Это сайт о моем хобби – аудио оборудовании на Лампах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "I was the Walrus, But now I'm John" – John Lennon 1970
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)
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 –
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 –
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)
Очередная модификация, немного уменьшены габариты. Алюминиевый корпус, заказной силовой трансформатор. Набор комплектующих без особых изменений, ступенчатые регуляторы уровня, набор ламп современного производства. Технические характеристики усилителя в основном прежние, в этой версии выровнена чувствительность по XLR и RCA входам.
В этой конструкции получили дальнейшее развитие идеи, применные ранее в усилителе “Солнечный Удар” (2017 год).
“Солнечный Удар” (С.Ударъ) успешно работает до сих пор, но за 5 лет эксплуатации все-таки накопились некоторые замечания и пожелания 🙂 и схема была существенно доработана. Во-первых, число каскадов усиления было сокращено до двух, во-вторых выходной каскад выполнен на теродах (пентодах) в триодном включении, в-третьих согласование уровней сигнала между RCA (небалансным) и XLR (балансным) входами выполнено на специализированном сигнальном трансформаторе. Внесенные изменения принципиальны – во-первых чувствительность усилителя по балансному и по RCA входам теперь одинаковая, во-вторых спектр искажений на выходе усилителя стал более “музыкальным”. Из-за более верного выбора организации смещения ламп входного и выходного каскада и из-за триодного включения ламп выходного каскада уровень четных гармоник вплоть до начала ограничения сигнала находится в “правильном” соотношении к уровню нечетных. В-третьих – при такой конфигурации схемы и при правильном выборе выходного трансформатора стало возможным получить требуемое выходное сопротивление усилителя без применения общей ООС.
Схема усилителя и блока питания
Принципиальная схема одного канала усилителя СУДАРЪПринципиальная схема блока питания усилителя СУДАРЪ
Несколько фото
Основные технические характеристики:
Входное сопротивление >= 5 кОм
Выходное сопротивление =<1.8 Ом (выход для подключения акустики 8 Ом), <=2 кОм (выход для подключения электростатических наушников)
Допустимое сопротивление нагрузки – 4, 8 Ом (раздельные выходы)
Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 16 Ом….1 кОм (выход для подключения динамических и изодинамических наушников)
Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 Ом >= 8V (RMS) (на канал, выход для подключения изодинамических и динамических наушников)
Максимальная выходная мощность на эквиваленте нагрузки 4 Ом >= 8 Вт (RMS) (на канал, выходы для подключения акустики)
Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 кОм > = 360V RMS, 1015V peak-to-peak. (на канал, на выходе для подключения электростатических наушников)
Напряжение BIAS = +580V (стабилизированное)
Полоса пропускания в режиме “большого” сигнала (Сопротивление нагрузки = 4 Ом, уровень выходного напряжения = 0.707 от максимального) не уже – 19 Гц…..28 кГц при неравномерности не более 1 dB
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, измеренный в режиме “большого” сигнала (см выше) =<1.5%
Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при закороченном входе и при подключении к питающей сети через регенератор с заземлением =< 230uV
Отзыв счастливого владельца:
“…Виктор, привет! Запустил усь, очень доволен! На вход поставил телефункен 188 60х годов. На выход комплект 6п6с 55г года, которые ещё на Американском ленд лизовском оборудовании делались, играет шикарно, как я и хотел! А когда потключил к нему очень крутой сетевой кабель, как же он запел, как боженька 🙂 Протестировал на динамических ушках JVC, внутриканальных ha10000 и на Перунах электростатических, играет шикарно! Перуны конечно ни в каком компоненте JVC не переиграли, но тоже хороши, да и не переиграть эти JVC – лучшие ушки на рынке по звуку. Но мне нужны были наушники, чтобы часть времени не использовать внутриканалки, а юзать накладные, и с этим они отлично справляются. Респекты вам, за точное осуществление моих хотелок! …”
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.
P.S. Забавно, что где-то в Августе 2022 на известной китайской торговой площадке в продаже появился набор для сборки под названием “Трубчатый тяни-толкай усилитель SIPP 6J1X2 6P1X4” 🙂 Совпадение?
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. 🙂
В первый раз этот (BlueNote S3) усилитель попал ко мне примерно в 2009 году. Фото оригинальной конструкции (взяты на просторах интернета) –
Технические характеристики:
Выходная мощность: 2 x 40W (20Hz-20 000Hz)
Частотный Диапазон: 20Hz-20 000Hz (+/- 3 dB)
Уровень помех на выходе усилителя: -90 dB
THD: 0,2% (20Hz-20 000Hz)
Входное сопротивление: 47kΩ
Чувствительность: 550mV
Габаритные размеры: 430 x 90 x 350 mm
Вес: 10 kg
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 –
Технические характеристики:
Номинальная выходная мощность: ~2 x 30W (10Hz-20kHz) @ 4 Ohm
Минимальное сопротивление (импеданс) нагрузки = 2 Ohm
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 –
Технические характеристики –
Входное сопротивление = 47 кОм
Выходное сопротивление =< 0.6 Ом
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.
Технические характеристики –
Входное сопротивление >= 10 кОм
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.
