Двухтактный усилитель для наушников STAX. Версия на октальных лампах.

За последние пару лет ко мне часто обращаются с просьбой сделать усилитель, который бы “раскрыл” 🙂 все возможности электростатических наушников. Естественно, я часто задавал себе вопрос – а почему же “родные” усилители STAX, по мнению слушателей – не “раскрывают” возможности их же собственных наушников? На мой взгляд, помимо известных производственно – технических – финансовых трудностей компания STAX в определенном смысле стала жертвой своей же рекламы. Электростатические наушники всегда позиционировались ей как единственные, имеющие черезвычайно малый уровень искажений и самую высокую “верность” воспроизведения. Естественно, и усилители для них разрабатывались с соответствующими “модными” параметрами – минимальным уровнем гармоник, широким диапазоном частот и т.п.  По всей видимости, определенные ограничения инженерно- производственной базы и необходимость вписаться в заданный бюджет + приверженность к концепции “погони за цифрами” = не позволили компании STAX довести серию своих усилителей до адекватного аудиофильского уровня. На мой взгляд, самой интересной в звуковом смысле является серия SRM-006t. Но изделия даже этой серии, хоть и отличается весьма пластичным и тонально ровным звучанием – явно не обладают сколь-нибудь приличной динамикой и разрешающей способностью.  Поэтому тот, кто хотя бы один раз послушал DIY усилитель на лампах для электростатических наушников – к “фирменным” изделиям STAX уже никогда не вернется…

Этот усилитель разрабатывался и испытывался в двух вариантах — с тетродным включением ламп выходного каскада + общая ООС и с триодным включением ламп выходного каскада, без общей ООС. Подробности и впечатления о прослушивании этих двух вариантов я приведу чуть позже, в комментариях.

1. Схема усилителя.

Принципиальная схема усилителя  — STAX_PP_Octal_002 и его блока питания — STAX_PP_Octal_003   Для любопытствующих (….“Виктор, а как вы разрабатываете схемы?”…) –  я отсканировал лист из рабочей тетради с заметками, сделанными по ходу отладки — STAX_PP_Octal_005.

Каждый из двух каналов собран по двухтактной схеме, на двойных триодах (драйверный каскад), и на лучевых тетродах средней мощности в триодном или тетродном включении (выходной каскад).

Схема варианта усилителя с тетродным включением выходных ламп, режимы которого сформированы и стабилизированы посредством введения ООС — STAX_PP_Octal_004

Для наглядности на схемах показан только один канал.

Первый (входной и фазоинверторный) каскад –  комбинация фазоинвертора на специализированном трансформаторе Jensen JT-11P4 и двух усилительных каскадов на триодах по схеме с общим катодом и резистивной анодной нагрузкой. В качестве лампы первого каскада применен двойной триод 6SN7GT, особенностью которого является отличная линейность при широком диапазоне напряжений на аноде. Режим работы первого каскада – ток покоя каждого плеча = 5.5…6mA, напряжение на анодах = + 120…+125V.  Напряжение смещения = -2.8…-3.1V.  Лампы для первого каскада должны быть отобраны по идентичности “половинок”. Коэффициент передачи трансформаторного фазоинвертора = 0.7 (для каждого из “плеч”), коэффициент усиления первого каскада =~15. Для полной «раскачки» выходных ламп необходимо напряжение на их сетках примерно 14…15V rms, таким образом чувствительность усилителя составляет примерно 2.0V rms.

В “тетродном” варианте схемы каждое усилительное плечо охвачено общей ООС, глубина которой определяется выходным сопротивлением первого каскада и номиналом резисторов R15, R16**. Номинал этих резисторов подбирается по минимуму и “правильности” спектра искажений и по идентичности коэффициента усиления  каждого из плеч усилителя. Усилитель охвачен петлей общей ООС, уровень которой определяет его итоговую чувствительность и выходное сопротивление. При номиналах, указанных на схеме,  чувствительность усилителя составляет примерно 1.0V rms.

В “тетродном” варианте в качестве лампы первого каскада возможно применить двойной триод 6SL7GT, особенностью которого является хорошая линейность при довольно высоком коэффициенте усиления (u =70). Режим работы первого каскада в этом случае – ток покоя каждого плеча = 1.0…1.2 mA, напряжение на анодах = + 170…+190V.  Напряжение смещения = -1.8…-2.0V.  Номиналы резисторов в этом случае — R6,R7 = 180K, R8,R9 = 1.8K, R15,R16** = 470K, R11,R12 = 470K. Лампы для первого каскада должны быть отобраны по идентичности “половинок”. Коэффициент усиления этого варианта первого каскада =~35..40.

Второй (выходной) каскад усилителя собран по двухтактной схеме, с раздельным автоматическим смещением выходных ламп. Связь между каскадами – емкостная. Смещение задается резисторами R17, R18 в катодах выходных ламп. По переменному току эти резисторы зашунтированы конденсаторами С6, С7. Ток покоя в “триодном” варианте выходного каскада составляет 30…32 mA для каждой лампы, выходной каскад работает в классе “A”. Нагрузкой является выходной трансформатор, с симметричной вторичной обмоткой со средней точкой. В качестве выходных трансформаторов применены изделия от компании Lundahl модель LL1660S/PP, включенные 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 в большинстве случаев обойтись без введения общей ООС.

В тетродном варианте на вторые сетки выходных ламп подается стабилизированное напряжение = 250V, выходной каскад работает в классе AB. Для линеаризации выходного каскада необходимо применить ООС. Было принято решение не охватывать петлей ООС выходной трансформатор, а снимать ее сигнал с анодов выходных ламп. Глубина ООС регулируется резисторами R15,R16. При наладке усилителя этими резисторами первоначально устанавливается номинальная чувствительность усилителя, а затем  их номинал подбирается чуть более точно по уровню и спектру искажений на выходе усилителя.

В качестве ламп выходного каскада используются лучевые тетроды средней мощности 6V6G. Из-за  конструктивных особенностей электродной системы эти лампы имеют практически уникальные звуковые характеристики. Например  – 6V6_Output_01 (см уровень 3-й гармоники). Из более мощных ламп подобными характеристиками обладают лишь тетроды 807 и 829В и некоторые редкие немецкие тетроды:).

Блок питания усилителя особенностей не имеет. В качестве трансформатора питания и накала использован весьма качественный трансформатор Hаmmond серии 372. Накал питается напряжением переменного тока, для уменьшения уровня помех и наводок на накальные цепи, обмотка накала «поднята» над общим примерно на +30V при помощи делителя R25R26.

Анодное напряжение, необходимое для работы схемы, снимается со вторичной обмотки трансформатора питания и выпрямляется диодами. Выпрямленное напряжение (+365V) фильтруется с помощью стабилизатора- электронного фильтра на транзисторе VT1, он же обеспечивает плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя. Напряжение на выходе фильтра = +340V.  Напряжение BIAS (+580V), необходимое для работы наушников STAX, формируется с помощью выпрямителя- удвоителя напряжения на полупроводниковых диодах VD1VD2, простейшим стабилизатором на элементах R19ZD1…ZD3 и фильтром на элементах C9R19C10.

С предварительно подобранными по параметрам лампами 6V6G в выходном каскаде усилитель обеспечивает следующие характеристики –

  • Входное сопротивление = 10 кОм;
  • Выходное сопротивление, не более 2.2 кОм (триодный вариант без ООС) и не более 10 кОм (тетродный вариант с ООС);
  • Максимальное выходное напряжение (на каждом из балансных выходов) = 250V RMS (700V Peak-to-Peak) для “тетродного” варианта и 175V RMS (490V Peak-to-Peak) для “триодного” варианта;
  • Номинальное входное напряжение = 2V RMS;
  • Полоса воспроизводимых частот, при неравномерности +-1 dB и уровне выходного напряжения 100V RMS, на эквиваленте нагрузки сопротивлением 100 кОм, не хуже =  20Гц…22кГц;
  • Суммарный коэффициент гармоник 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. Звучание и Итог.

В тетродном варианте усилитель звучит боле динамично, экспрессивно. В триодном – более тонко, я бы сказал интеллигентно. Лично я предпочитаю триодный вариант – он прекрасно подходит для сосредоточенного, неторопливого прослушивания. С завершением этой конструкции “тему” электростатов для себя я считаю раскрытой полностью :).

И еще один вариант исполнения –

Октябрь  2013 года                                                                                     г. Владивосток

Двухтактный усилитель для наушников STAX SR-007

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 – STAX_Balanced_Triode_001.

Каждый из двух каналов собран по двухтакной схеме, на триодах со средним коэффициентом усиления (драйверный каскад), и на пентодах средней мощности в триодном включении (выходной каскад), без общей ООС. Прорабатывался вариант усилителя и с пентодным включением выходных ламп. Схема этого варианта приведена в конце статьи (*** будет добавлена чуть позже).

Для наглядности на схеме показан только один канал.

Первый (входной) каскад – балансный усилитель на двух триодах по схеме с общим катодом и резистивной анодной нагрузкой. В качестве ламп первого каскада применен двойной триод 6BZ7 (6BQ7), особенностью которого является хорошая линейность при сравнительно небольшом напряжении на аноде. Режим работы первого каскада – ток покоя каждого плеча 6.5…7 mA, напряжение на анодах + 140…+145V.  Напряжение смещения = -2.7…-3.1V.  Лампы для первого каскада должны быть отобраны по идентичности “половинок”.  Коэффициент усиления первого каскада =~15. Для полной «раскачки» выходных ламп необходимо напряжение на их сетках примерно 10…12V rms, таким образом чувствительность усилителя составляет примерно 0.7V rms.

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

Второй (выходной) каскад усилителя собран по двухтактной схеме, с раздельным автоматическим смещением выходных ламп. Связь между каскадами – емкостная. Смещение задается резисторами R14, R15 в катодах выходных ламп. По переменному току эти резисторы зашунтированы конденсаторами С4, С5. Ток покоя составляет 27…29 mA для каждой лампы. Нагрузкой является 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 R12R13.

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 VD2,VD3, простейшим стабилизатором на элементах R15ZD2…9,  и фильтром на элементах R16C13.

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

  • Входное сопротивление = 49 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 = 700mV 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 SharapOFF за возможность разработать и изготовить для него эту конструкцию, а так же за продуктивное обсуждение особенностей звуковоспроизведения. Выражаю надежду, что этот усилитель будет радовать его своим звучанием на протяжении многих лет.

Октябрь-Ноябрь  2012 года                                                               г. Владивосток

Armonia Nightingale – трели итальянского соловья

В начале этого (2012) года попал ко мне на ремонт довольно симпатичный усилитель – Armonia Nightingale.

Симптомы были такие — один канал фонил и играл тихо, второй- временами срывался в перегрузку. В интернете об этой конструкции информации немного, а та, что есть – несколько неоднозначна.

Во-первых, утверждается, что этот усилитель работает в чистом классе А, что несколько не согласуется с заявленной выходной мощностью и типом примененных ламп. Во-вторых, судя по входам, усилитель имеет встроенный винил-корректор, а это уже не согласуется с количеством ламп 🙂  В третьих, меня несколько  насторожило заявление об электронном контроле тока покоя выходных ламп.

Вскрытие показало, что за оболочкой благородно-винтажного вида лампового усилителя скрывался абсолютно современный транзисторно-микросхемный прощелыга-гибрид. Собственно на лампах собрана только часть усилителя мощности, а все остальное представляет обычный микросхемно- релейный предусилитель – коммутатор с электронной регулировкой громкости и  селектором входов. Встроенный винил-корректор собран на операционных усилителях.   В общем “начинка” такого усилителя ничем особо не отличалась от какого-нибудь недорогого ресивера.  И, конечно  о  “ламповом” звучании  можно смело забыть. Попутно выяснилось, что выходной каскад ламповой части конструкции работает с ультралинейным включением ламп и, соответственно в классе АВ с классической общей петлей ООС. Лампы в усилителе были установлены Российского производства –  вероятно как символ долговременного Российско-Итальянского сотрудничества.

 

Владельца этого “Итальянского ночного-соловья” такой вариант “лампового” усилителя категорически не устраивал и было принято решение о полной переделке. К счастью, в “Соловье” применен неплохой набор трансформаторов, что внушало определенную надежду на успех. Я собрал классическую трехкаскадную схему, с SRPP на лампе 6189 (Philips) в первом каскаде, фазоинвертором по схеме Шмидта на  5687 (Sylvania) во втором каскаде и выходной каскад на четырех (по две подобранных лампы в плече) 6GK6 (RCA) в триодном включении c автосмещением. Конденсаторы, шунтирующие катодные резисторы ламп выходного каскада включены по технологии ultrapath. Выпрямитель блока питания – на полупроводниковых диодах,  фильтр – электронный, на мощном полевом транзисторе.   Регулятор громкости – традиционный Alps. Все платы “соловья” были выброшены, монтаж был сделан навесным способом на заново изготовленных панелях. В корпусе были заменены передняя и задняя панели и обновлено лаковое покрытие. Схема усилителя – Nightingale_001 и блока питания – Nightingale_bp_001

 

Апрель- Июнь 2012 год                                                                                 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

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. 🙂

Усилитель ELLA. Часть 2. Автограф Эллы

После успешного завершения усилителя ELLA, меня попросили сделать еще один, точно такой же. К тому времени (2009 год) “точно таких” не было, а в виде набора для самостоятельной сборки можно было приобрести усилитель мощности ELLA Signature.

В целом, неплохой набор – алюминиевый корпус, фильтр блока питания на пленочных конденсаторах, качественные разъемы. Из недостатков – не совсем подходящий силовой трансформатор, отсутствие регулятора громкости (очевидно предполагалось, что в домашнем комплексе уже имеется предусилитель).

Набор пришлось немного доработать- установить регулятор громкости, заменить силовой трансформатор и полностью переделать схему.

В итоге получился – классический трехкаскадный двухтактный усилитель. Первый каскад  – усилитель напряжения на одиночном триоде 6С2С, второй каскад – фаозинвертор с “длинным” хвостом по схеме Шмидта на лампе 6Н8С. Выходной каскад на лучевых тетродах KT88, в триодном включении. Смещение ламп выходного каскада – фиксированное, регулируемое. Выходной каскад работает в чистом классе А, с током покоя 85 mA на каждую лампу. Блок питания особенностей не имеет- традиционный выпрямитель на полупроводниковых диодах, дроссельный фильтр плюс ранее упоминавшаяся схема задержки подачи анодного напряжения. Источник напряжения смещения выполнен на отдельном трансформаторе.

Немного об примененных мной комплектующих —

Резисторы – Kiwame,  Bourns (подстроечники), Конденсаторы Wima, Solen, Obligatto, и обычные электролиты Samwa (105). Входной регулятор ALPS Blue Velvet 50K. Силовик One Electron BFT-1B (260-0-260@400mA, 6.3V@9.6A, 6.3V@4A) Выходники – Hammond 1650Р (6.6K CT, 4, 8, 16 Ohm 60W, макс. ток первички 200 mA) .

Характеристики Усилителя :

  • Выходная мощность –  16 Вт на канал;
  • Полоса воспроизводимых частот на полной выходной мощности 22 Гц…33 кГц с неравномерностью не более 1dB;
  • Суммарный коэффициент гармоник на полной выходной мощности – не более 1.0%;

Октябрь 2009 г.                                                                                         г.Владивосток

Усилитель ELLA. Часть 1. Китайская Сталь

Примерно в 2004 году я приобрел набор для самостоятельной сборки двухтактного усилителя – ELLA diy kit. Набор был собран, прослушан с акустикой Thor и  благополучно отправился на полку. К 2009 году от него осталось только шасси. Шасси оказалось интересно тем, что к этому времени было уже сравнительно старое и выполнено из очень качественной стали, но при этом довольно неровно покрашено  очень стойкой (очевидно, Китайской военной) эмалью серого цвета. Поскольку в нем уже присутствовали многие необходимые отверстия, плюс имелась красивая передняя панель и ручка регулятора громкости я решил – почему бы не применить этот комплект по назначению. После добавления трансформаторов Hаmmond, хорошего качества резисторов, конденсаторов, разъемов и некоторого количества ламп – получилась такая вот конструкция. (см фото)

Схема для меня традиционная, аналогичная усилителю “Прототип”.  Трехкаскадный двухтактный усилитель, входной и фазоинверторный каскады которого выполнены на триодах с малым “мю” (вход – 6Н24П, ФИ – 6Н8С), выходной каскад на пентодах 6П3С (6П3С-Е, EL34, 6L6, 5881), в ультралинейном или триодном включении (коммутируется посредством распайки выводов выходных трансформаторов).
Смещение ламп выходного каскада – фиксированное, регулируемое.

Немного об примененных мной комплектующих —

Резисторы – Kiwame, Ohmite, BC, Bourns (подстроечники), Конденсаторы Solen, Obligatto, и обычные электролиты Samwa. Входной регулятор ALPS Blue Velvet 10K. Коннекторы – Cardas. Силовик Hammond 372JX (300-0-50-300@250mA, 6.3V@8A, 5VCT@4A) Выходники – Hammond 1650Р (6.6K CT+ 40% UL, 4, 8, 16 Ohm 60W, макс. ток первички 200 mA) .

Характеристики Усилителя :

  • Выходная мощность –  22 Вт на канал (в триодном включении примерно 8 Вт на канал);
  • Полоса воспроизводимых частот на полной выходной мощности 22 Гц…33 кГц с неравномерностью не более 1dB;
  • Суммарный коэффициент гармоник на полной выходной мощности – не более 1.5%;

В настоящее время изделие радует своим звучанием замечательного Владивостокского художника Романа.

Сентябрь 2009г.                                                                                   г.Владивосток

Двухтактный усилитель “Прототип” (6C5C + 6Н8С + 6V6)

Этот усилитель – прототип-макет, на котором отслушивались режимы, лампы, проверялись и отлаживались режимы. Разбирать макет рука не поднималась, в своем итоговом варианте звучал и выглядел он вполне прилично. Конечно, на шасси остались различные “вспомогатенльные отверстия”, сделанные в ходе конструкторских изысканий. Я решил оформить его как законченную конструкцию, такой небольшой  “комнатный” вариант.

Схема усилителя – Proto_001

“Прототип” представляет из себя трехкаскадный двухтактный усилитель, входной и фазоинверторный каскады которого выполнены на триодах с малым “мю” (вход – 6С2С или 6С5С, ФИ – 6Н8С), выходной каскад на тетродах 6V6 (6П6С, подойдут и 6Ф6С), возможно включение выходных ламп как триодом (в классе “А”), так и пентодном или в ультралинейном режиме. Особенности режимов работы первых двух каскадов – работа со сравнительно небольшими токами покоя.  Первый каскад – обычный усилитель с  резистором в анодной нагрузке, коэффициент усиления = 12. Расчет каскада – First_Stage_Calc.  Второй каскад – фазоинвертор с “длинным хвостом”, выполненный по схеме Шмидта, коэффициент усиления = 6. На мой взгляд, это один из “самодостаточных” и хорошо звучащих фазоинверторов. Расчет каскада – Second_Stage_Calc. Связь между первым и вторым каскадами – непосредственная (гальваническая), фактически режим работы первого каскада задает режим работы второго. Каскад работает с небольшими токами, но поскольку для “раскачки” выходных ламп необходимо всего ~16V rms, при этом уровне выходного сигнала полоса пропускания при сохранении балансировки фазоинвертора практически получается примерно 5 Гц…30 кГц. Для усилителя, не охваченного ООС этого вполне достаточно. Выходной каскад выполнен по схеме с фиксированным смещением,  выходные трансформаторы Hammond 1650E, анодная нагрузка Raa составляет 8 кОм, ток покоя 39…42 mA на лампу. При работе выходного каскада в ультралинейном включении, предусмотрено введение общей ООС.  В  ультралинейном включении выходных ламп  без введения ООС оказалось весьма затруднительно получить идентичные характеристики у левого и правого каналов усилителя, а возможности подобрать другие выходные лампы у меня не было.

Схема блока питания – Proto_002

Блок питания особенностей не имеет, силовой трансформатор – Hammond 370HX (275-0-50-275@200mA, 6.3V@6A, 5VCT@3A), выпрямитель на полупроводниковых диодах, фильтрация выпрямленного напряжения производится транзисторным фильтром, он же обеспечивает и плавное нарастание анодного напряжения при включении усилителя.

Основные технические характеристики усилителя следующие:

  • Выходная мощность в триодном включении ламп выходного каскада составляет 4.5 Вт на канал (в ультралинейном включении примерно 9 Вт на канал);
  • Полоса воспроизводимых частот на полной выходной мощности 27 Гц…27 кГц с неравномерностью не более 1dB;
  • Суммарный коэффициент гармоник на полной выходной мощности (в триодном включении) – не более 1.5%.
  • Уровень шумов, помех и фона – меньше – 65dB
  • Чувствительность = 0.5V rms
  • Входное сопротивление =  50 кОм

Март-Апрель 2009 г.                                                                                      г.Владивосток