Что первично – напряжение или ток ?

Пока не буду объяснять, с какой такой стати я заинтересовался этим философским вопросом.  А вопрос важный, потому что совершенно очевидно, что  от ответа на него зависит форма и содержание фундамента, на котором покоится вся наша электротехника и электроника, ессно, с аудио в том числе.

Как всегда я сначала погуглил эту тему и оказалось, что этим вопросом задавались в основном дилентанты, которые по сути мало представляли глубину этой ямы, и поэтому все детские ответы приводить  здесь не буду. Хотя забавно,  для разминки погуглите сами.  Возможно, я и сам в этой теме как бы  дилетант, но возможно, кому-то мои рассуждения помогут взглянуть на вопрос по-новому. Кто-то просто повеселится.  Тоже неплохо.

Давайте откроем книжку по  физике начальной школы и посмотрим, как на это дело смотрит учебник.   После общих и  чисто описательных рассуждений про эбонитовую палочку и ее электризацию следует основа основ – закон Ома.  И тут, на этой стадии уже появляются первые формулы и определения –  источник  ( разности потенциалов), сопротивление и ток. и заметьте – самая первая формула, которую нам дает учебник, записана в такой форме  – ток равен  разности потенциалов ( напряжению ) источника, которое нужно разделить на сопротивление. То есть ток – зависит от напряжения и величины сопротивления.  Вроде все правильно и логично.

Однако задумаемся над простым вопросом, над которым нам почему-то не предлагает задуматься учебник – а откуда на выводах источника взялась разность потенциалов ? Нам дальше  в учебнике конечно нарисуют гидроэлектростанции и ЛЭП, красиво ( но опять описательно ) расскажут как это все работает, но Закон Ома – останется тем же, незыблемым.  В университете уже нам объяснят более подробно, с формулами,  что в результате вращения рамки в магнитном поле  индуцируется  ( классная формулировка – в форме возвратного глагола !  ) ЭДС  и на выводах появляется разность потенциалов. Вот классно – сама собой вот взяла – и появилась ЭДС !  На самом деле понятно, что первичным актом появления разности потенциалов на выводах генератора является появление электрического тока в рамке. Причем при полном отсутствии какой-либо разности потенциалов на этой рамке в самом начале. И это явление назвается электромагнитной индукцией. На этом принципе, кстати,  работают  все  микрофоны,  многие ими пользуются и  сейчас. Ха ха ! Я уже подхожу ближе к теме !  Тут многие из вас уже догадаются к чему это я все веду….. Да, и на этом же принципе, опять-таки работают  практически все акустические системы !  Итак –  ТОК ПЕРВИЧЕН.    Давайте примем это за аксиому.  Кому это еще не кажется очевидным, начинайте читать ниже – для недоверчивых продолжу доказательную тему после того, как завершу тему  аудио применения этого нового для многих из вас откровения о первичности тока.  Чтобы не мучать  остальных.

В резульате  – что мы имеем ?  Повторим еще раз –  в начале звукового тракта – микрофон, основным принципом работы которого является  генерирование электрического тока в результате вибрации мембраны в магнитом поле,  потом следует некоторый усилительный тракт, цель которого или просто увеличить мощность сигнала и подать на акустику, или чтобы его  записать.  То есть записать, чтобы потом воспроизвести, усилить  и –   опять-таки подать на  ту же акустику.  В основу принципа работы которой лежат те же электромагнитные явления,  только преобразование уже обратное тому, что происходит в микрофоне – ток преобразуется  в механическую работу.

И вот теперь самое главное.  Усилительный тракт. Посмотрите, сколько копий сломано на форумах относительно этого на первый взгляд простого процесса. И он на самом деле был  простой, если бы наши титаны науки не перевернули все с ног на голову в самом начале, объясняя школьнику, а потом еще желторотому  студентишке, что  разность потенциалов вызывает появление тока.  Беда в том, что вслед за этой маленькой ложью ( которую часто обосновывают необходимостью упростить дело  для понимания малыша )  следует новая и новая, и, как это часто бывает в жизни, во все  эти нагромождения мифов уже начинают верить все, потому что  об истинном положении вещей уже никто не может вспомнить. И начинают не только верить, но строить на этом  песочном фундаменте  целые теории ( например необходимости аудио-усилителя иметь нулевое выходное сопротивление и  о демпфировании ДГ ). И попробуйте сегодня кому-нибудь из спецов сказать о порочности  современных теорий построения ауодиосистемы – так вас еще и поднимут на вилы –  безграмотный еретик !   И это вместо того, чтобы признать ошибочность  своих прежних воззрений и повернуться  к проблеме лицом – именно учет токовой составляющей усилителя – причем от микрофона до выхода усилителя –  должен быть положен в основу проектирования. И тогда все станет  с головы на ноги  и станет просто очевидным,  почему некоторые схемные решения в аудио не работают, а некоторые – на ура.   Пример – усилители Сакумы на трансформаторах.  Почему их так все любят слушать  ?  Все очень просто – лампы В КАЖДОМ каскаде сдобрены и по входу и по выходу трансформаторами – а трансформатор – это четырехполюсник, и он согласовывает ( связывает ) высокоомные входы каскадов с общим катодом лампового усилителя по току.   Пример негативный – катодный повторитель ( КП ). Многие признают, что КП ухудшает звук.  Почему ?  Все очень просто – то, чем многие адепты первичности напряжения считают плюсом КП – его очень высокое входное сопротивление – является на самом деле  самой существенной его  проблемой – в этом месте по сути происходит обрыв переменного  сигнала по току и  выходной сигнал теряет свойства рожденной в микрофоне волны ( с опережениями и отставаниями тока по фазе ) и далее на усиление проходит только его сильно упрощенная ( еще и зашумленная )  реплика.  Поэтому обратите внимание, что КП, у которого на входе  или выходе есть трансформатор ( четырехполюсник то бишь ) уже  не портит звука совсем. Кто не знал – пожалуйста , я уже поделился  с вами рецептом, как правильно готовить КП.  И еще пример.  Это анодная  нагрузка лампы во всеми любимой схеме с общим катодом –  звук становится все беднее и неинтереснее по мере замены дросселя на резистор, и далее – на источник тока.  Та же история. В последнем случае – источник тока  – также как и КП, по сути дает обрыв сигнала по переменному току ( по току, не по наряжению !!! ).  Результат схожий с КП.   И лечится также.

Пример из акустики. Как по-вашему усилитель напряжения  может “управлять” динамиком, который имеет довольно высокую индуктивность ?  По сути, если говорить корректно,  он этого сделать не может в принципе.  Но современного теоретика на драной козе не объедешь !  Он тут же, чтобы свести концы с концами,  придумал новый красивый, колоссально наукоподобно звучащий термин – демпфирование !  То есть усилитель должен не только раскачивать мембрану динамика, но каким-то чудесным образом, предугадывая амплитуду, импеданс и частоту,  чтобы поглощать возникающую ЭДС самоиндукции катушки басового динамика  ! Почитаешь всю эту лабуду и становится понятно, отчего такая несусветная сумятица творится  в рядах строителей  усилителей и акустики –  перед первыми стоит задача сделать усилитель с нулевым ( или уже многие дошли даже до отрицательного  !!! ) выходными сопротивлением, а проектирующий акустику  должен угадать, каким таким чудесным способом усилитель, к которому подключат его “теоретическое”, по сути – висящее в воздухе  творение будет подавлять возникающее противление динамиков грубому воздействию прилагаемой усилителем  разности потенциалов.  Которая, как их учили в школе и университете – первична.

Из всего сказанного выше можно сделать один вывод – усилитель аудиосигнала должен усиливать не только напряжение, но и ток.   Причем одновременно, в каждом каскаде.   Даже не так – прежде всего – ток !    И только если нам нужно повышение мощности – тогда усиливать и напряжение.  Все становится на место, если усилитель аудиосигнала будет не источником напряжения с нулевым выходным сопротивлением, а источником тока.   Как его сейчас называют ИТУН.  Он-то легко справится с ЭДС самондуции динамика.  Вернее, в этом случае вообще даже не может возникнуть  вопрос на эту тему и демпфировать будет  просто нечего. Тут, правда появляются не горизонте другие тучки в виде согласования импеданса усилителя и нагрузки ( колонок ), но товарищи теоретики с тяп-ляп строителями акустики – давайте не будем отлынивать от своих обязанностей и делать корректно ту работу, которую  все равно нужно делать !  Все равно, пока вы будете стоять на первичности разности потенциалов, вы никогда не добъетесь согласования любого усилителя с любой колонкой –   для уровня высокого конца это просто утопия ! Для бум-тыц – да, это более менее подходит и  для неискушенного рядового потребителя даже выглядит вполне наукоподобно, но не более того.  Почему же так все получается ? Все просто – для любого  производителя усилителей и колонок современная основанная на первичности напряжения  теория построения аудиотехники – это вообще рай ! Бацай что заблагорассудится, пиши в спецификациях красивые цифири,  абы сбагрить  побыстрее – а что дальше – не моя печаль ! Пусть тычутся аки слепые котята, покупают горы этого барахла, кто с руками пусть  проектируют и пилят сами и после бьются ( это адаптированный перевод  🙂  )  на форумах –  отчего же так все криво выходит ?!

Теперь продолжение ряда доказательств о первичности тока. Для недоверчивых.  Про ЭДС индукции на ГЭС я уже упомянул.  А дальше – придется вам вспомнить уравнения Максвелла  на которых построена вся теория электромагнетизма.  Врашающаяся в магнитном поле рамка пересекает магнитные линии поля и вихревое магнитное  поле вызывает движение электрических зарядов в рамке.  Это и есть электрический ток. Переменный электрический ток, потому что после одного полуоборота рамки направление вихревого поля меняет знак. И в четвертом уравнении Максвелла электрический ток уже фигурирует как переменная. Из этого уравнения по сути и выводится закон Ома. Который, как мы видим в школьном учебнике уже вывернут наизнанку, рождая ложное представление о первичности напряжения как причины протекания тока.

Схожая ситуация в аккумуляторах, батарейках и  солнечных панелях, хотя физическая природа появления тока там другая. В аккумуляторах и батарейках электрический ток появляется в результате потекания внутри электролита на границе с электродом электрохимического процесса окисления – восстановления, который и служит генератором, и происходит это,  опять же, без  начального участия разности потенциалов.    Схожий процесс происходит в полупроводнике солнечных панелей – яркий солнечный свет  своей энергией выбивает электроны ( носители тока ) из атомов полупроводников  и на   рубеже p-n перехода возникет электрический ток, который и приводит к поляризации и росту разности потенциалов на выводах.  Я  так думаю, что примеров  достаточно.

Так и хочется напоследок воскликнуть – да здравствует ИТУН !  Однако давайте не будем торопиться.   Это только начало.  Ибо в  настоящем аудио по сути нет источников, которые были были источниками напряжения.      Значит – да здравствует ИТУТ  🙂   ?     Вам смешно, но кто знает, может   это и есть  наше светлое будущее  в высоком конце.  Ессно, если  раньше не сбудется грустное пророчество фильма “Кин-дза-дза” ( “скрипач не нужен” ).  Пока, к сожалению, сбывается….

 

 

 

 

Кривые B – H магнитопровода и расчет сетевого трансформатора

Мне понадобилось намотать сетевой трансформатор. Под рукой есть Ш-образное железо, но я не знаю его параметров. Изрядно покопавшись в интернете обнаружил, что несмотря на то, что есть очень много публикаций на эту  тему, именно четкой методики определения параметров магнитопровода, которые необходимы для расчета трансформатора, по сути нет. Есть только отрывочные данные –  или совсем примитивные наукообразные  рассказы как сделать какой-то трансформатор с по сути непредсказуемыми параметрами на основе простеньких  эмпирических формул начала прошлого века( которые как правило дают неоправданно завышенные  габариты устройства ), или философствования с интегралами и дифференциалами, но ноль на выходе . Постараюсь заполнить этот пробелл, но только пока для Ш-образного сердечника. Хотя если сможете определить сами среднюю длину магнитной линии ls для другого типа сердечников – методика все равно подойдет.

Прежде всего нам нужны кривые намагничивания  B – H  – то есть зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля Н.    Наклон этой кривой даст нам величину магнитной проницаемости имеющегося материала – мю.  Нюанс в том, что  магнитная проницаемость трансформаторного железа – величина не постоянная и она в свою очередь зависит от напряженности магнитного поля Н.  Кривую этой зависимости мы тоже построим. И после этого приступим к рассчету  самого  трансформатора.

Schematic

Для начала собираем простую схему из Рисунка выше.  Понадобится регулируемый  автотрансформатор П ( я взял школьный ЛАТР ), который сначала устанавливают в крайнее положение, чтобы на выходе был ноль вольт. Шунт R1 – это два двухваттных резистора по 1 Ом, включенных параллельно, но точный номинал не важен – просто изменится величина сопротивления, которую подставляем в рассчетную фомулу. Вместо варианта шунт + вольтметр можно использовать просто амперметр. Для трансформатора мощностью 100 – 200 ватт предел измерения должен быть 2 – 3 ампера.  Хотя, конечно лучше и точнее  использовать  все-таки шунт и  тестер – включенный в режиме миливольтметра переменного тока. Конденсатор С  – неполярный, берем емкостью 4- 10 микрофарад, я брал МБГО 10 мкф на 160 Вольт.   Резистор R2 – около 100 КОм.

IMG_20220907_073350_1

Теперь сам трансформатор. Надо хорошо, тщательно  собрать и подогнать железо так, чтобы обеспечить минимальный магнитный зазор.  Я для этого использовал струбцину.  На основном керне я намотал тестовую первичку – 100 витков провода 0.6мм ( можно провод брать и толще ), вторичка у меня тоже 100 витков, можно мотать тем же проводом, но я уже намотал проводом того диаметра, который будет в законченном изделии. Для замеров же это роли не играет.

Обращаю ваше внимание, что вторичка у меня намотана на боковом стержне магнитопровода.  Если вы не собираетесь мотать такого вида трансформатор, а будете вторичку наматывать классическим, обычным способом поверх первички – то мотайте свою тестовую  вторичку в 100 витров  тоже  на центральном стержне. Может быть только положите на всякий случай слой изоляции между обмотками. И не перепутайте – в формулу расчета В в этом случае подставляйте не площадь сечения бокового стержня ( как это делал я ), а площать сечения центрального ( которая обычно в два раза больше ).

Замеры делаем постепенно подавая на первичку напряжение от ЛАТРА,  результаты замеров записываем в два столбика –  Ux  и Uy. Самое большое напряжение, которое можно подавать на первичку примерно соответствует тому моменту, когда она начинает заметно нагреваться – тогда замеры заканчиваем. Хорошо, если у вас получится 12 – 15 замеров с примерно равными интервалами.

Excel_table

Приступаем к обработке данных – их удобно сделать в Excel, можно и вручную. Формулы расчета Н ( (1) напряженность магнитного поля ),  В ( (2) –  магнитная индукция ),   и мю ( (3) магнитная проницаемость ):

H= Ux*1.41*N1*/(R1*ls)                         (1)

Ux – измеренное напряжение на шунте R1,  Вольт;

N1 – количество витков первички;

R1 – сопротивление шунта, Ом;

ls – среднаяя длина магниной линии магнитопровода в метрах, для Ш-образного сердечника вычисляется:

Ls_calc

B= Uy* 1.41*R2*C/(N2*S)         (2)

Uy – измеренное значение напряжения на конденсаторе С, Вольт;

R2 – сопротивление R2, Ом,  в нашем случае это 100 000 Ом;

С – емкость конденсатора в фарадах, у меня это 10 мкф или 0.00001 Ф;

N2 – количество витков вторички, у нас это тоже 100 витков;

S – сечение стержня магнитопровода, в метрах квадратных.

mu =  B/( MU0* H )                       (3)

B – магнитная индукция ( вычисленная по формуле (2);

Н – напряженность магнитного поля, вычисленная по формуле (1);

MUo – магнитная постоянная вакуума, равная (   4*3.14*0.0000001 ).

После подсчетов к двум колонкам измеренных значения Ux  и  Uy  ( отмечены желтым в таблице ) мы добавляем  еще три колонки из  вычисленных значений В, Н и мю.   После этого строим графики зависимости  величин В и мю от Н.   Я это сделал очень просто и быстро в том же  Excel.

На графике зависимости В от Н  обычно есть выраженный излом – когда насыщается сердечник, и быстро растущее вначале значение В начинает расти заметно медленнее. Это и есть то  максимальное значение В, которым  можно задаваться при проектировании трансформатора. В моем случае это было примерно   1.3 Тесла, что обычно и рекомендуют.   Большинство промышленных трансформаторов  в целях экономии материалов обычно работают в области  даже немного более высоких значений В, но платой за это будет  повышенный коэффициент гармоник и более высокий ток холостого хода, приводящий к нагреву и гудению трансформатора.

 

B_H_curve

mu_curve

 

Второй график – зависимости мю от Н.  Как видим, есть выраженная зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, причем выше того же значения  Н  = 350 А/м  магнитная проницаемость резко снижается ниже 3000.    Для дальнейших расчетов принимаем мю равным 2500, что будет примерно средним значением в рабочей точке. Правда, мю нам понадобится только для расчета выходного трансформатора.   Для сетевого достаточно только В – магнитной индукции.

Теперь сам расчет.   Первый шаг – определить ЭДС одного витка первичной обмотки, используем всем известную формулу из интернета:

E = 4.44 * f * B *  S * К / 10000  где

f – частота сети, берем 50 Гц;

В – полученное из графика В – Н значение индукции,   подставляем 1.3 Тл ;

S – сечение магнитопровода в см квадратных, у нас это 12.5 ;

К – коэффициент, учитывающий неплотность заполнения центрального стержня магнитопровода железом, принимается обычно около 0.9 ;

После подстановки данных получаем 0.325 вольта на виток, или 1/0.325 = 3.08 витков на вольт.

Количество витков первички определяем перемножением 3.08 на напряжение в сети ( 235 Вольт в нашем случае, берем с запасом, потому что 230 бывает далеко не всегда ) и получаем 723 витка.   Диаметр первички d  в мм вычислял по формуле

d= 0.02 * SQRT ( I )

где  I –  ток в обмотке в милиамперах.  Как его посчитать ?  У нас нагрузка – две лампы ГМ-70 с напряжением накала 20 Вольт и током  3 ампера,  то есть 60 ватт одна, то есть всего  – 120 ватт.  При КПД трасформатора около 0.85,  берем  с  некоторым запасом мощность 150 ватт, тогда ток будет 150/230 = 0.65 А.  Подставляя 650мА в формулу получаем диаметр провода 0.51мм.  Я взял с небольшим запасом провод 0.55 мм по меди.

Далее –  вторичная обмотка. Принимая во внимание, что вторичка у меня  намотана на боковых стержнях магнитопровода, там количество витков на вольт увеличивается вдвое – то есть 3.08 * 2  = 6.16 витков на вольт.   Отсюда, чтобы получить 10 вольт на одной  вторичной обмотке ( напомню, их всего в моем трансформаторе четыре –  и они потом соединяются попарно, давая две обмотки по 20 В ), нужно  примерно 62 витка.  Диаметр  провода считал по той же формуле, получается 0.02 * SQRT ( 3000 ) = 1.095 мм,  я взял  провод 1.25 мм ( вместе с лаком ).

На самом деле я намотал 715  витков первичку и по 60 витков вторичные обмотки, сознательно немного снизив напряжение накала ГМ-70, что на мой взгляд благотворно сказывается на звуке и немного продлевает срок службы лампы.   Эта генераторная лампа создана для работы в очень жестком режиме с импульсами тока до 0.8 ампера, что в случае моего  УНЧ совершенно не требуется.   Вячеслав, мой знакомый из Израиля уже построил похожий каскодный усилитель на ГМ-70, так он снизил питание накала даже  до 15 вольт и вполне доволен результатом.

Что получилось после сборки.    Ток холостого хода – 47 мА.     Стендовые испытания трансформатора показали его отличные нагрузочные характеристики и способность долго работать без перегрева – его максимальная температура не поднималась выше 50 градусов. При напряжении на первичке 235 вольт, на вторичках под полной нагрузкой было 19.4 вольта,  теоретически должно быть 19.71  –  то есть “проседание” напряжения всего  1.5 %.

После испытаний трансформатор был под вакуумом  пропитан лаком и затем высушен при 120 градусов в сушильном шкафу в течение 3 часов.  Даже под полной нагрузкой нем как рыба.

Спасибо за внимание, успехов вам !

 

***********************************************************************************************

 

 

 

 

 

 

 

 

Этажерка однотактного каскодного усилителя на лампах 6Ж4 – 6550 – ГМ-70.

Как и собирался, помаленьку доделываю  начатые проекты, под которые уже были куплены (  или изготовлены ) компоненты.

Сразу оговорюсь, что этот проект в полном смысле этого слова еще не закончен, поэтому по мере продвижения к завершению информация может изменяться и дополняться. Однако не закончена только отделка и некоторые вспомогательные блоки. Основной звуковой канал и блоки питания смонтированы и усилитель  уже поет  !

И как всегда – предупреждение для тех, кто не имеет опыта работы с высокими напряжениями – помните, что полтора киловольта – это очень опасно как для вашего здоровья и даже жизни, так и для окружающих. И я котегорически  не советую новичкам строить что-либо подобное. Да и более опытных товарищей должен предупредить –  эта статья – не руководство к действию, и все эксперименты с описанными здесь схемами и  лампами вы делаете на свой страх и  риск !

Часто задают вопрос – а почему этажерка, а не, скажем, обычный настольный вариант компоновки, скажем, в виде моноблоков  ? Все объясняется просто –  вес и безопасность.  Во-первых – хотелось сделать многофункциональный аппарат,  в котором накал ламп ГМ-70 мог бы питаться не только от постоянного выпрямленного тока ( как это делается обычно ), но и переменным током или от двух автомобильных аккумуляторных батарей. И во-вторых, каскоду на высоковольтной лампе ГМ-70 нужно довольно высокое анодное питание ( более киловольта ), блок которого трудно сделать компактным не жертвуя качеством и безопасностью в эксплуатации.

Еще в начале 2018 года был собран каркас пятиэтажной этажерки, собрана она из ламинированного ДСП и белых мебельных ножек, а вся конструкция катается на колесиках.  В задней части  во выфрезерованные в полках углубления установлен вертикальный стальной профиль, который также приобретен в мебельном магазине – на нем обычно крепятся кронштейны для настенных стеллажей.   У меня этот профиль использован как канал для укладки проводов между этажами, а также  для увеличения общей жесткости конструкции.

IMG_20180209_193715_res_35pct

Сам каскод на лампах КТ88 – ГМ-70 еще ранее был отмакетирован  в комбинации  с пентодным выходным трансформатором с Ra=10K/8Ohms, который я сам намотал на железе от ОСМ0.63 ( процедура намотки описана в проекте   11 | November | 2012 | Sergei Klimanski  ,  тот проект этот  к сожалению был закрыт ). На макете удалось получить выходную мощность при Кг менее 10% на уровне 50 ватт в однотакте !  Конечно, такая выходная мощность выглядит совершенно излишней для помещения реальных размеров, и я вовсе не стремился в законченном изделии к такой высокой выходной мощности ( оттого в финальном изделии КТ88 была заменена на чуть менее мощную 6550  и номинальная выходная мощность при 2 вольтах на входе – 35 ватт ), однако хочу заметить, что отчего-то транзисторный усилитель мощностью в 100 Вт ( а тем более – 400  🙂 ) никому не кажется излишеством.  Лишней мощности не бывает. Любой аппарат, можно слушать тихо,  для этого есть логарифмический РГ.   И еще один, весомый на мой взгляд, аргумент – для усилителя на ГМ-70 не нужна какая-то особенная  высокочувствительная акустика.

Сейчас,  4 января 2021 года этажерка уже начинена  большинством основных узлов – блок анодного питания, блок питания накала ГМ-70 от переменного и выпрямленного тока,  блок оконечного каскодного усилителя 6550 – ГМ-70, блок стабилизированного питания второй сетки 6550 и предварительного усилителя на лампе 6Ж4 с пультом ДУ.   Пока недостает блока управления и защиты от перегрузок ( будет размещен сверху, на последнем  верхнем  5-ом этаже ) и блока питания накала от АКБ и ЗУ для них ( 1-й этаж ).

IMG_20201029_134918_res_20pct

Несмотря на недоделки, конструкция уже работает, и пробные прослушивания, как мной индивидуально, так и в присутствии знакомых показали очень хорошее  звучание, что и позволило мне взяться за перо и описать этот усилитель немного подробнее. После более чем 15 лет увлечения ламповым звуком мне наконец-то удалось сделать однотактный усилитель на лампе ГМ-70, пение которого  меня  очень даже радует  ! Как видите, путь к освоению этой лампочки оказался долгим.

В кратце описание принципиальной схемы и конструкции.  На втором этаже размещен высоковольтный блок анодного питания собранный по схеме удвоения на лампах 6Д22С с раздельным питанием для каждого канала ( общие – только батарея из дорогостоящих  электролитов, каждый на 1200мкф и 500В и дроссель LL1673 ), выходные трансформаторы и некоторые элементы управления напряжением на сетке ГМ-70 ( повторитель на лампе  ГИ-3 ) – то есть на этом этаже собраны ВСЕ узлы, где используется анодное напряжение около 1400 вольт, то есть на другие этажи высокое напряжение не поступает, за исключением, наверно анодов лапмы ГМ-70, да и то, панелька этой лампы утоплена в “подвале” третьего этажа, который, разумеется, сообщается со вторым.  В высоковольтном блоке использован сетевой анодный трансформатор фирмы ANTEK  AS 4T-650, который содержит две вторичные обмотки по 650 вольт и две накальные по 6.3 вольта ( использованы для питания накалов 6Д22С ). На третьем этаже находится специальной конструкции  накальный трансформатор, намотанный на железе ОСМ-0,25, который через систему переключательных реле нагружен или непосредственно на накал ГМ-70 ( питание накала переменным током ), или через выпрямитель на диодах Шоттки.  Третья альтернатива питания накала – от двух автомобильных 12 В АКБ расположенных на первом этаже ( они заодно придают дополнительную устойчивость все конструкции ! ), через импульсный step-up 12 В – 20 В преобразователь напряжения.   На этом же, третьем этаже в передней части – сам каскод на лампах 6550 и ГМ-70 с четырьмя газовыми стабилизаторами СГ3С и СГ4С. На четвертом этаже –  readymade ( приобрел  на е-Вау ) ламповый стабилизатор напряжения  с отдельным сетевым трансформатором и дросселем, схема на лампах 5Ц4С, СГ15П, 6Ж4, 6080. Это блок обеспечивает питанием вторые сетки пентодов 6550, а также питает предварительный каскад на лампе 6Ж4 для  раскачки каскода. На этом же этаже находится блок входов, блок дистанционного управления регулятором громкости с моторизованным переменным логарифмическим резистором в 50К.   Всего в  этом усилителе – ровно 20 вакуумных электронных ламп.   Более подробное отдельное описание каждого из блоков будет дано ниже.

А пока – принципиальные  схемы самого усилителя, сначала – звуковой канал:

Cascode_GM_70

И  высоковольтный блок питания:

Blok_pitanija2

 

 

Сама стойка уже начала  приобретать  тот внешний вид, который был задуман – установлены защитные металлические экраны, которые заземлены и защищают от поражения электрическим током, а также экранируют элементы конструкции от локального перегрева излучением ламп.   Даже в таком, еще окончательно не законченном виде, этажерка  стабильно, без перерыва работала  6 часов. Никакого перегрева деревянных ( и других ) конструкций замечено не было.  Причем что интересно, все эти 6 часов мы на Рождество слушали музыку в режиме накала ГМ70 переменным током !  Никто на нормальном для прослушивания расстоянии никакого фона не слышал, хотя акустика ( временно, конечно, просто ничего другого небыло рядом )  была с весьма высокой чувствительностью – это были обратные рупоры на 4А28 ( около 95 дБ ).   Конечно, в штатном режиме с этим усилителем планируется  другая акустика с даже более низкой чувствительностью.

Нижние милиамперметры пока зывают величину тока анода каждого канала, верхние – анодное напряжение, конечно на них не подается полное, а от делителя.  По-прежнему пока нет верхнего блока управления и защиты.

IMG_20201206_195159

Буду дополнять по мере продвижения этого проекта к завершению.

Добавлено 10 августа 2022 года. Делаю последний, пятый этаж этажерки – это система контроля и включения усилителя. К сожалению этого монстра нельзя вот так просто взять – и включить одной кнопкой – нужен контроль состояния батарей и вспомогательных узлов – например необходима проверка наличия накала на ГМ-70 до подачи анодного напряжения, нужен контроль напряжения на второй сетке нижнего пентода и состояния батарейки смещения в сетке этого же пентода.

Чтобы упростить сбор этой информации и контроль за ней в процессе работы усилителя, я сделал этот узел на процессоре Ардуино, к которому подключен через интерфейс I2C жидкокристаллический экран LCD1602.  Вот скетч для последовательного контроля  наличия напряжения накала, напряжения батарейки смещения и напряжения на второй сетке лампы 6550, а также анодного питания ГМ-70. Как видим, сдесь большая часть программы выпоняется только один раз при включении усилителя, и если все этапы контроля успешны, то в цепи loop  происходит только контроль анодного напряжения с периодом 500 миллисекунд – и если это напряжение отличается от заданного, то происходит аварийное отключение всех узлов.

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {

pinMode(9, OUTPUT); // Ug2 swich
digitalWrite(9, LOW);
pinMode(10, OUTPUT); // HV swich
digitalWrite(10, LOW);

// pin 3,4,5 – relay switch

pinMode(7, OUTPUT);
digitalWrite(7, LOW );
pinMode(8, INPUT_PULLUP);

delay(2000);

// switching Left channel input
pinMode(5, OUTPUT);
digitalWrite(5, LOW );

pinMode(4,OUTPUT);
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);

// supply -3V to control relay
pinMode(3, OUTPUT );
digitalWrite(3, HIGH );
delay(300);

// switch to measurement
digitalWrite(4, LOW );
delay(300);

// vr and vl – bias battery voltage values, Left vl and
// Right vr channels

int vl = analogRead(2);

if ( vl > 145 ) {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Left ch bat low !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Replace battery”);
delay(10000);
// lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

// switching off Right channel control relay by grounding
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);
digitalWrite(3, LOW );
delay(500);

while(true);

}

else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Left ch bat OK !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(” “);
delay(3000);
lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}

// switching to Right channel
digitalWrite(5, HIGH);
// supply -3V to Right channel control relay
digitalWrite(3, HIGH );
delay(500);

// switch to measurement
digitalWrite(4, LOW );
delay(300);

// vr and vl – bias battery voltage values, Left vl and
// Right vr channels

int vr = analogRead(2);

if ( vr > 145 ) {
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Right ch bat low !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Replace battery”);
while(true);
// lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);

// switching off Right channel control relay by grounding
digitalWrite(4, HIGH );
delay(100);
digitalWrite(3, LOW );
delay(500);

//switching off all other relays
digitalWrite(5, LOW );

digitalWrite(4, LOW );
//while(true);
}

else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Right ch bat OK !”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“CheckingFilament”);
delay(3000);
lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);
}

//Checking filament voltage
if (digitalRead(8) == HIGH)
{
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“NO FILAMENT VOLTAGE !” );
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(” “);
delay(5000);
//lcd.noBacklight();
while(true);

}
else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Filament Volt OK”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Switching ON Ug2″);
delay(3000);
//lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}
// switch ON 6550 Ug2 board
digitalWrite(9, HIGH);

//amplifier warm-up
delay(60000);

// checking 6550 Ug2 voltage
int vg2 = analogRead(3);
if ( vg2 > 290 or vg2 < 250 ) {

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ug2 out of range”);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Ug2 = “);
lcd.print( vg2 );
//lcd.noBacklight();
//goto swichoff;
digitalWrite(9, LOW);
//delay(10000);
//goto swichoff;
while(true);
}
else {
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ug2 = “);
lcd.print( vg2 );
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Switching ON HV “);
delay(3000);
//lcd.noBacklight();
// lcd.setCursor(0,0);
// lcd.print(” “);
// lcd.setCursor(0,1);
// lcd.print(” “);
// while(true);

}

//swithching ON High Voltage
digitalWrite(10, HIGH);

// HV board warming up
delay(10000);

}

void loop() {
bool var = true;
while ( var == true )
{
int u_a_Left = analogRead(0);
int u_a_Right = analogRead(1);
if ( u_a_Left < 500 and u_a_Right < 500 ) var = true;

delay( 300 );
}

var = true;
while ( var == true )
{
int u_a_Left = analogRead(0);
int u_a_Right = analogRead(1);
if ( u_a_Left < 500 and u_a_Right < 500 ) var = true;

delay( 500 );
}
digitalWrite(9, LOW);
digitalWrite(10, LOW);

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“Ua was too high !”);

lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(“Ual=”);
lcd.print( u_a_Left );
lcd.print(“V”);
lcd.print(“Uar=”);
lcd.print( u_a_Right );
lcd.print(“V”);
while(true);

}

и схема соединения  компонентов  платы 12 В реле ( РЭС60 ) для коммутации линии тестирования.

arduino connection

Работает схема так: когда включается питание Ардуино, он подает высокий сигнал на реле 3, 4 и 5 и они включаются на 500 миллисекунд, подавая тем самым +3.3 Вольта на 3 В реле 6  около тестируемой батарейки. При этом замыкаются контакты S7 и реле уже удерживается включенным за счет батарейки смещения  Bat2. В то время Ардуино подает низкий сигнал на реле 4 и происходит считывание сигнала с линии, этот сигнал зависит от состояния батарейки Bat2, и если он более 145 единиц ( это около 0.7 вольта ), то Ардуино подает сигнал на монитор, что батарейка соответствующего канала разряжена и ее необходимо заменить, и последущий запуск усилителя блокируется. Чтобы вернуть реле 6 около батарейки Bat2 в первоначальное ( отключенное ) состояние, Ардуино на 300 мс заземляет тестируемую линию,  после чего все реле, включая 3, 4 и 5 и 6 отключаются и Ардуино возвращается в первоначальное положение.

Дополнено 18 сентября 2022 года. Переделан трансформатор питания накала ГМ-70.  Бывший на основе ОСМ-0.25 был заменен на другой с Ш-образным сердечником. Причина замены – видимо из-за отличия в магнитных свойствах отдельных подковок ПЛ-сердечника ОСМ-0.25 наблюдались значительные, около 0.7 вольта  различия в выходном напряжении плеч обмоток на боковых стержнях. Это в свою очередь приводило к плохой компенсации емкостей и гудению трансформатора в режиме питания накала ГМ-70 выпрямленным током. На Ш-образном сердечнике такого рода проблемы не может быть в принципе. Описание этого трансформатора есть  здесь.

 Дополнено 25 декабря 2022 года. Начал собирать блок управления. Верхняя крышка из молочного оргстекла, слева сетевой датчик напряжения и тока, и две кнопки “вкл” и “выкл”, в середине серия кнопок для переключения вариантов питания накала и кнопка включения зарядка аккумуляторов.  Справа – ЖК экран Ардуино и кнопка его перезагрузки.   Самих аккумуляторов ( на нижней полке ) пока нет. Да, и временно снят защитный декоративный экран с  высоковольтного блока ( второй этаж ).

2022_12_27_2_small

Еще осталось поставить боковины, заднюю крышку и защитные стекла перед лампами – и можно сказать, что это  будет все !

 

Некоторые технические заметки.

Разъем блока верхнего 5-го этажа управления, колодка РП14-10Л,  “папа”, вид спереди:

Socket_5th_floor

И разъем входа сигналов контроллера

Signal_Socket_5th_floor

Digital out (9) – Ug2 switch

Digital out (10) – Ua switch

Analog input(0) – Left ch Ua

Analog input (1) – Right ch Ua

Analog input (3) – Ug2 test voltage.

 

 

О пропитке выходных трансформаторов

В процессе работы на проектом своего нового усилителя “BlackBird” http://klimanski.com/?p=4263 – или “Черный Дрозд” если по-русски, у меня возникла необходимость зафиксировать витки намотанного мной выходного трансформатора. Почему возникла такая необходимость ? Дело в том, что в звучании усилителя с непропитанным выходным трансформатором при повышенных уровнях громкости я слышал посторонние призвуки, как бы резонансы на определенных частотах,  причем эти призвуки иногда появлялись, иногда – нет.

Изучение  имеющейся   в интернете  информации по теме пропитки выходных трансформаторов не дало однозначного ответа на этот вопрос – большинство авторов сходится во мнении, что пропитка не нужна и даже вредна, другие говорят, что легкая пропитка полезна.

С точки зрения логики любая пропитка, даже легкая, должна казалось бы приводить к увеличению емкости обмоток, и, следовательно, к ухудшению частотой характеристики выходного трансформатора на высоких частотах.   Однако наличие противоположных мнений все же  подтолкнуло меня к попытке изучить этот вопрос более внимательно и  попробовать это сделать практически.

Какие пропиточные материалы можно использовать для этой цели ?  Чаще всего упоминается парафин или церезин, также встречаются советы пропитывать смолой, шеллаком, воском, канифолью. Для того, чтобы определиться с выбором, нужно подумать – а какие параметры пропиточного материала являются наиболее ценными  ?  Наверно  наиболее важными характеристиками являются механическая  прочность – витки в постоянном магнитном и переменном электрическом поле испытывают очень высокие механические нагрузки, а также термостойкость – пусть трансформаторы выходные не нагреваются так сильно как сетевые, но тем не менее в жаркий летний день они могут вполне нагреться от самого шасси до 50 – 70 градусов. По этой причине парафин, церезин и смола с канифолью отпадают – эти материалы уже при нормальной температуре уже довольно мягкие, а уж при нагреве они вовсе могут расплавиться.

Что остается ? На мой взгляд, остаются только специальные для пропитки трансформаторов предназначенные лаки, которые имеют высокую механическую прочность и термостойкость.  Кроме того, высокая механическая прочность дает возможность свести к минимуму количество требуемого для пропитки материала, что очень ценно с точки зрения избежания увеличения паразитной емкости обмоток. В общем, по совету более опытных товарищей с форума дийаудио ( за что им огромное спасибо ! ), я остановился на лаке МЛ-92. Это лак на основе меламино-алкидной смолы, которая требует сушки при повышенной температуре, что само по себе хотя и вносит некоторую сложность в процесс пропитки, тем не менее очень полезно с точки зрения удаления остаточной влаги из материалов обмоток трансформатора. А это очень хорошо, потому что вода – это вещество с высоким значением диэлектрической проницаемости – 81, то есть влага попавшая между обкладками в 81 раз увеличивает емкость получившегося конденсатора, заодно сильно снижая его прочность на пробой. В общем, от воды в трансформаторе, также как и вообще в электронике – одни проблемы и от нее нужно избавляться всеми доступными способами.

Для того, чтобы снизить по возможности количество остаточного лака в обмотках, то есть не пропитывать их на все 100%, исходный лак нужно разбавить.   Для начала я выбрал разбавление 1 к 3.

Вот характеристики лака МЛ-92

По своим характеристикам лак МЛ-92 является материалом, который выдерживает высокие электрические напряжения, ток, поверхностные разряды, электрическую дугу. Этот лак принадлежит к классу нагревостойкости В, что соответствует температуре 130°С.

Структура лака представляет собой однородное вещество, в котором отсутствуют механические включения. Изделия, которые покрываются таким лаком, можно эксплуатировать на территориях с умеренным и тропическим климатом. Используется лак в помещениях или под навесом. Также МЛ-92 можно использовать в помещениях или объемах, в которых колебания влажности и температуры воздуха несущественно отличаются от колебаний на улице, а также в которых есть достаточно свободный доступ к открытому воздуху. Применять лак можно в температурных условиях от -60 до +120°С.

Для того, чтобы работать с лаком, его нужно разбавить, для чего используется толуол, ксилол или смесь какого-то из этих растворителей с уайт-спиртом. Наносить лак можно окунанием или наливом. На алюминиевые сплавы допускается нанесение лака без предварительного нанесения грунтовки.

Внешний вид МЛ-92

Поверхность, на которую на которую правильно нанесен лак, после высыхания становится гладкой, однородной. Цвет – коричневый разной насыщенности.

Нанесение материала

Наносить лак можно двумя способами: наливом и окунанием.  Количество слоев зависит от специфики работ. Слои должны быть равномерными, без потеков.

Расход МЛ-92

Расход лака на 1 слой составляет от 40 до 50 гм/2. Каждый слой покрытия лаком МЛ-92 составляет в среднем 20-30 мкм.

Сушка

Каждый нанесенный слой лака нужно правильно просушить. Для начала обработанную поверхность необходимо выдержать 15-20 минут при температуре 18-22°С. После этого можно начинать горячую сушку. Ее осуществляют при высоких температурах (105-110°С) на протяжении одного часа.
Если лак наносится толстым слоем, то его нужно сушить при температуре около 120°С не менее 16 часов.

Технические характеристики МЛ-92

Условная вязкость МЛ-92 (вискозиметр типа ВЗ-246, диаметр сопла 4мм) в условиях температуры 20 градусов, плюс-минус полградуса 25 – 50
Массовая доля в процентах нелетучих веществ 10
Время высыхания (в условиях температуры 105-110 градусов Цельсия) до степени 3, ч, не более 1
Просыхание лака при нанесении толстым слоем (в условиях температуры 115-120 градусов), ч, не более 16
Термоэластичность пленки после высыхания лака в условиях температуры 148-152 градусов, ч, не менее 48
Твердость покрытия в условиях температуры 18-22 градусы по разным маятниковым приборам, не менее
тип ТМЛ (маятник А), отн. ед. 0,15
тип М-3, усл. ед. 0,40
Минимальная маслостойкость пленки, Н 78
Минимальная электрическая прочность покрытия при разных температурах, МВ/м
температура 18-22 градусов 70
температура 128-132 градусов 40
температура 18-22 градусов, после действия воды в течение суток 30
Удельное объемное электрическое сопротивление покрытия при разных температурах, ОМ/м, не менее
Температура 18-22°С 1012
Температура 128-132°С 109
В течение суток после действия воды, температура 18-22°С 5*1010

В качества разбавителя я выбрал, как этого требует спецификация,  уайт спирит и ксилол. Взяв 0.5 литра лака, 0.5 литра уайт-спирита и 1 л ксилола, у меня получилось 2 литра смеси, которой достаточно, чтобы пропитать мой довольной большой выходной трансформатор из железа EI-137, сечением 12.4 квадратных сантиметров.

d181d0bcd0b5d181d18c

В качестве ванны взял 5-л бутылку от питьевой воды и отрезал ей верх. Кстати, не выбрасывайте отрезанную верхнюю часть – тем более, если у нее горлышко Уже, чем у бутылки для хранения готовой смеси ( справа ) – из этой верхней части получается отличная воронка для переливок.

Теперь как все было. Сначала трансформатор заливаем приготовленной смесью  лака 1 к 3, причем так, чтобы лак полностью покрывал весь трансформатор и ставим на 10 минут в эксикатор под вакуум. Для создания вакуума использовался обычный роторный насос, который должен давать разрежение не хуже 1/10 атмосферного давления.

img_7199_2

img_7200_2

img_7201_2

Потом снимаем вакуум, сливаем лак обратно в емкость, а трансформатор ставим снова в эксикатор, желательно подставив что-то типа тарелки ( чтобы стекающий лак не испачкал эксикатор ) и  включаем вакуум на 10 – 15 минут для предварительной сушки – и за это время из трансформатора стекают остатки лака. Желательно, чтобы трансформатор лежал так, чтобы слои намотки были вертикальны – тогда лак стекает полнее.

img_7202_21

После предварительной сушки нужно трансформатор нагреть до 100 – 120 градусов  под вакуумом. Указанная температура нужна для высыхания лака МЛ-92,  а вакуум – для ускорения сушки, потому что для удаления остатков растворителя ( ксилола и ауйт-спирита )  иначе нужна намного более высокая, чем 100 градусов температура – ксилол при нормальном давлении кипит при 150 градусах, а уайт-спирит выкипает в интервале температур 150 – 200 градусов.

Для нагрева трансформатора  я использовал его первичную обмотку как нагревательный элемент. И конечно тут нужен постоянный ток.   Удобнее если есть ЛАТР, от него – на диодный выпрямитель, и от него – уже на первичку трансформатора.   Чтобы провести провода внутрь эксикатора,  я взял две полоски медной фольги толщиной 0.05 мм. Чтобы эксикатор не потерял герметичности, зазор между крышкой и корпусом нужно обильно смазать вакуумной замазкой, состоящей из сплавленной 1 к 1 смеси вазелина и каучука.    Лучше сушку вести в два этапа – сначала подать примерно 50 % от нужного напряжения, а через 10 – 15 минут, когда трансформатор прогреется, подавать рабочее напряжение еще примерно часа полтора – два – при этом нужно постоянно следить за температурой обмотки постепенно снижая напряжение.

img_7206_2

Как рассчитать необходимое для нагрева обмотки напряжение ? Для этого  сначала нужно замерить омическое сопротивление катушки при комнатной температуре. Зная коэффициент зависимости сопротивления меди от температуры 0.004 Ом на 1 градус, можем рассчитать, что от нагрева обмотки на 100 градусов, ее начальное сопротивление R изменится на R * ( 0.004 * 100 ) = 0.4*R Ом. Удобнее всего, если у вас есть амперметр на 1 ампер ( или миливольтметр с шунтом, как у меня на фото ) и обычный тестер для замера напряжения – тогда в процессе нагрева по их показаниям вы сможете вычислить сопротивление первички трансформатора и сравнить с тем значением R которое мы уже вычислили заранее.

В общем,  примерно через два часа прогрева под вакуумом испарение растворителей заканчивается – эксикатор покрывается изнутри потеками конденсата растворителей и на дне образуется лужа. Нужно следить за тем, чтобы конденсат, который образуется также и в вакуумной трубке не попал в вакуумный насос. Отключаем электрический нагрев, сбрасываем вакуум, открываем крышку и вытаскиваем трансформатор.  Осторожно, он горячий ! После этого, желательно побыстрее, чтобы трансформатор не успел сильно остыть, очищаем бумажными салфетками эксикатор ( бумажными полотенцами или туалетной бумагой )  от остатков растворителя, просто протирая его внутреннюю поверхность,  включая поверхность крышки,   желательно насухо.   Помним об огнеопасности растворителей ! После этого снова кладем горячий трансформатор в эксикатор, на этот раз уже без проводов, нагрев не понадобится, и снова включаем вакуум на 10 минут – это нужно для окончательного удаления остатков растворителя из обмоток и со стенок эксикатора. После этого кран подачи вакуума наверху эксикатора закрываем, насос отключаем и даем нашему трансформатору остыть под вакуумом естественным образом. Я делал пропитку вечером, и просто оставил его в эксикаторе до утра.

Итого, вся процедура занимает около 3 часов + охлаждение. Утром включаем трансформатор в усилитель и после “прогрева” трансформатора хорошей музыкой в течение 1 – 2 часов –  наслаждемся его чистым пением и упругим басом.

Всего доброго, успехов !

img_7197_gotovo

P.S.     1.  Об изменениях физических параметров трансформатора. Удивительно, но после пропитки межобмоточная емкость конкретного экземпляра трансформатора не увеличилась, а даже немного стала меньше – до пропитки 1.76 нФ, после – 1.64 нФ. Скорее всего это произошло из-за вакуумирования водяных паров из изоляционных материалов.  АЧХ  усилителя с пропитанным трансформатором практически не изменилась.

2. Помните о том, что все используемые для разведения лака растворители, как, впрочем и сам лак – огнеопасны, поэтому во время работы нельзя курить или пользоваться открытым огнем.   Также,  растворители не очень приятно пахнут и длительное их вдыхание не очень полезно для здоровья, поэтому всю работу желательно делать на свежем воздухе или под тягой.

/

*****************************************************************************************************


Однотактный 20 Ватт каскодный усилитель 6Ж8 – KТ66 – 2A3 “BlackBird”

Началом этому проекту послужил  подарок – мой знакомый Павел ( спасибо ему большое ! )  подарил мне два шасси под ламповые моноблоки, которые когда-то давно изготовил мой земляк Андрей Комаров ( не путать с Сергеем ).  Задуманы они были под двухтакт на трех парах 6П3С.  Покрутив их, я понял, что это отличный “плацдарм” для следующего проекта ! И конечно, я буду делать не двухтакт, а свой любимый каскод !

chassis_blackbirdchassis_blackbird2

И назову его именем своей любимой птицы – черного дрозда ( BlackBird ). Мне очень нравится его слегка меланхоличное пение.

blackbird_682_528672a

Должен вам сообщить, что первый блин с каскодным усилителем 6Э5П – 2А3 не получился комом http://klimanski.com/?p=4147.  Его слушаю уже полгода, его слушали мои друзья и хорошие отзывы вдохновили меня сделать более мощный и при этом более качественный усилитель, собранный по уже упомянутой мной токовой концепции управления лампой.  Напомню, что начав тему усилителей по схеме с общей сеткой я обнаружил их намного более натуральное, эмоциональное звучание, наподобие как усилители Сакумы, но без обилия  межкаскадных трансформаторов.  Напомню о принципах токового управления:

–  усилитель должен иметь выское выходное сопротивление ( ИТУН )

–  схема должна быть построена или из каскадов с общей сеткой или из пентодов;

– снижающая выходное сопротивление ООС противопоказана;

– входные каскады не должны иметь высокое входное сопротивление или должны быть построены на пентоде.

– обычный катодный повторитель должен быть исключен, кроме случаев, когда у него на входе трансформатор, или когда он находится внутри петли ПОС ( аналогично драйверу усилителя http://klimanski.com/?p=1253 );

– также нежелателен обычный каскад с общим катодом на триоде, кроме случаев когда он имеет трансформатор на входе .

Только не надо путать токовое управление с принципом непосредственной связи каскадов – мне так кажется, что удаление конденсаторов на пути переменного сигнала в общем мало что дает для улучшения звука ( хотя и в некоторых схемах это случается ).

Применение этих принципов меня пока не разочаровало – этот подход работает ! Мне уже удались две конструкции подряд – усилитель на 2А3 и ЦАП ( смотрите две предыдущие публикации ).

И пожалуйста, в желании “улучшить” приведенную ниже схему, не пытайтесь заменить нижнюю лампу каскода на триод. У меня уже есть знакомые, которые хотели таким образом “снизить коэффициент гармоник и снизить внутренее сопротивление каскода” , но поверьте, ничего хорошего из этого не получилось.  Тогда уж делайте классическую, всем понятную  схему с общим катодом, это будет честнее.    Из-за такого рода “экскрементаторов”  и расходятся в народе мнения, что типа, у каскода нет баса.  Коню понятно, что сочетать каскод со старым, по моим понятиям, порочным подходом к постороению аудиосистемы ( со стремлением любой ценой снизить КНИ,   с  ООС и катодными обмотками,  с коэффициентами демпфирования и т.п. лабудой  ) – нельзя. Выбирайте – или – или.

Теперь, дабы получить выходную мощность поболее, я взял выходную лампу 2А3-40 от JJ. http://www.jj-electronic.com/pdf/2A3.pdf Она рассеивает на аноде до 40 ватт и выдерживает постоянное анодное напряжение до 450 вольт.  Дополнительным плюсом этой лампочки является то, что накал всего 2.5 вольта, что сильно упрощает защиту от сетевых помех.

В качестве нижней лампы я выбрал KT77, хотя первоначально пробовал 6П20С и потом EL34.  Поет 6П20С красиво, но у нее обнаружился недостаток – она микрофонит.  Да и наличие верхнего колпачка на аноде тоже не радует.  EL34 уже не микрофонила, но давала нескромно большую вторую гармонику.  По звуковому почерку EL34 и КТ77 оказались почти такими-же,  но у них более чем в два раза выше крутизна – а это важно для нижней лампы – это и определило выбор.

Ra выходного трансформатора выбрал также как и в первом проекте на 2А3 – пять килоом.   Расчет выполнил по своему алгоритму. Правда, для расчетов нужно знать внутреннее сопротивление каскода. Его я посчитал по замеру выходного сопротивления усилителя на 1 КГц. Для этого на вход макета подал 1 КГц, и замерил уровень выходного сигнала на выходе поочередно на двух сопротивлениях – на 8 и на 12 Омах ( выходник использовал первый попавшийся на 5 КОм Ra, главное, чтобы он выдерживал выбранный анодный ток  ). Получилось Rвых =  78 Ом. Потом умножил эту цифру на 25 ( это Ктр выходника в 5 КОм )  в квадрате – и получил, что выходное сопротивление каскода КТ77  – 2А3 составляет около 48 КОм.   Вот расчет выходного трансформатора opt_se_design_21

Исходя из расчета был выбран сердечник 12.4  квадратов – у меня есть Ш-образное железо EI130x37 ( Ш35х37-У ) с большим окном,  купил его у Аркадия Долински http://www.tubesoundelectronics.de/ – спасибо ему большое за его работу и помощь в выборе !  Были раздумия относительно секционирования. Предыдущий опыт с выходником на ОСМ0.63 привел к выводу, что две секции первички – это все-таки маловато, поэтому на этот раз решил сделать три – 1000 + 2000 + 1000 ( итого расчетные 4000 ) витков первички и между ними два слоя вторички. Вторички я люблю соединять только последовательно и поэтому мотаю максимально толстым проводом – в данном случае взял 1.5 мм по меди. Первичку – 0.28 мм по меди.  Межобмоточная изоляция – синтокартон 0.2 мм в два слоя, межслоевая – мелкая строительная сетка для снижения емкости  – смотрите мою публикацию на эту тему http://klimanski.com/?p=2932 . Индуктивность первички ( замеренная китайским метром ) получилась 28 Гн, АЧХ по уровню -3дБ от 18 Гц до 28 КГц.

Теперь о сетевом трансформаторе. Я не мог понять отчего так, но все мои попытки приобрести заводские сетевики до этого заканчивались фиаско. Да, они работают – но…. то они гудят, то греются. Теперь понимаю. Их рассчитывали грамотные инженеры, и все они намотаны по принципу экономии и сердечник там работает с максимально допустимой индукцией – ясно, для получения наивысшего КПД при наименьших затратах на медь и железо.  К счастью, меня КПД сетевого трансформатора и его вес вообще не интересуют. Мне нужно, чтобы он не гудел и не издавал помех. Понятно, что все что нужно – снизить рабочую индукцию.  В данном проекте я испытал самый простой способ – взял 250 ватт сетевой трансформатор ОСО0.25 – 87oso_025

с первичкой на 380 вольт, отмотал всю вторичку подсчитывая витки и рассчитал  что при подаче 220 вольт на оставленную прежней первичку, он будет давать 0.28 вольта на виток. И исходя из этой арифметики намотал вторичку – 330 вольт 0.355 мм для анодного, 130 вольт 0.28мм для питания сеток и раскачки,  6.3 вольта 1.5 мм для накала КТ77  и 6Ж8, и 6.3 вольта для накала 6Н8С. Все получилось отлично ! Несмотря на питание накала 2А3 переменным током усилитель практически не фонит – можно что-то услышать только поднеся ухо вплотную к басовому динамику. А также, благодаря намотке накальной обмотки на боковых стержнях броневого сердечника – практически нет шума синфазных сетевых помех на средних частотах.

На картинке внизу показан первый, пока недоделанный моноблок.  У него пока нет нижней крышки (  донышка ) и колпаков на трансформаторах.

black_bird_2

Пока нет декоративной отделки на нем видно, как намотана накальная обмотка для 2А3 ( красный провод на боковых стержнях сетевика ).  Моноблок уже звучит и весьма радует.  Слушаю его со своим ранее сделанным ЦАПом  ( он виден под усилителем ) и  со щитом на 2А12 с Висатоном AL130 в качестве ВЧ звена.

2a12_blackbird

Максимальная мощность усилителя –  12 ватт при суммарном Кг 5 % и 18 ватт при Кг 10 %.  До 14 ватт спектр гармоник образует красивый ниспадающий ряд,   далее начинают доминировать нечетные гармоники.

 

Дополнено 25 августа 2015 года.

Попробовал автоматическое смещение в катоде КТ77.  Получилось очень неплохо – суммарный Кг снизился и максимальная мощность выросла до 20 Ватт при Кг 9%.  По причине очень высокого Ri каскода,  ООС, возникающая от  150 Ом в катоде  практически не влияет на усиление. Но изменился вид спектра гармоник, хотя звучание в общем изменилось незначительно – стало чуть четче и детальнее на тяжелых жанрах и чуть аналитичнее ( но в общем достаточно красиво ) на классике.  Полоса пропускания на уровне – 3Б от 18 Гц до 32 КГц.

blackbird

Мне самому не очень нравятся “кавказские горы” на высоких частотах.  Пробовал задавить резонансы  RC – цепочкой параллельно первичке выходного трансформатора,  но это привело к явно более унылому безликому звуку.

Максимальная мощность при 10 % Кг увеличилась до 20 ватт.

Вот схема  ( без БП ).

auto_bias_1

Немного улучшил внешний вид усилителя – поставил донышко с ножками и с ручками по бокам ( из мебельного магазина ) – теперь переносить усилитель стало легко и удобно.

black_bird3

Пока строю второй моноблок и понемногу дорабатываю этот.

Дополнено 18 декабря 2015 года.

Дабы побороть “кавказские горы” на АЧХ, перемотал выходной трансформатор.   Немного увеличил количество витков первички, схема намотки оставил ту же 1 – 2 – 1 – 2 – 1.   Первая секция первички 1200, вторая 1890, третья – 1200, итого 4290 витков.   Диаметр провода первички – 0.28мм, вторичка – 1.25мм. Только на этот раз вдобавок к синтокартону 0.2 мм добавил еще слой медной фольги между первичкой и вторичкой.  Кроме того, для снижения динамической емкости, все слои первички намотаны в одном направлении – то есть с возвратом каретки укладчика после окончания каждого слоя.

Этот комплекс мер дал наконец-то более-менее удовлетворительную АЧХ без резонансов.  В звучании это сказалось в значительном улучшении динамики усилителя. В остальном каких-либо изменений я не услышал.

bb_demp

Однако несмотря на красивую АЧХ, де факто на прослушивании фонограмм я услышал посторонние призвуки – как показалось, это были резонансы внутри трансформатора. Поэтому я решил все-таки выходные трансформаторы пропитать. Парафин, церезин, смолу и тому подобные пропитки я использовать не решился по причине их легкоплавкости и низкой механической прочности, а остановился на пропиточном электроизоляционном лаке МЛ-92.  Технология пропитки описана на форуме дийаудио.ру http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=1568.60 – там есть мой первый опыт,   и в моем блоге http://klimanski.com/?p=4561 уже улучшенный вариант как я пропитывал второй трансформатор для этого же усилителя.   После пропитки произошли просто явные “чудеса” со звучанием – бас стал упругим, хлестким, ну, почти двухтактным, да и в общем петь усилитель стал заметно почище.  АЧХ  от пропитки практически не изменилась.

Этот усилитель занял свое место в моей мастерской на даче в комплекте со щитами 2А12 – Visaton AL130. Как вы понимаете,  он имеет очень высокое выходное сопротивление ( около 100 Ом ) и пришлось проделать немалую работу по его стыковке с акустикой.  Об этих щитах я еще напишу поподробнее,  но не здесь – смотрите чуть позже а разделе Акустика.

Спасибо огромное всем, кто мне помогал – черный дрозд запел всем на радость.  Хотя я и доволен результатом,  но проект пока не считаю завершенным.  Работы по улучшению продолжаются, буду сообщать по ходу дела.

Добавлено 15 февраля 2016 года.

Пока я делал второй моноблок, появилась идея попробовать газовый стабилизатор  вместо полупроводниковых стабилитронов. Не думаю, что они  в общем чем-то лучше, чем стабилитроны полупроводниковые, но у них есть свои плюсы. Например – даже при  токе в 30 – 40 мА им не нужен теплоотвод,  да и светятся они очень красиво – мне например очень нравится СГ2С – его свечение оранжево-красное, очень яркое. Напряжение  стабилизации у него 75 вольт, в последовательной комбинации с СГ4С ( 150 вольт )  они как раз дают нужные для питания второй сетки нижнего пентода 225 вольт. Да и отверстия в шасси излишние имеются – это и определило ход дальнейших переделок – от полупроводниковых стабов я отказался.

И второе – попробовал другие лампы в качестве нижнего пентода. Оказывается, почти без перестройки режимов туда можно ставить EL34,  KT66,  KT77,   KT88,  6L6,  6П3С, 6П3С-Е – эти можно пробовать перетыком ( цоколевка совпадает ), а вот для   6П20С  и ее западного аналога 6CB5A нужен переходник.  Кстати, 6П3С-Е на мое ухо пела даже очень неплохо, в некотором плане – по объему сцены и прозрачности верхнего регистра  –  даже получше многих других. Но лучшей с большим отрывом в чистоте звука и объемности образов оказалась КТ66 Genalex Gold Lion.  Жаль, нет у меня  лампочек от GEC, было бы интересно сравнить.

И еще, что захотелось поменять – старые советские конденсаторы К50-6. Во-первых, они занимают очень много места.  Во-вторых,  корпус одного из них находится по напряжением в 370 вольт, что требует дополнительных усилий по защите от прикосновения – в общем,  вместо них у поставил внутри корпуса намного более компактные совеременные, те же 47 мкф х 450В, а на место снаружи шасси поставил другие,  которые находятся по схеме за дросселем  ( которые на корпусе  сейчас справа ), причем я нашел у себя в закромах очень красивые Cornell Dubilier 1200 мкф на 450В.

Сейчас Дроздик выглядит вот так.

blackbird_view

montaz

Наверно обратили внимание, что вместо 6Ж8 теперь поставлена EF36 – на ее место можно поставить 6Ж7. Мне так показалось, что и 6Ж7 и ее сестры EF36 и EF37  в этой схеме поют покрасивее.

В нижней части ( на последнем фото )  размещен блок сетевого фильтра – у нас сеть очень загрязнена и поэтому я уделяю особое внимание вопросу фильтрации помех. Блоки фильтров заказал у Сергея Патрушина http://myelectrons.ru/diy-setevoj-fil-tr-svoimi-rukami-kupit-nabor-myelectrons-ru/ . В верхней части – блок питания переключателя ОООС –  одной кнопкой обратная связь включается и выключается. Этот БП планирую использовать и для питания смещения нижнего пентода каскода – пока, как видите, в смещении стоит 9В батарейка ( крона ).

Дополнено:  в последствии указанный сетевой фильтр был удален.  Именно он был повинен в

Окончательная схема доработанного усилителя.

blackbird_final

Для чего появилась ОООС ? Она отключаемая, 6 дБ. Со включенной ОООС выходное сопротивление усилителя снижается от примерно 100 – 150 Ом ( в зависимости от используемого на первом этаже пентода ) до 5.   Это бывает полезно включить на тяжелых жанрах, где много баса или если усилитель будет играть с другими колонками.

Конденсатор С5 должен быть хорошего качества, от него во многом зависит звук на ВЧ. У меня поставлен Мундорф Silver/oil. Электролиты С2 и С3 – на 450 вольт, остальные конденсаторы желательно на 800 – 1000 вольт, так как они питаются от анодного напряжения и если при включенном усилителе вынуть лампу EF36 ( или она сгорит ), то на конденсаторах С1, ( С2+ С3 ), С4 и С5 появится полное  напряжение анодного питания. У кого не найдется качественных конденсаторов на такие напряжения, первый каскад можно запитать от источника 260 вольт, подобрав другие номиналы резисторов R6 и R7.

И блок питания

bb_psu

Вместо 1N5818 можно поставить любой маломощный кремниевый диод, вместо 2N1306 – КТ602, КТ815 с любой буквой, светодиод – самый обычный красного цвета. Конденсаторы С1, С3, С8, С9 и С11 – на 450 вольт, С4, С7 – на 250, конденсаторы С2 и С6 – помехоподавляющие – С13 – на 1000 В, С6 на 250 вольт переменки, С5, С10, С12 –  на 25 вольт.  Дроссель L1 – Хаммонд 193C.  Резисторы. R1 – 5 ватт керамический, R4, R5 – 2 ватта, остальные 0.5 Ватта.  Реле – любое на 12 вольт с двумя парами контактов и предназначенное для монтажа на плате.  Конечно, у кого есть красивый тумблер для включения/выключения ОООС, нет смысла городить схему переключателя реле, управляемого одной кнопкой –  просто у меня были в наличии красивые нержавеющие кнопки и они подошли в существующее отверстие.  Трансформатор Тр3 – на  12 вольт  20 Ватт тороидальный для питания галогеновых ламп.

Появились декоративные металлические колпаки на сетевом и выходном трансформаторах – моноблоки обрели законченный вид.

В декабре 2016 года проект завершен.  Спасибо Алексею Банину за изговленные красивые колпаки на трансформаторы, а также благодарю Павла Морозько, Аркадия Долински,  Сергея Патрушина,  и всех тех моих друзей и знакомых, в том числе с форума Дийаудио.ру , кто так или иначе участвовал в проекте, но может быть не был упомянут в тексте.

 

blackbird_kup4iha

 

.final_s_kolpakami

Дополнено в декабре 2022 года.

Сделано первое серьезное ТО.   Батарейка Крона в сетке КТ66 прослужила 5 лет, ее пришлось заменить.  Не просто заменить, а поставить вместо батарейки устройство фиксированного смещения на степ-даун платке, а ее питание сделал на пачатном 12 В трансформаторе.   Схему скоро подправлю и загружу.  Такое изменние продиктовано необходимостью быть уверенным, что со смещением все в порядке. В случае если батарейка просядет, то из-за неконтролируемого роста тока каскода может  пойти вразнос нижкий пентод каскода, что приведет к его повреждению или повреждению выпрямителей блока питания.

Как межкаскадный между EF36 и КТ66   поставил Аудионоут 0.47мкф 630 вольт медь в масле. Просто попробовать. Понравилось ! В какой-то мере играет тонально побогаче. То есть Мундорф немного аналитичнее.

AudioNote

 

Что еще.  Попробовал менять лампы вместо КТ66.  Подошла, трудно поверить, но 6П3С, правда,  60-го года военной приемки.  И отлично играют !    Все, что  сделано после  1970 года не поет, или мне попался брак.   И несмотря на то, что лампа немного перегружена ( 24 ватта на аноде )  – но работает стабильно.  Пробовал  EL34 JJ,  тоже очень хороша, но пока положил в запас – она требует небольшой подстройки смещения.   Хотя EL34 в некотором смысле предпочтительнее, если нужет более глубокий бас – у этой лампы в сравнении с 6П3С и КТ66 малость более низкое внутреннее сопротивление – 15КОм  ( против 22КОм ).

В блок питания вместо 12AX4 ( которуй сейчас все труднее найти ) можно поставить 12D4 или даже 6Д22С. В одном моноблоке я поставил 12D4 ,  у них внутреннее сопротивление ниже и с ними анодное напряжения увеличилось с 720 до 745 вольт.

Система ООС была отключена и удалена за ненадобностью.  Также был полностью удален сетевой фильтр.

Были доработаны колонки – теперь в них установлены по 2 динамика 2А12, а Висатоновский AL170 отключен, а в качестве пищалки работает Fostex T-90.  Описание доработки колонки есть здесь.

Kup4ihi_IMG_20221203_210150

В доработанном виде система продолжает  радовать меня, мою семью  и гостей своим чудесным звуком !

 

 

*************************************************************************************************