Ламповый комбик для флейты

Моя дочка Алиса играет на флейте.  И как-то в разговоре она посетовала, что трудно играть в больших или акустически сильно задемпфированных залах, к тому же, бывает необходимо внести реверберацию ( эхо ) или фонограмму.

Тут и  возникла идея сделать винтажный комбик по аналогии с гитарным, только немного более современный, с несколькими входами и возможностью подключать устройства синим зубом ( Bluetooth ). Сначала была идея ревербератор встроить внутрь комбика, но потом остановились на внешнем варианте педали и по существу остался только усилитель, коммутатор входов и Bluetooth.

Всегда нужно с чего-то начать. Началось все с динамика Philips AD1265 ( 8 Ом ), который у меня был в одном экземпляре и вполне подходил на роль, тем более он по паспорту – широкополосник с высокой 97 дБ чувствительностью. На деле все оказалось немного не так радужно, но об этом позднее.

Подобрал подходящий “винтажный” ящик из пресскартона, пристроил кожаную ручку. Ткань нашлась в закромах у супруги – и вот отправная точка есть.

kombik1

kombik2

Дочке внешний вод ящика очень понравился ( даже просила его не красить ! ) и закипела работа. Сначала усилитель, потом БП, потом Синий Зуб. Но обо всем по порядку.

Какую выбрать схему для усилителя ? Усилитель конечно буду делать ламповый.  Сначала ТЗ ( техническое задание ) – нужна выходная мощность около 3 ватт ( при чувсттвительности динамика 97 дБ этого более чем достаточно ), чувствительность по основному входу 2 вольта, по входу от Bluetooth  300 мВ, оба входа с регулятором громкости и тембра.  Полоса пропускания – даже альт-флейта не имеет в своем спектре тонов ниже 200 Герц поэтому и к выходному трансформатору требования по габаритам невысокие и полосу в 200  – 20 000  Гц обеспечит даже старый телевизионный выходник.

Схема усилителя.  После некоторых колебаний и первых проб с 6П15П на выходе по классической схематике, в конечном итоге я все-таки остановился на своем последнее время особенно любимом каскоде. Но для каскода нужно довольно высокое анодное напряжение, и появлась еще одна статья ТЗ –  обойтись его минимальной величиной. Я счел возможным ограничиться напряжением в 380 вольт, чего для получений 3-х ватт на выходе должно быть достаточно.

Основные детали. Сетевой трансформатор – R-core 44-х ваттный, купленный на е-Бэе, довольно компактный, у него есть обмотка 6.3 вольта и 120 вольт, из которых можно получить нужные 380 вольт постоянки через утроитель.  Чтобы не мучаться с накалом, на второй этаж каскода единственным кандидатом была 6С19П, как имеющая сравнительно высокое входное сопротивление в схеме с общей сеткой и высокое допустимое напряжение накал – катод ( 250 вольт ). Ну, и выходной трансформатор – давно у меня в закромах валялся ТВЗ1-1 с Ra около 6 КОм на 8 Ом.  Описание остальных деталей будет ниже.

Начал макетирование со схемы 6Э5П – 6С19П

cascode_6%d1%8119%d0%bf_6%d1%8d5%d0%bf_6

 

Вот тут уже в самом начале начались “фокусы” с динамиком. Сначала я думал что что-то не в порядке со схемой – резкий звук, резонансы, дребезжания и полностью нарушенный тональный баланс.   Оказалось, что динамик скорее всего очень очень долго где-то лежал и не использовался, настолько он был далек от того, что он далжен был выдавать. Только через трое суток “прогрева” он начал играть чисто и более-менее тонально сбалансированно. Но все равно, чтобы сгладить присутствующие пики на 2.5 – 4 КГц пришлось поставить режекторный фильтр между выходным трансформатором и динамиком.  Но от 6Э5П в конечном итоге пришлось отказаться – при заданном невысоком анодном напряжении  так и не удалось получить больше 2-х ватт выходной мощности. Пришло время наконец попробовать в каскоде E55L которую мне подсказал один из читателей моего блога, за что ему поклон.

Да, конечно E55L с ее 45 мА на вольт крутизной легко справилась с задачей и заветные 3 ватта на выходе есть ! Вот схема.

cascode_6%d1%8119%d0%bf_e55l

Ее полоса пропускания по -3дБ от 90 Гц до 45 КГц. Ток каскода 35 мА. Фон переменного тока отсутствует полностью,  если приложить ухо к динамику то слышен очень легкий белый шум. Кому интересно сравнение звукового почерка 6Э5П и E55L скажу, что хотя в общем почерк каскода остался, различие есть – в тональном балансе у E55L немного подчеркнуты высокие частоты ( выше 6 КГц )  и играет она немного суше, аналитичнее.

Блок питания

cascode_6%d1%8d5%d0%bf_6%d1%8119%d0%bf_cpu

Конденсаторы С2 и С3 на 350 вольт, С1 – на 250, С5 – на 450, С4 и С6 на 630 вольт.  Дроссель L1 – от старого осциллографа  ( С1-1 или С1-5 точно не помню ). Резистор R1 3-х ваттный, остальные – двухваттные.

По той причине, что блок питания на полупроводниках, а утроитель при включении на холодные катоды будет давать теоретически возможное напряжение 120 * 1.41*3 =  507 вольт, то во избежание повреждения конденсаторов блока питания сделана схема задержки подачи анодного напряжения,  уже опробованная ранее и описанная подробнее в одной из прошлых публикаций http://klimanski.com/2014/12/ с некоторыми изменениями – вместо диода D4  -диодный мостик, конденсаторы С1 и С3 – 4700 мкф на 16 вольт, резистор R4 – 10 Ом, R2 – 5.6 КОм, стабилитрон D2 – на 3.3 вольта,  реле – Tianbo HJR-4102 на 5 вольт,  транзисторы КТ3102А,  питается схема от накального переменного напряжения 6.3 вольта. Собрана схема задержки на макетной плате и расположена рядом с сетевым трансформатором. Параллельно реле включена цепочка из красного светодиода АЛ307 и резистора 240 Ом 0.5 ватт – для индикации. Свечение светодиода говорит о том, что реле включено и блок питания от сетевой обмотки в 120 В отключен – идет прогрев катодов ламп. После отключения реле, его нормальнозамкнутые контакты подают переменное напряжение на схему утроителя и светодиод гаснет.

Детали смонтированы на фанерной дощечке, перед монтажом входов “изделие” выглядело так:

img_7303_1 img_7305_1 img_7306_1 img_7307_1

img_7309_2

Теперь о предварительном усилителе для Bluetooth входа. Он был сделан по гибридной схеме моей разработки ( принцип описан в предыдущих публикациях ).  Он имеет коэффициент усиления равный 15-ти, и достаточно низкий уровень гармоник и звучит  великолепно – насыщенно, богато, объемно.  Схема не чувствительна к наводкам, помехам и качеству питания.

input

Резистор R6 – Двухваттный, остальные – 0.5 ватт. Конденатор С1 на 63 вольта, С2 – на 630 вольт, С3 –  электролит на 450 вольт.  Ток через лампу  2 мА, работает она в режиме с общей сеткой.  Транзистор согласует вход с довольно низким входным сопротивлением лампы, он должен быть обязательно германиевый, в принципе любой с коэффициентом усиления не менее 50.  Накал лампы – от накала ламп  выходного каскода.  Схема собрана на макетной плате.

img_7318_2_%d0%bf%d1%80%d0%b5%d0%b4%d0%b2%d0%b0%d1%80%d0%b8%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c%d0%bd%d1%8b%d0%b9

 

Ниже нарисована схема коммутации входов. Их  – два плюс Bluetooth вход.  Вход 1 подключен ко входу оконечного усилителя постоянно, его можно микшировать с BlueTooth входом или Входом 2 при помощи трехпозиционного переключателя S1 с нейтральной точкой  и регуляторов громкости R1 – R3, причем R1 – это сдвоенный ( стерео ) ALPS на 50КОм, у которого вторая секция используется для того, чтобы при минимальной громкости входа 1 не закоротить на общий входы 2 и Bluetooth.   Второй ALPS на 20КОм  ( R3 и  R4 )  тоже сдвоенный, одна секция обеспечивает регулировку громкости Входа 2, вторая секция – регулировку входа Bluetooth, то есть вход 1 можно либо слушать отдельно, либо  микшировать – или со входом 2,  или со входом Bloetooth.

inputs

 

Что представляет собой Bluetooth вход ? Это купленное мной на е-Вае простенькое изделие предназначенное для поключения телефона в автомобиле  ( ключевые слова для поиска –  Hight Quality Bluetooth 4.0 Hands-Free Car NFC AUX Kit for Smartphone ). К моему вящему удивлению, звучит эта штука прекрасно, АЧХ идеальная и шумов – ноль.

bluetoorth_player

Вот как выглядит готвое изделие.  Справа – сетевая кнопка, слева – переключатель входов S1, посередине – регуляторы громкости.  Сие изделие я  передал своей дочке на испытания в канун Старого Нового Года.

 

final

 

 

 

А вот подарок мне, для украшения мастерской от моей любимой –  на Рождество.

img_7313_%d0%b4%d1%83%d1%88%d0%b8_%d0%bb%d0%b0%d0%bc%d0%bf

 

 

Желаю всем радости, успехов во всех начинаниях и просто удачи в Новом 2017 Году !

Бульте благословенны мои братья и сестры !

 

 

 

Каскодный выходной каскад на 211 лампе

Продолжаю начатую тему токового управления лампами. На форуме дийаудио.ру мне посоветовали попробовать каскод.

cascode

Хотя первый этаж каскода управляется все также по-старинке – как и каскад с общим катодом – то бишь потенциалом, я все-таки решил попробовать его в выходном каскаде. Особенно – учитывая восхищенные отзывы тех, кто это уже делал :  http://hiend.borda.ru/?1-12-0-00000092-000-0-0-1390756420 . (  Спасибо Виталию Калашникову за ссылочки и идеи, это мне очень помогло ! )  Но для каскода нужен высоковольтный блок питания, что само по себе – задача непростая.  Недавно наконец сделал достаточно ( как мне кажется ) хорошего качества высоковольтный блок питания и работа пошла вперед.

psu_6d22s

Схема пока только принципиальная, обвязка для снижения помех здесь не показана – ее можно увидеть в конце этой статьи.  Лампа 6Д22С очень хороша в смысле задержки и плавной подачи анодного – после включения напряжение достигает номинального только через 30 – 40 секунд – за это время как правило, успевают прогреться катоды всех ламп нижнего этажа.

И таким образом,  появилась возможность запитать каскодный выходной каскад на очень интересной лампе – 211 – любимице знаменитого Сакумы.   ( На картинке ламочка почему-то получилась лежачей – кликните по ней, и она примет рабочее положение… )

tube_2111

Внутреннее сопротивление этой лампы составляет около 3.6 КОм, и выходный трансформатор должен быть минимум 10КОм, а рекомендуют 12 – 13 КОм. Намотать такой выходной трансформатор очень непросто. И решил сделать на этой лампе каскод – в надежде, что пентодный характер ВАХ позволит упростить намотку трансформатора ( в смысле секционирования ) ,  а в качестве нижней лампы каскода использовать другую известную прямонакальную лампу 2А3 и на раскачку им – 4П1Л. Вот что получилось:

cascode_211_2a3_4p1l

Здесь в качестве выходного был использован трансформатор 6К от Аудиоинструмента ( TWB50 ) с сечением 13 кв.см. и индуктивностью первички 45 Генри.  Бас выдает 12 Гц на уровне минус три дБ.  По выским все несколько хуже, но причина ясна – трансформатор намотан с секционированием под триод,  что для каскода не годится. Надо будет перематывать. Но для предварительных экспериментов сойдет.

Вот спектр гармоник при 3 ваттах на выходе – относительно первой – вторая минус 26дБ, третья менее 57 дБ, остальные не видны.

1vinp_3wout_cascode_1st11db_sec_minus_15db

Схемка эта выдает 12 ватт звуковой мощности на 8 Омах, доминирует вторая гармоника, на максимальной мощности есть еще третья ( на 15 дБ меньше второй ), остальные ( высшие )  быстро уменьшаются до ничтожных значений. Вот спектр при 12 ваттах на выходе:

cascode_211_12w_opt_2nd_17_3rd_32_db

Выходное сопротивление усилителя ( замерено при 1 ватте на выходе ) составило 22 Ома, что приближает его к пентодным УНЧ.

Послушал я его на широкополоснике 4А32 в ОЯ и понял – “пентодный” выходной каскад на триодах – это очень интересная тема !  Бас и ВЧ просто идеальны, объем есть даже в моно варианте. Слушал  неотрываясь “Петрушку” и “Жар-птицу”  Стравинского”, потом – для контраста – своего земляка Хламкина. Чудесно.

Еще немного цифр. Теоретически мю эквивалентного пентода в каскоде равно произведению мю составляющих триодов – в нашем случае это 3.5 ( 2А3 ) умножить на 12 ( 211 ) получаем 42. Фактически по замеру коэффициент усиления собранного мной каскода по напряжению составил 15, откуда из известной формулы Ку = ( мю * Ra ) / ( Ra + Ri ) можно вычислить Ri эквивалентного пентода ( подставляя в качестве Ra = 6000 ) – получается 11 КОм. Размышляя по аналогии с методикой подбора Ra выходного трансформатора для пентода, когда Ra = 0,1 – 0,2 Ri можно подумать, что для указанной схемы Ra в 6 КОм не является оптимальным.  Поставив вместо 8 Ом нагрузки 4 Ома, я получил таким образом с тем же выходным трансформатором Ra = 3 КОм и сделал замеры. Увы, это не привело к росту выходной мощности и снижению Кг – а как раз напротив.  Тогда тем же методом ( поставив нагрузку 12,7 Ома на выход транформатора ) и увеличив таким образом Ra до 9.5 КОм, получилось, что выходная мощность увеличилась до 20 ватт ! Правда, это при 3.5 Вольтах переменки на входе. С Ra=9,5 KOm первый ватт получается кристально чистым – только вторая гармоника минус 34 дБ от первой – остальных нет вообще ( на уровне минус 60 дБ ). Отсюда вывод – хотя каскод по внутреннему сопротивлению и коэффициенту усиления и приближается к пентоду, но его поведение в УНЧ несколько отличается:

– каскод в отличие от пентода плохо работает на анодную нагрузку Ra меньшее Ri ;

– в спектре гармоник каскода практически отсутствуют высшие гармоники, на максимальной мощность есть только третья.

– в спектре каскода довольно велика вторая гармоника ( около минус 35 дБ от первой  при 1 ватте на выходе )

Последняя особенность не должна каким-то негативным образом сказываться на звучании каскода, потому что как это хорошо известно, особенностью слухового восприятия человека является невосприимчивость к наличию второй гармоники до очень высоких уровней ( по данным разных исследователей, этот порог может быть до 10 – 20 % от уровня первой ).

Общей чертой каскода и пентода ( по измерениям этой работы ) является возможность легко, не заходя в область сеточных токов, получить выходную мощность до 30 % от рассеиваемой на аноде лампы.

Единственным, на мой взгляд, недостатком каскода является необходимость высоковольтного источника питания.

По звучанию схемы.  Слушал на простом щите, основной динамик – 4А32 и + Висатон AL170.   Учитывая несовершенства выходного трансформатора серьезных выводов, к сожалению, сделать нельзя. Из того материала, который я смог к этому времени послушать, по звуковому почерку каскод ( на мое ухо ) пентод уже оставляет позади. Если на малой громкости звучание в чем-то похоже, то по мере поворота рукоятки РГ, звук пентода часто становится немного резким и колючим. Каскод этим не страдает совсем. Теперь нужен хороший выходной трансформатор, намотанный под пентод, его Ra, видимо, все-таки должен быть около 10К.

Оказалось, что такой выходной транс у меня уже есть – мною собственноручно  намотанный под ГУ-13 в пентоде  ( его Ra как раз 10К,  первичка индуктивностью 65 генри, 4800 витков из двух одинаковых секций ,  на железе от ОСУ0.63   http://klimanski.com/?p=2932. )  Вот эти красавцы

img_5713_oba_gotovi

И скорректированная схема

cascode_211_2a3_4d0bf1d0bb_2

Если на вход этой схемы подать 3 вольта переменки, то выходная мощность получается 28 ватт при Кг менее 5%, причем доминирует вторая гармоника, а третья на 15 дБ ниже, остальных нет на уровне минус 50 дБ. Картинка спектра очень похожа на приведенную выше для 12 ватт. И  обращаю ваше внимание на то, что рассеиваемая на аноде 211-ой лампы мощность в выбранном режиме покоя – всего 58 ватт ( это при максимальной рассеиваемой мощности на аноде 100 ватт ! ).

Захотелось снизить анодное и выбрать более доступные лампы. Но выбор ограничен линейностью ламп. Если уже с такими высоколинейными лампами как 2А3 и 211 получается 35 дБ второй гармоники, то что будет с обычными кривым лампами как 6П3С ? Ужас будет !  Поэтому я решил начать с замены 2А3 на 6П31С. Вообще ходят слухи о рекордной линейности строчных ламп раскачиваемых по второй сетке.  Надо попробовать ! И собрал для начала вот такое:

cascode_211_6d0bf31d181_6d0b311

Схема играет и звучит очень достойно ! Выходное сопротивление с одновременной раскачкой по первой и второй сеткам – 90 Ом, а вот если качать только по второй – то 104 Ома !  И полоса по частоте очень даже хороша – на уровне -3дБ от 18 Гц до 45 КГц.  Но вот с линейностью пока плохо. По крайней мере хуже, чем у 2А3.  Поэтому нашел в закромах 6П42С и попробую пытать по второй сетке ее.

Вот полная схема блока питания. Да, он получился по размерам довольно громоздкий, но иначе, увы,  избавиться от сетевых  и помех от переключения диодов нет возможности – при таких напряжениях все проблемы с помехами растут в геометрической прогрессии. Но разве поборникам хорошего звука габариты БП – проблема ?

psu_6d22s_1300v_120ma

О деталях БП.  Дроссели от Аудиоинструмента, сетевик – ТА258, накальные трансформаторы для 6Д22С раздельные. Конденсаторы удвоителя на 20 мкф –  К75-40.

http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?attachmentid=61127&d=1282332662

Трансформаторы ВЧ фильтров – ферритовые кольца, изолированные пластмассой,  похожие бывают в импульсных БП. Они могут быть самой разной конструкции – но важно, чтобы секции двух одинаковых обмоток были тщательно изолированы – напряжение между ними  может достигать 2 КВ.

Далее, в порядке следования на картинках – проходные конденсаторы – КБП-С на 1600 вольт, конденсаторы сетевого фильтра – Х2 0.47мкф на 275 вольт переменки и конденсатор МКР 50 мкф на 1500 вольт.

MKP-Capacitor-rad-10-F-1500V-DC-22-5mm-C44ASGP5100ZA0J-10uF

От электролитов отказался совсем, фильтрация достаточна даже для однотакта – фона нет.   Вот так выглядел макет БП

6d22s_doubler_1300v

Для тех, кого заинтресовала тема каскодных усилителей поделюсь ссылкой на очень полезную книжечку Ложникова А.П. и Сонина Е.К.  http://www.radiolibrary.ru/library/mrb/mrb-0561.html – там она в формате .djvu.

Внимание ! Хочу предупредить,  что каждый читатель, который захочет изготовить устройства из моего блога должен понимать, что любые электрические схемы с питанием от бытовой сети, а особенно в случае напряжений порядка киловольта и более, требуют определенных навыков в работе с электричеством и несут в себе серьезную опасность поражения электрическим током, и поэтому все свои действия с приведенными схемами читатель блога делает на свой страх и риск.   Автор блога не несет ответственности за возможные последствия ( такие как причинение вреда своему здоровью, здоровью окружающих и материальные убытки любого рода ) которые явились результатом применения указанных в блоге схем и советов, в том числе и за использование содержащейся в блоге информации не по назначению.

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