Ламповый усилитель Tube amplifier | Sergei Klimanski

April 12, 2014 by sergei

Выходной трансформатор для однотакта на ГУ-50. GU-50 SE output transformer

Это моя вторая попытка взяться за ГУ-50. Когда-то давно сделал великолепко звучавший однотакт на этой лампе в триодном включении http://klimanski.com/?p=66 , но аппарат тот я подарил знакомому, и сейчас захотелось сделать для себя. Делать копию нет смысла, поэтому решил взяться за дело учитывая накопленный опыт. Вдохновил также опыт коллег по этой теме http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=2324.0 также спасибо за идеи Михаилу Цертию, вот ссылочка на его сайт https://sites.google.com/site/moiusiliteli/Home/zvukotehnika/lampy/gu-50—vzroslaa-tema там тоже есть описание усилителя на этой лампе. Если Михаил уже давно мотает выходные трансформаторы сам, то я за это дело взялся третий раз в жизни. Первый был выходник под 6С33С СЕ, мотал на ОСМ0.1 не зная, что это железо катастрофически мало для этой лампы. Потом был перерыв и потом я сам рассчитал и намотал СЕ выходники под 813 лампу в пентоде.
Расчет выходника был сделан по этой программе http://klimanski.com/?p=3291.

Исходные данные для ГУ-50 таковы: Внутреннее сопротивление 800 Ом, Выходная мощность – 5 ватт, Приведенное сопротивление анодной нагрузки 3 КОм, Сопротивление нагрузки – 15 Ом ( под имеющиеся у меня 4А32 ). Вот распечатка результатов расчета, данные по железу приведены для ТС180, которое как оказалось очень хорошо подошло

Трансформатор ТС180 – оказались как-то у меня парочка этих красивых изделий в коробочке с надписью “трансформатор….. игрушка….сделай сам….для детей школьного возраста”. Ха-ха ! Мне уже 53….. Ну да ладно…. ;-)))

Когда-то давно их купил на вещевом рынке совсем за лимонад. Осталось только разобрать и размотать уже имеющуюся первичку. Что здорово – в комплекте были контактные скобочки, которые очень пригодились.
Из провода под рукой был 0.355 по меди – опытным путем наматывая на каркас определил, что не мучаясь с особо плотной укладкой получается 113 витков в слое. Было решено намотать на каждом каркасе 2 секции первички с вторичкой между ними, причем по причине того, что наружние секции первички двух каркасов потом соединяются последовательно образуя одну секцию, наружний слой сделан примерно в 1.5 раза меньше, чем внутренний. Вот схема намотки и коммутации выводов секций:

Итого – первая секция – 6 слоев по 113 витков – 678 витков, причем начинаем мотать справа налево, ( как вторую секцию первички ), а вторичку кладем начиная слева. Тогда будет соблюдено правило минимальной динамической емкости между первичкой и вторичкой. Вторая секция первички – четыре слоя.
Как межслоевую изоляцию я использовал синтокартон 0.18 мм, между обмотками – удвоенный слой той же изоляции. Как немагнитный зазор использован тот же синтокартон 0.18мм. Стекловолоконную сетку, которой я пользовался наматывая выходник под ГУ-13 между слоями этот раз я не ставил – для триода снижение емкости в анодной нагрузке не так существенно.
Обмерил трансформатор в статическом режиме.
Сопротивление первички активное – 70 Ом
Сопротивление вторички активное – 0.6 Ома
Приведенное анодное сопротивление – 3 КОм
Индуктивность рассеяния – 16 мГн
Индуктивность первичной обмотки – 5 Гн по измерителю индуктивности на 100 Гц и 12 Гн при подаче 5 Вольт 50 Гц.
Также замерено АЧХ на ГУ-50 с фиксированным смещением, анодное 370 вольт, ток анода 100 мА. АЧХ получилась такого вот вида:

Что радует, АЧХ имеет плавный вид, без резонансов в ВЧ диапазоне. И то, что фактические замеры соотвествуют расчетам, точнее – полоса пропускания даже шире расчетной. Вот само готовое изделие

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

February 23, 2014 by sergei

Одноламповый однотакт на 6Э5П и TW10SE. 6E5P Single tube SE amplifier

После совсем маломощного но удивительного Дарлинга http://klimanski.com/?p=1784 меня увлекла тема усилителей малой мощности и я продолжил свои опыты уже теперь с лампой 6Э5П. По справочнику она имеет достаточно высокую крутизну в 30 мА/В и Ri около 8 Ком в тетродном режиме, а в триодном – 800 Ом. У меня уже давно лежат дома выходные трансформаторы ( от так и нереализованного проекта на 6С41С ) с Ra 1.2КОм, что вселяло надежду. Собрал я макет вот по этой схеме:

Питание схемы – от батареи аккумуляторов ( смотрите публикацию http://klimanski.com/?p=2347 ). Для обеспечения динамики и прозрачности звучания необходим конденсатор С1 – под рукой оказался МБГО от колоночного кроссовера 56 мкф на 160 вольт. Схема потребляет 45 мА от блока питания, ток второй сетки при этом составляет 4.4 мА. Накал питается от ТН30. Стереомакетик выглядел вот так:

При входном напряжении 1.25 вольта, на выходе усилителя на 8 Омах нагрузки получается 2,5 Вольта неискаженного напряжения с частоткой ( на уровне минус 3 дБ ) от 5 Гц до 75 КГц. Максимальный уровень сигнала на выходе – 3 Вольта ( 1.1 Ватта ).

Если лампу включить в чистом тетроде ( соединить вторую сетку с питающим проводом ), то чувствительность схемы еще возрастает ( тот же сигнал на выходе при 0,95 В на входе ), но также растут и искажения ( по приборам ). Отвод для экранной сетки – 50 % – это средний вывод от секционирования обмоток. Пристроил к схеме трехпозиционный переключатель, коммутирующий 47 Ом от второй сетки то к аноду ( триод ), то к средней точке первички трансформатора ( “ультралинейное” включение ), то к питанию – это тетрод.

Предварительное прослушивание в моно варианте с колонкой RCF чувствительностью 98 дБ порадовало. Но она, эта колонка, только одна…. Серьезное стерео послушать было неначем – старые колонки на Висатоне В200 разобрал, а новые пока только в проекте. Поэтому слушал на старых добрых колонках 3АС-505, сначала с оригинальным широкополосником 3ГД-40, а потом его заменил на старые немецкие широкополосники Isophon. Лучше стало, но не скажу, чтобы очень.

Как источники были: ламповый тюнер Фишер 90-В и СD плейер Denon. Первое – надо сказать, уровень на выходе мало изменяется при переходе от триода к тетроду. На джазовой программе и на попсе больше всего понравилось пение усилителя в триоде. В УЛ и особенно в тетроде чуть замного звона.
При переходе к классике лучше звучало тетродное включение – четче и чище голоса, прозрачнее сцена, музыка как бы более выпуклая. В триоде заметно более тускло и неинтересно.
Общее впечатление – очень живая, динамичная подача звука, очень тонально чистая и прозрачная. С имеющейся акустикой было трудно оценить глубину баса. Объемность сцены великолепная – в Рожденственской Оратории Баха солист точно пел прямо в комнате на фоне хора на заднем плане. Мощности этого однолампового усилителя вполне хватало для моей комнаты в 16 кв. метров.

Дополнено 28 марта 2014 года. Сегодня сравнил звучание этого нового одноламповика с Дарлингом in black http://klimanski.com/?p=1784, который лишь чуть выше по мощности ( около 2 ватт ). Что сказать – Дарлинг проиграл, и очень заметно в динамике. Видимо, наличие большого количества межкаскадных конденсаторов и ООС в Дарлинге все-таки сделали свое черное дело. Но зато бас у Дарлинга немного поосновательнее. В остальном отличия несущественны. Когда снова подключил одламповик на 6Э5П удивился очень чистой и точной подачей вокала. Надо бы сделать его в корпусе. Звук этого достоин.

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

January 26, 2014 by sergei

Почти “правильный” PP

Хочу поблагодарить Александра Резвой за его любезное согласие опубликовать в моем блоге свои статьи. Сейчас вашему вниманию – одна из них. Публикую эти статьи потому что они созвучны моему восприятию и философии построения аудиосистемы. Свои отзывы можете отправлять непосредственно Александру rezv@inbox.ru

Звучание однотактных усилителей SE красиво и комфортно, микродинамика, как правило, отличная. Но макродинамика SE намного уступает макродинамике двухтактных усилителей PP. Кроме того звук SE усилителей зачастую “переслащен” второй гармоникой. У большинства PP усилителей микродинамика оставляет желать лучшего, а в случае построения на пентодах без ООС присутствуют довольно сильные искажения. И, что особенно неприятно, возникают заметные интермодуляционные искажения.
На мой взгляд причина худшей по сравнению с SE микродинамики РР связанна с фазоинвертором . Использовании вместо электронных схем фазоинверсного трансформатора улучшает микродинамику практически до уровня лучших SE. Другая причина, возможно, кроется в специфической конструкции выходного трансформатора РР усилителей. Сигнал плеч складывается в трансформаторе, а это накладывает жёсткие требования к симметричности его половин. Обойти это препятствие можно применив схему РР с лампами включенными последовательно по постоянному и параллельно по переменному току, но здесь это рассматривать не будем.
Исходя из выше сказанного было решено делать РР усилитель с входным фазоинверсным трансформатором-аттенюатором. Для уменьшения влияния драйверного каскада от него было решено отказаться и делать усилитель однокаскадным. Для обеспечения достаточной выходной мощности при приемлемом коэффициенте трансформации усилитель решено было делать пентодным. Первоначально предполагалось использовать пентоды EL84(6П14П) но позднее удалось приобрести чехословацкие EBL21. На них и был сделан усилитель.

Входной трансформатор описан в теме “Входной трансформатор на все случаи жизни” http://klimanski.com/?p=3426 . Сигнал с него поступает на сетки ламп через малогабаритные дроссели с ферритовыми сердечниками ДМ. Дело в том, что лампа чрезвычайно склонна к генерации (в моём случае примерно на 40 МГц) и требуется применение либо “антизвонных” резисторов либо дросселей. Последнее ,на мой слух, предпочтительнее.
Поскольку из имеющегося количества ламп подобрать пары с большой точностью не удалось цепи автоматического смещения допускают подстройку токов и балансировку плеч усилителя. Цепи автосмещения шунтированы по переменному току, на мой слух так лучше.
Питание осуществляется от сети с небольшой автотрансформаторной вольт-добавкой. Выпрямитель на кенотроне 5Ц3С по однополупериодной схеме. Полное напряжение на него подаётся с задержкой для уменьщения начального тока через кенотрон. Для правильного поключения к сети в усилителе предусмотрен индикатор фазы на неоновой лампочке.
Силовые трансформаторы тороидальные 65х40х30.
Выходные на железе УШ30х60, катушка состоит из двух половин намотанных в противоположном направлении, каркас разделён щёчкой пополам. Каждая половина содержит 500-33-1000-33-500 витков. Диаметр
провода первичной обмотки 0,26мм , а вторичной – 0,8мм. Заполнение очень плотное. Соединение секций вторичной обмотки показано на схеме. Трансформатор первоначально был рассчитан на Raa=8кОм для EL84, для EBL21 его пришлось перекоммутировать на Raa=14,8кОм.
Параметры усилителя:
Номинальная выходная мощность Pвых=6Вт
Диапазон частот полной мощности 16Гц – 50кГц(–3дВ)
Входная амплитуда сигнала при Р=6Вт Uвх=5,6В
Выходное сопротивлении Rвых=32 Ом
Усилитель переводится в триодный режим с помощью реле, при этом его параметры:
Номинальная выходная мощность Pвых=1,6Вт
Диапазон частот полной мощности по –3дВ 5Гц – 50кГц
Входная амплитуда сигнала при Р=1,6Вт Uвх=5,6В
Выходное сопротивлении Rвых=3 Ом

Звучание в пентоде и триоде при одинаковой выходной мощности тембрально практически одинаково, однако в пентоде звучание, на мой слух, более эмоционально.

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

January 26, 2014 by sergei

Входной трансформатор на все случаи жизни

Хочу поблагодарить Александра Резвой за его любезное согласие опубликовать в моем блоге свои статьи. Сейчас вашему вниманию – первая из них. Публикую эти статьи потому что они созвучны моему восприятию и философии построения аудиосистемы. Свои отзывы можете отправлять непосредственно Александру rezv@inbox.ru

Использование в качестве входного устройства согласования и регулирования усилителя трансформатора-аттенюатора позволяет решить массу задач, например, повысить амплитуду входного сигнала, гальванически развязать источник сигнала и усилитель, осуществить преобразование сигнала в два противофазных для возбуждения двухтактного усилителя .
Однако изготовление таких трансформаторов весьма затратно как по времени, так и по материалам. Поэтому было принято решение создать максимально универсальную конструкцию выносного блока трансформатора-аттенюатора (ТА) с возможностью использования как с SE так и с PP усилителями, в том числе и однокаскадными.
ТА намотан на пермаллоевом (мю=20000-25000) тороидальном сердечнике размером 5,0х3,0х1,5 см . Сердечник разделяется щёчками из картона на две равные половины, к нему прикрепляется заземляющий провод, затем сердечник изолируется фторопластовой плёнкой. Намотка начинается с вторичной обмотки . Отводы имеют неравномерный шаг ( таблица расчётов приводится ниже).
Начинается намотка с секций с наибольшим числом витков. Витки секции распределяются равномерно по длине намотки (половина туда – половина обратно) . В качестве обмоточного выбран эмаль-провод диаметром 0,25мм. Отводы сделаны тонким многожильным проводом во фторопластовой изоляции. Вторая половина вторичной обмотки наматывается в противоположном направлении. После намотки обмотка проваривается в смеси парафина и воска (1:1). Затем щёчки подрезаются до высоты обмотки и она изолируется фторопластовой лентой. Поверх следует намотать экран из медной или алюминиевой фольги изолированной с обеих сторон скочем. Затем следует изоляция из фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛШО 0,25мм и содержит 700 витков с отводами от 400, 500 и 600 витков. Обмотка изолируется слоем фторопластовой ленты и слоем лакоткани. После намотки трансформатор ещё раз проваривается в смеси воска и парафина. Трансформатор помещается в магнитный экран из пермаллоя или трансформаторной стали.
Для переключения отводов вторичной обмотки использован переключатель на 23 положения и 4 направления, для первичной – на 4 положения ни 2 направления. (Схема прилагается) Входные разъёмы гнёзда RCA, выходные – 5штырьковые гнёзда CANON. Выходные разъёмы распаяны на самодельный экранированный кабель длиной 0.7м, содержащий две витых пары и нулевой провод.
Конструктивно ТА выполнен в виде блока 120х120х210мм, на передней стенке которого располагается переключатель-регулятор уровня, а на задней – входные и выходные гнёзда, переключатель отводов первичных обмоток и клемма заземления. Переключатель отводов вторичных обмоток экранирован медной фольгой, кроме того имеется общий экран всей конструкции. Корпус изготовлен из 12мм фанеры и оклеен кожзаменителем ( фото прилагаются).
Коэффициент трансформации: 1,78
2,08
2,5
3,12
А при совместном включении обмоток: 3,56
4,16
5,0
6,24

Нижняя частота по уровню –3дБ (Rвых=200 Ом, малый сигнал) соответственно: 2.0 Гц
3,0 Гц
4,0 Гц
6,0Гц
Верхняя частота по уровню –3дБ при использовании одной обмотки: 82 кГц
двух обмоток: 20 кГц
ТА прослушивался с однокаскадным PP усилителем на EBL21, однокаскадным SE на 6AG7 и двухкаскадным SE на 21LR8.
Описание и схему усилителя на EBL21 смотрите в последующей статье “Почти правильный РР” http://klimanski.com/?p=3430.

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

November 28, 2013 by sergei

Программа расчета выходного трансформатора однотактного каскада

Пока я работал над намоткой выходного трансформатора для однотакта на пентоде 813 http://klimanski.com/?p=2932, пришлось немного доработать сделанную мной программу в формате Excel. Она в равной степени подходит и для триодов, и для пентодов. В ней сведены данные по четырем наиболее известным методикам расчета:

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

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

3. и 4. Формулы расчета минимального количества витков по Г.В.Войшвилло “Усилители низкой частоты на электронных лампах”, 1959 год. Стр. 559 -593. http://www.zzxm.narod.ru/VOY/v_522_603.djvu

5. Мной выведенная ( конечно, из давно известных в физике ) формула исходя из значения максимального тока Im ( берется из нагрузочной прямой по ВАХам ). Вот пример как найти Im.

Для проверки, справа от количества витков, вычисленных по этим формулам, приведена рассчитанная ( по взятой из той же книги Войшвилло формуле ) индуктивность.

Рядом приведена величина индуктивности с учетом немагнитного зазора lz и отличается только множителем в знаменателе ( 1 + lz*u/lc ), где lz – немагнитный зазор, u – магнитная проницаемость, lc – длина магнитной линии. Все приведенные расчетные значения индуктивности первички оказываются значительно ниже, чем фактически измеренные. Однако надо понимать, что изменение индуктивности любой катушки с сердечником – это нетривиальная задача. Читайте на эту тему публикацию http://klimanski.com/?p=2228 или обсуждение этой темы на форуме http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=2705.0 . Например, намотанный мной выходной трансформатор при замерах китайским измерителем индуктивности ( на 100 Гц ) имел 65 Гн, а на частоте 50Гц и подаче 5 вольт RMS индуктивность оказывается уже 104 Гн. А расчетное значение индуктивности первички исходя из программы – всего 35 Гн.

Так выглядит программа – внешний вид

Cсылка на эту программу в Excel формате есть в конце поста, можете ее скачать и пользуйтесь на здоровье !

Как пользоваться. Из полученных пяти значений W1 выбираем наибольшее ( или среднее, или просто нами выбранное из каких-либо своих соображений ) и помещаем его в зеленую ячейку. После этого справа от нее смотрим полученные проверочные значения максимальной индукции на 20 и 30 Гц ( они не должны превышать допустимое значение Вm в ячейке E31 ), а также фактически полученную “расчетную” индуктивность первички, и сравниваем эти величины с заданными ( минимальная индуктивность первички задана в ячейке Е20 ). Если они оказываются в рамках, то на этом расчет заканчиваем. Если нет – пробуем корректировать исходные данные для достижения нужного результата.
Рассчитанный по этой программе и намотанный мной на железе ОСУ0,63 выходной трансформатор к лампе 813 показал неплохое соответствие реалиям. Получилось даже с небольшим запасом.
Пока в программе нет информации о секционировании – как правило все программы предлагают секционирование для триодов ( минимизация индуктивности рассеяния ), забывая, что то, что триоду хорошо, для пентода – смерть, поэтому вопрос секционирования пока не поднимаю.
Небольшое отступление об исходных данных.
1. КПД трансформатора ( ячейка Е12 ). От правильного выбора этого значения будет зависеть диаметр провода. Поэтому, не выбирайте это значение слишком маленьким – иначе вы запроектируете изначально трансформатор с высокими потерями и высоким активным сопротивлением обмоток, что приведет к ухудшению отдачи на НЧ.
2. Коэффициент обратной связи ООС. Если ООС не планируется, ставьте 1. А иначе, этот коэффициент равен ( 1 + bKo ) из формулы для расчета ООС.
3. Максимальная индукция Bm ( ячейка Е31 ). Выбирается исходя из магнитных свойств имеющегося железа. Для большинства разновидностей железа линейный участок линии В – Н редко простирается выше 8000 Гс, поэтому для однотактов рекомендуют эту цифру не превышать. Чем ниже ( с запасом ) выбрать это значение, тем будут меньше искажения на НЧ, однако при этом будут непомерно расти габариты трансформатора. Значение Вm можно определить экспериментально, методика есть в упомянутой выше ссылке нр 2 на статью Андронникова.
4. Магнитная проницаемость железа. Самая трудно поддющаяся измерению величина. Все дело в том, что мю железа не является величиной постоянной и очень сильно зависит от напряженности магнитного поля. Для однотактов, в которых есть немагнитный зазор, магнитная проницаемость, как правило, оказывается ниже чем начальная мю ( в отсутствии магнитного поля ) и приблизительно ее можно оценить по графику:

Значение LI2 можно прочесть в ячейке E34. Также, для определения мю можно воспользоваться графиком из публикации Васильченко, значения aWo можно взять из ячейки Е37.

Кроме уже упомянутых выше, в расчетах мне очень помогли следующие источники:

1. Цыкин Г.С. “Трансформаторы низкой частоты”, 1955, гл 13 – 15. http://www.zzxm.narod.ru/CYK/TR/g14.djvu.
2. Васильченко Е.В. http://spbaudio.narod.ru/kazan.htm
3. Программа Андрея Тощева http://andy.kis.ru/mytrans0.php
4. Кризе С. Расчет выходных трансформаторов.
5. Зинин Ю. Определение длины воздушного зазора в трансформаторах и дросселях
http://kit-e.ru/articles/powerel/2009_05_82.php

Также выражаю благодарность Александру Резвой, который отозвался на мою публикацию и помог в проведении вычислений и намотки.
Планирую сделать такую же программку для двухтакта – пока только в классе А – для этого нужны минимальные переделки.
Только прошу относиться к моему скромному труду снисходительно – я ничего нового не изобрел, только обобщил уже известные данные и привел их к удобному для пользования ( как мне кажется ) виду. Также надо помнить, что вообще – расчет выходных трансформаторов – это клубок компромиссов, и большинство формул основанны на импирике, поэтому к полученным данным нужно относиться с известной долей осторожности. Если возникнут вопросы или вы заметите ошибки, пожалуйста пишите на электронный адрес, указанный а разделе About.

Дополнено 12 августа 2014 года

программа дополнена опцией выбора сразу трех вариантов сопротивления нагрузки, что очень помогает при проектировании выходного трансформатора с несколькими выходными выводами.

opt_se_design

И еще отвечу на возникающие вопросы. Число витков в поле H39 ( залитое зеленым ) вы выбираете сами, исходя из данных расчета по вариантам расчета из полей H 28 – 32 . Выбираем или максимальное значение, или то, которое подбором в конечном итоге обеспечивает в ячейке J41 минимальную индуктивность первички заданную в ячейке E20.

Дополнено 24 марта 2015 года. Из практических соображения и для упрощения расчета, изменена формула подсчета толщины немагнитного зазора, введены некоторые пояснения к расчету ( взята из методика Андронникова ).

В одной ячейке у меня вкралась ошибка в расчете количества витков первички “по буржуям”, и в октябре 2022 года я ее исправил:

opt_se_design_21_v2

Этот алгоритм выдержал несколько проверочных намоток и всегда давал очень неплохое соотвествие конечным результатам.

Дополнено 20 октября 2022 года: этим алгоритмом пользуюсь и поныне, очень рекомендую. Пригоден и для триодов и для пентодов и даже для каскодов ( которые во многом ведут себя как пентоды ).

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

Sergei Klimanski

Personal web blog

Category Archives: Ламповый усилитель Tube amplifier