Двухтактный усилитель для акустики Pioneer CS-100

Про этот усилитель мне задали множество вопросов задолго до публикации статьи, поэтому и рассказ будет подробнее чем обычно 🙂 .

Технические требования к усилителю следующие – поскольку акустика Pioneer CS-100 довольно чувствительная, то выходная мощность может быть небольшой, то есть 8…12 ватт на канал – достаточно. Особенностью акустики является оформление НЧ звена “Закрытый Ящик”, для такого оформления очень нежелателен черезмерный уровень инфранизких составляющих в НЧ сигнале и это значит, что необходимо более внимательно отнестись к ходу АЧХ и полосе пропускания усилителя в НЧ области. Импеданс этой акустики довольно неравномерен, поэтому для получения более-менее ровного тонального баланса усилитель должен иметь постоянное выходное сопротивление во всей полосе рабочих частот. Я считаю, что для 16 Ом акустики в оформлении “Закрытый Ящик” выходное сопротивление усилителя должно быть в пределах 2…3 Ом и для получения требуемого вполне логично применить неглубокую ООС.

Так же как и музыкальные стили, схемотехнические решения усилительных устройств подвержены влиянию времени 🙂 Современный звук – с высоким разрешением и расширенным диапазоном в области НЧ, детальный и динамичный. Сведение и мастеринг современных фонограмм даже в стерео позволяет получить поразительную трехмерную звуковую картину, для точной передачи которой необходимо уделить внимание получению гладкой ФЧХ усилителя и сохранению ее вида при изменении уровня громкости.

Схема усилителя.

Первый каскад – SRPP, преимущества которого широко известны 🙂 – “почти автоматическая” установка режимов при изменении напряжения питания, стабильность режимов при старении ламп, отличные динамические характеристики, широкая полоса и хороший спектр искажений при работе на высокоомную нагрузку. По сравнению с обычным каскадом с резистивной нагрузкой для заданного сопротивления нагрузки SRPP обладает несколько лучшим PSRR.

Второй каскад – традиционный ФИ с “длинным хвостом” по схеме Schmitt. При выборе режима работы этого каскада нужно учесть ту особенность, что поскольку первый каскад имеет очень низкий уровень искажений, а в сбалансированном выходном каскаде четные гармоники сигнала будут значительно ослаблены (скомпенсированы), то от второго каскада требуется получить вполне определенный спектр искажений, а именно – низкий уровень третьей (и других нечетных) гармоник. При этом уровень второй гармоники не только может, но и должен быть немного выше “обычного”. Для триода 6SN7 это возможно при выборе сопротивления анодной нагрузки Ra в пределах 3…4*Ri, где Ri – динамическое внутреннее сопротивление триода в выбранной рабочей точке. Для 6SN7 Ri=~7K, то есть оптимальное сопротивление Ra = ~21…28K. Для улучшения симметрии прямого и инверсного сигналов на выходе каскада сопротивление в аноде правого (на схеме) триода необходимо выбрать на 2…4% выше, чем левого. Так же для улучшения симметрии выходного напряжения в некоторых случаях имеет определенный смысл вместо резистора катодной нагрузки (собственно так называемого “длинного хвоста”) установить регулируемый источник тока IXYS.

Несколько замечаний о выборе ламп и режима работы второго каскада. Важно учесть ту особенность, что второй каскад не должен перегружаться (как по входу, так и по выходу) ранее, чем выходной каскад. То есть так называемый “раскрыв” характеристик у ламп второго каскада должен быть довольно широкий и выбранное напряжение смещения должно быть больше максимального пикового напряжения сигнала на выходе первого каскада в момент перегрузки выходного каскада 🙂 . При этом нужно принять во внимание, что особого усиления от второго каскада не требуется. Попутное замечание – исходя из вышеизложенного, применение во втором каскаде такой интересной лампы, как 6N7 – в этой схеме затруднительно.

Выходной каскад выполнен по схеме с ультралинейным включением. С одной стороны, это дает возможность получить требуемую выходную мощность при низких искажениях и хорошем усилении, но – с другой стороны – выходное сопротивление такого каскада довольно высокое и для его снижения необходимо применить ООС. При расчете выходного каскада на тетродах и (или) пентодах почти всегда возникает соблазн применить тетродное (пентодное) включение, так как при почти одинаковых требованиях к источнику питания у пентодного каскада все “выше” и “больше” 🙂 – усиление и выходная мощность пентодного каскада больше, но при этом – коэффициент гармоник – выше и спектр гармонических искажений часто получается совсем уж некрасивым, выходное сопротивление каскада – выше. То есть в случае выходного каскада на пентодах для получения низкого выходного сопротивления и малого коэффициента гармоник необходимо применение довольно глубокой ООС. Нужно отметить, что например для открытых акустических оформлений низкое выходное сопротивление усилителя не является важным требованием и в общем-то – если вдруг получится отыскать четверку близких по характеристикам высоколинейных немецких пентодов 🙂 – то звуковой результат может получится весьма впечатляющим и без применения ООС. Для выходного каскада на триодах ситуация немного иная – без ООС и с высококачественными выходными трансформаторами – вполне возможно получить требуемое значение выходного сопротивления, малый коэффициент гармоник и “красивый” спектр искажений. Но, к сожалению – в большинстве случаев в рамках заданных требований к источнику питания для стандартной акустики выходная мощность может быть недостаточна. С триодами наиболее интересный звуковой результат получается только со специализированной, “легкой” – то есть чувствительной и эффективной акустикой, с максимально простыми пассивными фильтрами на высококачественных звуковых компонентах.

Кстати, о компонентах. 🙂 В выходном каскаде этого усилителя я применил трансформаторы Hashimoto НWC30-8 и винтажную четверку отличных “звуковых” лучевых тетродов 6V6G. Для более безопасной и долговечной работы ламп применено комбинированное смещение. Помимо уменьшения влияния тока первой сетки на рабочую точку и улучшенную температурную стабильность, – это решение позволяет более точно устанавливать и в требуемых пределах подстраивать режимы ламп выходного каскада по мере их приработки. Я считаю такую регулировку необходимой, поскольку к сожалению – подобранные по параметрами винтажные четверки дороги и, что важнее – встречаются все реже.

Как я уже упоминал, при разработке усилителя предполагалось, что требуемые характеристики будут достигнуты в том числе и посредством применения неглубокой общей ООС. В свою очередь это значит, что необходимо предусмотреть некоторый запас усиления. Коэффициент усиления первого каскада =~ 15, второго ~8. Выходной каскад обеспечивает согласование с нагрузкой, то есть усиливает сигнал по току и (почти) не усиливает по напряжению. С выходными трансформаторами Hashimoto в ультралинейном включении ламп 6V6G коэффициент усиления по напряжению выходного каскада = ~ 2, при этом выходное напряжение (без нагрузки) = ~ 20.2V RMS. При подключении нагрузки 16 Ом оно уменьшается до ~ 7.88V RMS, то есть выходное сопротивление каскада Ro = ~ 25 Ом. Максимальное выходное напряжение на нагрузке 16 Ом =~ 18V RMS (Кг=~5%). Общий коэффициент усиления всех трех каскадов по напряжению K= 15*8*2 = 240. Это значит, что для получения на нагрузке требуемых 14V RMS (12W@16Ом) на вход усилителя достаточно подать ~ 60 mV RMS. Требуемая чувствительность по входу =~ 0.7…1V – то есть для введения ООС имеется запас по усилению от 10 до 17 раз. Это значит, что Глубина Обратной Связи Foc (величина, показывающая во сколько раз уменьшится коэффициент усиления после введения ООС) может быть выбрана =~ 10 (20dB). Это хорошая, “правильная” цифра. 🙂 Выходное сопротивление требуется понизить до Rо(ос) =3 Ом, то есть в ~ 8 раз. Зная требуемую чувствительность, коэффициент усиления K и глубину обратной связи Foc можно легко посчитать требуемый коэффициент передачи цепи обратной связи β и номиналы резисторов делителя в цепи ООС. Fос = 1+β*K При этом Ro(oc) = Ro/(1+β*K ) = Ro/Foc

На практике, если расчетная Глубина Обратной Связи минимально – достаточна (Foc >=4), то это является гарантией того, что заметное уменьшение выходного сопротивления принципиально достижимо и номиналы делителя в цепи ОС возможно подобрать в ходе настройки. В этом случае итоговое усиление будет определяться коэффициентом передачи цепи обратной связи β и останется стабильным даже при значительном изменении усиления каскадов, вызванного старением ламп. Так же из этих рассуждений следует важное замечание относительно требуемой конфигурации усилителя с выходным каскадом в пентодном (тетродном) включении. Так как его выходное сопротивление выше, чем у каскада в ультралинейном включении, то для его снижения требуется введение более глубокой ООС и, как следствие – необходим больший запас усиления без ООС. Обычно этого добиваются увеличением усиления в первом каскаде, применяя триод с большим усилением или пентод. Или, как хороший вариант – можно применить в ФИ каскаде с “длинным хвостом” триод с немного большим усилением – например 6N7 в этом случае подойдет очень хорошо.

Несколько слов о выходном трансформаторе. К сожалению, качество выходного трансформатора – отлично слышно. Для этой конструкции я рекомендую Hashimoto НWC30-8 – это наиболее оптимальный вариант. Минимальный вариант, который имеет смысл применить для аналогичного каскада в ультралинейном включении – это Hammond 1608. Важное замечание. На мой “слух” для двухтактного выходного каскада не имеет никакого смысла применение oversized трансформаторов – от увеличения размеров звук подвижнее, динамичнее и лучше точно не станет, а вот стать хуже – может запросто. Нет никакого смысла применять ультралинейное включение и низкокачественный узкополосный трансформатор (пусть даже и больших размеров). С таким выходным трансформатором введение ООС ухудшит звук, музыкальная картинка будет мутной, плоской и серой – примерно такой же, как у посредственного транзисторного усилителя, только с так называемым “теплым ламповым окрасом” 🙂

Несколько слов о конденсаторе, шунтируюшем резистор ООС. Этот конденсатор корректирует ход АЧХ усилителя в области частот выше ~ 20 кГц, его номинал точно подбирается в ходе настройки, при тестировании усилителя сигналом формы “меандр”. Подбором емкости добиваются наиболее “ровной и плоской” вершины меандра частотой 5…7 кГц..

Блок питания усилителя вполне традиционен.

Схемотехническое решение с очень небольшими модификациями применяется мной примерно с 2006 года. Технические характеристики блока питания многократно превосходят требования, заданные при разработке конструкции.

Итоговые характеристики усилителя.

Лампы – Sylvania 6SN7GT = 2шт (входные ~ 1955г)  6SN7WGT (Tung Sol JAN 1959г) = 2 шт (драйверный ФИ каскад) 6V6G (Sylvania branded “Marconi Canada” ~1946 г) = 4 шт, две подобранные по параметрам пары

  • Количество входов – 2 RCA и XLR (балансный), выбираются переключателем на задней панели
  • Входное сопротивление = 10 кОм
  • Количество выходов для подключения нагрузки = 2, раздельные клеммы для 8 и 16 Ом
  • Коэффициент демпфирования импеданса нагрузки >= 5
  • Выходное сопротивление по выходу 16 Ом, не более 3 Ом, по выходу 8 Ом не более 1,5 Ом
  • Номинальное входное напряжение = ~0.7V RMS
  • Номинальная выходная мощность = ~2*12W RMS 
  • Уровень собственного шума и помех на выходе при “закрытом” входе =<300uV (“взвешено” по кривой “A”)
  • Полоса воспроизводимых частот при номинальной выходной мощности  =20 Гц…70 кГц с неравномерностью не более 0.5dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 16 Ом.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 16 Ом при номинальной выходной мощности <= 1%, в основном 2-я и 3-я гармоники. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -20 dB. Измерено на эквиваленте нагрузки сопротивлением 16 Ом.

Несколько фото:

Апрель…май 2019 г. Владивосток

Leave a Reply

Your email address will not be published.