Монстры – Большие и маленькие

“My mommy always said there were no monsters – no real ones – but there are..” (Мама всегда говорила мне, что на самом деле никаких монстров нет – но они есть…) – “Aliens” (Чужие) 1986 г.

Так вот, немного о монстрах. После выхода заметки “Обмер, обвес и (возможно ) недолив” у меня резонно стали спрашивать – а собственно, могу ли я предложить “правильный” усилитель мощности, работающий в классе А? И, вдруг оказалось – что в тех или иных модификациях я его предлагаю примерно с 2011 года 🙂 . Называется он Zen Power Monster и вот один из вариантов –

Технические характеристики –

  • Входное сопротивление = 47 кОм
  • Выходное сопротивление =< 0.6 Ом
  • Номинальная рекомендуемая нагрузка (импеданс) = от 4 (и выше) Ом
  • Минимальное сопротивление нагрузки напряжению постоянного тока = 2 Ом
  • Максимальное входное напряжение = 0.85V RMS
  • Номинальное входное напряжение = 0.7V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом >= 11V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 4 Ом   >= 9V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 2 Ом   >= 7V RMS
  • Долговременная (номинальная) выходная мощность на нагрузке 4 Ом = 20 Вт
  • Пиковая выходная мощность на нагрузке 4 Ом >=30 Вт (Импульс длительностью 100mS с интервалом 1S)
  • Коэффициент усиления ~ 12
  • Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 16 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального = 0 Гц (постоянный ток)…300 кГц. Уточнение – при появлении на выходе усилителя напряжения постоянного тока больше +-1V срабатывает защита, отключающая акустические системы. Схема питания устройства защиты независима от схемы питания усилителя.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального <= 0.3%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -10 dB.
  • Время выхода на рабочий режим =< 20 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя.

И да – именно такими должны быть реальные технические характеристики транзисторного усилителя в классе А с минимальным уровнем ООС.

Думаю, что будет уместно напомнить, что существуют и сравнительно небольшие ~монстры~, например вот такой – универсальный Zen Monster Classic для динамических и изодинамических наушников.

Технические характеристики –

  • Входное сопротивление >= 10 кОм
  • Выходное сопротивление =< 1 Ом Номинальная нагрузка = от 18 (и выше) Ом Номинальное входное напряжение = 1V RMS Максимальное выходное напряжение на нагрузке 1 кОм = 10V RMS Максимальное выходное напряжение на нагрузке 18 Ом >= 9.8V RMS
  • Коэффициент усиления ~ 10
  • Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 18 Ом при выходном напряжении = 0.5 от максимального = 0 Гц (постоянный ток) ….500 кГц.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 18 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 0.09%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -18dB.
  • Время выхода на рабочий режим =< 15 min, это связано установлением теплового обмена в корпусе усилителя.

И совсем недавно – появился Zen Monster Digital 🙂 – но обо этом чуть позже.

Январь 2021 г.Владивосток

STAX SR-009S

Недавно получил для upgrade один из своих усилителей для электростатических наушников. С усилителем приехали STAX SR-009S.

Слушаю. Редкое ощущение, когда от музыки в наушниках возникает чуть ли не физиологическое 🙂 ощущение “переноса” в пространство исполнителей. Полное погружение. Удивительные наушники. И да – версия “S” действительно слышимо лучше оригинальных 009.

PS Мой усилитель, конечно тоже черезвычайно хорош 🙂

PSS У меня появилась идея интересного шуточного теста наушников и усилителя на тембральную достоверность и интонационную точность. Назвал его – “Тест на Акцент”, характерный для места рождения 🙂

  • Людмила Гурченко “Песни Военных Лет” (1982) – “Давай Закурим”. Людмила Марковна Гурченко родилась в г. Харьков Украинской ССР – Первый Уровень.
  • Patricia Kaas “Mon Mec a Moi” (1988) – Patricia Kaas родилась в г. Forbach (Lothringen) – Второй Уровень.
  • Людмила Барыкина “Смятение” (Д.Тухманов “По волне моей памяти” 1976). Людмила Тадьевна Барыкина родилась в г. Бельцы Молдавской ССР. – Третий Уровень.

И еще один Woo Audio WA5. “Теперь – горбатый!” – То есть LE.

Примерно с год назад ко мне обратился замечательный Британский аудиофил Daniel N с предложением переделки его усилителя Woo Audio WA5-LE. Как я выяснил позже, Daniel прочел статью на моем сайте и решил попробовать сделать что-то подобное со своим усилителем. Собственно, претензии были очень знакомы – “Тусклый, тембрально невыразительный, плоский и как бы “зажатый” звук.. С одной стороны – в звучании все вроде как “на месте”, с другой стороны – совершенно очевидно, что “что-то тут не то”. 🙂

Я согласился на переделку, предупредив, что “быстро” скорее всего не получится и что основная проблема переделки – это доставка ~ 30 кГ из Англии в Россию и обратно. В Россию груз ехал больше месяца и конечно без “приключений” с доставкой не обошлось, но – тем или иным способом 🙂 – к середине лета 2019 года усилитель оказался у меня.

В процессе “вскрытия и анализа”, помимо упомянутых мной в предыдущих статьях особенностей схемотехники двухкаскадного драйвера вдруг выяснилась весьма необычная схемотехническая неожиданность – в этом варианте усилителя выходной трансформатор включен в катодную цепь выходной лампы (300В)… “Тадам!“. Да, друзья мои – высоколинейный прямонакальный “легендарный” звуковой триод в этом усилителе “работает” в качестве обычного такого каскада с трансформаторной катодной нагрузкой, что-то вроде катодного повторителя напряжения. (Ха! Как тебе такое, Илон Маск? 🙂 ) И (печально) – “…Это многое объясняет…” Но – с технической точки зрения я понимаю, почему конструктором Woo Audio было выбрано такое схемотехническое решение, но не понимаю – зачем – это при их-то возможностях изготовить практически любой требуемый выходной трансформатор при весьма гибком бюджете. Вместе с усилителем Daniel прислал на замену пару отличных выходных трансформаторов Tango (ISO). Катодный повторитель и трансформаторы Tango… Это не наш метод. Переделка такой конструкции – неизбежность.

Было оговорено следующее:

  • При переделке использовать только специализированные комплектующие высокого уровня качества.
  • Драйвер выполнить по схеме аналогичной схеме Reichert, но предусмотреть возможность установки не только 6SN7, но и других подобных ламп.
  • Добавить в усилитель выходы для подключения акустики.
  • Предусмотреть возможность регулировки (переключения) напряжения на выходе выпрямителя анодного напряжения
  • Предусмотреть возможность регулировки и переключения напряжения накала выходных ламп.
  • Предусмотреть возможность коммутации анодной нагрузки лампы выходного каскада.

Предполагалось, что в качестве выходных ламп в усилитель можно будет устанавливать не только 300В, но и 2A3, AD1, PX4, а в качестве драйверных – ECC32, ECC40 и т.п.

Краткий анализ ВАХ предполагаемых к применению выходных ламп показал, что логично в выходном каскаде применить комбинированное смещение. То есть “автоматическая” часть напряжения смещения выделяется на катодном резисторе, а “фиксированная” – дополнительно подается в виде отрицательного напряжения смещения на сетку лампы.

Для различных выходных ламп и предполагаемых режимов их работы напряжения автоматического смещения и номиналы катодных резисторов должны быть такие:

  • 2A3/6A3/AD1 : Ua = 250V  Ug = -45V  Ia = 60mA  Rk = Ug/Ia = ~ 750 Ohm
  • 45: Ua = 250V  Ug = -50V  Ia = 36mA  Rk = ~ 1.4 К
  • 46: (T/C*)       : Ua = 250V  Ug = -33V  Ia(+Ic2) = 22mA  Rk = ~ 1.5 К 
  • VT52: (T/C)   : Ua = 250V  Ug = -18V  Ia(+Ic2) = 36mA  Rk = ~ 500 Ohm
  • PX4               : Ua = 300V  Ug = -45V  Ia = 50mA  Rk = ~ 900 Ohm 
  • 300B(Low)     : Ua = 300V  Ug = -61V  Ia = 60mA  Rk = ~ 1 К 
  • 300B(High)    : Ua = 400V  Ug = -75V  Ia = 80mA  Rk = ~ 950 Ohm

T/C* – Triode Connected

Исходя из приведенных цифр мне показалось логичным выбрать номинал катодного резистора автосмещения Rk= 500 Ohm. Таким образом, получается что на катодном резисторе автосмещения Rk и на сопротивлении постоянному току первичной обмотки выходного трансформатора Rt = 120 Ohm для различных выходных ламп падение напряжения будет таким:

  • 2A3/6A3/AD1 : Ia* Rk + Ia*Rt  = 30V + 7.2V = 37.2V и понадобится добавочное отрицательное напряжение на сетке Ug = -(45-30) = -15V
  • 45                 : = 18V + 4.3V = 22.3V and Ug = -(50-18) = -32V
  • 46: (T/C)       : = 11V + 2.6V = 13.6V and Ug = -(33-11) = -22V
  • VT52: (T/C)   : = 18V + 4.3V = 22.3V and Ug = -(18-18) = -0V
  • PX4               : = 25V + 6V = 31V and Ug = -(45-25) = -20V
  • 300B(Low)     : = 30V + 7.2V = 37.2V and Ug = -(61-30) = -31V
  • 300B(High)    : = 40V + 9.6V = 49.6V and Ug = -(75-40) = -35V

Добавочное отрицательное напряжение на сетке получается в пределах от 0V до -35V, то есть предел регулирования в -50V будет вполне достаточен. Падение напряжения на Rt необходимо учесть при расчете рабочей точки.

Для выходных ламп с рабочим напряжением на аноде = 250V (2A3, 45, 46, VT52), напряжение источника питания должно быть в пределах (250+13.6)…(250+37.2)  = ~264…288V DC. Для лампы PX4 и “низковольтного” режима 300B напряжение источника питания должно быть в пределах (300+31)….(300+37.2) = ~ 330…340V. Для “высоковольтного” режима 300B напряжение источника питания должно быть 400+49.6 =~ 450V.

Так же следует учесть падение напряжения на сопротивлении вторички силового трансформатора и на дросселях фильтра питания и на кенотроне. Это еще примерно ~ 20+25+5 = ~50V. Я посчитал, что для всех ламп с рабочим напряжением на аноде = 250V вполне достаточно выбрать одно напряжение источника питания и после выпрямителя (без нагрузки) оно будет = 288V + 50V = ~338V DC, для ламп с рабочим напряжением 300V = 340V +50V = ~390V DC, для “высоковольтного” режима 300B = 450V +50V = 500V DC.

Таким образом, отводы на вторичке силового трансформатора источника питания анодного напряжения должны быть на 338/1.4 = 241V AC   390/1.4 = 278V AC  500/1.4 = 357V AC. То есть три отвода (250V,  300V , 350V) будет вполне достаточно. Так как анодное напряжение не стабилизировано, то в процессе установки режима оно будет немного “плавать” и поэтому регулировка тока покоя должна выполняться в два этапа.

Для драйверного каскада на лампах 6SN7, ECC40, ECC32 каскад с анодной нагрузкой Ra = 43…47K и катодным резистором автосмещения Rk = 1.3…1.5K сохраняет очень хорошую линейность в диапазоне напряжения питания от 250V до 500V, запас по амплитуде выходного напряжения при этом так же вполне приличный. Коэффициент усиления двухкаскадного драйвера будет ~ 100 …115. Для ламп BL63 и CV1102 с этими же номиналами резисторов рабочая точка остается “нормальной” в диапазоне напряжения источника питания от 250V до 350V.

Итоговая схема усилителя после переделки:

Рис 1 из 4 – Усилитель.
Драйвер – двухкаскадный, выполнен по схеме известной как схема Reichert. Анодная нагрузка выбрана в пределах ~ 40K, катодный резистор автосмещения = 1.5K. При напряжении источника питания = +250V ток покоя каскада = ~4mA и размах выходного напряжения (peak to peak) = ~ 160V.  При напряжении источника питания = +450V ток покоя каскада = ~ 8mA и размах выходного напряжения (peak-to-peak) =~ 260V. Так как итогового усиления двухкаскадного драйвера более, чем достаточно, я не стал шунтировать конденсатором катодный резистор первого каскада. Коэффициент усиления первого каскада = ~ 7, выходное сопротивление =~ 11K, коэффициент усиления второго каскада = ~ 14, выходное сопротивление =~ 5K. Итоговый коэффициент усиления драйвера =~100.  Конденсатор C1 (220pF*) – конструктивная необходимость 🙂 для предотвращения возможного “паразитного” ВЧ возбуждения драйвера на пиках входного сигнала. Его установка вызвана особенностями “продольного” монтажа сигнальных проводников в корпусе усилителя Woo Audio.
В выходном каскаде – я применил комбинированное смещение. Регулируемое отрицательное напряжение смещения может быть установлено в пределах – 2V ..- 60V. Ua1 Ua2 идут из одной точки, но индивидуальными проводами.

Рис 2,3 и 4 – Блок питания и Стабизизаторы напряжений накала. Всего в блоке питания я применил 4 трансформатора – один для источника анодного напряжения и напряжения смещения и три для источников питания накалов. Вторичная обмотка трансформатора источника анодного напряжения выполнена с тремя отводами – ~250V, ~300V и ~350V, расчетный ток нагрузки составляет примерно 330mA. Переключение отводов и замена типов кенотронов дает возможность изменения анодного напряжения в довольно широких пределах. Напряжение на выводах обмотки для источника напряжения смещения = ~ 50V

В блоке питания Woo Audio силовой трансформатор закрыт декоративным колпаком, а размеры трансформатора таковы, что он плотно занимает все место внутри. Нет никакой технологической возможности изготовить силовой трансформатор точно таких же габаритов и такой же мощности, но с добавочными отводами на симметричной (с центральным отводом) вторичной обмотке. Поэтому силовой трансформатор пришлось отдать в перемотку (Эдуард – Спасибо за отличную работу!) и выполнить вторичную обмотку без центрального отвода, но проводом несколько большего диаметра. Это улучшило как температурный режим, так и мощностные характеристики трансформатора. Я применил схему “гибридного” мостового выпрямителя – с двумя ПП диодами и двумя кенотронами. Диоды каждого из кенотронов соединены параллельно, фильтр выполнен по трехступенчатой схеме. Первая ступень – СRC, затем “Виртуальная Батарея” на полевом транзисторе – которая помимо фильтрации обеспечивает и плавное нарастание напряжения на выходе и два (по одному на каждый канал) LC фильтра. Накалы всех ламп питаются выпрямленным и стабилизированным напряжением. Выпрямители напряжений накала располагаются в Блоке Питания, стабилизаторы в Блоке Усилителя.

Распиновка выходного разъема блока питания :

  • Pin # 1 = + High Volage (Channel 1)
  • Pin # 2 = + High Volage (Channel 2)
  • Pins ## 3,4,5 = GND    
  • Pin # 6 = – Non regulated Filament 5V  (Channel 1)
  • Pin # 7 = +Non regulated Filament 5V  (Channel 1)
  • Pin # 8 = – Non regulated Filament 5V  (Channel 2)  
  • Pin # 9 = + Non regulated Filament 5V (Channel 2)  
  • Pin # 10 = – Bias   
  • Pin # 11 = – Non regulated Filament 6.3V
  • Pin # 12 = +Non regulated Filament 6.3V              

Напряжения на выходе стабилизаторов источников питания накальных цепей – регулируемые, предусмотрено переключение на одно из трех выходных напряжений = +2.5V, +4V, +5V, максимальный ток нагрузки каждого из напряжений примерно 3 A. Для того, чтобы снизить тепловыделение на микросхемах стабилизаторов, вторичные обмотки трансфоматорв источников питания накалов выходных ламп могут быть скоммутированы параллельно – это может быть актуально в случае применения 2A3 в качестве выходных ламп (напряжение накала 2.5V при токе 2…2.5A). В ходе проведения испытаний выяснилось, что толстый алюминиевый корпус усилителя – довольно эффективный теплоотвод и особой необходимости в коммутации вторичек накальных трансформаторов – нет. Примечание – емкость конденсаторов фильтра выпрямителей напряжения накала выходных ламп желательно увеличить до 15..22 000 uF. Схемы стабилизаторов напряжений накала особенностей не имеют, добавлены лишь переключатели и подстроечные резисторы.

Несколько фото:

Благодарности

  • Я хотел бы выразить огромную признательность Herb Reichert за его статью “Flesh and Blood. Reichert 300B” (“Sound Practices” Magazine, winter 94/95 issue), которая безусловно является одной из важнейших статей для понимания “характера” лампы 300B.
  • Так же выражаю благодарность заказчику этого проекта, увлеченному аудио энтузиасту – Daniel N. Спасибо за заказ, за доверие и за прекрасную возможность попрактиковаться в Английском 🙂
  • Моя особая признательность – Эдуарду (г.Артем) – за качественный силовой трансформатор.
  • Мое уважение – компании “Орбита-Сервис” за отличные тороидальные трансформаторы, выполненные в полном соответствии со спецификацией заказа 🙂

Апрель 2019…Май 2020 г.Владивосток

Иногда они возвращаются. Часть 5. Комбайн для HD800

Недавно известный форумчанин SharapOFF принес мне на upgrade мой же “Комбайн” – Усилитель + ЦАП для телефонов Sennheiser HD800” – конструкция 2012 года. Напоминаю, что в то славное время специализированные усилители для наушников считались редкой причудой.

Что сделано в 2019 – схему усилителя немного модифицировал до “Light Voice – ЦАП и усилитель для наушников – Система выходного дня”, ЦАП заменил на современный USB DSD комплект XMOS+AK449Х с custom прошивкой, переделал блок питания, выбрал более интересный алюминиевый корпус меньших размеров. Регуляторы оставил те же, поскольку во-первых – они прекрасно работают и, во-вторых – это настоящие ALPS, приобретенные в digikey. И да – в 2012 году еще было возможно найти настоящие ALPS 🙂

Сентябрь 2019 г. Владивосток

Усилитель на октальных лампах для наушников STAX SR-007/009. Версия 2019.

Версия 2019 года. Немного модифицированная схема и новый корпус из алюминия. Добавлена возможность контролировать и балансировать ток покоя ламп выходного каскада 🙂

Июнь…август 2019 г. Владивосток

Серия Гибридных Усилителей Zen-X для наушников STAX

На этот раз я представляю две конструкции усилителей для электростатических наушников. Они имеют общий “источник” 🙂 – это мой же усилитель Auridux-V (Январь 2012 г.)

Общие рассуждения.

Все, кто когда-нибудь что-нибудь читал об устройстве электростатических наушников знают, что для работы излучателей необходимо так называемое “поляризующее” напряжение (BIAS). В частности, для современных излучателей наушников STAX напряжение BIAS = 580V, при этом предполагается, что постоянное напряжение на обкладках статоров = 0V. Что же произойдет, если напряжение BIAS увеличить, например до 2000V? Ничего особенного – скорее всего электрический разряд пробьет изоляцию между обкладками и наушники будут испорчены. То же самое произойдет, если напряжение BIAS оставить неизменным, но увеличивать напряжение на обкладках. Но что же будет, если в процессе работы амплитудное напряжение сигнала на обкладках статоров превысит напряжение BIAS? Увы, никакого “волшебства” не случится- сигнал будет ограничиваться, то есть резко возрастут искажения, а при увеличении амплитуды колебаний мембран излучателей – через некоторое время пленка мембран растянется и произойдет короткое замыкание либо между обкладками статоров либо между одной из обкладок и электродом BIAS. В итоге – в любом из вариантов наушники поедут в ремонт. Учитывая эту особенность, мне, например немного странно читать в характеристиках усилителя “Blue Hawaii” – такую строку: “Output Voltage: 1600V peak-to-peak”. Цифра, безусловно интересная , но звучит скорее как предупреждение 🙂

Идеи построения схемы. Цифры.

Предположим, что желаемый размах выходного напряжения усилителя должен быть где-то в пределах удвоенного напряжения BIAS, то есть +- 580V, округлим до 600+600, то есть 1200V peak-to-peak. Это ~=430V RMS, что означает 215V RMS на каждом из статоров, так как электростатические наушники предполагают балансный вариант подключения к выходному каскаду усилителя.

Так же предположим, что напряжение на входе = 1V RMS, что является вполне стандартным (и даже с некоторым “запасом”) для современных источников. Тогда, коэффициент усиления для каждого их “плеч” усилителя должен быть не менее 215. Совершенно очевидно, что в рамках более-менее стандартной схемотехники на более-менее доступных комплектующих однокаскадный вариант построения усилителя отпадает. Сложно, но вполне возможно реализовать двухкаскадную схему с таким усилением, а трехкаскадный вариант вполне реализуем.

Напряжения источника питания. В рамках более-менее стандартной схемотехники и более-менее доступных комплектующих 🙂 имеется известное конструктивное ограничение на рабочее напряжение конденсаторов фильтров питания. Высококачественные конденсаторы на рабочее напряжение 450…500V – вполне доступны, но есть определенные проблемы с конденсаторами на большие напряжения. Итак, конструктивно ограничим напряжение на выходе источника питания значением 400V, это позволит применить в схеме выпрямителя и фильтра конденсаторы на рабочее напряжение 450 и(или) 500V.

Нулевой потенциал на выходе усилителя. Совершенно очевидно, что при напряжении питания +400V получить напряжение на нагрузке = 215V RMS (600V Peak-To-Peak) возможно только в каскаде с трансформаторной или дроссельной нагрузкой и в случае с дроссельной нагрузкой необходимо применение выходного конденсатора. В случае резистивной нагрузки требуемый размах выходного напряжения при нулевом потенциале на выходе можно получить только при помощи дополнительного, так называемого “подземного” источника питания. При этом в состоянии покоя на резистивной нагрузке каскада будет рассеиваться довольно значительная тепловая мощность.

Таким образом, для выходного каскада с резистивной нагрузкой очевидны следующие особенности:

Для того, чтобы потенциал на выходе каскада был равен “0”, необходимо применить два источника питания – “положительной” и “отрицательной” полярности. При этом к источнику “положительной” полярности будет подключена анодная нагрузка каскада, а “минус” источника “отрицательной” полярности будет “общим” для выходного каскада. Это приводит к очевидному выводу, что если связь между входным и выходным каскадами будет емкостная, то межкаскадные конденсаторы должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не менее, чем напряжение между “плюсом” и “минусом” источников питания выходного каскада. Второй вывод заключается в том, что на анодной нагрузке в состоянии покоя будет рассеиваться мощность, равная произведению напряжения источника питания “положительной” полярности на ток покоя выходного каскада. То есть конструктивно корпус усилителя должен быть снабжен хорошим теплоотводом.

Требуемые напряжения источников питания. Поскольку желаемый размах напряжения сигнала на выходе усилителя = +-600V, то требуемое напряжение “положительного” источника питания должно составить не менее +300V. Примем с некоторым запасом, что оно должно быть = +350V. С “отрицательным” напряжением источника питания все немного сложнее. Очевидно, что оно должно быть ниже -300V на величину, равную напряжению смещения выходных ламп (в случае автоматического смещения на катодном резисторе) плюс “остаточное” напряжение между анодом и катодом выходной лампы, когда она полностью открыта (напряжение смещения =0). Для испытаний выходных каскадов на различных лампах удобно сделать источник питания с “отрицательным” выходным напряжением регулируемым. Примем с некоторым запасом, что диапазон регулирования должен быть от -350 до -450V, при этом “положительный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее, чем ток, потребляемый выходным и входным каскадами, а “отрицательный” источник питания должен быть рассчитан на ток нагрузки не менее тока потребления выходного каскада усилителя.

Примерная схема тестового блока питания.

Схема довольно типичная и каких-то особенностей не имеет. Стабилизаторы входного напряжения – обычные, параметрические. RC цепочки в затворах регулирующих транзисторов задают время нарастания выходного напряжения до номинального значения. Очевидно, что для ограничения колебания напряжения на нагрузке при включении усилителя напряжение “отрицательного” источника питания должно нарастать несколько быстрее, чем “положительного”, то есть “положительное” напряжение должно подаваться уже на прогретые лампы.

Накал ламп питается не стабилизированным переменным напряжением, потенциал накальных цепей “поднят” относительно каждого из “общих” источников питания на 50…70 Вольт.

Технологическая особенность – поскольку корпуса большинства электролитических конденсаторов слабо изолированы от их “минусового” вывода (сопротивление изоляции не превышает ~ 100 кОм), то при монтаже конденсаторов фильтра “отрицательного” источника питания их корпуса необходимо надежно изолировать от “шасси” усилителя.

Первый вариант схемы усилителя, два каскада, триоды, без ООС.

Первый каскад может быть выполнен на триодах с высоким усилением – например, вполне подойдут 6SL7, 6SF5. Как один из интересных вариантов можно применить двойной триод 6N7. Выходной каскад выполнен на двойном триоде 6BХ7 или на его “одиночном” эквиваленте 6AH4. На входе усилителя применен фазоинвертор на трансформаторе Jensen JT-11P4. Коэффициент усиления каждого из “плеч” первого каскада ~ 28. Нагрузкой выходного каскада является интегральный источник тока IXYS, Коэффициент усиления выходного каскада ~ 10, таким образом общий коэффициент усиления ~ 280, что даже несколько больше требуемых 215. Триод 6BХ7 обладает широким “раскрывом” характеристик, что минимизирует возможность перегрузки выходного каскада входным, а применение источника тока в качестве анодной нагрузки обеспечивает хорошую линейность каскада. Нагрузку можно подключить двумя способами – “традиционно” – к аноду выходной лампы, или к катоду интегрального источника тока, в этом случае выходной каскад представляет собой гибридный SRPP с низким выходным сопротивлением. Оба варианта подключения имеют свои достоинства и недостатки 🙂

Немного о выборе рабочей точки выходного каскада. (Справочно – выходной каскад на этой лампе я уже применял в моем самом первом “комбайне – усилителе” для STAX 303, 2011 год) Для того, чтобы получить размах выходного напряжения +-300V, напряжение между анодом и катодом 6BХ7 должно быть около 350V. Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде каждой из “половинок” 6BХ7 не должна превышать 10W, что ограничивает ток покоя каскада пределом = 25mA. Поскольку ток покоя задается источником тока в анодной нагрузке и остается постоянным, то изменение напряжение смещения приводит к изменению напряжения между анодом и катодом лампы выходного каскада. Таким образом, подстраивая напряжение смещения можно установить “нулевой” потенциал (относительно “общего” “положительного” источника питания) на выходе усилителя. Из ВАХ видно, что при токе покоя (например) = 20mA “остаточное” напряжение между анодом и катодом при полностью открытой лампе составляет ~= 50V, а напряжение смещения в рабочей точке (350V, 20mA) = – 32V. Таким образом, требуемое напряжение “отрицательного” источника питания должно быть не менее = -(300+50+32 = 382)V. Для удобства работы и улучшения термостабильности выходного каскада я применил комбинированное смещение.

Для более безопасного “запуска” схемы номиналы резисторов автосмещения в катодах выходных ламп выбраны больше расчетных, а точная установка режима и “нуля” на выходах усилителя достигается подачей небольшого положительного напряжения смещения на сетки ламп выходного каскада. Помимо прочего, это позволило применить межкаскадные конденсаторы на рабочее напряжение 630V.

При токе покоя = 20mA и напряжении “положительного” источника питания = 350V, мощность, рассеиваемая в состоянии “покоя” на каждом из интегральных источников тока составит 20(mA)*350(V) = 7W. В схеме 4 источника тока – то есть потребуется очень надежный и качественный теплоотвод, способный постоянно отводить и рассеивать не менее 30W тепла.

Для этого варианта усилителя блок питания можно собрать по примерно такой схеме:

Несмотря на кажущуюся простоту схемы, сборка и наладка этого усилителя под силу только подготовленным DIYer’ам. В схеме присутствуют опасные напряжения и токи, а наладка конструкции без некоторых навыков и соответствующего набора измерительного оборудования – невозможна. Поэтому я не указал номиналы части элементов, а в схеме блока питания возможно есть небольшая ошибка. Желающие повторить конструкцию – пишите, я отвечу на возникшие вопросы. Или – рассчитайте номиналы самостоятельно, тем более что практически все требуемые “цифры” приведены в тексте 🙂

Второй вариант схемы. Три каскада, триоды с малым “u”, тетроды в триодном включении и неглубокая общая ООС.

Блок питания для этого варианта усилителя аналогичен тестовому. Схемотехническое решение аналогично тому, которое я применяю в двухтактных усилителях и в особых комментариях не нуждается. Необходимость применения такой конфигурации обусловлена тем, что конструкция должна была обеспечивать чувствительность ~ 0.5V RMS, при стабильности режимов по переменному напряжению (долговременная идентичность усиления в каналах при “приработке” ламп). Отсюда – логичное решение – три каскада усиления + общая ООС по переменному напряжению. Кстати, при необходимости ООС можно ввести и в первом варианте усилителя.

Несколько фото:

И еще несколько фото из рабочей тетради, наглядно иллюстрирующие “движение творческой мысли” 🙂

Январь…март 2019 г. Владивосток

“Солнечный Удар” или еще один Универсальный Усилитель

На известном форуме, посвященном наушникам и усилителям меня довольно часто спрашивают – “… а можно ли сделать такой вот простой и недорогой усилитель на лампах, чтобы к нему подключались как обычные, так и электростатические наушники, причем одновременно?”. Когда я слышу такой вопрос, то обычно мне вспоминается довольно забавная книжка М.Веллера “Всеобщая теория всего” – и я отвечаю – ” Нет, просто и недорого – вряд ли получится, поскольку требования к усилению – совершенно разные, как минимум нужно изготавливать специализированный выходной трансформатор, как-то переключать и подстраивать источник питания и т.д. и т.п.”

Лето в этому году выдалось довольно жаркое и на очередной запрос об “универсальном недорогом усилителе для всего” – я вдруг, вероятно немного перегревшись на солнце – совершенно неожиданно ответил – “ДА. Такой усилитель сделать можно –  и, более того, помимо наушников, к нему еще можно будет подключить и АКУСТИКУ” 🙂  Сказал как отрезал (с) – значит нужно делать… Если недорого,то – советские лампы, тор в питании, простые, но хорошие выходные трансформаторы. Никакой эзотерики – только здравый смысл, техническая простота и эффективная оптимальность.

Вот результат – 

Основные технические характеристики  —

  • Входное сопротивление >= 10 кОм
  • Выходное сопротивление =< 1.2 Ом (выход для подключения акустики), <=
    2 кОм (выход для подключения электростатических наушников
  • Минимально допустимое сопротивление нагрузки – 4 Ом (выход для
    подключения акустики)
  • Номинальный диапазон подключаемых нагрузок – 8 Ом….1 кОм (выход для
    подключения динамических и изодинамических наушников)
  • Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 Ом >= 10V (RMS) (на канал, выход для подключения изодинамических и динамических наушников)
  • Максимальная выходная мощность на эквиваленте нагрузки 4 Ом >= 12 Вт (RMS) (на канал, выход для подключения акустики)
  • Максимальное выходное напряжение на эквиваленте нагрузки 100 кОм  > = 400V RMS, 1120V peak-to-peak. (на канал, на выходе для подключения
    электростатических наушников)
  • Напряжение BIAS = +580V (стабилизированное)
  • Полоса пропускания в режиме “большого” сигнала (Сопротивление нагрузки
    = 4 Ом, уровень выходного напряжения = 0.707 от максимального) не уже
    – 19 Гц…..28 кГц при неравномерности не более 1 dB
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц, измеренный в режиме “большого”
    сигнала (см выше) =<0.5%
  • Уровень шумов и помех на выходе усилителя, при закороченном входе и
    при подключении к питающей сети через регенератор с заземлением =<
    200uV

Схема Усилителя:

Комментарии к схеме: Клеммы для подключения акустических систем присоединены на общий и на отводы от вторичной обмотки выходного трансформатора, помеченные “Х” (4 или 8 Ом, выбирается при сборке). Входной и Фазоинверторный каскады особенностей не имеют, режим работы и сопротивление нагрузки Raa выходного каскада выбраны таким образом, чтобы он гарантированно работал в классе “А”. Лампы выходного каскада обязательно должны быть тщательно подобраны в идентичные по параметрам пары, это очень важно для получения максимального размаха выходного напряжения, минимизации искажений и получения низкого уровня шумов и помех на выходе. Для стабилизации усиления и режимов работы усилитель охвачен неглубокой общей ООС. Я не привожу точную маркировку трансформаторов, конденсаторов, диодов, транзистора фильтра блока питания и стабилитронов – “продвинутому” DIYer’у не составит труда догадаться – тем более что такие же компоненты я многократно применял и в других своих конструкциях. 🙂

Июль-Август 2017 г.                                                                              г.Владивосток

Отданный “кармический долг” или долгожданный upgrade

Случилось так, что пару лет назад я изготовил ламповый усилитель для моего хорошего знакомого – Владимира, меломана с почти 50-летним стажем.   Усилитель был двухтактный, в качестве выходных ламп я применил KT88, выходные трансформаторы – Hammond, а в качестве силового был применен мощный специализированный тороидальный трансформатор Antek.  К моему глубокому сожалению, усилитель хоть и был своевременно отдан заказчику и вызвал много восторгов, но я не мог считать этот проект удачно завершенным. Во-первых, компания Antek “подвела” с декоративным стальным кожухом для трансформатора, из-за особенностей крепления которого трансформатор было невозможно надежно зафиксировать внутри. “…Что может быть тревожнее плохо закрепленного силового трансформатора…”. Во-вторых поставщик выходных ламп вдруг совершенно неожиданно меня подвел – прислал не подобранные в пары KT88 с каким-то  странным дефектом цоколей – очень хрупким центральным “ключом”. С “ключами” я ёщё как-то справился, а вот из-за не подобранных в пары ламп пришлось в выходном каскаде применить регулируемое смещение. Все было бы хорошо, но только вот силовой трансформатор я выбрал исходя из того, что выходной каскад будет работать с автоматическим смещением, то есть для варианта с фиксированным смещением напряжение источника питания было “немного” высоковато – примерно вольт на 60 больше требуемого. Поэтому желаемого режима работы выходного каскада в таком варианте конструкции мне добиться не удалось.

Тем не менее усилитель был отдан Владимиру, а я в свою очередь пообещал, что чуть позже подвезу другой кожух трансформатора, нормальные лампы и переделаю усилитель так, как было задумано.

Шли Годы… Усилитель прекрасно работал. И вот тут по случаю мне достается редкий набор NOS локтальных ламп – 7С5, 7N7, 7F7 выпуска 40-х..50-х годов. На этих замечательных лампах просто обязательно нужно было сделать что-нибудь интересное. Совпало так, что у меня случилась пара относительно свободных недель и я вспомнил о невыполненном до конца обещании, о Кармическом Долге.

Переговоры с Владимиром был продуктивны – было решено не только “проапгрейдить” (а по факту – полностью переделать) усилитель, но и изготовить дополнительный блок – коммутатор источников и предусилитель, который был бы еще и усилителем для высокоомных наушников. 🙂

Так и появился этот замечательный комплект – Предусилитель и Оконечный усилитель мощности на Локтальных Лампах.

Схема Предусилителя —  Справочные данные ламп — 7C5_ 7N7.  

В предусилителе два каскада, первый – усилитель напряжения, второй – усилитель тока (повторитель напряжения). Подстроечные резисторы последовательно с регулятором уровня служат для выравнивания усиления по каналам. Поскольку предполагается, что предусилитель и усилитель мощности будут соединены постоянно, а при прослушивании музыки через наушники усилитель мощности будет просто отключен от сети, то для уменьшения взаимного влияния устройств второй каскад “продублирован” – для выхода на высокомные наушники добавлен более мощный повторитель на лампе 7С5 в триодном включении. В качестве катодной нагрузки в мощном повторителе я применил интегрированный источник тока, по сравнению с резистором расчетного номинала это позволило уменьшить выходное сопротивление каскада до 120 Ом и увеличить размах напряжения на нагрузке. При сопротивлении нагрузки 300 Ом коэффициент “усиления” по напряжению этого каскада = ~ 0.5, максимальный размах выходного напряжения ~ 5V rms. Естественно, при более высокоомной нагрузке коэффициент усиления каскада приближается к 1, а максимальный размах выходного напряжения – к ~ 50V rms. Несколько слов о примененном мной регуляторе  (R2) – это довольно интересная конструкция ступенчатого регулятора на переключателе и дискретных резисторах, которая применялась в предусилителях Aleph от маэстро Nelson Pass. Конструкция немного странная, довольно объемная  – но, тем не менее в ней есть некий шарм, продуманность и надежность. Это помимо отличных звуковых качеств. Обычно критики ступенчатых регуляторов говорят – “слишком много контактов, резисторов и промежуточных паек”. Я почему-то больше доверяю Nеlson Pass – пайки и контакты безусловно имеют место быть, но звуковые свойства таки отличные.

Основные характеристики предусилителя:

  • Входное сопротивление = 15 кОм.
  • Количество входов = 3 (RCA), количество выходов = 2 (1 шт RCA, + 6.3mm Jack для наушников)
  • Выходное сопротивление c выхода RCA =< 1 кОм. Выходное сопротивление с выхода для наушников = ~ 120 Ом
  • Номинальная нагрузка = от 10 (и выше) кОм по выходу RCA и 200 (и выше) Ом по выходу для наушников.
  • Номинальное входное напряжение ~ 0.33V RMS
  • Номинальное выходное напряжение ~ 1V RMS
  • Максимальное выходное напряжение на нагрузке 10 кОм> = 60V RMS (выход RCA)  Максимальное выходное напряжение на выходе для наушников при нагрузке 300 Ом => 5V RMS.
  • Коэффициент усиления ~ 3, может быть раздельно по каналам плавно увеличен до ~ 9.
  • Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<170uV (“взвешено” по кривой “A”)
  • Полоса воспроизводимых частот на выходе RCA при номинальной нагрузке и номинальном выходном напряжении =  5Гц…200кГц с неравномерностью не более 0.5dB. 
  • Коэффициент гармоник на выходе RCA на частоте 1 кГц при номинальной нагрузке и номинальном выходном напряжении <= 0.2%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -36 dB.

Схема усилителя мощности – 

Традиционная (для меня) конструкция, три каскада, выходной каскад на лампах 7С5 в ультралинейном включении. Для стабилизации усиления и некоторого уменьшения выходного сопротивления я применил небольшую общую ООС. Смещение выходных ламп автоматическое, настраиваемое индивидуально. Примерно по такой же схеме собран мой основной домашний усилитель. Конденсаторы С6 и С7  – емкостью 1800uF. Блок питания усилителя схемотехнически идентичен блоку питания предусилителя и особенностей не имеет, за исключением того, что применен силовой трансформатор с напряжениями вторичных обмоток 250+250V@400mA, 3.3+3.3V@8A.

Основные характеристики усилителя мощности: 

  • Входное сопротивление = 91 кОм
  • Выходное сопротивление =< 0.47 Ом 
  • Номинальное входное напряжение = ~1V RMS
  • Номинальная нагрузка = 4 и 8 Ом (Отдельные клеммы)
  • Номинальное выходная мощность = 8.5W RMS
  • Коэффициент усиления ~ 8
  • Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<200uV (“взвешено” по кривой “A”)
  • Полоса воспроизводимых частот при номинальной выходной мощности 27Гц…27кГц с неровномерностью не более 0.5dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 8 Ом.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при номинальном выходной мощности <= 1%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 8 Ом.

Несколько фото – 

Май 2017 г.                                                                                                 г.Владивосток

Возвращаясь к опубликованному. Настройка режимов усилителя STAX SRM-007t

После публикации заметки о переделке усилителей STAX SRM на 220V меня часто спрашивают о методике настройки усилителей STAX SRM и, в частности – о настройке режимов  усилителя SRM-007t  после замены ламп или просто “для профилактики”.  Суть настройки состоит в контроле  постоянного напряжения на выходе и балансе  выходного каскада усилителя.

Минимальное (в идеале – равное 0V) постоянное напряжение на выходе обеспечивает максимальный размах выходного переменного напряжения, а баланс выходного каскада обеспечивает симметрию выходного переменного напряжения и минимальный уровень искажений.

Выходной каскад SRM-007t собран на 4-х двойных триодах 6CG7, триоды каждой из ламп соединены параллельно – и на этом моменте стоит остановиться более подробно. Дело в том, что  соответствующие выводы “половинок” каждой из ламп не просто соединены между собой, а предусмотрена балансировка – подстройка “одинаковости” режима работы каждой из половинок.

Таким образом, последовательность настройки должна быть такой – сначала балансируем “половинки” триодов в каждой лампе, затем балансируем выходной каскад, затем выставляем близкое к “нулю” постоянное напряжение на выходе. Два последних шага – итерационны, то есть для более точной настройки их нужно выполнить несколько раз, обычно удается установить требуемые напряжения за 2-3 “подхода”.

Плата усилителя  выглядит так –

Для Левого (L-CH) и Правого (R-CH) каналов, если смотреть со стороны передней панели последовательно расположены следующие регулировочные резисторы: TVR1, TVR2, TVR4, TVR3.  Рядом с TVR4 расположены две “тестово-измерительные” пермычки “TP2”, а с TVR3 две перемычки “TP1” – они нужны для измерения напряжения на катодах каждой из “половинок” выходных ламп. Рядом с мощными резисторами R27 R28 (47К) расположены две “длинных” перемычки (R-CH и L-CH) – они нужны для измерения выходного напряжения и балансировки выходного каскада. Около конденсаторов блока питания расположена еще одна “длинная” перемычка – это “общий” (0V, GND).

Итак, крышку усилителя нужно снять, щупы вольтметра присоединить, например к TP1, включить усилитель и подождать минут 10, пока установится тепловой режим. Вольтметр покажет что-то вроде –

Потенциометром TVR3 нужно установить напряжение, максимально близкое к 0V. Если этого сделать не удается, то лампу (в данном случае V1) нужно заменить, ее “половинки” слишком сильно различаются по параметрам.

Аналогичные измерения и настройки нужно проделать с TVR4, TP2.

Затем щупы вольтметра нужно переместить на “длинные” перемычки и вращением движка TVR1 установить напряжение, максимально близкое к 0V. 

Затем “черный” (минусовой) щуп вольтметра нужно переместить на “длинную” перемычку в блоке питания и вращением движка TVR2 установить напряжение, максимально близкое к нулю. Нужно отметить, что из-за определенной температурной инерции “ноль” на выходе довольно нестабилен и постоянно “гуляет” в пределах нескольких вольт. Это является особенностью усилителей SRM, согласно данным сервисных инструкций, допустимый диапазон “гуляния” составляет около 15V.

После завершения настроек усилитель следует выключить, на “длинные” перемычки присоединить щупы осциллографа, на вход – подать сигнал с генератора и проверить баланс выходного напряжения по переменному току.  После включения и прогрева усилителя максимальное выходное напряжение (до видимого начала ограничения сигнала)  должно быть не менее 120+120V rms, ограничение должно происходить симметрично и “плавно”.  Уменьшение размаха максимального выходного напряжения и (или) сильный разбаланс напряжений говорит о старении выходных ламп, то есть о том, что их пора менять.

Март 2017г.                                                                             г.Владивосток

 

Zen Guru. Ультимативный усилитель для HD800

Весной этого года я пообещал опубликовать  схему “самого лучшего” лампового усилителя для наушников Sennheiser HD800 (S). Время пришло – вот она 🙂zen_guru_1

 

Схема предельно проста – всего один каскад на триоде 6J5, с трансформаторным балансным входом и выходом. Собственно, “особенной” ее делают примененные мной комплектующие – лампы Zenith 40-х годов, трансформаторы Jensen и Hashimoto, электролитические конденсаторы Illinois серии TMA450M (USA) и резисторы Panasonic MRG. В качестве регулятора применен ступенчатый регулятор на дискретных резисторах GoldPoint. Входной трансформатор в этой схеме необходим во первых для более эффективной организации смещения и, во вторых – для гальванической развязки и сопряжения с балансными источниками сигнала. Применение входного трансформатора не только позвляет избежать возможных “земляных петель”, но и ограничивает полосу сигнала частот в “суб” НЧ и “супер” ВЧ, что очень благотоворно сказывается на легкости, натуральности и музыкальности звучания – особенно при подключении цифровых источников. Музыка “льется”…Блок питания – традиционный для моих конструкций, со стабилизатором напряжения на полевом транзисторе. Напряжение на выходе стабилизатора регулируется установкой перемычки между выводами стабилитронов ZD1, ZD2. Напряжение смещения усилительного каскада задается батарейкой B1 – она составлена из двух элементов 3.3V или 3.6V. Схема усилителя самодостаточна и не предполагает модификаций или применения комлектующих других марок. В моем варианте Guru “работает” еще и как предусилитель и собран в одном корпусе с корректором и коммутатором входов, блок питания собран в отдельном корпусе. Несмотря на очевидную простоту, я бы рекомендовал эту схему для сборки только опытными DIYer’ами, так как помимо качества комплектующих получение не просто “хорошего”, а “выдающегося” результата возможно только при правильной компоновке и продуманном монтаже всей конструкции.

На мой слух – в комплекте с наушниками Sennheiser HD800 (S) – это, пожалуй, самый лучший сетап для вдумчивого индивидуального “погружения”, для познания сути и смысла музыки. Этот усилитель будет вашим учителем, вашим проводником, вашим  गुरू  🙂

Октябрь 2016г.                                                                 г.Владивосток