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:

6e5p_se

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:
img_6482_2
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.

3ac505
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.

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

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.

ebl211
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.

ebl_21_foto

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

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.
svetlana_572_160_7k_ra

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

formula_induktivnosti1

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

vid_excel_ras4eta1

 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:
d0b7d0b0d0b2d0b8d181d0b8d0bcd0bed181d182d18c_d0bcd18e_d0bed182_li2
Значение LI2 можно прочесть в ячейке E34. Также, для определения мю можно воспользоваться графиком из публикации Васильченко, значения aWo можно взять из ячейки Е37.
d0bcd18e_d0bed182_awo

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 ).

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

Однотактный усилитель 6С2С – 6Ф6С – 813 ( Гу-13 ) и ОППВ

Эта публикация – есть продолжение уже ранее начатой серии публикаций, посвященных построению однотактного усилителя на лампе 813 от RCA., а также по намотке выходного трансформатора под эту лампу смотрите http://klimanski.com/?p=2009 и http://klimanski.com/?p=2932.
Первоначально я пробовал на раскачке 6П6С, но ни она, ни ее зарубежные прообразы 6V6 меня по звуку не устроили, поэтому я перешел на 6Ф6С – это одна из моих любимых драйверных ламп, наравне с 6П9 и 6П15П.
В качестве первой лампы испробованы 6С2С, 6J5 в металлическом корпусе и CV1932 – это стеклянный аналог 6J5.   Однако, в процессе  работы над усилителем появилась идея сделать его полностью прямонакальным,  и драйвер сделать на лампе 4П1Л – уж очень мне она понравилась по предусилителю http://klimanski.com/?p=3083 .
Теперь о блоке питания. Сначала для макетирования я использовал БП для ГМ-70 на полупроводниках – он описан в публикации http://klimanski.com/?p=1228. Однако звуком не был удовлетворен и попробовал ОППВ, в котором не было электролитов
oppv

и так как все заметно улучшилось ( звук стал намного прозрачнее и динамичнее ) то было принято решение попробовать БП на симметричном ОППВ, тоже без электролитов.
813_oppv_simm1

Почему симметричный ОППВ ? Да потому что несимметричный, т.е. классический вариант ведет к сильному нагреву сетевого трансформатора из-за наличия постоянного подмагничивания ( на что он, трансформатор, естественно, не рассчитан ).
Дополнено 1-го сентября 2013.
Сегодня продолжил “упаковывать” усилитель в корпус. Корпусом послужил купленный в магазине деревянный ( фанерный ) сундучок черного цвета с откидывающейся крышкой и фиксаторами открытого положения. Очень удобно в монтаже. В дне пропилены прямоугольные отверстия для вентиляции – в нижней части будут расположены сетевые трансформаторы ( анодный и накальный ) и бумагомасляные кондесаторы монстроидного вида – 50 мкф на 2 Киловольта.
img_6170_23
img_6171_21
img_6173_21
Для крепления панелек ламп использованы декоративные встраиваемые потолочные светильники. О том, как закрепить панельки – тоже расскажу.

 

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

Предварительный усилитель на лампе 4П1Л

У меня есть моноблоки на лампах 6С33С http://klimanski.com/?p=1253, которым, понятно, нужен предусилитель-коммутатор – как мне показалось – со следующими функциями и параметрами:
– регулятор громкости
– регулятор стереобаланса
– коммутатор пяти входов ( для винила, СД, тюнера, ЦАП от компьютера и ДВД ).
– низкое выходное сопротивление
– высокое входное сопротивление
– высокая линейность
– невысокий коэффициент усиления ( не более двух ).

Структура построения аудиоканала выбрана такой – коммутатор входов – усилительная лампа, трансформатор ( TZ6L ) регулятор громкости и баланса – выход. Коэффициент трансформации выбран 1 к 5, то есть понижающий для снижения выходного сопротивления каскада. Трансформаторы были сделаны на заказ в фирме Аудиоинструмент.
Было много сомнений по поводу выбора лампы. Сначала думалось взять 6Н3П, 6Н23П, 6Н6П или аналогичные для обеспечения низкого внутреннего сопротивления Ri, что очень желательно для TZ6L с Ra в 10К. Но все указанные лампы не блещут линейностью, а для случая, когда на сетку подается полная амплитуда входного сигнала ( регулятор громкости-то – потом ! ) это очень важно. Выбор пал на 4П1Л, особенно после многочисленных публикаций на www.diyaudio.ru хороших отзывов об этой лампе. К тому-же – это прямонакал. Рабочая точка видна на графике – ток анода 11 мА, напряжение на аноде – 130 вольт.
4p1l_pred
Схема получилась такая:
pred_4p1l1
Регулятор громкости – потенциометры ALPS, их номинал выбран из того, что удалось купить на рынке, хотя номиналы конечно можно снизить до 1 – 2 КОм. Конденсатор С2 в стабилизаторе на LT1084 – танталовый, блокировочный конденсатор в катоде – МКР 100 мкф на 100 вольт.
Блок питания – раздельный для анодного напряжения и накала. Анодное питается от двух обмоток по 110 вольт и двух германиевых диодах Д7Г, нагруженных на 20 мкф конденсатор МБГО-2, и после дросселя от осциллографа – электролит 1000 мкф на 250 вольт, а блокировочные по ВЧ к нему конденсаторы К73-11 1 мкф на 400 В установлены непосредственно на выводах первички трансформатора TZ6L.
Накал питается от 20 ватт тора 220/12 , который был перемотан под две вторички по 5.5 вольта. Выпрямитель – простой мост на 200 вольт 6 ампер. Остальное понятно из схемы.
Корпус из нержавеющей стали мне сделал на заказ Алексей Банин, за что ему большое спасибо.
Фото самого усилителя.
img_5757_preamp_4p1l
img_5771_preamp_4p1l
Замеры уровня гармоник сделаны на уровне на входе 2 вольта, получилось, что 3я гармоника была чуть выше второй – картинку загружу позже. АЧХ ровная, на уровне минус три дБ от 2 Гц до более 100 КГц.
4p1l
Общий коэффициент передачи предусилителя при положении регулятора громкости на максимуме – 1.8 раза.
Теперь о звуке. Испытано на колонках – открытые щиты на китайском широкополоснике от Цaо с активным басовым оформлением на Eminence Alpha 15. Источник – СД Денон с ЦАПом от Аудиоинструмента ( c ламповым выходом, на фото он не виден ). Материал:
1. Русская фортепьянная музыка в исполнении Виктора Рябчикова, СД к журналу “Стерео”
2. Marc Koch, Walking in Memphis, Gold CD.
3. Profetmaster, тест-диск нр 2
4. Чайковский Франческа да Римини SimphonieOchester des Bayerischen Rundfunks, дирижер Марис Янсонс.
5. Карл Хламкин, СД диск.
Звук очень порадовал детальностью и прозрачностью и отменной динамикой, это было слышно даже сквозь оконечник на 6С33С – был слышен характерный почерк прямонакала. Баса не очень много, но он четкий, динамичный и глубокий. Жанры – все без разбора великолепно ! Особенно порадовал фортепьяно и вокал, хотя и Хламкин (кстати, это мой земляк – из Болдерая ) звучал отменно.
Хочу поблагодарить Сергея Глазунова за отличного качества трансформаторы и очень хороший ЦАП.

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