ЦАП с ламповым выходом

Чтобы идти дальше в конструировании усилителей, я уперся в проблему качественного источника. Очень был нужен хороший ЦАП. Качеством тех, которые я имел дома и которые приходилось слушать до этого я не был удовлетворен в полной мере.  Если это классический ЦАП на операционных усилителях на выходе, то это как правило приводит к проблемке воспроизведения верхней середины и верхов. Середина становится слегка режущей ухо, резковатой, как-бы с песочком или металлом в голосе, особенно на высокой громкости.  С ламповыми ЦАПами тоже не все в порядке – часто нет хорошего баса или плоский, невыразительный звук, да и к тому же, почему-то разработчики очень любят ставить на выходе катодный повторитель, который хотя и снижает выходное сопротивление, но по моему скромному мнению звука мягко говоря не украшает.  В общем, пришел к выводу, что надо делать самому.

Почему я выбрал Ад1955 ?   Ее выход рассчитан на I – U преобразователь с током 3 – 5 мА положительной полярности.   А тут  – широкое поле вариантов для подключения к высокому анодному напряжению таким образом, чтобы выходной ток микросхемы ЦАПа проходил через лампу.

Да,  конечно, я хотел ЦАП с ламповым выходом.  А учитывая мою слабость к каскадам с общей сеткой и трансформаторам – то выход был запланирован на моей любимой лампе 6Э6П с трансформаторным выходом.  Выбор этой лампы обусловлен также ее невысоким внутренним сопротивлением в триоде, а также высокой крутизной ( 30 мА на вольт ), а в случае с каскадом с общей сеткой это дает пониженное входное сопротивление – и это очень хорошо для I – U преобразователей ЦАПов, для которых входное сопротивление  должно стремиться к нулю.   Логично сделать вход I – U преобразователя на германиевом транзисторе включенном по схеме с общей базой.  Отсюда родилась и схема.  По моим грубым прикидкам входное сопротивление моего гибридного каскода где-то порядка 1 Ом.   Как посчитал ?  Берем  формулу  расчета входного сопротивления каскада с общей сеткой  Rin = (Ra + Ri )/( u +1 ).  В нагрузке лампы 3.3 КОма,  сама 6Э6П в триоде имеет около 1500 Ом. Складываем и делим на 30 – это коэффициент усиления лампы.   Получается 160 Ом.  Это входное сопротивление лампы, включенной по схеме с общей сеткой.  Теперь для транзистора – лампа является нагрузкой  Rа.  Внутреннее сопротивление германиевого транзистора я не знаю,  но берем грубо 50 Ом,  тогда если его Кус около 250,  то ( 160 + 50 ) / 250 = 0.84 Ома.

Если кому-то 6Э6П покажется слишком подчеркивающей середину, то ее можно заменить на 6Ж9П, 6Ж11П или 6Ж49П. Только в этом случае следует обратить внимание на то, чтобы коллектор транзистора был соединен с выводами 1 или 3 ламповой панельки ( а не с выводом 6 ) – тогда вы сможете простым перетыком выбрать ту лампочку, которая вам покажется более певучей.

Привожу  первый вариант схемы, хотя уверен, придется его доработать, потому что нет предела совершенству….

1955_dac_6d18d6d0bf

Чтобы самому не делать цифровую часть, я взял на е-Вае платку ЦАПа на АД1955 и удалил из нее операционные усилители, также отпаял от выходов АД1955 положенные по даташиту резисторы 2К от плюса питания,  а 100 пф  ( конденсаторы С1 и С2 на схеме ) оставил те, которые были на плате.  Более подробную деталировку дам чуть позднее.

dac_minishow

В качестве блока питания пробовал транзисторный стабилизатор, но все-таки оказался лучшим по звуку ламповый удвоитель на 6Н1П, которая все-таки потом была заменена на ЕСС99. Причина применения этой редкой лампы проста – для упаковки своего ЦАПа я использовал корпус от китайского ЦАПа Lite, который приказал долго жить, слава богу, корпус я не выкинул.  Пригодились оба сетевых трансформатора, сетевая кнопка и разъемы входов – выходов.  Вот схема БП:

d0b1d0bf_dac19551

Как видно, накал 6Э6П питается постоянным током, но нестабилизированным.

Теперь немного о прослушивании.  Источник – СД-плейер Денон 1500 и сравнивал с его моим ЦАПом, подача сигнала через оптический цифровой кабель.  Усилитель – мой каскод на 6Э5П – 2А3 http://klimanski.com/?p=4147.  Колонки – широкополосник в ОЯ от 3АС505.  Первое впечатление было совсем плохим, я был очень огорчен и уже собирался отнести свое творение в чулан в компанию к другим неудачным проектам.  Мне показалось, что мой ЦАП дает излишне резкий женский вокал и трубу.  Но потом – о чудо ! – оказалось, что это я  на коммутаторе перед усилителем  перепутал входы – то, в чем я разочаровался – это был как раз Деноновский ЦАП, а вот мой ЦАП дает прекрасную подачу материала !   И тембральный баланс, ширина сцены, и эмоциональная насыщенность будут повыше, чем у Денона.  В общем, поет чистенько, детально, прозрачно, и что особенно отличает от моего фирменного Денона – очень мягкая подача вокала и вообще верхней середины и верхов – никакого звона, излишней резкости практически на любой громкости, в общем – намного натуральнее.  Тут уместно сказать про “окраску” звука. Как и в колориметрии, говоря про окраску, важно ответить на вопрос – а что принято за эталон белого ?  Если за этот эталон принять транзисторный звук – то да, лампы дают “окраску”. Но в моем понятии ламповый звук – это и есть эталон белого.  А операционные усилители на выходе ( кстати, всегда применяемые с глубокой ООС )  дают слегка металлическую окраску и  немного ненатуральный верхний регистр, что живому исполнению имхо не присуще. В общем остался весьма и весьма доволен своим творением.

Вот его характеристики

– выходное напряжие на уровне 0 дБ  – 2 Вольта;

– уровень шумов – менее  -80 дБ,  меньше просто не нечем померить;

– суммарный коэффициент гармоник на максимальном уровне – менее 0.15 % – опять-таки пока точнее не могу измерить.

– входы – оптический и  SPDIF;

– выходы – небалансный 2 Вольта и балансный 10 Вольт;

– выходное сопротивление – на  небалансном выходе – менее 100 Ом,  балансный выход – около 2 КОм;

– схема не содержит цепей ООС.

Вот как выглядит упакованный в корпус прибор и фото всего комплекта аппаратуры для прослушивания.

imag0218_2

imag0220_2

Выходные трансформаторы были намотаны на заказ в фирме Аудиоинструмент, за что поклон Сергею Глазунову.  А еще – читайте на форуме   http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=4180.0 . Мои первые попытки ( не совсем удачные ) сделать ЦАП только на лампах есть в другой ветке на этом же форуме  http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=1267.570.

Дополнено 6 июня 2015 года. Пришлось немного подкорректировать схемку. Во-первых, на пиках громкости наблюдался возбуд ( резонансы ) и поэтому пришлось добавить конденсаторы С3 и С5 в сетки ламп, а также С1 и С6 в аноды. Также, по причине дрейфа напряжения на выходе АД1955 пришлось застабилизировать базы транзиcторов при помощи стабилитрона Д1 на 3.0  вольта.  Ну, и все-таки 6Э6П я заменил на 6Ж49П – мне она из всех перечисленных ранее показалась самой сбалансированной тембрально.

1955_dac_6d0b649d0bf

*

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

Проект гибридного усилителя на лампе Г-811

Говорят, что каждый в детстве мечтает стать космонавтом.  Почти также – сделать усилитель на лампе Г-811 ( 811A если по-западному ) – это мечта каждого ламповика. Почему ? Говорят, что она дает необыкновенный живой звук.   Несколько попыток подступиться к этой лампе я уже сделал – смотрите http://klimanski.com/?p=196 и http://klimanski.com/?p=247 Но, как это часто бывает с мечтой стать космонавтом, пока это осталось только мечтой.  Перед вами – очередная попытка.

Чем таким особенна эта лампа ?  Есть несколько моментов, которые сильно осложняют создание УНЧ на Г-811.   Наверно – это высокое внутреннее сопротивление и пентодный характер ВАХ – это создает дополнительные сложности в конструировании выходного трансформатора. Но самое неприятное – это то, что лампа это “левая”, то есть работающая в области токов сетки – а это создает дополнительные сложности с раскачкой. Ну, и последнее – это высокая емкость Миллера, которая обусловлена высоким мю этой лампы – все это вкупе значительно повышает требования к драйверу.
Конечно, уже до нас сделано очень много усилителей на этой лампе. Однако есть немного счастливых обладателей готовых приборов. Готовые усилители весьма дороги – например знаменитый WAVAC – http://www.enjoythemusic.com/magazine/equipment/0900/md811.htm, или например знаменитая схема Шишидо http://lagarto-ex-infoseek.jp/shishido/shishido-skema.htm. Еще больше попыток совладать с этой лампой сделано среди дийеров – http://sarris.info/main/811a-single-ended-triode-power-amp , или вот есть ветка по этой лампе на diyaudio.ru http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=376.60 и вот эта http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=2748.0

Один из упомянутых моментов – токи сетки – отличают Г-811 от большинства остальных ламп.  Поэтому логично выдвинуть гипотезу, что именно токовый характер управления делает звучание наполненным и очень натуральным. Поэтому теперь я поставил себе задачу – сделать весь тракт усилителя с управлением каждого каскада током с непосредственной или трансформаторной связью между каскадами.  Пока эта задача на 100 % не решена, но осталось немного – организовать вход без конденсатора.  Макет вот этой схемы уже звучит:

gg_811_6d18d5d0bf2

Но сначала о деталях и параметрах схемы.  Межкаскадный трансформатор – от Аудиоинструмента на базе TW10 , первичка 5К, вторичка 1К. Такое понижение важно для “прокачки” емкости Миллера, 6Э5П в этом случае видит в пять раз меньшую входную емкость Г-811. Выходной трансформатор – от той же фирмы, TWB50, с Ra 5,3K на 8 Ом, его индуктивность первички – 62 Генри ( замерено на 50Гц, 5 вольт RMS ). На катоде 6Э5П  – 6 вольт, на сетке – 2 вольта, ток анода 6Э5П – 15 мА. АЧХ – пока не фантастическая – на минус три дБ от 15 Гц до 26 КГц, причем ограничение сверху дает выходной каскад. Входное сопротивление первого каскада – около 30 КОм. Блок питания – двухэтажный на ультрафастах, сетевой трансформатор содержит две обмотки по 230 вольт.  Питание 16 вольт – от LM-ки. Максимально удалось выжать 15 ватт на 8 Омах, первый ватт очень чистенький – минус 40 дБ вторая гармоника, остальные заметно ниже минус 60 дБ. Чувствительность усилителя – 0,45 вольт на входе обеспечивают 1 ватт на выходе ( 2,83 Вольта на 8 Омах ). Режим Г-811 – ток анода 77 мА, рассеиваемая анодом мощность – 45 ватт. Картинки спектра гармоник загружаются. Нагрузочная линия:
curves_rca_5_3k
Из нагрузочной прямой находим, что максимальная амплитуда входного напряжения Г-811 составляет 20/1,4 = 14,3 V RMS. Также из ВАХ можно вычислить ориентировочное значение Ri в рабочей точке – это 28 килоом. Немало однако ! Вот для чего нужна высокая индуктивность первички выходного трансформатора.
Почему выбрана 6Э5П для раскачки ? Эта лампа обладает массой достоинств, главное из которых – прекрасное звучание, я имел возможность в этом убедиться в своих проектах на лампе 2А3. Ну а из физики упомяну низкое внутреннее сопротивление Ri в триоде – 1200 Ом при относительно высоком усилении – в данном каскаде К=29 по напряжению.

Звук макетика в моно варианте очень порадовал, слушал на колонке от Симфонии. Он очень наполненный, бархатистый, есть что-то от пентодов старых радиол, особенно середина – мне очень понравился вокал. Звук также детальный, как у 2А3. И, в отличие от 2А3 – с ровным, сбалансированным и глубоким басом. Верха немного выдают наличие германия в тракте – есть характерное “серебро”, но в общем мне показалось, что звук это не портит, а даже совсем наоборот. Если в чисто транзисторном тембре оно выпирает и скоро начинает надоедать, то здесь оно хорошо дополняет богатое в общем звучание и очень скоро я перестал это замечать. Прослушал балетную музыку Чайковского и немецкий тест-CD – итого два часа и не мог оторваться.
После чего решил собрать макет в стерео варианте для доработки. Вдохновило, короче.

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

Каскад на 6Н8С с общей сеткой и эмиттерным повторителем на входе

Некоторое время обратно я сделал ламповый усилитель с каскадом с общей сеткой на 6Г1 и 807 лампе http://klimanski.com/?p=1336 .  Проблемным моментом было низкое входное сопротивление входного каскада.  К тому же,  моделируя каскад с общей сеткой на TubeCad я обнаружил, что даже небольшой величины  последовательно включенное сопротивление во входную (катодную )   цепь каскада с общнй сеткой ( КОС )  очень сильно увеличивает выходное сопротивление каскада – а это плохо сказывалось на передаче баса.  Ну так как в общем и целом звучание упомянутого  макета усилителя меня  очень вдохновило, я решил продолжить работы по усовершенствованию входного каскада.

Наиболее простым способом увеличить входное сопротивление лампового КОС – поставить на вход эмиттерный повторитель. Похожим образом решил эту проблему и Розенблит в своем известном предусилителе на лампах с общей сеткой – он поставил на входе катодный повторитель. Но несмотря на свое пристрастное отношение к лампам, я не пошел этим путем – позднее объясню, почему. Вместо этого я вспомнил проект гибридного усилителя на германии http://klimanski.com/?p=605, нашел в спичечном коробке давно хранившийся германиевый транзистор МП37Б и собрал вот такую вот схемку:

mp37_gg

Замерил параметры схемы.  Входное сопротивление – оно оказалось почти  как это предсказывает теория эмиттерного повторителя: Rin = Rk*(h21 +1 ).  Замеренный тестером коэффициент передачи моего МП37Б оказался равен 62, правда, я не очень доверяю этой цифре, так как спецификация на МП37Б  дает диапазон от 25 до 50. Взяв худшее из возможных значение h21 и умножив на сопротивление катодного резистора  получим 39 килоОм. Замеренное Rin оказалось 34 КОм – замер сделан по падению уровня сигнала от последовательно включенного в цепь базы резистора.   Выходное сопротивление – определено по падению уровня сигнала на резисторе R6  – получилось 3.5КОм.

Полоса пропускания оказалась очень неплохой – минус один дБ  от 10 Гц до 60 КГц. Общий коэффициент усиления по напряжению – 10.

И две картинки – спектр гармоник и АЧХ при 7 вольт на выходе ( 0,7 вольт на входе ):

sh_2013_0002_2

sh_2013_0002_3

Уровень второй гармоники весьма высок – минус 30 дБ от уровня первой, остальные гармоники  не видны до уровня минус 60 дБ кроме девятой – предполагаю, что это артефакт, надо будет перепроверить.

Немного усовершенствовав схему, и поставив транзистор с более высоким h21э удалось снизить уровень второй гармоники до нормального уровня в минус 45 дБ:
gg_d0b3d182404
Полоса пропускания осталась прежней, коэффициент передачи каскада увеличился до 18 раз.
Результат проектирования этого каскада в TubeCad
reportprinter-report
**********************************************************************************

Гибридный усилитель на 6Н30П и германиевых транзисторах

От некоторых своих знакомых я слышал неплохие отзывы о звучании УНЧ на германиевых транзисторах. И решил собрать обычную классическую схему на комплементарных германиевых транзисторах ГТ703/705. На раскачку – каскад СРПП на 6Н30П для получения возможно более низкого выходного сопротивления.

Схема следуюшая : gibrid_compl1

Резистором VR2 устанавливается ноль на выходе, резистором VR1 – ток покоя выходных транзисторов. Стабилитроны нужны для предотвращения появления опасного для транзисторов напряжения между этажами СРПП в случае выхода из строя одной из половинок ламп.  Предварительное прослушивание макета  показало очень неплохое звучание, максимальная синусоидальная мощность – 8 Ватт, полоса на уровне минус 1 дБ от 20 Гц до 80 кГц. Чувствительность – 0,6 вольта.  Макет играл минут 10 на максимальной громкости ( сколько держали уши )  и радиаторы выходных транзисторов даже не нагрелись до 50 градусов, увеличился только ток покоя от начальных 40 мА до 100. Блок питания:d0b1d0bf_d0b3d0b8d0b1d180d0b8d0b4

Для дальнейших эксперимантов был собран макет в стерео варианте.   Первые тесты были сделаны без сетвого фильтра.  Добавление этого элемента вернуло ясность звучания, присущую ламповым усилителям.  В общем, конечно, это не 2А3, но учитывая просто подкупающую простоту конструкции, звучание очень и очень достойное. По общему впечатлению –  типично триодное, то есть чистое, детальное, точное, но поэтому и несколько малоэмоциональное и простоватое. Трудно сказать, является причиной этому ламповая или транзисторная часть схемы, или схема сама по себе – это покажут дальнейшие опыты  – они безусловно будут продолжены.

И в заключение – пара картинок как это выглядит:

img_5223_2img_5222_21

Дополнено 21 февраля 2013 года. Видимо, можно питание выходного каскада сделать на LM7812  и LM7912, установленных на радиатор.