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 или нагружен на каскад с общей сеткой ( каскод ).

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 ).

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 газотроны вместо стабилитронов. Не думаю, что газотроны  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 ).

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.

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

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

_________________________________________________________________________________

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.

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

Однотактный ламповый усилитель 6П6С – 813 RCA / SE tube amplifier



Я давно уже присматривался к очень красивой и мощной лампе 813 и к ней близкой  ГК-71.

picture_813_rca

Вроде есть еще ГУ-13, но мне она живьем еще не попадалась… Мне нравится, что это пентод, и нравится, что он прямонакальный. Импортная лампочка 813 выигрывает немного по потребляемой мощности накала – 10 В 5 А против 20 В 3 А у ГК-71. Поэтому я выбрал 813 RCA, удалось на е-Вае купить новую за 50 долларов + доставка регистрированной почтой 30 долларов. Многие задают мне вопрос – зачем я занимаюсь такими сложными лампами ? Анодное высокое, высокое внутреннее сопротивление, сложности с накалом… Мои опыты с ГМ-70 убедили меня в том, что у мощного УНЧ есть свои плюсы. Прежде всего – он играет с почти любой акустикой.  Другое преимущество не так очевидно, но как мне кажется, маломощные УНЧ имеют жанровые ограничения, чего лишены мощные прямонакальные лампы – они играют все. По крайне мере, сделанный мною ранее двухтакт на ГМ-70 http://klimanski.com/?p=1222 всеяден – он одинаково уверенно и интересно играет и камерную классику и хэви мэтл.

Из немногого того, что я нашел на Гугле, на этой лампе делали УНЧ, включая ее триодом:

http://www.audiodesignguide.com/Claudio845/813amp.html

http://www.nutshellhifi.com/triode3.html

http://lampizator.eu/AMPLIFIERS/CHINA/audioromy/Audioromy%20813.html

и деньги за эти усилители хотят недетские – один из них, кажется китайцы продают за 6800 Евро и уговаривают, что это дешево…  Зато первая из ссылок содержит немало полезной информации для того, кто немного знаком с английским и хочет построить УНЧ на ГУ-13 в триоде или ГМ-70.

Вчера я собрал макет – 813-ю включил пентодом. Почему именно пентодом ? Ну, в в первую очередь – люблю я пентодный звук !  Хотя сейчас слушаю Дарлинг на триодах ( см.  публикацию  http://klimanski.com/?p=1784 ) ,  мои лучшие усилители, звук которых мне понравился больше всего – собраны все-таки на пентодах – 1П33С, 6П7С, EL34, 6П3С-Е ).  И вообще – мало разве есть триодов ? Поэтому включать такие шедевры конструкторской мысли как пентоды в триодном режиме – это непозволительное упрощение,  кощунство, если хотите. Или это – примерно тоже, что гнать самогон из французского коньяка…. Извините, конечно, я ничего плохого про самогон сказать не хотел…. Есть ведь любители… Да и сам я – нет нет – да и включу 6П6С в триоде, вот как и в этой схеме ниже, кстати. А вот, если угодно, – и мнение авторитета:

«…Экранированные лампы ( пентоды, лучевые тетроды ) по ряду таких важных показателей, как коэффициент полезного действия, выходная мощность ( при заданной мощности катода ) и чувствительность значительно превосходят триоды, применение которых в однотактном каскаде практически нецелесообразно….» ( Войшвилло Г.В. Руководство по проектированию усилителей звуковой частоты. Ленинград, 1958. ).

К тому же. Есть любители схем без ООС – якобы она портит звук. Тогда давайте отказываться и от триодов. Триод – это электронная лампа, в которой ООС имеется уже внутри, то есть заложена в самой ее конструкции http://www.audioworld.ru/Books/Tubes/tub_02.html .

Теперь о схеме.  Для стабилизации напряжения на второй сетке я взял три лампы СГ4С, в сумме 450 вольт. Кому-то покажется многовато, однако замечу две причины, почему я решил сделать именно так. Первая – при низких напряжениях на второй сетке трудно получить в однотакте реальную мощность не заходя в облать положительных потенциалов на первой сетке. Вторая причина – посмотрите, какую огромную мощность по паспортным режимам удается получить от этой лампы в телеграфном режиме !   Поэтому в сравнении с телеграфным режимом работу в реальном УНЧ ( если без токов первой сетки ) в первом приближении можно приравнять к статическому режиму и 450 вольт на второй сетке ( если конечно не превышать остальные предельно допустимые режимы ) – это не проблема и 813-я это выдерживает легко.  Тем более, что блок питания, который у меня уже есть, дает не более 1200 вольт анодного, что для 813 лампы – лишь легкая разминка. К тому же, несмотря на указанные в паспорте на лампу максимум 400 вольт на второй сетке,  в даташите от  RCA есть график анодных характеристик при напряжении на второй сетке 750 вольт. Ниже приведены анодные характеристики для напряжения на второй сетке 400 вольт ( http://tubedata.itchurch.org/sheets8.html ) :

813_400vg21

По анодным характеристикам я прикинул, что для раскачки 813 лампы в пентоде надо около 20 – 25 вольт на первой сетке ( если без ООС ).  Но так как ООС планируется, как лампу для раскачки я взял  6П6С в триоде.  Схема, которая приведена ниже – это пока проект, смакетирована пока только ее часть без 6С2С.

813_se_amp

Блок анодного питания анода – смотрите мою публикацию по ГМ-70 http://klimanski.com/?p=1228. Схему питания накала пока рисую – скоро будет. И вот картинка первого макета.

img_5504_2

Выходной трансформатор взят 10К китайский ( на нем гордо красуется надпись ” SE 100W” ), который, как утверждают продавцы, предназначен для 211 и 833 ( ГУ-48 ) ламп. На нем из 813 лампочки удалось выкачать 36 ватт неискаженной мощности на 8 Ом нагрузкеи частоте 1КГц.  Спектр гармоник – красивый ниспападаюший ряд без преобладания нечетных гармоник – что  позволяет надеяться на получение приятного уху звука. Картинки – сначала  синусоида и потом – спектр гармоник – оба графика получены для максимальной выходной мощности 36 ватт на 8 Ом )

image168png

image9

Несколько хуже обстоит дело с АЧХ.  Завал по НЧ и ВЧ превышает 5 дБ. Но это – фактически без ООС, так как 24 К в цепи ООС для 6П6С – это очень много.  Я пробовал снизить Rnfb до 3 КОм ( что соотвествует около 4 дБ ООС ), но картика от этого сильно не изменилась.  Спад и искажения на НЧ слишком велики.

813_10k

Подозреваю, что  виноват выходной транформатор. Хотя, конечно, трансформатор, намотанный для триодов винить так уж сразу нельзя, может он просто имеет недостаточную индуктивнось первички ( из-за чего и завал по низам ) и повышенную емкость намотки, из-за чего пропадают верха. Приберегу эти трансформаторы для триодов.   А тут  предстоит еще поработать…

Дополнено 17 ноября 2012.  После длительных попыток найти подходящий трансформатор для этой схемы за реальные деньги – я понял, что придется мотать самому. Тем более, что с железом есть варианты – ОСМ0,4, ОСМ0,63 и еще купленное на е-Вае ленточное сечением железа 32х50 и окном 73х30. На фото виден для сравнения ОСМ0,16.

img_5458_1

Для расчетов за основу я взял известную методику Васильченко, который фактически обобщил методики из книг Цикина и Войшвилло и сделал очень удобную для пользования программку в MS Excel.  Ее недостаток заключается в том что она не учитывает возможность применения ООС.  Другая методика дана на сайте http://andy.kis.ru/SE_triod.php, там можно ввести коррекцию на ООС.  Но все по порядку.  Сначала о рабочей точке. Отчасти для ее определения я исходил из имеющегося БП с анодным в районе 1100 В, и по анодным характериткам 813 лампы получилось, что при Ra = 10K  целевую выходную мощность в 36 ватт можно получить при положении рабочей точки в районе Ug1=-20V. Ug2=400V, Ia=100mA.

813_curves_ug2_400v_22

Прежде всего для определения минимальной индуктивности первички нужно знать величину внутреннего сопротивления лампы. К сожалению в имеющихся паспортах на лампы ГУ-13, 813 и т.п. я этих величин не нашел и определил Ri из наклона анодной характристики 813 лампы при Ug2=400V и Ug1=-20V. Получилось 80 КОм. Эта цифра неплохо коррелирует с известной рекомендацией делать для пентодов Ra=0.1 – 0.2 от Ri,  а в данном случае выбрано Ra=10К.

Определившись с рабочей точкой и Ri, я подставил имеющиеся цифры в файл от Васильченко ( взяв за основу имеющееся китайское железо ) и получил вот такой проект трансформатора:

vasilchenko

Сравним теперь эти данные со второй данной выше ссылке ( с ООС ). Многое совпадает хорошо.

toschev

Минимальная индуктивность первички – 42,5 Генри ( 46 Гн у Васильченко ), немагнитный зазор – 0,4 мм, максимальная индукция в зазоре – 7600. Однако есть существенные различия – количество витков.  И  вторая программа советует выбрать сердечник побольше… Но побольше у меня небыло и я доверился методике Васильченко.

По причине того, что я не знаю магнитных свойств имеющегося железа, и из-за того, что программа не учитывает влияние ООС, пришлось вначале сделать пробную намотку, приняв начальную магнитную проницаемость равной 400, хотя уверенности в правильности этой цифры у меня нет.  В общем на намотку пробного трансформатора ушло около 3 с лишним часов и примерно 0.5 кг медного провода. Станочек для намотки у меня уже был – купленная на е-Бэе упрощенная китайская чугунная копия древнего английского ( как выглядел оригинал можно посмотреть здесь  http://www.jharper.demon.co.uk/coilwnd2.htm ) ручного прибора – я его опишу в отдельной публикации.

winding_machineНамотал я сначала 110 витков вторички, потом сразу всю первичку – 4450 витков проводом 0,36 по меди с межслойными фторопластовыми прокладками толщиной 0.12 мм. Почему фторопласт – хотелось по возможности иметь материал с минимальной диэлектрической проницаемостью для снижения собственной емкости обмотки. Конечно, для снижения индуктивности рассеяния лучше было бы секционировать, но так как это был первый мой опыт намотки, я решил сначала все сделать максимально просто, чтобы в первую очередь решить проблему НЧ и минимальной индуктивности, и если тут все будет хорошо,  то первичку можно и перемотать, уже соблюдая все тонкости секционирования и уточнить толщину прокладок. К тому же, небыло уверенности, что все войдет в имеющееся окно.  Но все вошло и с запасом. И вот что  вышло.  Результат замера индуктивности первички ( тестером на 100 Гц ) –  52 Гн. После этого – включаем трансформатор в макет с 813 лампой и подаем максимальный сигнал (  15 вольт на выходе на 8 Ом при 1 КГц ) – получаем вот такую АЧХ:813

Как видим – по НЧ – полный порядок, даже при полной выходной мощности имеем аж 17 Гц на уровне минус 3 дБ от 1КГц.  Хорошее железо мне попалось на еБае !  А вот по высоким, к сожалению картина получилась заметно хуже целевых минус 3 дБ на 20 КГц – фактически минус 7 дБ.   Отсюда ясно, что делать – первичку перематываем оставляя прежним количество витков, только делим ее на две части и между ними – вторую часть вторички, тоже 110 витков, которые включим параллельно. И для снижения собственной емкости прокладки между слоями первички можно увеличить – места осталось в окне предостаточно.

Вот перемотал трансформатор. Получилось две секции – одна 2350 витков, другая 1650, в сумме 4000 витков первички, между ними вторя часть вторички.   Индуктивность на 100 Гц – 45 Генри. Индуктивность рассеяния, измеренная тем же тестером – 90 мГн.  Поставил его в макет – АЧХ получилась вот такая:

813_d0b0d187d185_d0bcd0bed0b91

trans_namotka

img_5513_2_trans

То есть на уровне минус три дБ полоса от 15 Гц до 32 КГц.  Однако –  когда я посмотрел на осциллографе уровень искажений на НЧ – мне стало плохо… Уже 50 Гц при превышении 16 ватт на выходе имеют не очень симпатичный вид, а про 30 Гц я вообще не говорю…  Что-то не так в рассчетах, начинаю все с начала…  Пришлось “углупиться” в литературу и чтобы разобраться, где-же кроется ошибка –  перелопатить массу сочинений на эту тему.  Прочитал следующие перво- и неперво- источники:

1.  Цыкин Г.С. “Трансформаторы низкой частоты”, 1955, гл 13 – 15.     http://www.zzxm.narod.ru/CYK/TR/g14.djvu.

2.  Г.В.Войшвилло “Усилители низкой частоты на электронных лампах”, 1959 год. Стр. 559 -593. http://www.zzxm.narod.ru/VOY/v_522_603.djvu

3.  Васильченко Е.В.  http://spbaudio.narod.ru/kazan.htm

4. Д. Андронников. Выходной трансформатор. Почти просто, но недешево.  http://vt-tech.eu/ru/articles/lamps/53-otputtrans.html

5. Valve Hart  http://www.valveheart-bg.com/theory/transformer.html

6.  Программа Андрея Тощева  http://andy.kis.ru/mytrans0.php

7.  Кризе С. Расчет выходных трансформаторов.

8.  Зинин Ю. Определение длины воздушного зазора в трансформаторах и дросселях  http://kit-e.ru/articles/powerel/2009_05_82.php

Предполагаю, что я сделал ошибку в самом начале – в выборе магнитопровода. Однако должен сказать, что в монографиях Войшвилло [2]  и Цыкина [1] за обилием формул мне пока трудно разглядеть ясный алгорим, как этой сделать. В статье Васильченко, хотя вроде и говорится об SE,  таблица выбора значения максимальной индукции Bm в зависимости от выходной мощности приведена для двухтактного трансформатора. Вот тут я и уехал в сторону с расчетами по Васильченко.  В ссылке  [4] дано ясное объяснение, что в случае однотактного каскада в расчетные формулы количества витков первичной обмотки необходимо подставлять значение В = Bmax/2  а также дана простая методика экспериментального определения Bmax для имеющегося сердечника.  Старые первоисточники, такие как  Кризе ( и отчасти Малинин ) дают формулу для выбора сердечника c применением констуктивной постоянной А  ( похоже, эта же формула используется и программе  [6] )

A*P = Qo*Qc                                                                                                             (1)

Что интересно, если пользоваться данными этой формулы, то по Кризе получается, что имеющийся у меня сердечник ( а у него площать стали 16, а площадь окна – 24  ) вроде бы для пентода с ООС подходит… Ведь произведение Qo*Qc у меня получается 24 * 16 = 384. Делим 384 на А=10( конструктивная постоянная для пентода с ООС ) , получается 38,4 ватта…. Но как бы не так… Может устарели эти формулы ?  В те времена  Fn в 70 Гц был пределом мечтаний инженера… Или пользоваться ими надо более внимательно ?  Ну ладно, позже разберемся. А пока – вот что зато я нашел в инете  – ссылка [5] дает простую эмпирическую формулу для выбора сечения магнитопровода для однотакного трансформатора исходя из требуемой выходной мощности   Qc = 4 * SQRT ( Pout ). Выходная мощность в Вт, сечение – в кв. сантиметрах. Эту формулу можно считать частным случаем формулы (1) , где принято Qo=Qc и А=16.   В подтверждение правильности этой формулы –  уже экспериментальные данные – из моего намотанного трансформатора сечением 16 кв.см de facto не удалось выжать на НЧ больше 16 ватт на выходе…а это – точное совпадение с приведенной простой формулой. Но тогда мне для 36 ватт на выходе нужен сердечник сечением 4*SQRT( 36 ) = 24 кв см.  Кстати, программа Андрея Тощева [6] дает примерно такой же результат. Вот оно как… Тогда ищем ОСМ 0.63 – если верить интернету, он имеет сечение 25 кв.см. А верить можно не всегда – у меня например, есть дома киловаттный ОСМ1.0, и я знаю, что его сечение магнитопровода 50х80 ( два сложенных вместе 50х40 ) и окно примерно 92х30 – но чего только про него я прочитал в русском инете ! До одного киловатта у меня все кроме 0.63 дома есть – собираюсь обобщить все данные по ОСМ и выложить как справочные данные.
А пока я жду заказанное железо, мне не дает покоя запутанность вопроса по выбору сердечника. Должно быть простое решение. Давайте задумаемся, а отчего все так сложно с расчетами трансформаторного железа ? Как мне кажется, вся петрушка из-за того, что в переменном магнитном поле зависимость В от Н нелинейна и величина магнитной проницаемости ( мю ) очень сильно зависит от В и от наличия-отсутствия постоянного подмагничивания ( которое, в свою очередь, зависит от силы тока через сердечник и величины немагнитного зазора ), что в общем сильно усложняет ( правильнее сказать – делает его невозможным ) аналитический подход к вычислениям и приводит к необходимости вести расчеты на основании эмпирических графиков зависимости мю от В и ампервитков. Но выход есть ! Если почитать упомянутые выше статьи Васильченко и Войшвилло более внимательно, то мы можем обнаружить один интересный факт – в расчет количества витков первички трансформатора магнитная проницаемость не входит ! ( Правда, Васильченко пишет, что это верно только для двухтакта. В общем, мне так кажется, это верно и для однотакта, просто потом нужна коррекция полученного результата с учетом снижения мю от введения зазора, но об этом позже… ) Вот это и надо попробовать использовать, чтобы на первом этапе расчетов не углубляться в тонкости. Но для этого нам понадобится знать напряженность магнитного поля Н, которую по сути можно вычислить через величину тока Im через обмотку, что сделать должно быть несравненно проще. Посмотрите на странице 562 по ссылке [2] формулу 8.307 и вытекающую из нее формулу для индуктивности

L = Bm/Im * W1 * Qc * 10E(-8) (2)

Из этого уравнения, решая его относительно Qc можно получить формулу расчета сечения магнитопровода из уже известных уже величин. Например – Bm магнитопровода можно измерить, Lmin вычисляется по известным формулам из Ra, амплитудный ток Im можно получить из выбранной нагрузочной линии из анодных характеристик выходной лампы. Но есть ложка дегтя. Количество витков первички W1. Его мы не знаем до того момента, пока мы не выбрали сердечник. Но подождите огорчаться. Хотя мы и снова пришли к необходимости проведения итераций ( или говоря попроще – подгонки ), но теперь не надо влезать в дебри зависимостей мю от ампервитков, и выбор сердечника сводится к подгонке компромиссного соотношения количества витков к размеру сердечника. Я попробовал посчитать все это для моего случая с 813 лампой. Ток Im я взял с нагрузочной линии, которая есть в данной статье выше – 0.2 А, Lmin по Войшвилло 46 Гн, Bm я выбрал равное 8000 ( вот в данном случае, даже для однотакта, надо брать именно Вm, а не его половину ! ), Получилось что Qc при W1 = 4500 должно быть 25 кв. сантиметов. При W1 = 4000 получается 28 кв.см, а при W1=5000, соответственно – 22 кв.см. т.е получилось неплохое совпадение со сделанными ранее расчетами Qc по [4] , [5] и [6]. Главное, что мне нравится, что теперь в формулу расчета сечения магнитопровода наконец входит Im а не только Io и, например, становится понятно, почему для однотакта на 6С33С надо брать магнитопровод с относительно бОльшим сечением, чем для более высокоомных ламп с тем же током покоя Io ( хотя казалось бы для 6С33С и не нужна большая индуктивность первички ), так как для 6C33C величина амплитудного тока Im может быть очень большой, если не работать, конечно с очень большими Альфа=Ra/Ri. Но мы как бы забыли о немагнитном зазоре. Нет, не забыли. Вообще-то, для однотактных каскадов со значительными токами покоя сопротивлением самого магнитопровода можно принебречь по сравнению с немагнитным зазором, и для того, чтобы избежать проблем с передачей НЧ нужно лишь позаботиться о сохранении расчетной величины минимальной индуктивности первички. Все, что для этого нужно, это посмотреть в справочнике кривые зависимости начальной магнитной проницаемости от произведения индуктивности на силу постоянного тока покоя в квадрате ( LIo)2.
d0b7d0b0d0b2d0b8d181d0b8d0bcd0bed181d182d18c_d0bcd18e_d0bed182_li2
После этого остается подкорректировать выбранное ранее количество витков, но теперь уже с учетом мю начального и выбранного зазора. Второй вариант как сохранить величину Lmin на том же уровне – увеличить выбранное вначале сечечение магнитопровода. Есть и третий вариант действий ! Ввести ООС – и тогда просто снизится Lmin и тогда количество витков + сечение магнитопровода можно оставить теми же и получить тот же Fn. Сейчас вот работаю над этим алгоритмом в виде программы. У меня отпуск с 30 по 7-е, вот и будет достаточно времени изучить литературу потщательнее. А после отпуска – за эксперименты, может и железо уже подъедет и можно будет проверить свои “теоретические изыская” практикой.

Продолжение следует.  В нем я расскажу, об успехах в намотке трансформатора и в каком корпусе я задумал разместить этот усилитель. Что-то очень длинная получается публикация. Со временем ту часть, что по расчетам выходного трансформатора вынесу в отдельную тему. Верю, что это будет интересно многим.

Дополнено 2 апреля 2013 года. Достать нужного качества железо нужных размеров оказалось делом непростым. На этом пока все застопорилось. Но только пока. Даст Бог, снова возьмусь.
*****************************************************************************