Гибридный RC корректор

Идея этого корректора пришла ко мне довольно давно, примерно в конце апреля 2014 года. Но все как-то руки не доходили. Ну а тут – эпидемия, самоизоляция… В общем, свободное время вдруг появилось. 🙂

В процессе поиска транзисторов, подходящих для первого каскада корректора, помимо популярного 2SK170 я обратил внимание на интересный малошумящий полевой транзистор 2SK269 от Toshiba. Он характеризуется как “Super low noise” и одно из применений этого транзистора – усилитель для MC звукоснимателей. Но, конечно как всегда – есть ньюансы. 🙂 Во-первых “малошумность” проявляется только в области напряжений Vds < 15V при рекомендованном токе Id = 5mA, а во-вторых напряжение смещения затвора Vds при таком токе составляет всего-то -0.1V (-100mV). Малое напряжение смещения – малая перегрузочная способность, то есть для ее улучшения необходимо вводить ООС по току. Вводим ООС по току – автоматически уменьшается усиление каскада и увеличивается его выходное сопротивление. В общем, как всегда – сплошные компромиссы. Впрочем, есть и положительный момент – судя по статическим характеристикам (Vds, Id) транзистор довольно линейный, то есть можно ожидать, что коэффициент гармоник каскада усиления будет очень небольшим даже без введения ООС.

От второго каскада корректора не требуется особого усиления, но требуется хорошая перегрузочная способность, поэтому я выбрал полевой транзистор BF245 от NXP. Наиболее линейная область статических характеристик BF245B (Vds, Id) находится при Id =5ma Напряжение смещения затвора Vds =- 1.3V, что гарантирует хорошую перегрузочную способность даже без введения ООС по току.

В принципе, ничто и никто 🙂 не мешает выполнить второй и выходной каскады корректора на лампе – какой-нибудь триод со средним усилением вроде 6922 будет вполне уместен.

Схема первого варианта каскада усиления.

В первоначальном варианте я решил применить составной каскад с динамической нагрузкой, аналогично входному каскаду усилителя “Le Mostre” от Jean Hiraga.

Проведенные мной практические исследования показали 🙂 , что при работе на сравнительно высокоомную нагрузку, которую представляет собой корректирующая RIAA RC цепь – никакого значимого преимущества по уровню искажений перед обычным каскадом с резистивной нагрузкой составной каскад не имеет. Поэтому я принял решение максимально упростить схему.

Вот что получилось в итоге.

Насчет ООС по току. С одной стороны, для получения максимального усиления от ООС по току желательно избавляться и шунтировать резистор в цепи истока конденсатором. С другой стороны, нужно помнить, что в первом каскаде напряжение на стоке ограничено “малошумящим” значением Vds < 15V, а во втором каскаде Vds равно примерно 1/2 от напряжения источника питания (+30В), то есть запас по максимальной амплитуде напряжения на выходе второго каскада в общем-то не такой уж и большой. Вопрос в том, в каком месте схемы перегрузка начнется раньше – на входе, когда пиковое напряжение сигнала превысит напряжение смещения Vds = -100mV или на выходе – когда сигнал начнет ограничиваться из-за недостаточного запаса по напряжению источника питания.

Итак, без ООС, в варианте “максимального” усиления перегрузка схемы начинается при входном напряжении = 50mV, что недостаточно (см. статью “Весьма своеобразный корректор”). При введении ООС по току в первом каскаде перегрузка схемы начинается при входном напряжении = 80mV, но перегружается не первый, а второй каскад – не хватает напряжения источника питания. Разделить питание первого и второго каскадов и увеличить напряжение источника питания для второго каскада – “половинчатое” решение, так как для BF245 максимально допустимое напряжение Vds = 40V. Но даже в этом случае – усиления в схеме будет “маловато” – при 5mV на входе на выходе получаем всего 300mV (@1000Hz). Выходное напряжение большинства современных цифровых источников сигнала обычно = 2…2.5V RMS и я считаю, что современный RIAA корректор должен иметь примерно такой же уровень напряжения выходного сигнала. С учетом необходимого для аналогового источника запаса по перегрузке не менее 20 dB, максимальный уровень выходного напряжения должен быть не менее 25V RMS. Очевидно, что выходной каскад на лампе – наше все 🙂 Для лучшей линейности и для снижения выходного сопротивления корректора я применил уже традиционный гибридный SRPP на миниатюрном двойном триоде 6Н16Б-В и источнике тока IXYS.

MC->MM секция:

Я применил МС трансформатор Lundahl LL1941 Amorphous Core в коммутации для SE соединения с коэффициентом передачи 1:16. Для моего MC картриджа GAS “Sleeping Beauty” (он же Coral 777EX, 1978 год) оптимальное сопротивление нагрузки составляет 60…100 Ом, поэтому я добавил нагрузочный резистор 30 кОм на вторичную обмотку. Несложный расчет показывает, что для коэффициента передачи 1:16 выбором добавочного сопротивления на вторичной обмотке трансформатора LL1941 возможно установить входной импеданс в пределах 20…160 Ом, а для коммутации с коэффициентом передачи 1:32 – в пределах 5…40 Ом. Это при условии стандартного входного сопротивления ММ корректора = 47 кОм.

Схема блока питания:

Блок питания – вполне традиционный. Трансформатор питания – выполнен на заказ компанией “Орбита-Сервис”, – тороидальный, с межобмоточным экраном и пониженной индукцией сердечника. На всякий случай я применил фильтр “постоянного” напряжения входной сети. Выпрямители и стабилизаторы выходных напряжений питания выполнены по схемам, традиционно-обычным для моих конструкций. Я не указал на схемах типы некоторых компонентов – для пытливого ума самодельщика не составит труда догадаться, что именно я применил или самостоятельно выбрать подходящие детали.

Технические характеристики корректора:

  • Входное сопротивление по входу ММ = 47 кОм
  • Входное сопротивление по входу МС = 70 Ом, входное сопротивление постоянному току = 0.8 Ом
  • Коэффициент передачи MC->MM секции = 16
  • Выходное сопротивление =< 1.8 кОм 
  • Номинальная нагрузка = от 20 (и выше) кОм
  • Номинальное входное напряжение (по входу ММ) @1000Hz = 5mV RMS
  • Номинальное выходное напряжение = 2V RMS @ 1000Hz (Может быть отрегулировано внутренними настройками в пределах +-6dB)
  • Максимальное входное напряжение (по входу ММ) @1000Hz = 80mV RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 100 кОм >= 32V RMS
  • Коэффициент усиления ~ 400
  • Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” ММ входе =<190uV (“взвешено” по кривой “A”)
  • Отклонение суммарной АЧХ от стандарта RIAA в диапазоне частот 20Гц…20кГц = не более 0.6dB.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 100 кОм при номинальном выходном напряжении <= 0.3%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -18 dB.

Несколько фото –

Май 2020 г. Владивосток

Иногда они возвращаются. На этот раз с супертвиттером.

Хороший вариант. Пропорции сторон корпуса немного изменены, остальное – как обычно 🙂 . Комплектующие для фильтра – Erse, Mills MRA12, Jantzen. Клеммы- Cardas, внутренняя разводка проводом Supra Classic. Корпус – МДФ18 (+10), шпон, матовый лак.

Март 2020 г. Владивосток

Еще одни грабли. Продукт известного происхождения.

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

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

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

Что-же – заглянем внутрь –

Схема конструкции –

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

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

Что сделано в ходе доработки:

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


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

Схема конструкции после доработки –

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

Несколько фото –

Март-Апрель 2020 г. Владивосток