Это сайт о моем хобби – аудио оборудовании на Лампах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "I was the Walrus, But now I'm John" – John Lennon 1970
Zen Monster переехал в новый, полностью алюминиевый корпус. Это одна из последних версий Zen Monster – балансный вход, балансный выход, регулятор на дискретных резисторах KOA, печатные платы с покрытием иммерсионным серебром. Резисторы Dale, конденсаторы Nichicon FG (Fine Gold), монтаж медным проводом в тефлоновой изоляции, припой Felder (Germany) Sn62Pb36Ag2 с безотмывочным флюсом. Мощное, открытое, детальное звучание. Именно то, что нужно для Mahavishnu Orchestra 🙂
После завершения проекта Моноблоков на 300В с трансформаторами Hashimoto меня настойчиво преследовала 🙂 мысль о том, что пора уже попробовать что-нибудь подобное и в моей системе. В “тумбочке” довольно давно лежала четверка ламп 2A3 производства Sovtek начала 2000-х годов. По факту, их звучание имеет мало общего с оригинальными 2A3, а по характеристикам это скорее уменьшенная в размерах 300В с напряжением накала 2.5V.
И так уж совпало, что в начале зимы после одной из доработок-переделок мне случайно попала пара OEM однотактных выходных трансформаторов от компании Silk Audio. Трансформаторы рассчитаны на подключение нагрузок 8 и 4 Ом, при этом Ra = ~ 2.5К. Габариты сердечника, низкое сопротивление первичной обмотки постоянному току и небольшая толщина пластин давали надежду на то, что максимальный ток первичной обмотки трансформатора может быть довольно большим (>100 mA) что, в свою очередь, наводило на мысль о выходном каскаде на двух параллельно включенных триодах. В принципе, ничто не мешает применить и один триод – 2A3, 300B или тетрод (пентод) 6CB5, KT88 в триодном включении, но ожидаемое выходное сопротивление усилителя в этом случае было бы около 3 Ом, что не очень хорошо для моей акустики. Почему-то мне не хотелось перенастраивать фазоинвертор и разделительный фильтр еще раз 🙂 А вот если в однотактном выходном каскаде применить параллельное соединение ламп (PSE) – то, собственно – почему бы и нет – выходное сопротивление будет сравнимо с выходным сопротивлением моего теперешнего двухтактного усилителя. Четверка 2A3 из “тумбочки” не отличалась точной идентичностью характеристик, поэтому в конструкции обязательно было необходимо предусмотреть раздельную регулировку тока покоя каждой из ламп. Но, так как лампы практически новые, с качественным вакуумом и относительно оригинальных 2A3 сделаны с запасом по допустимой мощности – то можно ожидать, что с фиксированным регулируемым смещением выходной каскад будет иметь устойчивую термостабильность.
После мыслей о выходном каскаде нужно подумать и о драйверном (входном) каскаде. С одной стороны, хотелось бы получить “певучесть и выразительность” – и тут маломощным триодам пожалуй нет конкуренции. С другой стороны, для “моей” музыки необходима “скорость и динамика”, а это приводит к необходимости применения мощных пентодов. Так как в моей системе есть предусилитель, то большого усиления от драйверного каскада не требуется, поэтому с пентодами я решил пока не спешить, а для начала попробовать одиночный триод 6С2С (6J5). Что могу сказать – с 6J5 в общем-то все довольно хорошо – звук динамичный, плотный, насыщенный. Но я заметил интересную “тенденцию” – чем более “винтажные” 6J5 я слушал, тем звук становился все более разнообразнее, “текучее” и выразительнее. Музыка “лилась” все лучше и лучше. 🙂 Это объяснимо – звучание “винтажа” очевидно облагораживает “новодел”. (Как там было у Лихницкого – “дисциплинированные винтажные сущности перевоспитывают современные сущности”)
И тут я вспомнил, что у меня в “тумбочке” лежит несколько двойных триодов 6N7GT (фигурная стеклянная колба) от Sylvania 1939 года. Две половинки “винтажного” триода параллельно на входе, два “новодельных” прямонакальных триода параллельно на выходе. Получается не только “благородный купаж” , но и последовательная синергия схемотехнического решения. 🙂
Схема моноблока PSE усилителя с блоком питания
Схема усилителя.Схема блока питания. Вполне традиционная 🙂
Чуть позже я немного подстроил режим работы драйверного каскада, уменьшил сопротивление анодной нагрузки. И да, никакого “хорового пения при параллельном соединении ламп”, как это утверждалось на одном из форумов – я не наблюдаю.
Несколько фото.
Пустые панельки оставлены для возможной модернизации и прямого сравнения схемотехнических решений (сдвоенный триод vs мощный пентод и т.п.), а так же для сохранения возможности “отката” на исходные двухтактные позиции 🙂
Основные технические характеристики усилителя
Входное сопротивление = 5 кОм
Выходное сопротивление =<~ 1.5 Ом (для выхода 8 Ом)
Номинальная нагрузка = 4, 8 Ом.
Номинальное входное напряжение = 5V RMS
Максимальное выходная мощность на нагрузке 8 Ом = 6W RMS
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального = 25Гц….28 кГц.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 3.5%, в основном 2-я гармоника. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -22dB.
P.S. Думаю, что у внимательного читателя уже возник вопрос – так все-таки, какие же основные отличия в звучании двухтактного и однотактного усилителей? В моем случае фактически получились максимально близкие условия сравнения – тот же источник сигнала, тот же блок питания, та же драйверная лампа, те же выходные лампы, та же акустика, те же сигнальные провода. Выходные трансформаторы конечно разные 🙂
Во-первых – Двухтактный усилитель на прямонакальных триодах – не очень хорошая идея. Слишком мало искажений. 🙂 ВАХи прямонакальных триодов – 45, 2A3, 300В – эквидистантны и линейны в широком диапазоне напряжений и уровень второй гармоники на максимальной выходной мощности будет небольшой. В двухтактном выходном каскаде четные гармоники частично компенсируются, поэтому при слишком уж правильной настройке драйверного каскада на выходе усилителя можно получить совсем не музыкальный спектр искажений – с низкими, но близкими уровнями четных и нечетных гармоник. Звук будет очень чистый, объемный – я его называю “теплый транзисторный звук” 🙂 Из-за скудного спектра гармоник звучание такого двухтакта на малых уровнях громкости несколько теряет в “насыщенности” и “объемности” и система слышимо “просыпается” на уровнях громкости чуть выше среднего. Такой “переход объема” при изменении уровня громкости особенно заметен на акустике с низкой отдачей. Эта проблема легко решается, если применить в выходном каскаде косвенонакальные тетроды (пентоды) в триодном включении, в этом случае при правильной и точной настройке уровень нечетных гармоник можно уменьшить до 0.05…0.1%, при уровне четных гармоник 1…2% (на полной выходной мощности). В детальности, объемности и выразительности звучания такой двухтактный усилитель покажет себя очень уверенно, а в большинстве случаев по динамике и подвижности звучания уверенно “переиграет” однотактный усилитель сравнимой мощности. Из очевидных преимуществ двухтактного выходного каскада на триодах можно отметить то, что низкое выходное сопротивление усилителя достигается довольно легко и без необходимости применения общей ООС.
Во-вторых – Однотактный выходной каскад PSE усилителя на триодах органично и “по умолчанию” решает проблемы “правильного” спектра гармоник, требуемого выходного сопротивления и требуемой выходной мощности. Из очевидных особенностей схемотехнической реализации – высокая динамическая входная емкость каскада, что требует внимательного подхода при выборе лампы драйверного каскада и необходимости периодически контролировать и подстраивать режимы работы из-за “старения” ламп.
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.
Так уж получилось (по техническим причинам), что реализация этого проекта сильно затянулась по времени. Тем не менее, после всех этихнеожиданностей проект был завершен успешно. Оконечные усилители-моноблоки на 300В собраны для домашней аудиосистемы и работают в комплекте с предусилителем Zen Guru на лампах 6J5 (6L5) c трансформаторами Hashimoto (фото первого варианта предусилителя, позже он был пересобран на стальном шасси)
Схема моноблоков примерно та же, о которой я рассказывал в октябре 2016 года (см. “Еще раз о 300В”).
Схема усилителя и часть схемы блока питания
Вторая часть схемы блока питания
Усилитель двухкаскадный, с трансформаторной связью. Первый каскад – на одной из моих самых любимых ламп – 6AC7 в триодном включении. “Наш” аналог этой лампы – 6Ж4. Коэффициент усиления первого каскада ~ 45, максимальное выходное напряжение ~ 72V RMS (~200V рeak-to-peak). Межкаскадные трансформаторы – Hashimoto A-115.
Второй каскад – на так называемом “легендарном” 🙂 прямонакальном триоде 300В, в безопасном режиме – напряжение анод-катод = 340…360V, ток покоя 70…80 mA. Приведенное сопротивление анодной нагрузки = 3.5 кОм, выходные трансформаторы Hаshimoto H-20-3.5U. Выбранный режим очень музыкален и довольно далек от максимально допустимых значений для 300В. Я проигнорировал известный аудиофильский совет J.C. Morrison – “Fry your triodes”.(жарьте ваши триоды), так как считаю, что не следует требовать от обычной 300В того, чего она не может дать 🙂 .
Для лучшей термостабильности применено комбинированное смещение, этот вариант позволяет оперативно подстраивать режим каскада по мере приработки ламп. Тем не менее, конструктивно катодный резистор автосмещения состоит из двух резисторов, то есть предусмотрена технологическая возможность переключения каскада в “горячий” режим, а при некоторой модификации источника напряжения смещения выходной каскад можно перевести в “максимально-рискованный” режим с фиксированным регулируемым смещением. Но я рекомендую проводить такие эксперименты только и исключительно “супер-продвинутым” пользователям, имеющим в наличии пополняемый запас ламп 300В 🙂
Блок питания
В блоке питания я применил силовой трансформатор Hashimoto PT-220(R) Выпрямитель – обычный, на диодах D1 D2, фильтр анодного напряжения с плавным нарастанием выходного напряжения – на полевом транзисторе.
Для минимизации уровня фона накал ламп 300В питается от выпрямленного и стабилизированного напряжения. Стабилизатор так же обеспечивает плавный разогрев нити накала. При включении, когда нить накала еще холодная и ее сопротивление постоянному току низкое, стабилизатор переходит в режим ограничения тока, по мере разогрева нити накала ее сопротивление возрастает и на ней плавно устанавливается требуемое напряжение.
Выпрямитель напряжения сеточного смещения – однополупериодный, на диоде D7. CRC фильтр напряжения смещения собран на C8R23C9. Выбор диапазона регулировки задается резисторами R7 R9, если номинал резисторов R7=0 и R9 = 1 кОм, то диапазон регулировки напряжения смещения максимально широк. Плавная регулировка напряжения осуществляется многооборотным подстроечным резистором R8. Ограничительный резистор R9 – необходим, он защищает от случайной установки напряжения смещения =0V. При комбинированном смещении лампы выходного каскада некоторое минимальное отрицательное напряжение сеточного смещения должно присутствовать всегда.
Небольшое отступление от основной темы
Внимательный читатель вероятно заметил, что в своих конструкциях я предпочитаю не применять выпрямители на кенотронах и фильтры на дросселях. Причин этому несколько. Во-первых, накал “стандартного” кенотрона потребляет примерно 15W ценной мощности силового трансформатора. Во-вторых, помимо того, что падение напряжения на кентроне довольно большое (40…70V), оно еще и нестабильно и сильно зависит от тока нагрузки. В третьих, конструктивно кенотрон представляет собой стеклянную трубку с электродами, на которые подается высокое напряжение переменного тока – то есть фактически на шасси у вас располагается дополнительный источник наводок. В четвертых – так называемый “звук” кентрона – это еще одна переменная в системе уравнений “хорошего звучания”. Цель разработчика – найти решение, а не множить “сущности” без всякой на то необходимости. Эзотерические “сущности” в этом месте схемы – совершенно неуместны. 🙂 Если силовой трансформатор рассчитан и выполнен конструктивно правильно, то вместо кентронов можно (и нужно) применять современные полупроводниковые диоды, а вместо громоздких дросселей – транзисторные фильтры. Технические и “звуковые” характеристики блока питания от такого решения только выиграют.
Максимальное выходная мощность на нагрузке 4 (8) Ом = 6W RMS
Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 8 Ом при выходном
напряжении = 0.7 от максимального = 30Гц….88 кГц.
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 2.5%, 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.
Примерно три недели назад мне принесли мой двухтактный усилитель 2012 года.
На фото – версия усилителя с выходными лампами 6П41С. В дальнейшем были заменены на 6П3С
Конструкция довольно успешно и интенсивно проработала в системе замечательного увлеченного меломана Вадима из г. Находка, но недавно одна из выходных ламп все-таки вышла из строя и усилитель нуждался в небольшом ремонте и профилактике. В ходе обсуждения деталей появилась идея – а не сделать ли этот двухтактный усилитель однотактным? У Вадима в запасе оказался интересный комплект винтажных ламп EL34 от Mullard и 12AX7 от Telefunken, а у меня очень удачно оказалась “под рукой” пара однотактных выходных трансформаторов, изготовленных Эдуардом на сердечниках Hammond. Помимо хорошего “железа” трансформаторы интересны еще и тем, что в их конструкции предусмотрена обмотка катодной ОС. Делать обычный однотакт на EL34 в триодном или в пентодном включении с общей ООС – было бы слишком традиционно 🙂 , а вот посмотреть (на осциллографе и анализаторе спектра) и послушать (в системе) и напомнить как “звучит” настоящая катодная ОС – было очень интересно.
Двухтактник был полностью разобран, лишние отверстия закрыты накладками, пришлось просверлить несколько дополнительных крепежных отверстий для выходных трансформаторов и заново покрасить шасси.
Вот что получилось в результате:
Схема переделанного усилителя –
Однотактный усилитель на 12AX7 и EL34 с катодной связью в выходном каскаде
Традиционная двухкаскадная схема, первый каскад – на соединенных параллельно “половинках” двойного триода 12AX7. Такое решение я выбрал потому, что от драйверного каскада требовался вполне определенный спектр гармоник, по этой же причине катодный резистор не шунтирован конденсатором. Второй каскад – с комбинированным регулируемым смещением. EL34 – в пентодном включении, в каскад введена последовательная ООС по напряжению через дополнительную катодную обмотку. Соотношение витков катодной и анодной обмоток ~1 к 9, то есть коффициент обратной связи β=Wк/(Wa+Wк) = 0.1. В таком включении каскад на EL34 ведет себя “как будто” это каскад на триоде с “мю” около 8 и внутренним динамическим сопротивлением около 1.6…1.8 кОм. Выходное сопротивление каскада для нагрузки 8 Ом составляет около 2.7…3 Ом, выходная мощность – около 5…6 Вт. Так много “около” потому, что выходные характеристики существенно зависят от тока покоя каскада. На мой слух (и измерения это подверждают 🙂 ) наиболее гармоничный спектр искажений на выходе усилителя получается при токе покоя = 68 mA, при этом на полной выходной мощности происходит частичная компенсация гармоник второго каскада гармониками первого. В итоге на выходе – плавноспадающий спектр искажений, примерно 4% – вторая гармоника, 0.2% – третья, 0.1% – четвертая, уровень гармоник более высоких порядков ничтожно мал. Так как смещение каскада комбинированное регулируемое, то в качестве входных ламп можно установить например 6L6G, 5881, 6CA7, 807 (с переходником), KT66, KT88 и (даже) “наши” 6П3(С)(EB). Конечно при замене ламп режим каскада обязательно нужно подстроить.
Я применил вполне обычные комплектующие – резисторы Vishay-Dale Copper Film и проволочные резисторы Dale, конденсаторы в источнике питания – Nippon Chemicon, Panasonic и Rubycon. В качестве межкаскадных я применил рулонные конденсаторы ФТ3 (фольга + тефлон) 70-х годов выпуска (военная приемка). Помимо поистине выдающихся габаритов 🙂 , они отличаются весьма интересными музыкальными свойствами – звучание усилителя получается чистое, четкое с отличной проработкой ВЧ диапазона и локализацией КИЗ.
Усилитель благополучно эксплуатируется в составе системы с большой полочной ШП акустикой на динамиках Tang Band TB W8-1772.
Проектируйте оборудование избегая сложных технологий сборки, обработки и покраски материалов. Дизайн должен быть дружественным, простым и интуитивно-понятным в использовании.
Постоянно тренируйте слух, очень важно помнить, как звучат «живые» музыкальные инструменты, вокал. По возможности посещайте оперу и авторские концерты «живой» музыки. У музыки, как у очень творческого вида искусства- есть мощная внутренняя энергия, попытайтесь ее хотя бы почувствовать.
Как только вы почувствуете энергию музыки – у вас возникнет естественное стремление к тихому, естественному, тонально и интонационно разнообразному, реалистичному и комфортному звучанию без назойливой «навязчивости» и (или) преувеличения музыкальных образов. Далее очевидно-логичен п.1
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. 🙂
Акустика была анонсирована в октябре 2021 года. Здесь и сейчас – более подробный рассказ и (уже осознанные) 🙂 впечатления.
Итак, на начало 2021 года практически вся моя личная акустика, включая замечательные полочники на 8″ Eminence и 6.5″ ШП Tang Band уехали к новым счастливым владельцам. В итоге я остался один на один с вот таким набором динамиков: 12″ Woofer Eton Orchestra, 8″ Full Range Tang Band 2145 и парой ленточных твиттеров NeoX 2.0 от Fountek. Большие “тестово-отладочные” корпуса тоже остались у меня. (Как оказалось – ненадолго). Я довольно быстро собрал трехполосную акустику с “широкой” серединой и неторопливо проводил опыты с разделительными фильтрами, внимательно отслушивая разные варианты, а примерно в октябре 2021 года мой набор динамиков переселился в новые, специально изготовленные для них корпуса. Эти корпуса изначально разрабатывались так, чтобы можно было легко и (сравнительно) быстро изменить оформление НЧ звена между ЗЯ, ФИ и ПАС. В качестве ПАС я в очередной раз применил “знаменитый” Flow Resistor от ScanSpeak. Такой же Flow Resistor я применил и в оформлении СЧ звена.
В процессе “переселения динамиков” неожиданно открылась “страшная тайна” ленточных твиттеров Fountеk – а именно то, что они примерно через месяц интесивной эксплуатации заметно (до -6db) и, к сожалению, в разной степени теряют свою отдачу. Эта неприятная особенность вызвана растяжением ленты и снижение отдачи можно скорректировать, немного “подтянув” ленту. Иструкцию о том, как это делается можно легко найти на просторах интернета, но сразу скажу – если у вас нет необходимой сноровки и терпения, а так же измерительного оборудования – я настоятельно не рекомендую пытаться выполнить эту процедуру самостоятельно. В итоге, эта открывшаяся “страшная тайна” сильно подпортила репутацию Fountek и дальнейшее применение их ленточных твиттеров в моих конструкциях не планируется 🙂 .
Итерация № 1. Фильтр – традиционный параллельный.
Схема “традиционного” варианта фильтра выглядит так –
В общем – ничего особенного, первый порядок с цепью Зобеля на НЧ, второй порядок на СЧ, третий порядок с аттеньюатором – на ВЧ. Такая конфигурация практически гарантирует “правильную”, гладкую АЧХ и умеренно-неравномерную Z-ЧХ.
Расчеты:
Измерения:
В общем, практически с первого раза все (вроде бы) получилось “хорошо и правильно”. Звучание акустики с такими фильтрами – ровное, в меру выразительное, в меру строгое с хорошо локализуемыми КИЗ и довольно ограниченной областью “sweet spot” – то есть пришлось подвигать акустику (и диван) по комнате и внимательно выбрать точку для сосредоточенного прослушивания. И еще одна особенность – динамики не очень чувствительные, поэтому возникли особые требования к требуемой подводимой мощности. И да, конечно это ловушка – после примерно третьей доработки усилителя я начал подозревать что проблема не в нем и пожалуй уже точно пора дорабатывать акустику, а не усилитель. Первая мысль – снизить порядок фильтров и таким образом улучшить отдачу. Но, как я уже упоминал ранее – на практике это решение почти всегда ошибочно. Дело в том, что при низкой частоте раздела между НЧ и СЧ из-за параллельного соединения звеньев фильтра происходит наложение пиков импедансов НЧ динамика и ШП динамика в СЧ звене, что заметно снижает итоговую добротность НЧ звена, то есть пик итогового НЧ резонанса становится ниже и шире. На графике зависимости импеданса от частоты это проявляется как некоторая “полочка” на “седле” 🙂 между резонансными НЧ пиками. Это могло бы быть хорошо и “полезно”, если бы не вполне отчетливо слышимая модуляция СЧ диапазона в зависимости от уровня НЧ составляющей сигнала на средней и высокой громкости звучания – КИЗ размываются, локализация источников звука теряется. Поэтому параллельные фильтры первого порядка при низкой частоте раздела НЧ и СЧ (ВЧ) – это не самое лучшее решение. И тут я вспомнил о таком интересном варианте, как последовательный фильтр.
Итерация №2. Последовательный фильтр.
Этот тип фильтров стал широко известен в начале 70-х годов благодаря докладу Richard Н. Small на одной из сессий Audio Engineering Society. В материалах доклада в частности была такая интересная таблица.
Приведенная выше часть таблицы относится к расчету номиналов последовательного фильтра первого и квази-второго порядков.
(Почти) окончательный вариант схемы последовательного разделительного фильтра
Измерения:
Импеданс последовательного фильтра без нагрузки, импедансы НЧ и ВЧ звеньев
Импеданс НЧ звена – оформление ФИ и ПАС
Итоговый импеданс
Первоначальная АЧХ. Отчетливо видна “яма” на нижних СЧ, то есть полярность СЧ ВЧ динамика нужно поменять. В свою очередь это означает, что порядок фильтра скорее второй, чем первый
Коэффициент гармоник @1V@1000Hz
Я применил квази-второй порядок НЧ-СЧ фильтра. Это несколько ухудшило равномерность АЧХ и Z-ЧХ, но позволило сохранить сфокусированность КИЗ в широком диапазоне подводимой мощности. Уже при первом включении я заметил, что акустика “дышит”, музыка свободно льется и при небольшом уровне громкости. Идея о доработке и “подборе” требуемой мощности усилителя потеряла актуальность.
Несколько интересных фото.
Параллельный фильтр –
Последовательный фильтр –
“Лишние” детали 🙂
Фото готовой акустики.
P.S. (Апрель 2022)
Немного подкорректировал номиналы элементов разделительного фильтра. По-прежнему, обошелся без пассивной аттеньюации – то есть резисторов в фильтре нет. АЧХ акустики в моей системе, снятая в месте прослушивания (на диване), НЧ оформление – ФИ, ШП СЧ динамик – без виззера. Обратите внимание на то, что в диапазоне 50 Hz…20 kHz отклонение АЧХ укладывается в 5dB. Интересен и ход АЧХ на частотах ниже 40 Hz – это к вопросам об итоговой АЧХ всей системы и акустической подготовке комнаты для прослушивания. 🙂
Представляю вашему вниманию одну из моих прошлогодних конструкций, собранную для известного российского аудиофила из г.Москва.
Это усилитель для наушников – однотактный, двухкаскадный, особенность конструкции в переключаемом режиме работы выходного каскада и возможностью регулировки глубины общей обратной связи.
Схема Усилителя
Первый каскад особенностей не имеет и был неоднократно применен мной ранее – классический SRPP на двойном триоде 6SL7. Такой драйверный каскад хорошо звучит и почти идеально подходит для оконечного каскада на пентоде или триоде средней мощности, для которого не требуется большая мощность раскачки.
Второй каскад имеет некоторые особенности, в нем предусмотрена работы лампы (лучевой тетрод 807) в тетродном или триодном режимах. Возможность такого переключения может быть очень интересна для системы с большим ассортиментом наушников различной чувствительности и импеданса. Схемотехническая особенность реализации такого переключения состоит в том, что в случае тетродного включения напряжение на второй сетке требуется выбирать близким к напряжению на аноде. Это необходимо для того, чтобы при переключении в триодный режим (вторая сетка соединена с анодом) ток покоя оставался в заданных пределах. Если напряжение на второй сетке выбрать существенно меньше напряжения на аноде, то – так как напряжение смещения остается неизменным – в случае переключения в триодный режим ток покоя будет существенно меняться. Так как в тетродном режиме выходное сопротивление каскада довольно высокое (около 300 Ом), то для его уменьшения я применил ООС с регулируемой глубиной. Такая регулировка позволяет непосредствено оценить “музыкально-слуховые” особенности звучания тетродного (пентодного) и триодного вариантов включения выходной лампы, выбрать и настроить звучание по своему предпочтению и вкусу.
Как известно, регулировка глубины ООС влияет на АЧХ, состав искажений на выходе, выходное сопротивление и общее усиление по напряжению.
При более глубокой ООС – АЧХ во всем диапазоне рабочих частот наиболее плоская, усиление сигнала по напряжению – меньше, при менее глубокой – на АЧХ появляется очень плавный подъем примерно на 1…2dB в диапазоне 100Hz…10kHz, а усиление становится больше.
При минимальной ООС – выходное сопротивление максимально, в спектре искажений преобладают вторая и четвертая гармоники, при максимальной ООС – выходное сопротивление минимально, а в спектре искажений появляются нечетные гармоники – третья и пятая. Их уровень становится сравним с уровнем четвертой гармоники.
Выходное сопротивление усилителя и его усиление входного сигнала по напряжению минимальны при установке переключателя режима работы выходного каскада в положение «Триод», переключателя типа нагрузки в положение «Low» и при максимальной глубине ООС.
Для большинства наушников – выходное сопротивление усилителя не имеет такого решающего значения, как для акустики. В некоторых, очень особых случаях при более высоком выходном сопротивлении в НЧ диапазоне субъективно проявляется «гулкость», а в СЧ диапазоне «подвижность и живость» – поэтому «правильное» положение переключателя типа нагрузки «Low/High» и регулятора глубины ООС – зависят исключительно от предпочтений слушателя.
Схема блока питания.
Блок питания – почти классический, с выпрямителем на кенотроне и транзисторным фильтром, который и является некоторой особенностью. Собственно, мне не хотелось излишне утяжелять конструкцию, поэтому применение фильтра на транзисторе в этом случае (да и в большинстве других случаев 🙂 ) – вполне уместно. И да, такой фильтр несколько лучше “демпфирует” перепады напряжения на выходе кенотронного выпрямителя при изменении тока нагрузки.
Несколько фото:
P.S. В процессе разработки и сборки конструкции был отлажен интресный и максимально простой вариант схемы – без дополнительных регулировок и общей OOC.
Схема Интересного Варианта
В выходном каскаде я применил местную катодную ООС, а в блоке питания – выпрямитель на ПП диодах и транзисторный фильтр. Я считаю, что это максимально эффективный двухкаскадный однотактный усилитель для наушников с выходным каскадом на тетроде/пентоде. При очень приличной выходной мощности (4…8W в зависимости от примененной выходной лампы) – по динамике, выразительности и изяществу звука он легко и непринужденно 🙂 переиграет так называемый “легендарный” Woo Audio WA-5 с выходным каскадом на триоде 300B, не говоря уже о вдвое меньших габаритах и весе. Эту конструкцию я рекомендую к повторению, из однотактных двухкаскадных усилителей для наушников на лампах – она, пожалуй, наиболее эффективна по соотношению качества звука и цены. *R10 = 250…330 Ом 5W
Небольшой отзыв – взвешенное впечатление от конструкции, Май 2023 г –
“…Усилитель работает без нареканий. Под него я доработал систему и уже более года просто слушаю музыку. Именно для этого ведь нужны все эти железки, не правда ли? Думаю, это показывает класс вашей работы. Благодарю вас.“
