Light Voice – ЦАП и усилитель для наушников – Система выходного дня

Как-то так получилось, что от различных проектов у меня осталось пара немного побитых алюминиевых корпусов. Домашняя акустика с марта на очередной доработке, проверяется новый, улучшенный 🙂 вариант. Но музыку-то слушать надо. И вот, на майских праздниках сваял такой “прикроватно-тумбочный” комплект.
Два блока. Первый — усилитель для наушников, по схеме аналогичной “комбайну для HD-800”, лампы 6080 RCA и 6Н8С МЭЛЗ 1956 года. Второй — ЦАП (AK4393), выход – пассивный, на трансформаторах Western Electric + USB конвертор на чипе Tenor. Конвертор и ЦАП могут работать как вместе, так и раздельно. Максимальный поддерживаемый формат входных данных 24/96. Получилось весьма интересно, слушаю и радуюсь. Назвал систему — Victors Light Voice

Схема и описание усилителя.

Схема усилителя – Light_Voice_2012

Усилитель двухкаскадный, первый каскад – усилитель напряжения на половинке двойного триода 6SN7 (6Н8С). его коэффициент усиления  =14. Режим работы выбран на линейном участке ВАХ,  поэтому характеристики каскада устойчивы к колебаниям напряжения источника питания. Напряжение анод-катод выбрано = 100…102V, ток покоя = 5…5.2 mA. Режим устанавливается подбором номинала катодного резистора. 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 (6080), 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. Напряжение анод катод выбрано = 90V, ток покоя = 70 mA. Мощность, рассеиваемая на половинке 6AS7 в этом случае составляет 6.3Вт, 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 R8. В этой схеме он может быть в диапазоне 1.7…2.5 кОм, от его номинала зависит уровень искажений и максимальный размах выходного напряжения. Для сопротивления нагрузки 300 Ом оптимальное значение R8 = 2.2 кОм. В качестве R8 желательно применить резистор в металлическом корпусе (Vishay, Mills) с допустимой мощностью рассеяния не менее 25 Вт. В процессе работы усилителя на этом резисторе выделяется примерно 12 Вт тепла, поэтому следует позаботиться о свободном монтаже и о циркуляции воздуха в корпусе усилителя.

Выходные конденсаторы 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 R3, R5 обеспечивают устойчивую работу усилителя на ВЧ на пиках сигнала.

Наладка усилителя сводится к установке на аноде 6SN7 напряжения  100…105V. этого добиваются подбором резистора R7, обычно его номинал находится в пределах 410…500 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 транзисторе. Трансформатор TR1 должен обеспечить напряжение на вторичной обмотке 180+180V RMS при токе нагрузки не менее 200 mA, я применил Hammond 363CX. Накальный трансформатор должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее 4A, я применил китайский накальный трансформатор, намотанный на сердечнике R-Core. Хороший вариант накального трансформатора для этой схемы-  Нammond 185C12  Диоды – обычные, серии FR, на обратное напряжение не менее 600V. Схема фильтра обеспечивает  плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя. Подбором резистора R12 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 С9 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 R16 R17 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 таких наушников, как, например Sennheiser HD800

Май 2012 год                                                                                                 г.Владивосток

Усилитель оказался популярным и сравнительно легким для повторения 🙂   На фото ниже – вариант Сергея, известного как karnaser на форуме doctorhead. Это его первая конструкция на лампах. Трансформаторы и шасси – Hammond.

Июль 2013 год

И еще один вариант – от  Александра, это его вторая конструкция на лампах. По моему, получилось весьма неплохо.

Ноябрь 2013 год

Усилитель ZEN V для наушников класса HD800 и LCD3

Примерно с год тому назад на форумах сайтов audioportal.su и doctorhead.ru довольно интенсивно обсуждался вопрос качественного и сравнительно компактного универсального усилителя для наушников. Собственно, необходимость в таком усилителе возникала с выходом двух уникальных по своим техническим характеристикам моделей наушников – динамических Sennheiser HD-800 и изодинамических LCD-3

 

Основная проблема заключалась в том, что фактически ни один из широко распространенных серийно выпускаемых транзисторных усилителей не обеспечивал этим наушниками звучания, хотя бы сравнимого по качеству со звучанием специализированного лампового усилителя (см http://easytubeamp.com/?p=449).  Известный на doctorhead форумчанин SharapOFF, проводя различные коммутационные эксперименты 🙂 обнаружил, что один из предусилителей Aleph (от Pass Labs) удивительно ясно и музыкально играет с выхода на наушники, хотя и уровень выходного сигнала был недостаточен. Так и возникла идея о создании транзисторного усилителя по топологии Zen, специально ориентированного для работы со “сложными”  наушниками.  За основу была взята схема Zen V4 (Penultimate Zen), режимы пересчитаны исходя из требований к нагрузке. В ходе отладки было собрано три версии усилителя, схема и описание третьей версии представлены ниже.

1. Схема усилителя.

На рисунках представлены блок схема и схема блока коммутации усилителя, принципиальные схемы буферного усилителя мониторного выхода, блока питания и усилителя мощности.  Для наглядности на схемах показан только один канал.

Усилитель имеет три входа – один с разъемом RCA-типа (Вход 1) и два с разъемами XLR-типа (Вход 2 и Вход 3). Вход 2 преобразует входной балансный сигнал в SE при помощи трансформаторного преобразователя. Преобразователь выполнен на специализированном трансформаторе Jensen JT-11P. RC цепочка R3C3 необходима для шунтирования вторичной обмотки, что линеаризует АЧХ трансформатора в области ВЧ. Цепочка R1C1  и переключатель S1 служат для коммутации экрана входного кабеля на корпус усилителя по постоянному или по переменному току (это позволяет «разомкнуть» возможную земляную «петлю»), его положение выбирается по минимуму слышимого фона и наводок.

Вход 3  коммутирует входной балансный сигнал в SE стандартным образом – в качестве сигнального применяется пин «+», в качестве общего – пин «-». Этот вход так же снабжен переключателем-коммутатором экрана входного кабеля (S2).

Выбор входа осуществляется переключателем S3, в качестве которого применен прецизионный коммутатор DACT. Положения 1,2,3 соответствуют номеру выбранного входа, положение 4 размыкает цепь сигнала и замыкает вход усилителя на общий (режим “MUTE”). С выхода коммутатора входов сигнал поступает на буферный усилитель мониторного выхода и на регуляторы баланса и громкости.

Буферный усилитель выполнен на cдвоенном скоростном операционном усилителе AD827, включенным по схеме повторителя с однополярным питанием.  Буферный усилитель позволяет снизить взаимовлияние устройств, подключенных к мониторному выходу и входам и развязывает их по постоянному току.

Регуляторы баланса и громкости выполнены на прецизионных ступенчатых резистивных аттеньюаторах DACT. С регуляторов сигнал поступает на вход усилителя мощности.

Усилитель мощности выполнен по однотактной схеме, на полевом транзисторе Q2, включенным с общим истоком. В качестве нагрузки применен «следящий» источник тока на транзисторах Q1, Q3. Каcкад работает в классе A, резистором R13 задается начальный ток покоя каскада (350…400 mA). Элементы следящей связи R6,R8,C5 обеспечивают подстройку тока каскада в зависимости от амплитуды сигнала на выходе. Введение «следящей связи» позволило существенно снизить выходное сопротивление каскада и увеличить максимальный размах напряжения на нагрузке. Резистором R2 устанавливают рабочую точку каскада по напряжению таким образом, чтобы обеспечивалось симметричное ограничение выходного сигнала максимальной амплитуды.

Выбранные режимы обеспечивают размах выходного напряжения усилителя 5.5V RMS на нагрузке 30 Ом. При этом спектр искажений усилителя при изменении амплитуды сигнала спадает и нарастает равномерно и ограничивается 4-й гармоникой, аналогично спектру искажений высококачественных однотактных усилителей на лампах. В цепях питания и в качестве разделительного С2 применены конденсаторы Panasonic FC. Конденсатор С2 дополнительно зашунтирован высококачественным пленочным конденсатором С3 марки Jentzen.

Блок питания усилителя особенностей не имеет. Левый и правый каналы усилителя мощности питаются от отдельных выпрямителей. Буферный усилитель питается от выпрямителя правого канала. Светодиод индикации включения усилителя питается от выпрямителя левого канала. В качестве выпрямителей применены мощные быстрые диоды Шоттки 1N5819, в качестве фильтрующих конденсаторов – Panasonic FM.   Средний вывод сетевой розетки соединен с корпусом усилителя.

Из-за сравнительно высокого тока покоя усилитель выходит на рабочий температурный режим в примерно через 30-40 минут после включения, после чего звучание усилителя стабилизируется.

2. Управление и коммутация.

На передней панели усилителя слева направо размещены:

  • Два разъема для подключения телефонов, разъемы идентичны и могут быть использованы как для совместного, так и для раздельного подключения как высокоомных (>150 Ом), так и низкоомных (20…150 Ом) телефонов.
  • Переключатель-селектор входов на 4 положения. Положение «1» соответствует первому входу (RCA), положения «2» и «3» соответсвуют XLR входам, положение «4» отключет вход усилителя мощности от источника сигнала и замыкает его на общий (режим «MUTE»).
  • Регулятор баланса,
  • Регулятор громкости.

На задней панели усилителя расположены –

  • Вход № 1 (RCA) – правый канал (красный) – нижний, левый (белый) – верхний.
  • Bход № 2 (XLR) – правый канал нижний, левый – верхний. Вход №2 снабжен трансформаторным преобразователем балансного сигнала в небалансный. Переключатель, расположенный рядом с входом, коммутирует экран соединительного кабеля на корпус усилителя. Положение переключателя выбирается по минимуму слышимых наводок.
  • Вход № 3 (XLR) – правый канал нижний, левый – верхний. Вход № 3 предназначен для подключения современных балансных источников, которые допускают использования сигнала «-» в качестве общего. Этот вход так же снабжен переключателем-коммутатором экрана соединительного кабеля.
  • Выход (RCA) (расположен по центру задней панели) –  правый канал (красный) – нижний, левый (белый) – верхний. Буферизированный контрольный выход, уровень сигнала на нем равен входному. Регуляторы громкости и баланса на контрольный выход не действуют.
  • Разъем подключения сети (220 Вольт) и предохранитель. Центральный вывод сетевого разъема подключен к корпусу усилителя.

3. Основные технические характеристики 

  • Номинальный уровень входного сигнала = 1V Rms
  • Входное сопротивление, не менее = 50 кОм
  • Максимальный уровень выходного сигнала на нагрузке 300 Ом (@1000Hz) = 6.3V Rms
  • Максимальный уровень выходного сигнала на нагрузке 30 Ом (@1000Hz) = 5.5V Rms (Примечание 1 – под «максимальным» понимается уровень, при котором на экране осциллографа ограничение синусоидального сигнала становится едва заметным)
  • Выходное сопротивление (максимальное значение) @ 1000Hz = 0.5 Ом
  • Неравномерность АЧХ при уровне выходного сигнала -10dB от максимального в полосе частот 10Гц…20кГц = не более +- 1 dB.
  • Общий коэффициент гармоник при выходной мощности – 10dB от номинальной = менее 0.5%,  2-я и 4-я гармоники. (Примечание 2 – Усилитель имеет очень ограниченный спектр искажений, преимущественно четные гармоники. При изменении амплитуды выходного сигнала спектр гармоник остается плавноспадающим и плавнонарастающим, с мягким клиппингом, характерным для усилителей, работающих в классе А без ООС).

4. Благодарности

Выражаю огромную благодарность Маеву Сергею Владимировичу (г. Санкт-Петербург) за возможность разработать и изготовить для него эту конструкцию, а так же за продуктивное обсуждение технических деталей. Выражаю надежду, что этот усилитель будет радовать его своим звучанием на протяжении многих лет.

Так же выражаю благодарность талантливейшему инженеру и замечательному, открытому к общению и доброжелательному человеку Nelson Pass, который уже много лет вдохновляет и направляет тысячи аудиоэнтузиастов и разработчиков аппаратуры.

И еще один вариант, собранный недавно для Столярова Максима Анатольевича, г. Горловка, Украина. Большое спасибо за заказ.

Сентябрь 2011- Июнь 2012 года                                                г. Владивосток

PS По многочисленным просьбам 🙂 привожу самый последний вариант однокаскадного усилителя Zen -V  Zen_V_final_11_12.

Комментарии  — Ток покоя выбирается при сборке усилителя и не подстраивается, на практике в этом нет необходимости. Его настройку производят  выбором номинала R6, ток покоя считается как 0.7/R6, где 0.7V – это напряжение “открывания” VT4.  R6 можно выбрать в пределах 1.3…1.5 Ом, ток покоя при этом будет  460…540 mA. R6 удобно составить из двух параллельно соединенных резисторов номиналом 2.7…3Ом мощностью 2 Вт.  Резистором R2 подстраивают “симметрию” ограничения сигнала на выходе усилителя. В зависимости от напряжения источника питания возможно дополнительно потребуется подстройка резистора R3.

Для этого усилителя я рекомендую строить выпрямитель блока питания по схеме со средней точкой вторичной обмотки (на двух диодах), трансформатор должен иметь две идентичное обмотки (или одну обмотку с отводом от середины), например  20+20, 22+22, 24+24 Вольт при максимальном токе нагрузке не менее 3…5А.  В последней версии усилителя я применяю трансформаторы мощностью 220VA. Фильтр CRCRС, первая емкость = 2200 мкФ, резистор 0.5 Ом 5W, вторая емкость 10000 мкФ, резистор 0.5 Ом 5W, третья емкость 47000 мкФ. Минусовые обкладки конденсаторов объединены медной шиной круглого сечения диаметром 2мм. Шина соединена с металлическим корпусом усилителя через RС цепь R15C10.  Для высококачественных усилителей для наушников такая организация источника питания – необходимость.

Каналы усилителя собраны на отдельных платах. Питание и общий подводятся на каждый канал отдельными проводами. Общие с выходов каналов объединяются на разъеме для наушников.
Транзисторы VT1,VT2,VT3 каждого из каналов установлены на боковых стенках металлического корпуса усилителя, размер которых 80x330x5 мм. При работе стенки корпуса нагреваются примерно до +45 градусов, это нормальная  температура. Транзисторы следует устанавливать через слюдяные или керамические прокладки, обязательно с применением термопасты. Силиконовые прокладки использовать крайне нежелательно.

Ноябрь 2012                                                                                      г.Владивосток

Двухтактный ламповый усилитель для наушников STAX

Предварительно этот усилитель был “заявлен” на форуме doctorhead.ru (в теме “Схемотехника усилителей для электростатических наушников”). Здесь – полное описание конструкции.

1. Схема усилителя.

Принципиальная схема усилителя и его блока питания приведена в файлах. STAX_Amp_PP_June_2012_003  STAX_Amp_PP_June_2012_004

Каждый из двух каналов собран по двухтактной схеме, на триодах со средним коэффициентом усиления (драйверный и фазоинверторный каскады), и на пентодах средней мощности в триодном включении (выходной каскад), без общей ООС.

Для наглядности на схеме показан только один канал.

Первый (входной) каскад – усилитель с общим катодом с резистивной анодной нагрузкой. В качестве ламп первого и второго каскадов применен двойной триод 6BZ7 (6BQ7), особенностью которого является хорошая линейность при сравнительно небольшом напряжении на аноде. Режим работы первого каскада – ток покоя каждого плеча 3.7…4 mA, напряжение на аноде + 120…+125V.  Напряжение смещения = -2.0…-2.1V.  Второй (фазоинверторный) каскад собран по схеме с расщепленной нагрузкой. Ток покоя второго каскада  8…9 mA, напряжения на аноде и катоде лампы второго каскада равны +240…+245V и +124…+127V соответственно. Связь между первым и вторым каскадами – гальваническая, режим работы устанавливается резистором R7. Резистором R9 производится балансировка фазоинверторного каскада. Общий коэффициент усиления первого и второго каскадов = ~30. Для полной «раскачки» выходных ламп необходимо напряжение на их сетках примерно 10…12V rms, таким образом чувствительность усилителя составляет примерно 0.4V rms.

В первом и втором каскадах допустимо применение ламп 6BZ7, 6BQ7, 6DJ8, 6922, E88CC, ECC88, 6Н23П-ЕВ и даже 6Н1П-ЕВ (с некоторым снижением коэффициента усиления).

Третий (выходной) каскад усилителя собран по двухтактной схеме, с раздельным автоматическим смещением выходных ламп. Связь между фазоинверторным и выходным каскадами – емкостная. Смещение задается резисторами R18, R19 в катодах выходных ламп. По переменному току эти резисторы зашунтированы конденсаторами С9, С10, С11, С12. Конденсаторы С11 и С12 включены по технологии “Ultrapath”. Ток покоя составляет 29…32 mA для каждой лампы. Нагрузкой каскада служит выходной трансформатор, вторичная обмотка которого симметричная, со средней точкой. В качестве выходных трансформаторов применены изделия от компании Lundahl, модели LL1660S/PP, скоммутированные по схеме PP/PP c  коэффициентом передачи  (2.25+2.25):(2+2). Режим работы выходных ламп выбран таким образом, чтобы на нагрузке обеспечивался максимально возможный размах выходного напряжения при минимуме нечетных гармоник. Так как четные гармоники в двухтактном каскаде в значительной степени компенсируются, то при подборе выходных ламп в близкие по параметрам пары это позволяет получить очень низкий общий уровень гармонических искажений усилителя и обойтись без введения петли ООС.

В качестве ламп выходного каскада используются пентоды средней мощности 6GK6,  в триодном включении.  С некоторым ухудшением характеристик и с перепайкой цоколевки можно применить EL84, 6П14П-ЕВ.

Блок питания усилителя особенностей не имеет.

В качестве трансформатора питания и накала использован подходящий по парметрам весьма качественной трансформатор компании Hаmmond.

Накал питается напряжением переменного тока, для уменьшения уровня помех и наводок на накальные цепи, напряжение накала «поднято» над общим примерно на +80V при помощи делителя R27R28C17.

Анодное напряжение, необходимое для работы схемы, снимается со вторичной обмотки трансформатора питания и выпрямляется кенотроном. Выпрямленное напряжение (+415 V) фильтруется с помощью стабилизатора- электронного фильтра на транзисторе VT1, он же обеспечивает плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя. Напряжение на выходе фильтра = +385 V.  Напряжение BIAS (+580V), необходимое для работы телефонов STAX, формируется с помощью выпрямителя на полупроводниковых диодах VD3,VD4, простейшим стабилизатором на элементах R30ZD,  и фильтром на элементах С21R31C22.

С предварительно подобранными лампами 6GK6 в выходном каскаде усилитель обеспечивает следующие характеристики –

  • Входное сопротивление = 24 кОм;
  • Выходное сопротивление, не более 2.4 кОм;
  • Максимальное выходное напряжение (на каждом из балансных выходов) = 185V RMS (518V Peak-to-Peak);
  • Номинальное входное напряжение = 400mV RMS;
  • Полоса воспроизводимых частот, при неравномерности +-1 dB и уровне выходного напряжения 100V RMS, на эквиваленте нагрузки сопротивлением 100 кОм = 20Гц…22кГц;
  • Общий коэффициент искажений на выходе усилителя, при уровне выходного напряжения 100VRMS = < 0.5% (Определяется точностью подбора по характеристикам ламп выходного каскада, при установке неподобранной пары ламп одного изготовителя и одной даты выпуска = < 2%);
  • Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при минимальном положении регулятора громкости, измеренный на эквиваленте нагрузки сопротивлением 100 кОм = < -65dB;
  • Время выхода на «рабочий» режим после включения, <= 30 мин.

2. Благодарности

Выражаю огромную благодарность Боброву Евгению Владимировичу  (г.Магнитогорск) за возможность разработать и изготовить для него эту конструкцию, а так же за продуктивное обсуждение технических деталей. Выражаю надежду, что этот усилитель будет радовать его своим звучанием на протяжении многих лет.

Так же хотел бы упомянуть о талантливейшем Британском инженере D.T.N. Williamson,  много лет назад вдохновившем и направившем схемой своего двухтактного усилителя десятки тысяч аудиоэнтузиастов и разработчиков аппаратуры во всем мире.

Май-Июнь 2012 года                                                                г. Владивосток

Upgrade Акустики Sansui S-65

Эта акустика – из домашней системы замечательного человека – настоящего “морского волка”, известного капитана дальнего плавания.  Колонкам уже более 30 лет и они явно нуждались в некотором внимании. 🙂

Sansui S-65 – четырехполосная акустика среднего уровня, выпускалась в “золотую эру” Hi-Fi и поставлялась в СССР в составе домашних стерео-комплексов. На первый взгляд, конечно, напрашивался совет о замене этих систем на что-нибудь новое. Но – динамики бумажные, 4 полосы… нужно было разобраться более пристально. Откручиваю декоративные пластиковые накладки, заглядываю внутрь. Да…уж. Тонкий ДСП, лаконичный кроссовер первого порядка (это хорошо!) и неплохой звукопоглотитель.  Разбираю дальше, снимаю динамики и замеряю их параметры. СЧ-ВЧ в целом традиционно- ожидаемо, но НЧ – Qts = 1.15, fs = 69 Гц и это в ФИ -? См Z-ЧХ-  Sansui_s65_Low

Вероятно, разработчики хотели получить выразительный, навязчивый “бас” – и в целом им это удалось. Помимо прочего, такой, так сказать, “бас” еще и  лезет в область СЧ, превращая гитарные рифы в какую-то кашу. Тут еще обнаружилось, что один НЧ динамик неисправен, перетерся поводок от катушки до клеммы.

Иду на кухню, пью чай с лимоном. Думаю, что же с этим всем можно сделать. Решаю – заклеить окна корзины НЧ динамиков синтипоном, тем самым снизив их общую добротность. Корпус укрепить рейками и добавить поглощающий материал таким образом, чтобы частота настройки порта сместилась ниже резонансной частоты динамика. Полоса на НЧ в этом случае станет несколько уже, но явно будет ровнее.   Кроссовер переделать полностью, поставить более-менее нормальные пленочные конденсаторы, шунтированные слюдой. Кроссовер я смонтировал на фанерной плате толщиной 18мм, которую закрепил на задней стенке акустики с помощью шурупов и клея, дополнительно такое размещение укрепило заднюю стенку.  Так же я принял решение заменить контактную колодку и проводку.

В результате – вместо “навязчивого” бас стал  “выразительным”, СЧ область очистилась от грязи, стала натуральной, объемной. ВЧ так же стали объемнее, натуральнее. См Z-ЧХ после переделки Sansui_s65_Low_after_all

По впечатлению хозяина, после переделки акустика преобразилась, фактически получила “вторую жизнь” и радует этого замечательного человека.

Май 2012 год                                                                                                   г.Владивосток