи выходного каскада – выпрямленным напряжением постоянного тока. Помимо этого, у трансформатора есть дополнительные обмотки для питания выпрямителя напряжения смещения и выпрямителя для питания модулей дистанционного управления громкостью и модуля стрелочных индикаторов уровня. Все эти выпрямители выполнены по простой мостовой схеме с одним фильтрующим конденсатором, без дополнительных балластных/фильтрующих RC цепочек. Выпрямитель анодного напряжения выполнен по схеме с конденсатором на входе и LC фильтром. Напряжение питания первого каскада дополнительно фильтруется RC фильтром. Я не могу назвать вариант размещения всех служебных обмоток на одном трансформаторе – разумным. Для уменьшения взаимовлияния и взаимопроникновения помех от пиков зарядных токов мостовых выпрямителей было бы правильным разместить часть обмоток (например для питания накалов выходных ламп) на отдельном трансформаторе и применить дополнительные балластные/фильтрующие RC цепи хотя бы в выпрямителе источника питания накала ламп выходного каскада. На мой взгляд, величина помех и их проникновение между каналами были бы существенно (на 15…20dB) меньше при питании накалов ламп выходного каскада стабилизированным напряжением постоянного тока. Или, как самый простой, но хороший по “звуку” вариант – переменным напряжением с “центровкой” накала низкоомными подстроечными резисторами для минимизации помех. Ну и конечно – выбор конструктива силового трансформатора на броневом сердечнике ТС-250 – без экранирующих обмоток, без пропитки – как-то плохо сочетается со стремлением получить хороший звук. И таки да – расположение силового трансформатора на правом крае шасси и фильтрующих дросселей под ним, рядом с выходным трансформатором правого канала – совершенно не оптимально как в плане уменьшения уровня наводок и помех, так и в плане оптимального, симметричного монтажа стереоусилителя. И кстати – насчет примененных комплектующих – ну никак они не соответствуют “статусу” лампы 300В.

В ходе обсуждения с заказчиком было принято решение о некоторой доработке с сохранением всех функциональных особенностей и внешнего вида, но с полным пересмотром внутреннего содержимого. Усилитель на 300В должен звучать как полагается 🙂

Что сделано в ходе доработки:

• В рамках возможностей корпуса 🙂 пересмотрена концепция монтажа – трассировка общего сделана шиной, изменено расположение фильтрующих конденсаторов и резисторов нагрузки первого каскада, фильтрующие емкости в питании первого каскада были разделены на две части – первая емкость рядом с дросселями фильтра, вторая – непосредственно рядом с каскадом.  Убраны многочисленные монтажные планки, таким образом число переходных соединений значительно уменьшилось.
• Заменены почти все сигнальные и вспомогательные проводники (за исключением цепей накала), проводники в цепях накала были свиты более плотно.  Заменены проводники, подключающие в схему первичную и вторичную обмотки выходных трансформаторов. Накальные обмотки трансформатора питания для ламп драйверного каскада “отцентрованы” резисторами, средняя точка заземлена. Это существенно снизило уровень наводок и помех в накальных цепях.
• Заменены все резисторы в фильтрующих и сигнальных цепях. Я применил Panasonic и Vishay Dale (NOS). Резисторы во вспомогательных цепях (индикация, комутация реле, ДУ) остались те же.
• Заменены почти все конденсаторы в фильтре цепей питания, остался только первый конденсатор CLC фильтра выпрямителя и конденсаторы в фильтре в источника напряжения смещения. Я применил Panasonic и Jensen.
• Межкаскадные полипропиленовые конденсаторы были заменены на “фольга+бумага+масло”, я применил “наши” К-40У9 (NOS) военной приемки.
• Крепеж элементов был выполнен при помощи высокачественных клеевых площадок и хомутов, термоклей был полностью убран.
• Схема была немного доработана – пересчитан и скорректирован режим работы первого каскада, пересчитаны входные цепи выходного каскада. Для улучшения термостабильности режима в выходной каскад добавлена цепь автоматического смещения. Доработаны цепи регулировки смещения – теперь регулировка происходит более плавно и в более широком диапазоне.

В результате – усилитель “запел” 🙂 Тембры стали естественно-привычные, звучание приобрело насыщенность, динамику и объем. Теперь уже слышно, что это усилитель на 300В. На мой взгляд – это максимально-минимальная 🙂 доработка конструкции – без замены ламп и трансформаторов, без доработки шасси.

Схема конструкции после доработки –

Собственно, новая схема не очень сильно отличается от старой. 🙂 Напряжения в скобках /+332V (например)/ – это напряжения под нагрузкой, то есть с установленными лампами выходного каскада и с током покоя = 80 mA на канал. Напряжения под нагрузкой зависят от типа и характеристик примененного кенотрона и могут отличаться от указанных на 20…30 Вольт.
Усилитель по-прежнему двухкаскадный, первый каскад на пентоде 6Ж52П в триодном включении, с резистивной анодной нагрузкой и катодным автосмещением. Я немного увеличил напряжение смещения первого каскада до +1.7… /+2.0V/, это значит, что максимальное входное напряжение увеличено до уровня ~ 1.7*0.7 = 1.2V RMS. Я так же увеличил сопротивление анодной нагрузки (до 11 кОм) и напряжение на аноде, теперь оно = +174…/+219V/. Это значит, что запас по максимальному выходному напряжению первого каскада стал больше, а линейность – лучше. Коэффициент усиления каскада ~ 67, что при входном напряжении 1.2V RMS позволяет получить на выходе 1.2*67 = 80V RMS (~ 113V Peak), что с большим запасом достаточно для “раскачки”  выходной лампы 300В. 
Второй каскад – на прямонакальном триоде 300В, с трансформаторной нагрузкой и с автоматическим регулируемым (комбинированным) смещением, что позволяет устанавливать и подстраивать ток рабочей точки каскада в желаемых пределах, сохраняя при этом стабильность рабочей точки лампы при возникновении сеточных токов при саморазогреве и (или) перегрузке.  Номинал резистора автосмещения = 100 Ом, он же используется как “контрольный” резистор, по падению напряжения на нем можно проконтролировать и установить ток покоя лампы выходного каскада. Контрольное напряжение в 1V соответствует 10 mA тока покоя, то есть при токе покоя = 80 mA напряжение на этом резисторе будет = +8V. Контрольные напряжения для каждого канала выведены на клеммы на задней панели усилителя.Связь между каскадами – емкостная, я применил конденсатор K40-У9 (фольга + бумага + масло). Номинал резистора утечки сетки лампы 300В был уменьшен до вполне безопасного значения  = 330 кОм. Отрицательное напряжение смещение на сетке лампы 300В регулируется в пределах примерно от  -40 до -80V, что позволяет установить ток покоя каскада в диапазоне примерно от 20 до 100 mA, рекомендовванный ток покоя = 75…80 mA При анодном напряжении = +340…+360V это по-прежнему хороший, “безопасный” режим работы 300В.
В блоке питания усилителя я заменил NoName конденсаторы фильтра питания на Panasonic и Jensen,  организовал и присоединил на общий “среднюю точку” напряжение питания накала ламп первого каскада. Это улучшило тембральный баланс и дало ощущение “динамики”, “подвижности” звука и уменьшило уровень проникновения помех из цепей накала.

Несколько фото –

[Show as slideshow]

1 2 ►

Март-Апрель 2020 г. Владивосток