Upgrade портативного плеера Colorfly C4 Pro

В одно обычное летнее утро позвонил мне известный на doctorhead.ru форумчанин SharapOFF и попросил посмотреть, что случилось с его портативным плеером Colorflу C4 Pro после того, как его случайно уронили  (на бетонный пол ?) 🙂

Вскрытие показало, что ничего особенно страшного не произошло. Питание в плеере организовано от аккумулятора, через несколько импульсных преобразователей напряжения. В результате удара в одном из преобразователей сломался дроссель, и, естественно, нужное напряжение на выходе пропало. Дроссель был заменен, после чего плеер заработал как новый. По ходу рассмотрения внутренностей конструкции возникло несколько идей. Во-первых, поскольку Colorfly С4 Pro может работать как портативный ЦАП, да еще и с различными частотами дискретизации, было высказано предложение об организации линейного выхода, чтобы, как минимум на “независимом” внешнем усилителе оценить все особенности звучания Colorfly как ЦАП и, может быть, сравнить звучание внешних источников и внутреннего проигрывателя цифровых файлов.  Во-вторых, не совсем понятно, почему в конструкции применен аккумулятор сравнительно небольшой емкости, хотя  вроде как ничего не мешает установить более емкий.  Было решено попробовать это сделать. В третьих, выявились некоторые претензии к звучанию устройства, в частности к уровню и качеству НЧ, причину этого нужно было выяснить подробнее.  Рассмотрение схемы показало, что сигнал с выходов микросхемы ЦАП поступает на схему фильтра- усилителя, выполненную на операционном усилителе, затем на движковый регулятор громкости, и с него на усилителя мощности, с выходов которых, через разделительные конденсаторы, на два выхода (один выход (6.3мм – “толстый”) предназначен для высокоомных, а другой (“тонкий”) – для низкоомных телефонов). Я обратил внимание на то, что разделительные (выходные) конденсаторы применены сравнительно небольшой емкости = 470 мкФ. Для низкоомных наушников (~ 30 Ом)  такая емкость в общем-то минимально-достаточна, но в данном случае больше – лучше. По ходу было принято решение использовать “тонкий” выход как линейный. Я убрал с платы конденсаторы 470 мкФ (4шт) и балластные резисторы для “тонкого” выхода (110 Ом, 2 шт). Соединил выходы операционного усилителя на “тонкий” разъем, и на “толстый” выход установил выходные конденсаторы емкостью 2200 мкФ марки Pаnasonic FC. Помимо этого я выпилил нижнюю часть деревянного корпуса, что позволило установить более емкий аккумулятор. Отверстие было затем закрыто декоративной металлической накладкой в “тон” цвету панели устройства. Дальнейшее прослушивание полностью оправдало проведенную модификацию – уровень НЧ “подравнялся”, звучание было оценено как отличное.

2010 год                                                                                             г.Владивосток

Upgrade CD-проигрывателя Original CD-2008

Этот проигрыватель приобрел по случаю один мой хороший знакомый, любитель классической музыки 20-го века.  В смысле потребительских свойств этот проигрыватель удовлетворял его полностью, но вот в смысле звука… В принципе, звучал он многообещающе — с объемом, хорошей прорисовкой сцены, но тембрально — звук был неточен, нестабилен и груб. Мне было доверено выяснить  причину и, по возможности, исправить ситуацию к лучшему.

Вскрытие показало следующие конструктивные особенности – в проигрыватель установлено два ЦАПа, одних из них  (PCM 1732) предназначен для воспроизведения SACD, второй – для CD (PCM 1792). ЦАП для CD собран на основной плате, схема выходного каскада практически идентична типовой. ЦАП для SACD собран на отдельной платке, которая крепится на разъемах поверх основной платы. Переключение выходов между этими двумя ЦАП осуществляется при помощи  реле.  Поскольку SACD в коллекции владельца проигрывателя отсутствовали и их появление не планировалось, платка ЦАП на 1732 отправилась в мусорку. Туда же отправилась и схема коммутации, а так же плата формирователя балансного выходного сигнала. Операционные усилители OPA604 были заменены на серию LT1XXX, стабилизаторы серии 78XX и LM317 были заменены на серию LT. Так же пришлось немного повозиться с размещением шунтирующих конденсаторов в цепях питания, китайские электролиты были заменены на конденсаторы Elna Silmic, керамика-  на Panasonic серии NPO. Питание генератора было дополнительно шунтировано емкостями Sanyo OS-Con.  Поскольку с доработанным питанием коммутационные помехи на выходе ЦАП практически отсутствовали, то из схемы выходного каскада ЦАП были убраны ключи и  выходные конденсаторы.

После доработки звучание проигрывателя преобразилось. От грубости и жесткости не осталось и следа – звук ясный, четкий, тонально выверенный и достоверный. До сих пор помню удивленное, восхищенное и довольное выражение лица моего знакомого, когда я включил ему Хейфеца…..

Ноябрь 2010 год                                                                                             г.Владивосток

Китайский Музыкальный Ангел из Украины

История этого усилителя довольно занимательна. Он был куплен  в Украине неопытным энтузиастом ламповой техники. При покупке была рассказана красивая легенда про старого опытного мастера, который долгими бессонными ночами работал над этой уникальной конструкцией на знаменитой лампе 300В… И что этот усилитель, после доработки, легко “кроет” любой усилитель в ценовом диапазоне до $5000… И что только финансовые обстоятельства заставили  выставить изделие на продажу… Думаю, что нет необходимости подробно объяснять, что все это была сплошная выдумка, так сказать “маркетинговый ход”. Самый обычный китайский усилитель от Music Angel, с немного странноватой, хотя и в чем-то интересной схемой, собранной из сомнительного качества комплектующих неизвестного происхождения. Доработка, по всей видимости, заключалась в замене ламп и пары-тройки резисторов.

Из явных, видимых и слышимых недостатков:  при включении усилителя кенотрон вспыхивал синим цветом,  это значит, что по какой-то причине при старте усилителя через выпрямитель протекал чрезмерный ток. Очевидно, что долго так  “вспыхивать” он бы не мог,  в конце концов просто бы перегорел.
Панельки для ламп – ну очень , скажем так, недорогие-  при работе периодически пропадал накал, который восстанавливался  шевелением лампы в панельке. Регулятор громкости – совсем уж простой, конденсаторы- самые простые. Некоторое количество резисторов  были качественные Allen Bradley, но остальная часть резисторов наши МЛТ (им вообще в аудиотехнике не место) и обычные Ohmite. Несколько озадачило применение в цепи автосмещения 300В зеленого проволочного резистора ностальгически похожего на наш ПЭВ….. Я ничего против них не имею, но не в этом месте. 🙂 О звуке – все играло как-то  уж слишком просто, плоско, зажато и…музыка не “лилась”. В общем, на мой взгляд тема 300В не была раскрыта. 🙂

Что пришлось сделать мне.

При вскрытии выяснилось, что в общем-то изначально перспективная схема усилителя на 300В была загублена не совсем подходящими трансформаторами и некоторыми странными Китайскими “вспомогательными устройствами ” (например, никуда не подключенным таймером, который при включении усилителя некоторое время  зачем-то “моргал” светодиодом). Поскольку выходные трансформаторы при токе покоя, необходимом для работы лампы 300В имели  сравнительно небольшую индуктивность (примерно 9Н…10Н при 100mA на частоте 50 Гц), при этом приведенное сопротивление первичной обмотки составляло 4.8…5кОм, оставить выходной каскад на 300В было нереально. При таких параметрах выходных трансформаторов нормального уровня НЧ от этого усилителя добиться было невозможно. Звучание было плоским, зажатым и с заметным ограничением уровня НЧ. Дальнейшие замеры выходных трансформаторов показали, что при меньшем токе (примерно 50-60 mA)  индуктивность первичной обмотки составляет минимально- приемлемое значение 16Н, а если на 8 Омный выход вторичной обмотки подключить нагрузку 4..6 Ом, то и приведенное сопротивление первичной обмотки становится более-менее приемлемым (2.5…3 кОм). Таким образом, с этим трансформатором  логично применить лампу менее мощную, чем 300В, но имеющую примерно такое же внутреннее сопротивление.  Из прямонакальных триодов самый подходящий вариант – это 2A3. Но для работы 2А3 в выходном однотактном каскаде требуется напряжение источника питания всего 250…290 Вольт, а силовой трансформатор   этого усилителя имеет напряжение силовой обмотки – 420 Вольт переменного тока, что, с учетом падения напряжения на кенотроне и фильтре блока питания дает на выходе блока питания примерно 430…440 Вольт напряжения постоянного тока под нагрузкой.

Было решено построить усилитель по схеме с непосредственной связью каскадов, что, во первых, позволило убрать критичный для качества звука межкаскадный конденсатор и, во-вторых более менее выгодно утилизировать излишне высокое напряжение источника питания.

В итоге от первоначальной схемы и конструкции усилителя почти ничего не осталось. Были использованы – шасси с механическими элементами, силовой и выходные трансформаторы, разъемы. Панельки для ламп были заменены на качественные, лишние печатные платы и элементы схемы – выброшены в мусор. Регулятор громкости был заменен на Alps Blue Velvet.

Выводы ненужных вспомогательных обмоток силового трансформатора – обрезаны, заизолированы и спрятаны внутрь его кожуха, что позволило существенно облегчить тепловой режим его работы.  Накальные обмотки для ламп входного каскада – сфазированы и соеденены параллельно -для улучшения нагрузочной способности и облегчения теплового режима.  Для питания накала ламп выходного каскада  установлены два небольших трансформатора Hammond с выходным напряжением  2.5V при токе 3A.

Схема усилителя

Блок питания.  UkroChina_Schem_001

Выпрямитель выполнен по традиционной двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой вторичной обмотки силового трансформатора. В качестве выпрямителя применен кенотрон, в этой схеме можно применить кенотроны марки 5Ц3С, 5U4, 5AR4 и другие октальные, расcчитанные на ток нагрузки не менее 200 mA и имеющие падение напряжения под нагрузкой 50…80 Вольт.

Первая фильтрующая емкость – сравнительно небольшая, но качественная 🙂 – Sprague Atom 20uF 600V. Фильтр выпрямленного напряжения – электронный, в качестве регулирующего элемента применен высоковольтный iGBT транзистор. Электронный фильтр  напряжения источника питания имеет существенно меньший, чем “традиционный” LC фильтр уровень пульсаций, обеспечивает необходимую задержку подачи анодного напряжения и позволяет установить на выходе фильтра конденсатор довольно большой емкости.

Напряжение питания первого каскада усилителя формируется на простейшем параметрическом стабилизаторе на зенер-диодах. Поскольку ток покоя первого каскада усилителя небольшой, применение простого резистивного фильтра в цепи его питания затруднено – балластный резистор получается очень большого номинала (несколько сотен килоом), что приводит к неприемлимо большому времени установления режима работы первого каскада. А в усилителях с непосредственной связью каскадов необходимо, чтобы режим работы первого каскада устанавливался раньше, чем выходного.

Делитель напряжения на выходе фильтра предназначен для формирования небольшого (+20…30 Вольт) напряжения смещения (“поднятия” потенциала) нитей накала ламп первого каскада. Это необходимо для избежания пробоя между накалом и катодом ламп, и для  снижения уровня помех, наводимых на катод  из накальных цепей.

УсилительUkroChina_Schem_002

Собственно, схема усилителя весьма проста – он собран по двухкаскадной схеме, с непосредственной связью каскадов. Первый  каскад — усилитель напряжения с динамической нагрузкой (SRPP). Такой  каскад имеет хороший уровень подавления пульсаций напряжения источника питания, высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление, что при непосредственной связи с управляющей сеткой лампы выходного каскада позволяет полностью ее раскрыть и  вполне уверенно работать даже с заходом в область небольших токов сетки.

Необходимое для работы лампы выходного каскада напряжение смещения формируется как разность между потенциалами ее сетки и катода. Напряжение на катоде задается током покоя каскада  и формируется на катодных резисторах.

Конденсатор, шунтирующий катодные резисторы по переменному току, включен по технологии “Ultrapath”, то есть не  как обычно- на “общий”, а между катодом и “+” источника питания. Такое включение шунтирующего конденсатора позволят существенно, по сравнению с традиционным включением, выровнять частотную и фазовую передаточные характеристики усилителя в области НЧ.  Поскольку источник питания усилителя имеет очень малый уровень пульсаций, их уровень, проникающий в катодную цепь выходного каскада через шунтирующий конденсатор – пренебрежимо мал и значительно ниже уровня помех от цепей накала выходных ламп. Компенсация этих помех производится точными проволочными подстроечными резисторами, включенными параллельно накальным нитям ламп выходного каскада.

Выходная мощность усилителя – примерно 3.5Вт на канал, Номинальное входное напряжение = 1 V RMS. Усилитель очень “отзывчив” на качество используемых ламп, выходное сопротивление, частотная и фазовая характеристики  практически определяются только параметрами выходного трансформатора.  🙂

Июль 2011 год                                                                                                г.Владивосток

Переделка усилителя STAX SRM на 220 Вольт

После публикации на форуме doctrohead.ru в личных сообщениях меня часто спрашивают подробности переделки. Решил выложить их здесь и отсылать интересующихся на свой сайт. 🙂  Вот так выглядит  распайка входных клемм силового трансформатора модели на 100V:

Обратите внимание на два момента – во первых, на плате предусмотрены перемычки, как это обычно бывает в устройствах с универсальным питанием, во-вторых, из трансформатора торчат небольшие кусочки зачем-то обрезанных проводов. «Ларчик», хоть и залит лаком, открывается сравнительно просто. Взглянем более пристально –

Имеем – первичная обмотка, 7 выводов, два провода обрезаны. На 100 (115 ?)V первичка скоммутирована перемычками на плате следующим образом: Коричневый соединен с зеленым и на ноль, серый соединен с белым. Фаза через выключатель и предохранитель подается на желтый. На плате предусмотрено присоединение еще двух проводов – синего (BLU) и пурпурного (PUR). Забавно, что обрезки проводов именно такого цвета торчат из–под клеммной крышки. Овлекаемся, пъем чай, думаем. Замеряем напряжения питания в контрольных точках схемы усилителя. Записываем значения. Ищем в закромах провода  отрезанных цветов, паяем. В результате получается –

Отпаиваем коммутационные перемычки с платы, берем в руки тестер. Итак, трансформатор имеет две первичные обмотки: Синий-Коричневый-Серый и Пурпурный-Зеленый-Белый-Желтый. Очевидно, что Синий-Серый и Зеленый-Белый это крайние выводы идентичных симметричных обмоток, c высокой степенью вероятности это  0-110-115 V . Желтый – вывод дополнительной(?) (10V) обмотки (*** подробности по желтому выводу см ниже), начало которой соединено с Белым. Для работы в сети  230V обмотки следует соединить последовательно, то есть «Ноль» подать на синий, серый соединить с пурпурным, «фазу» подать на белый. Но, на плате не предусмотрена отдельная коммутация «белого» на фазу. Плата разведена так, что «Фаза» всегда подается на желтый, иная коммутация не возможна. По всей видимости, производитель предусмотрел некоторый запас (230…240V) по входному напряжению. Перемычки на плате однозначно коммутируют Ноль на синий и серый на пурпурный, устанавливаем эти перемычки.

Еще раз контролируем соединения, проверяем тестером на отсутствие замыканий. Осторожно включаем… Работает. Проверяем напряжения на выходах блока питания (на плате предусмотрены контрольные точки), особое внимание уделяем высокому напряжению BIAS. Сравниваем с записанными ранее. Значения должны быть такими же, как и до переделки.

Примечания. Иногда встречаются очень тяжелые случаи с выводами обмоток трансформатора, обрезанными “под корешок” и залитыми термоклеем –

Более подробно –

В этом случае нужно аккуратно острым скальпелем зачистить торчащий “пенек” и тонким паяльником очень аккуратно удлинить вывод –

Далее – все как  обычно –

И еще один “тяжелый случай” (SRM-007TA)

Stax_007ta_01 Stax_007ta_01-1 Stax_007ta_02 Stax_007ta_03 Stax_007ta_04 Stax_007ta_05 Stax_007ta_06

Небольшая “засада” – “искрогасящий” конденсатор параллельно контактам выключателя питания – нужно заменить на аналогичный, но с номинальным рабочим напряжением не менее 400V —

Stax_007ta_07

 Насчет стабильности напряжения BIAS.  В транзисторных усилителях STAX SRM напряжение BIAS (580V) формируется из сетевого переменного  напряжения  частотой 50/60Hz, которое снимается с отвода первичной обмотки трансформатора блока питания. В самом общем случае схема формирователя- умножителя выглядит так –

Особое внимание следует обратить на элементы R101 Z101 на которых фактически собран ограничитель входного (а, следовательно и выходного) напряжения схемы. Резисторы R103, R104, R105 помимо прочего, серьезно ограничивают ток, который схема может отдать в нагрузку, например, при случайном замыкании 🙂

Схема коммутации первичной обмотки сетевого трансформатора усилителя STAX SRM, взято из сервис-мануала:

SRM_Trans

Оказывается, между желтым и белым выводами установлен термопредохранитель -обмотка из нескольких витков, выполненная высокоомным проводом. Познавательно.

Ноябрь 2010 года                                                                         г, Владивосток

 

“Комбайн” с Wi-Fi интерфейсом на основе Micromega WM-10

Как-то по случаю попал ко мне для изучения возможностей сетевой проигрыватель WM-10 от Microмega. Собственно, это устройство построено на основе известной интерфейсной “коробочки” от Apple, внутри выполнено крайне лаконично и “улучшить” в нем что-либо невозможно. Поскольку свободного места в корпусе проигрывателя более чем достаточно, было принято решение встроить внутрь усилитель для наушников (естественно, на лампах), сделав, таким образом очередной “Комбайн”. На этот раз с беспроводным интерфейсом. (Леночка, у нас есть Wi-Fi? :))

Схема одного канала усилителя – Amp_6S19_001. Структурно схема аналогична той, что применена в предыдущем “комбайне” для HD800. Двухкаскадный усилитель с гальванической связью, первый каскад – усилитель напряжения, выполнен на половинке двойного триода 6Н1П-EB. Второй каскад – катодный повторитель на замечательном одинарном триоде 6С19П-ЕВ. Необходимо отметить, что такой дуэт обладает определенной гармонией и эти лампы весьма хорошо дополняют друг друга. Блок питания традиционный, с транзисторным фильтром, особенностей не имеет и поэтому его схема в чистовом варианте отсутствует. Трансформатор питания лампового усилителя удалось подобрать в стиль к трансформатору питания цифровой части. Помимо прочего, пришлось решать вопрос с отводом тепла, для этого были сделаны вентиляционные пропилы в верхней крышке и увеличена площадь теплоизлучающей поверхности задней стенки.  В итоге, вот что получилось-

 

В настоящее время, насколько мне известно, “комбайн” трудится где-то за пределами России.

Октябрь 2010г.                                                                                         г.Владивосток

 

“Комбайн” – Усилитель + ЦАП для телефонов Sennheiser HD800

Эта конструкция была собрана мной в 2010 году для известного на doctorhead.ru форумчанина SharapOFF, специально для  приобретенных им новой модели телефонов от Sennheiser (HD800). В техническом задании было оговорено, что конструкция должна быть не только хорошим усилителем для наушников, но и неплохим ЦАП. Предполагалось, что устройство будет использоваться для  прослушивания  Hi-Res фонограмм через USB интерфейс.

Фактически получилось, что в одном корпусе нужно объеденить два независимых устройства – ламповый усилитель и ЦАП, организовав коммутацию сигналов между ними.

Блок схема коммутации ЦАП, схемы усилителя и блока питания приведены в файлах  – Amp_VS800_001 Amp_VS800_002

В качестве ЦАП был взят один из популярных “USB DAC KIT”, с платы были убраны лишние компоненты, а “не лишние” заменены на качественные. ЦАП – PCM1798, цифровой приемник СS8416, USB приемник PCM2902 с отдельным тактовым  генератором. Устройство понимает все форматы, вплоть до 24/192. Микросхема ЦАП имеет токовый выход, преобразование ток- напряжение и ВЧ фильтр в первой версии устройства было выполнено на операционном усилителе, в последующем я применил обычный высокоточный резистор Takman c дальнейшим усилением сигнала  каскадом на лампе, миниатюрном триоде 6С7Б. Схема каскада особенностей не имеет.

Усилитель для телефонов – двухкаскадный OTL, за основу взята схема, предложенная в 1995 году Rudy van Stratum и реализованная Aren van Waarde в 1999. По сравнению с “прототипом” применены другие лампы, режимы работы пересчитаны в более оптимальную (как мне кажется) сторону. Первый каскад – усилитель напряжения на половинке двойного триода 12AU7. его коэффициент усиления  =14.  Режим работы выбран на линейном участке ВАХ,  в качестве анодной нагрузки применен интегральный регулируемый источник тока, поэтому характеристики каскада устойчивы к колебаниям напряжения источника питания. Напряжение анод-катод выбрано = 110…112V, ток покоя = 6…6.5 mA. Режим задается резистором R5 и подстраивается подбором номинала катодного резистора R6. Связь между первым и вторым каскадами гальваническая, без разделительного конденсатора.

В данном варианте схемы «голова управляет хвостом», то есть  режим работы выходного каскада определяется режимом работы входного. Выходной каскад – катодный повторитель на половинке мощного двойного триода 6AS7, коэффициент передачи = 0.5, выходное сопротивление примерно 100 Ом, максимальное выходное напряжение на нагрузке 300 Ом составляет 3.5V RMS. Как и у первого каскада режим работы выбран на линейном участке  ВАХ, что обеспечивает устойчивость характеристик усилителя. Напряжение анод катод выбрано = 80V, ток покоя = 43 mA. Мощность, рассеиваемая на половинке 6AS7 в этом случае составляет 3.5Вт, что значительно меньше предельно допустимой (12 Вт) Усилитель не критичен к напряжению источника питания, и сохраняет работоспособность в диапазоне питающих напряжений 200…250V.

Несколько слов о выборе номинала резистора R9. В этой схеме он может быть в диапазоне 1.7…3.3 кОм, от его номинала зависит уровень искажений и максимальный размах выходного напряжения. Для сопротивления нагрузки 300 Ом оптимальное значение R9 = 3.3 кОм. В качестве R9 желательно применить резистор в металлическом корпусе (Vishay, Mills) с допустимой мощностью рассеяния не менее 25 Вт. В процессе работы усилителя на нем выделяется примерно 12 Вт тепла, поэтому следует позаботиться о свободном монтаже и о циркуляции воздуха в корпусе усилителя. Выходные конденсаторы С4,С5, С6 следует применить максимально возможного-доступного качества. Хороший выбор – Hovland + Panasonic. Изменяя номинал С5, в некоторой степени можно регулировать тональный баланс звучания усилителя. Резисторы R4, R7 обеспечивают устойчивую работу усилителя на ВЧ на пиках сигнала.

Наладка устройства сводится к установке на аноде 12AU7 напряжения  110…112V. этого добиваются подбором резистора R6, обычно его номинал находится в пределах 410…470 Ом.   При установке заданного режима работы первого каскада режим работы выходного каскада устанавливается автоматически.

Блок питания усилителя  каких либо особенностей не имеет. Выпрямитель – двухполупериодный со средней точкой, пульсации выпрямленного напряжения фильтруется электронным фильтром на MOSFET  или IGBT транзисторе. Трансформатор TR2 должен обеспечить напряжение на вторичной обмотке 180+180V RMS при токе нагрузки не менее 200 mA, я применил Hammond 363CX. Накальный трансформатор должен быть расчитан на ток нагрузки не менее 4A, я применил Hammond 185C12  Диоды – обычные, серии FR, на обратное напряжение не менее 600V. Схема фильтра обеспечивает и плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя. Подбором резистора R5 в небольших пределах можно регулировать напряжение на выходе фильтра. Транзистор VT1   нужно установить на радиатор, как вариант – можно закрепить его через изолирующую прокладку на металлическое шасси усилителя. Конденсатор С5 должен быть очень качественным, с минимальным током утечки. Накал ламп питается напряжением переменного тока, для снижения уровня проникновения помех по цепям накала потенциал накальных обмоток  с помощью делителя напряжения R3 R4 поднят относительно общего примерно на + 20 Вольт..

Усилитель очень благодарно отзывается на качество примененных компонентов и, на мой взгляд, является одним из лучших усилителей для наушников Sennheiser HD800.

Июнь-Июль 2010                                                                                  г.Владивосток

Примечания. Характерный дизайн конструкции выполнен по эскизам заказчика. 🙂 Заметка об этом усилителе была опубликована на сайте ostereo.ru

 

Усилитель SunDuck. Часть 2. Схема и расчет

Cхема усилителя – SunDuck_Amp_001

Схема блока питания – SunDuck_Amp_002

Замечания по схеме – конденсаторы фильтров блоков питания являются составными, из МБГВ (200uFx1000V),  ASC (60uFx630V), МБГЧ (4uFx600V) и Solеn Fast (10 uFx 630V). Состав емкостей каждой ступени длительное время подбирался на слух, и в настоящий момент уже неизвестно ни точное значение итоговых емкостей, ни какие именно конденсаторы установлены в том или ином месте фильтра. Поэтому на схеме приведены примерные значения. Замечания по блоку питания – на каждую пару выходных ламп применен отдельный накальный трансформатор. На каждый выходной каскад применен отдельный блок питания с отдельным трансформатором.

1. Общие соображения

Это трехкаскадный двухтактный усилитель,  с выходным каскадом, работающем в классе А, без общей ООС. Первый каскад – обычный усилитель с заземленным  (“общим”) катодом (Grounded Cathode Amplifier), второй каскад – фазоинвертор с длинным хвостом по схеме Шмидта (Schimidt’s Long Tail Phase Splitter). Связь между первым и вторым каскадами – гальваническая,  режим работы первого каскада устанавливает режим работы второго.  Поэтому важным моментом после расчета необходимых входных параметров выходного каскада, является правильное определение требований к выходным параметрам второго каскада.

2. Расчет выходного каскада

Расчет выходного каскада  проводим аналогично расчету однотактного выходного каскада на триоде с трансформаторной нагрузкой.  При работе в классе А двухтактный выходной каскад на триодах можно представить как однотактный, с соединенными параллельно выходными лампами,  работающими на приведенное сопротивление полуобмотки первичной обмотки, которое составляет 1/4 от Raa трансформатора. Raa выбирается исходя из конкретных задач – получения большой мощности или низкого выходного сопротивления или что-то среднего – оптимального. 🙂 В практическом смысле экспериментировать с выбором “экзотических” значений Raa не имеет особого смысла, достаточно воспользоваться значениями, рекомендованными в справочниках. Например, для двухтактного выходного каскада на KT88 в триодном включении хорошее значение Raa составляет 5 кОм. Расчет выходного каскада по ВАХ можно сделать двумя способами – перерисовать ВАХ для параллельно соединенных KT88, провести нагрузочную прямую для сопротивления нагрузки Raa/4 = 1.25 кОм  и выполнить расчет Output_KT88x2_1_25 или взять обычные ВАХ  одной КТ88 в триодном включении, провести нагрузочную прямую для сопротивления нагрузки Raa/2 = 2.5 кОм и выполнить расчет Output_KT88x1_2_5 Полученное во втором случае значение выходной мощности следует увеличить в два раза. На сравнительно большой уровень четных гармоник особого внимания обращать не стоит, поскольку в реальности они в значительной степени компенсируются. А вот минимальному уровню нечетных гармоник стоит уделить особое внимание. Для сравнения приведу расчеты выходных каскадов на 300В (Raa= 6 кОм) Output_300B_1_3 и 807 (Raa =2.5 кОм) Output_807_1_1_25 Последний пример весьма показателен.

3. Определение необходимых выходных параметров и расчет второго каскада

В самом общем случае, необходимо определить максимальные выходное напряжение  и ток, который этот каскад должен отдать в нагрузку. Нагрузка – комплексная, состоящая из параллельно соединенных сопротивлений  сеточных резисторов и входной Миллеровской емкости ламп выходного каскада. С сеточными резисторами все более-менее ясно, для минимизации термотоков сеток ламп выходного каскада их сопротивление обычно выбирается в пределах 150…220 кОм.  Миллеровская емкость считается следующим образом – Суммарная емкость по входу ={ паразитная емкость монтажа + входная емкость лампы (справочное значение) + проходная емкость лампы (справочное значение) * (Мю + 1)}. Под “справочными” понимается значение емкости в данном включении, в нашем случае выходной каскад построен по схеме с “заземленным” катодом.  Рассчитаем значение этой емкости, например, для такой лампы, как KT88 в триодном включении. Входная (сетка -катод) емкость = 16pF, проходная (сетка-анод) = 12 pF, коэффициент усиления (“мю”) = 8. Получаем 16+12*9 = 134 pF, возьмем емкость монтажа, например 16pF. Итого = 150 рF. Теперь нужно определиться, для какой частоты мы будет вести расчет. С учетом  реального качества выходных трансформаторов вряд ли наш усилитель без охвата ООС будет иметь полосу пропускания по уровню 0 dB выше 30 кГц . Проведем расчет для этой частоты. На 30 кГц сопротивление емкости  в 150 pF составляет ~  36 кОм,  итоговое сопротивление нагрузки на частоте 30 кГц для второго каскада составит 150 кОм (сопротивление сеточных резисторов) || 36 кОм ~ 30 кОм. Напряжение, необходимое для “раскачки”  КТ88 в типовом “триодном” режиме (например 400V, 80 mA) будет что-то около 40V, значит ток, который фазоинверторный каскад должен быть способен выдать в нагрузку = 40V/30 кОм = 1.33 mA, округлим до 2 мА. Не вдаваясь в теоретические рассуждения, установим, что в самом общем случае каскад с резистивной анодной нагрузкой cможет “отдать” в нагрузку ток, равный 0.5  от тока покоя каскада. Таким образом, ток покоя каждого плеча фазоинверторного каскада  рассчитываемого усилителя должен быть не менее 4 …5 мА, при этом каскад должен обеспечить выходное напряжение не менее 40V с приемлемым уровнем искажений. По входу фазоинверторный каскад должен обеспечивать достаточную перегрузочную способность, то есть напряжения смещения ламп  желательно выбрать больше, чем  пиковое значение входного сигнала. Следовательно, лампа подходящая для работы в таком каскаде, должна иметь линейные характеристики в области ВАХ с бОльшими значениями напряжений смещения и при этом должна быть возможность выбора рабочей точки, обеспечивающей как необходимое значение тока покоя, так и  требуемый размах выходного напряжения. Из октальных ламп – хороший кандидат на работу в этом каскаде это двойной триод 6SN7. Расчет каскада ведется слева-направо, то есть сначала считается режим “левого” по схеме триода. При выборе режима необходимо вдумчиво подойти к распределению напряжений на аноде и катоде лампы.  Для обеспечения хорошей линейности при заданном максимальном выходном напряжении каскада в ~ 40V  падение напряжение на анодном резисторе должно быть примерно 100V. Для получения минимального уровня нечетных гармоник на выходе каскада, сопротивление анодного резистора выбираем в пределах 3…4Ri (Ri- внутреннее сопротивление триода 6SN7), что составляет примерно 21…28 кОм. При рассчитанном ранее минимально необходимом токе покоя каскада 4..5mA, получаем, что номинал в 22 кОм вполне удовлетворяет заданным  требованиям, падение напряжения на таком резисторе составит 22 кОм * 5 mA = 110 Вольт. Катоды правого и левого по схеме триодов объединены, сетка правого триода по переменному току заземлена,  следовательно  изменения тока в общей катодной цепи вызовут изменения тока анода правого триода. Таким образом, на аноде левого по схеме триода мы получаем инверсный (относительно входного) сигнал, а на аноде правого – сигнал, совпадающий по фазе с входным. Фактически,  правая часть схемы фазоинвертора представляет собой каскад усиления с общей сеткой, а левая – с общим катодом. Из-за действия катодной связи коэффициент усиления такого каскада получается в два раза меньше рассчитанного по ВАХ. Исходя из того, что максимальное выходное напряжение = 40V, а приблизительный коэффициент усиления каскада с общим катоде на триоде 6SN7 равен 14…16, так же приблизительно считаем, что фазоинвертоный каскад будет иметь коэффициент усиления = 8, следовательно напряжение на входе каскада в этом случае будет 40V/8 = 5V. Таким образом, желательно, чтобы напряжение смещения левого по схеме триода было примерно -5…-7V. Исходя из этого, по ВАХ выбираем рабочую точку каскада. Получаем, что при выходном напряжении 40V, напряжении смещения -5…-7V и сопротивлении анодного резистора 22 кОм и токе 4…5 мА напряжение между анодом и катодом должно составлять 180…200 Вольт. Делаем приблизительный расчет требуемого напряжения источника питания этого каскада. Напряжение на сетке левого по схеме триода – равно напряжению на аноде лампы первого каскада. Исходя из того, что первый каскад должен обеспечивать выходное напряжение 5…7V c хорошей линейностью и запасом по перегрузочной способности, считаем, что напряжение на аноде лампы первого каскада должно быть не менее 100…125V. Следовательно напряжение на катодах ламп фазоинверторного каскада должно быть {(100…125) + (5…7 напряжение смещения)} = ~ 105…132V. Таким образом, минимально необходимое напряжение источника питания = {(105…132) + (180…200 напряжение анод-катод) + 110 падение напряжения на анодном резисторе} = 395…442V. При большем напряжении источника питания такой каскад будет иметь лучшую линейность и больший запас по перегрузочной способности. Поэтому, для удобства настройки усилителя при работе с различными выходными лампами для входного и фазоинверторного каскадов применен отдельный источник питания. Симметрия напряжения на выходах фазоинверторного каскада определяется уровнем катодной связи, то есть сопротивлением резистора в общей катодной цепи (“длинным хвостом”). Теоретически, чем больше сопротивление этого резистора – тем напряжения на выходах имеют более близкие амплитуды. Практически, поскольку через этот резистор текут токи покоя правого и левого по схеме триодов, а постоянное напряжение на сетке левой лампы задано режимом входной лампы, номинал этого резистора обычно варьируется в пределах 0.5…0.7 от сопротивления анодной нагрузки, что дает разбаланс выходных сигналов примерно в 5…8%.  Разбаланс компенсируют небольшим (в пределах 10%) увеличением анодной нагрузки правой по схеме лампы.  В итоге, в реальном каскаде разбаланс в области СЧ составляет примерно 3%, и из-за разных выходных сопротивлений правого и левого плеча фазоинвертора в области ВЧ (примерно выше 15 кГц)  разбаланс увеличивается. По этой причине очень важно выбирать рабочую точку каскада таким образом, чтобы расчетный уровень нечетных гармоник был минимальным, в этом случае общий спектр искажений усилителя будет содержать преимущественно четные гармоники. Об расчетном уровне четных гармоник можно особенно не заботиться, поскольку в таком усилителе их компенсация происходит дважды – в фазоинверторном и в выходном каскадах. Пример расчета – Phase_Splitter_1

4. Расчет первого каскада

Расчет первого каскада весьма несложен. Это обычный усилительный каскад с общим катодом, с резистором в качестве анодной нагрузки. При выборе режима задаемся необходимым напряжением на аноде (+100…125V) и учитываем, что каскад должен иметь низкий уровень нечетных гармоник. Для этого сопротивление анодного резистора выбираем в пределах 3…4Ri. Для 6SN7 или 6J5 это составляет 21…28 кОм. Отмечаем на ВАХ рабочую точку, убеждаемся, что она находится в линейной области. Получаем – ток анода 5 мА, напряжение смещения -2.2V, коэффициент усиления = 14. Сопротивление резистора в катоде = 2.2V/5mA =440Ом. (На практике его приходится подбирать в диапазоне 430…510 Ом). Пример расчета – First_Stage_1 Примерный вид нагрузочных прямых для первого и второго каскадов – 6SN7_Load_Line_001 Общий расчетный коэффициент усиления первого и второго каскадов получается 14*8 = 112. При требуемом напряжении на выходе фазоинверторного каскада в 40V rms чувствительность усилителя по входу составит = 40V/112 =  350 mV rms, что вполне достаточно для большинства источников. Чувствительность можно уменьшить, убрав из схемы конденсатор, шунтирующий катодный резистор лампы первого каскада. В этом случае коэффициент усиления первого каскада будет примерно 10. Возникшая в первом каскаде местная ОС по току несколько повысит его выходное сопротивление и линеаризует его характеристики, снизив коэффициент гармоник. Иногда, например при работе на акустику со сложной зависимостью сопротивления от частоты, может возникнуть необходимость применения общей ООС.  Это можно сделать, добавив в схему резистор сопротивлением 10…20 кОм – между катодом лампы входного каскада и выводом 8Ом вторичной обмотки  выходного трансформатора.  Из-за снижения общего коэффициента усиления  глубокую ООС ввести затруднительно.

5. Итоги

Это один из самых долгоживущих моих усилителей, который я слушаю до сих пор. Универсальная конструкция, легко адаптируемая под различные выходные лампы, чем я периодически и занимаюсь. В настоящий момент в усилитель установлены выходные лампы 6СВ5A.

Июль 2009 год                                                                                    г.Владивосток

Усилитель SunDuck. Часть 1. Общие фразы с картинками

Этот усилитель был задуман как абсолютно безальтернативный домашний вариант. Основная идея была в разделении питания каналов с отдельным питанием драйверной части и выходного каскада и полным отказом от электролитических конденсаторов. Схема и ее детальный расчет будут представлены во второй части. На фото представлен общий внешний вид и элементы конструкции. Получилось три этажа плюс выносной блок конденсаторов (это второй ящик справа). Первый этаж – трансформаторы блока питания, трансформаторы питания накалов ламп,  выпрямители, дроссели фильтров питания. Второй этаж – батарея конденсаторов блоков питания драйверов, выпрямителя смещения и (частично) выходного каскада.  Дополнительные конденсаторы блока питания выходного каскада установлены в отдельном корпусе. Третий этаж – собственно сам усилитель. Тефлоновые панельки, октальные лампы, первый каскад 6С2С (МЭЛЗ. 1962 год), второй каскад – 6SN7 (Sylvaniа, 1957 год). Выходные лампы в разное время устанавливались разные. Сначала 6П3С (1962 год), затем 6С4С, 300В (задержались довольно надолго), КТ88, и, наконец таки 6CB5A – на этом варианте перебор выходных ламп закончился. Монтаж усилителя произведен серебряной моножилой высокой очистки в тефлоне (сигнальная часть), и “винтажным” медным многожильным проводом с внутренней изоляцией из хлопковой нити и ПВХ или лакоткани сверху.  Разъемы – Cardas (сигнальные) и Neutrik (питание и вспомогательные соединения). Напряжения и токи в контрольных точках отображаются стрелочными индикаторами.

Двухтактные развлечения. В итоге – SunDuck

C 2009 по 2012 годы – расцвет “двухтактного” периода. Периодически собирались всевозможные конструкции, на часть из них сохранились фотографии.

1. Усилитель на 6П41С.

6П41С — телевизионный выходной лучевой тетрод, предназначен для работы в каскаде строчной развертки телевизоров. Весьма линейная лампа в триодном включении, в интернете можно найти множество усилителей на ней – как однотактных, так и двухтактных. Я тоже решил попробовать, и вот итог –

Любимая конфигурация, входная лампа – 6Н1П (SRPP), фазоинвертор – 6Н6П. выходной каскад с фиксированным смещением, в классе А. Трансформаторы – Hammond.  Усилитель обеспечивает выходную мощность 2×12 Вт и отличается плотным, но светлым звучанием. Сейчас в Хабаровске, радует моего коллегу.

2. Усилитель на 6П3С.

Традиционный двухтактник, так же по любимой конфигурации. Те же лампы, что и в случае усилителя 6П41С на входе и в фазоинверторе, но выходной каскад на “раритетных”  6П3С 60-х годов выпуска. Естественно, в триодном включении, с фиксированным смещением и в классе А. Выходная мощность 2×8 Вт, отличается очень аккуратным, музыкальным звучанием, с отлично проработанной серединой, голосом (в этом основная заслуга “старых” 6П3С)

 

3. Усилитель на КТ88

Эту конструкцию попросил меня собрать  известный Владивостокский художник и меломан Роман. Основная проблема была в том, чтобы усилитель легко справился с его сложной акустикой, но вместе с тем обеспечил бы детальное, насыщенное и выразительное звучание. Так и появилась эта конструкция. Как и в первых двух случаях – это трехкскадный усилитель на триодах с небольшим коэффициентом усиления.
Коротко о схеме – первый каскад – усилитель напряжения с общим катодом на триоде c 6C2C (МЭЛЗ 1963 г.), второй каскад – дайвер-фазоинвертор с «длинным хвостом» по схеме Шмидта на двойном триоде 6Н8С (так же МЭЛЗ 1964г.), связь между первым и вторым каскадами – гальваническая. Связь между вторым и третьим каскадами – емкостная. Третий каскад – выходной на лампах КТ88 в триодном включении, смещение фиксированное, подстраиваемое. Выходные трансформаторы с Raa= 6600 Ом, ток покоя выходных ламп =77 mA, напряжение источника питания = 370 Вольт. Выходной каскад работает в классе А, номинальная выходная мощность составляет 2×16 Вт на нагрузке 4 Ом. Блок питания особенностей не имеет – выпрямитель на полупроводниковых диодах, фильтрация выпрямленного напряжения производится транзисторным электронным фильтром, эта же схема обеспечивает и плавную подачу анодного напряжения. Накал выходных ламп питается от отдельных трансформаторов. Естественно, все ожидания по звучанию оправдались на 100%. На последнем фото – тестирование этого усилителя в составе моей домашней системы (Март 2012 года).

Заметка об этом усилителе была опубликована на сайте ostereo.ru

Про SunDuck – чуть позже. 🙂