Grounded grid | Sergei Klimanski

May 31, 2015 by sergei

ЦАП с ламповым выходом

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вот его характеристики

– выходное напряжие на уровне 0 дБ – 2 Вольта;

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

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

– входы – оптический и SPDIF;

– выходы – небалансный 2 Вольта и балансный 10 Вольт;

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

– схема не содержит цепей ООС.

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

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

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

Дополнено декабрь 2022 года. ЦАП и сейчас служит мне верой и правдой, без переделок и ремонтов, очень доволен его качеством – как в смысле надежности, так и в смысле качества звука. Никакого желания менять на что-то другое за 7 лет ! Сейчас он трудится в комбинации с компьютером e-Comstation как источником ( спасибо большое Сергею Глазунову ), каскодным усилителем “Черный дрозд” и акустикой на 2А12 ( Купчихи). Выходит, что все, кроме компьютера – мое, самодельное.

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

August 31, 2014 by sergei

Каскодный выходной каскад на 211 лампе

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

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.

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… )

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:

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.

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:

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

И скорректированная схема

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:

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 ?

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

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

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.

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

August 23, 2014 by sergei

Проект SE 9 Ватт усилителя с общей сеткой на лампах 6П31С и 2А3

Эта статься – продолжение недавно начатой мной темы усилителей с общей сеткой, принципы и обоснование которой даны в предыдущей статье http://klimanski.com/?p=3778, а также отдельные исследования на эту тему даны в http://klimanski.com/?p=2792 http://klimanski.com/?p=1336 http://klimanski.com/?p=2842 http://klimanski.com/?p=3589

Можно ли из 2А3 ( или 6С4С – ее 6-вольтовая версия накала ) выжать 9 ватт в однотакте ? Если взять 40-ваттную версию 2А3 от JJ – то можно, скажете вы. А если из обычной, в штатном режиме ? Утопия. Если включать 2А3 в схеме с общим катодом – да, утопия. А вот оказыватся, в схеме с общей сеткой даже не заходя в критические для 2А3 режимы получить 9 ватт можно.
Но все по порядку. Первоначально собрал я вот такую схемку

Здесь надо обратить внимание на схему драйвера для 2А3 – ее я почерпнул на diyaudio.ru и применил в своем усилителе для 6С33С . Только вход сделал тоже по схеме с общей сеткой – для того, чтобы тема была завершеннее. Этот усилитель имеет достаточно высокое для схем с ОС входное сопротивление – 7.5 КОм. Но вот мощность более 2 ватт с него снять не удается. Причина тому – низкое Ra выходного трансформатора. Но звук… В комбинации со щитом с 4А32 ( и AL130 как ВЧ звена в нем ) – этот усилитель показал, что есть над чем работать. Даже в таком явно недоработанном виде звук был просто великолепный, насыщенный, с мясом, как некоторые говорят. Это как раз то, что я так долго искал у 2А3 и не находил в схемах с общим катодом – да, звук был очень детальным, но как бы тонким, неосновательным, лишенным насыщенных красок, особенно в басовом регистре. Теперь все это ЕСТЬ !

В ограничении уровне выходного сигнала была, правла, еще одна причина. Это сама 6Э5П с ее высоким током экранной сетки. Заменил ее на 6П31с. Поет она чуть хуже, но как драйвер работает безупречно и тянет раскачку 2А3 примерно до 50 вольт на выходе. Кстати, отключив драйвер от выходного каскада я замерил входное сопротиваление 2А3 с схеме с ОС и 10К в аноде – получилось аж 2.5 КОм ! Весьма неожиданный результат, но когда я вспомнил, что говорит теория, то понял – все верно. Для ОС каскада

Rвх = (Ra + Ri ) / ( mu +1 ) (1)

Подставив значения для 2А3 получаем = ( 10000 + 800 )/ ( 3.5 + 1 ) = 2390 Ом. Прекрасное совпадение с экспериментом. Вот скорректированная схемка уже с 6П31С

На этой схемке вместо дросселя в катоде 6П31С опробован трансформатор – с ПОС для второй сетки для снижения выходного сопротивления драйвера. Хотя это все работало нормально, но привело к росту гармоник и поэтому снова вернулся к варианту с обычным дросселем.

Приободренный, я продолжил эксперименты. Поставил тогда вместо 3K выходника другой – 6.5 К и подключая разные резисторы в нагрузку получил интересные результаты. При выбранном анодном напряжении ( 300 вольт ) максимум отдаваемой мощности в схеме с ОС получается как раз в районе Ra 6К, а минимум гармоник ( замерял уровень второй и третьей ) – при 10К.

Теперь нашел я в шкафу когда-то купленный на е-Вае выходник, как раз 10К, который якобы был сделал или вернее сказать позиционировался продавцом – сейчас будете смеяться – как под ГУ-48 в СЕ !!! Китайцы – веселый народ. Сами изобретательны, и нас заставляют немного подумать, куда бы пристоить ими сделанное г-но. Индуктивность первички этого транса – 18 Гн по китайскому измерителю индуктивности.

Как бы так ни было, но с таким Ra теперь нужен драйвер, который бы выдавал не менее 40 – 50 вольт RMS на катод 2А3. Ясно, что 4П1Л с этим не справится. И 6Г1, которую я кстати пробовал – тоже. Но должен отдать должное 6Г1 – лампочка звучит тоже чудесно. К сожалению сделать полноценный входной каскад ОС с высоким усилением и достаточно высоким входным сопротивлением мне пока не удалось. При попытке взять лампу с высоким мю, входное сопротивление каскада резко снижается ( согласно той же приведенной выше формуле (1) ) примерно до 1 КОм, чего для универсального усилителя явно маловато. На форуме мне посоветовали сделать каскод. Идея интересная тем, что при этом мы получим хорошую развязку входа с выходом при довольно высоком усилении – ведь теоретически усиление каскода равно мю в квадрате ( понятно, при одинаковых лампах на этажах ) .

С постороением каскода для усиления НЧ получается небольшая проблемка с выбором лампы. Если для усиления небольших сигналов это не играет какой-либо роли, и можно брать одинаковые лампы, то для получения максимальной амплитуды на выходе каскода тут нужно, чтобы напряжение на нижней лампы было поменьше, а ее смещение не нужно высоким ( по входу более 2 вольт нужно редко ). А вот на верхней лампе хорошо бы иметь максимально большое напряжение катод – анод, но при достаточно высоком потенциале между катодом и сеткой – чтобы во всем диапазоне амплитуд верхняя лампа не заходила в область токов сетки. И это при Iа1 = Iа2 – то есть при равенстве токов анода через обе лампы. Понятно, что тут одинаковыми лампы на первом и втором этаже могут быть только если имеется очень широкий раскрыв анодных характеристик. В качестве кандидатов на первый этаж я выбрал лампы, способные работать с при низком анодном напряжении – 30П1С, 1626, 6П1П, 6П9, 6Н6П, триод 6Ф1П. На втором этаже сначала оставил ту же 6Г1 – у нее достаточно хороший раскрыв характеристик при совершенно достаточном мю=16. Есть вариант использования только одной лампы в обоих этажах – это 6Ф1П, 6Н6П или 6Н12С.

Но в любом случае я столкнулся с проблемой недостатка анодного питания для входного каскада, который как видно – питается от второй сетки 6П31С. Поэтому пришлось вопрос решить иначе. Раз анодное для 2А3 300 и более вольт, а для 6П31С нужно не более 170, вместо того, чтобы ставить балласт и гасить 300 в 170, было решено сделать отдельный двуполярный источник питания на УФ диодах. При этом от положительной полярности питается анодная цепь 6П31С, а от отрицательной – первый этаж каскода. При этом возникает только вопрос, как изолировать входные сигнальные разъемы от высокого потенциала, но эта проблема решается просто – входным трансформатором, который в дальнейшем можно сделать с отводами для РГ. Получилось нечто такое

Хотя скажу честно – 6П1П на роль входной подходит плохо. Она производит очень большую вторую гармонику. Это видно по приборам. На слух – это не заметно никак. Так вот. Эта схема, если в Ra выходного трансформатора сделать близким к 5 – 6 КОм, что оптимально для получения максимальной мощности, выдает уже 9 ватт на 8 Омах при Кг не более 10 %, доминирует вторая гармоника. При Ra 10К как на схеме, получаем более низкий Кг, но максимальная мощность получается около 7 ватт.

Слегка модифицировав эту схему под лампу 6Н6П получилась более чистенькая по гармоникам картина, но по звуку мало отличающаяся. Звук очень выиграл от замены 6Н6П на 5687 JAN.

Но длительное прослушивание, к сожалению, так и не привело к выходу на уровень тех двух простеньких схем вначале статьи. Поэтому можно сказать, что тема весьма перспективна, но требует дальнейшего изучения.

На форме дийаудио.ру есть ветка с обсуждением этой темы http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=4020.0. Спасибо всем форумчанам, кто отозвался.

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

April 12, 2014 by sergei

СРПП на основе входного каскада с общей сеткой. Grounded grid SRPP

Каскадом усиления с общей сеткой я заинтересовался после ряда публикаций в журнале TubeCad а также после многочисленных положительных отзывах о звучании этого типа схем, особенно в качестве входного для МС головок для винила. Еще каскад с общей сеткой пробовали применять для построения лампового выхода ЦАПов. Правда, если для МС головки низкое входное сопротивление такого типа каскадов – это не проблема, то для других случаев это не есть хорошо.

Мною уже были сделаны некоторые начальные опыты с каскадом с общей сеткой ( ОС ) – http://klimanski.com/?p=2792 , http://klimanski.com/?p=1336 и http://klimanski.com/?p=2842 .

Вот классическая схема с общей сеткой ( ОС )

Ее параметры получаются невеселые ( все измерения сделаны с лампой 6Н8С ) – по замеру входное сопротивление 250 Ом, выходное – 8.5 КОм – то есть входное сопротивление ниже чем выходное в 34 раза !! При подаче на вход 1 вольта RMS на выходе получаем 7 вольт. И усиление не блещет, правда половина входного напряжения падает на R8. Если это не брать во внимание, то Кус будет 14. По гармоникам – третья минус 52 дБ, картинка вот такая ( этот, а также все прочие спектры гармоник сняты при уровне выходного сигнала около 7.5 вольта )

Теперь немного теории. Что она говорит для каскада с общей сеткой ? Информации а инете немного, но кое-что найти удалось. Вот напрмер отсюда http://www.w8ji.com/grounded_grid_amplifiers.htm можно найти, что выходное сопротивление каскада может быть посчитано по формуле

Ro = rp + (μ + 1)Rs,

а входное сопротивление – по формуле

Zin = ( Rp + Zload )/ (µ + 1), где

Rp – внутреннее сопротивление лампы

Rs – сопротивление генератора ( входа )

Zload – анодная нагрузка

µ – коэффициент усиления лампы.

В упомянутом источнике это не сказано, но очевидно имеется ввиду, что катодный резистор и Zin включены по переменному току параллельно, поэтому реальное входное сопротивление каскада будет соотвественно еще меньше. Ценность указанной формулы в том, что она дает ключ к пониманию того, как можно увеличить входное сопротивление каскада с общей сеткой;

1. Увеличить величину катодного резистора;

2. Взять лампу с бОльшим внутренним сопротивлением;

3. Нагрузить лампу на максимально возможное анодное сопротивление;

4. Взять лампу с минимальным мю.

Последний вариант плох, потому что все лампы с низким мю – как правило токовые ( типичный пример – 6С19П и 6Н5С ) – а ведь каскад с общей сеткой не дает усиления по току, и поэтому такая лампа в каскаде с общей сеткой почти бесполезна – она требует драйвера с таким же большим током. Тут даже получается наоборот – чтобы от каскада ОС получить усиление по напряжению или мощности лучше брать лампы со средним или даже высоким мю.

Варианты 1 и 3 в случае активного сопротивления работают только до известных пределов – анодное питание не безгранично, да и ток анода нельзя уменьшать ниже заданной величины. Тут есть только вариант с заменой активного сопротивления на динамическую нагрузку – дроссель или гиратор. Но все по-порядку.

Я уже делал попытки увеличить входное сопротивление ОС каскадов – например при помощи дросселя в катоде http://klimanski.com/?p=1336 . Для схемы ОС с дросселем в катоде параметры по входному сопротивлению заметно лучше – Rвх = 1.2 КОма, а Rвых = 11.2 КОм.

Теперь попытаемся еще улучшить эти параметры и для снижения выходного сопротивления сделаем такую вот схему включения каскада с ОС – по аналоги с СРПП

В качестве подопытной лампы я выбрал 6Н8С, и для указанной схемы без цепи ПОС ( без резистора R10, R9 равно 100К ) получились такие параметры – Кус = 15, входное сопротивление – 360 Ом, выходное – 3 КОм. Заметный прогресс в выходном сопротивлении есть, но… Не очень радует входное сопротивление…

Теперь, по аналогии с моими первыми попытками работы с ОС каскадом, в катод был поставлен дроссель LL1668 с такими параметрами – активное сопротивление – 680 Ом, индуктивность – 76 Гн ( замерена китайским тестером ) – посмотрим, что изменилось теперь.

Теперь , если без ПОС, то Кус практически не изменился – 15,6 но входное сопротивление сразу увеличилось до 1,5 КОм ! Правда, даром это не проходит – теперь увеличилось и выходное сопротивление – 4 КОм. Но вот, если мы теперь вводим ПОС в виде резистора R10 величиной в 10КОм, то входное сопротивление увеличивается до 3 КОм, при лишь небольшом росте выходного – 4.3КОм. То есть, цель практически достигнута – входное сопротивление каскада почти сравнялось с выходным.

Продолжение лабораторной работы. Теперь ставим пентод вместо верхнего элемента.

Что получили в итоге ? По входному и выходному сопротивлению изменения небольшие. Входное сопротивление без ПОС – 1.5КОм, с положительной обратной связью в ( резистор R10 – 10КОм ) – 2.8 КОм. Выходное сопротивление осталось примерно на том же уровне – 4.8К если без ПОС и 7.4 КОм с ПОС. Однако что изменилось в лучшую сторону – снизился уровень 3-ей гармоники с минус 52 дБ для триодного варианта до минс 62 дБ для пентодного. Вторая гармоника – минус 43 дБ.

Теперь еще одна вариация на эту же тему. Катодный повторитель за каскадом с ОС.

В таком варианте выходное сопротивление каскада снижается до 140 Ом, но расплатой за это – рост гармоник -третья гармоника составляет минус 48 дБ для 7 вольт на выходе.

И в довершение – схема драйвера по аналогии с собранным ранее однотактником на 6С33С http://klimanski.com/?p=1253 плюс спектр гармоник – третья на уровне минус 52 дБ.

И вот получились такие данные – входное сопротивление – 3,6 КОм, выходное – 670 Ом, Кус – 20.8. На этом это исследование можно закончить. Хотя результаты его положительны – входное сопротивление теперь уже в пять с лишним раз выше выходного при Кус = мю ! Но цена тоже большая – дополнительно лампа 6Ж4 и дроссель L2.

Чтобы избежать применения другого дросселя, попробуем снова вернуться к схеме СРПП, но теперь нагрузку в виде катодного резистора верхнего этажа заменим на динамическу нагрузку на транзисторе МП26Б ( просто я у меня был такой в коробочке ) с h21э = 48

Теперь произошли такие изменения – входное сопротивление возросло до 12 КОм ( !! ) а выходное стало около 1 КОм. А коэффициент усиления схемы – 20 раз, то есть равен мю лампы. В таком виде этот каскад уже можно пробовать на входе усилителя, что, кстати обязательно попробую сделать, чтобы выяснить, как меняется звуковой почерк каскада от введения германиевого транзистора.

Но перед прослушиванием – еще одна попытка еще улучшить работу каскада. Из теории известно, что в первом приближении входное сопротивление каскада равно

Rinp = (Eg/Ip) = (Ri + R_L)/(μ + 1) ( http://livinginthepast-audioweb.co.uk/index.php?p=vappccts )

и плюс катодный резистор – получается включен параллельно этой величине. У меня была 6Г7 ( у нее Ri = 55 K, S=1.3 мА/В и мю 70 ), у которой, что очень удобно, верхний колпачек выведен к первой сетке и получается что его можно просто закрепить хомутом к корпусу. Как верхнюю я оставил 6Ж4, так как крутизной она должна быть по возможности поболее, а у нее S = 11 мА/В. Ну, и для обеспечения нормальной работы этих ламп пришлось несколько увеличить анодное питание.

По усилению в результате получили большой выигрыш – 70 раз, как и должно быть. Но вот входное и выходное сопротивление практически не изменились – это плата за высокое Ri 6Г7. Поэтому на этом я пока остановлюсь.

Как итог – добавлением одной лампы, дросселя, транзистора и ПОС удалось увеличить входное каскада с заземленной сеткой до 10 – 15 КОм, а выходное сопротивление снизилось до 500 – 1000 Ом, чего вполне достаточно для построения многокаскадных схем из подобных узлов. Чем я и займусь. Отпишу обязательно о результатах. Всего доброго !

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

April 1, 2013 by sergei

Проект гибридного усилителя на лампе Г-811

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

Чем таким особенна эта лампа ? Есть несколько моментов, которые сильно осложняют создание УНЧ на Г-811. В первую очередь – это высокое внутреннее сопротивление и пентодный характер ВАХ – это создает дополнительные сложности в конструировании выходного трансформатора. Но самое неприятное – это то, что лампа это “правая”, то есть работающая в области токов сетки – а это создает дополнительные сложности с раскачкой. Ну, и последнее – это высокая емкость Миллера, которая обусловлена высоким мю этой лампы – все это вкупе значительно повышает требования к драйверу. Нет, это не последнее. Надо добавить еще и прямой накал с напряжением питания 6.3 Вольта – который тоже не делает задачу строителя усилителя на этой лампе проще. Вот такая заковыристая лампочка, эта Г-811 !
Конечно, уже до нас сделано очень много усилителей на этой лампе. Однако есть немного счастливых обладателей готовых приборов. Они весьма дороги – например знаменитый WAVAC – http://www.enjoythemusic.com/magazine/equipment/0900/md811.htm, или например знаменитая схема Шишидо ( там, кстати, есть и другие примеры реализаций ) http://audio-db.info/AudioDB/BazaPraktiki/Usilenie/Lampy/Alfavit/G/G811 . Еще больше попыток совладать с этой лампой сделано среди дийеров – вот есть ветка по этой лампе на diyaudio.ru http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=376.60 и вот эта http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=2748.0

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

Но сначала о деталях и параметрах схемы. Межкаскадный трансформатор – от Аудиоинструмента на базе TW10 , первичка 5К, вторичка 1К. Такое понижение важно для “прокачки” емкости Миллера, 6Э5П в этом случае видит в пять раз меньшую входную емкость Г-811. Выходной трансформатор – от той же фирмы, TWB50, с Ra 5,3K на 8 Ом, его индуктивность первички – 62 Генри ( замерено на 50Гц, 5 вольт RMS ). На катоде 6Э5П – 6 вольт, на сетке – 2 вольта, ток анода 6Э5П – 15 мА. АЧХ – пока не фантастическая – на минус три дБ от 15 Гц до 26 КГц, причем ограничение сверху дает выходной каскад. Входное сопротивление первого каскада – около 30 КОм. Блок питания – двухэтажный на ультрафастах, сетевой трансформатор содержит две обмотки по 230 вольт. Питание 16 вольт – от LM-ки. Да, и не забываем ставить антизвонные резисторы в цепи первой и второй сетки 6Э5П ( они на принципиальной схеме не показаны ) – лампа эта крутая и очень склонна к самовозбуждению на высоких частотах – причем заметить его наличие иногда бывает очень трудно – вроде бы все работает – но как-то криво. Антизвонные резисторы я делаю так – на резистор МЛТ мощностью 0.25 ватта ( для первой сетки это около 0.5 – 2 К, для второй сетки – 20 – 47 Ом ) наматываем 15 – 20 витков эмалированного провода 0.28 – 0.355 мм и концы провода припаиваем к выводам резистора. Крепить резисторы нужно прямо к выводам ламповой панельки, и отводы со стороны ламповой панельки сделать минимальными по длине. Если лампа все равно генерирует, то попытатесь антизвонники раздвинуть максимально далеко друг от друга или сделать так, чтобы они не были параллельны.

Максимально удалось “выжать” 14.5 ватт на 8 Омах, при этом режим Г-811 – ток анода 75 мА, рассеиваемая анодом мощность – 45 ватт. Нагрузочная линия:

Из нагрузочной прямой находим, что максимальная амплитуда входного напряжения Г-811 составляет 20/1,4 = 14,3 V . Также из ВАХ можно вычислить ориентировочное значение Ri в рабочей точке – это 28 килоом. Немало однако ! Вот для чего нужна высокая индуктивность первички выходного трансформатора.

Спектр гармоник и вид синуса при 16.5 ваттах ( это максимальная мощность перед клиппингом ! ) на выходе, щуп с делителем 1 к 10, то есть на выходе на активной нагрузке 8 Ом на самом деле 11.5 Вольта:

1KHZ_2V_inp_11_5Vout68Db_FIRST

1KHZ_2V_inp_11_5Vout

На первом спектре первая ( основная ) гармоника 0.5 КГц составляет +68 дБ, то есть величина второй гармоники -25, а третьей -29 дБ от уровня первой, остальные менее -48 дБ. То есть суммарный Кг при максимальной мощности получается 10 %, причем доминирует вторая гармоника.

При снижении мощности от максимальной третья гармоника относительно второй сильно снижается, и при 1 ватте на выходе вторая гармоника составляет всего -49 дБ и остальные менее -60 дБ , спектр ниже ( суммарный Кг менее 0.5 % ) :

1kHz_1W_6_8dB_1st

Чувствительность усилителя – 0,45 вольт на входе обеспечивают 1 ватт на выходе ( 2,83 Вольта на 8 Омах ).

Почему выбрана 6Э5П для раскачки ? Эта лампа обладает массой достоинств, главное из которых – прекрасное звучание, я имел возможность в этом убедиться в своих проектах на лампе 2А3. Ну а из физики упомяну низкое внутреннее сопротивление Ri в триоде – 1200 Ом при относительно высоком усилении – в данном каскаде К=29 по напряжению.

Звук макетика в моно варианте очень порадовал, слушал на колонке от Симфонии. Тут нужно сделать отступление – не забываем, что хотя Г-811 это триод, но ВАХи-то у него пентодные, и усилитель, как полагается любому пентоднику без ООС, имеет относительно высокое выходное сопротивление – на 1КГц это 40 Ом, на 40 Гц – 31. А это значит, что слушая его на многополосках, надо быть осторожным – возможны нарушения тонального баланса. Поэтому я бы рекомендовал этот усилитель к серьезному изготовлению для широкополосного динамика.

DSC02804_res_1

Мне, например, нравится сочетание Г-811 с 4А28 в оформлении TQWP – фото выше ) Звук наполненный, бархатистый, есть что-то от пентодов старых радиол, особенно середина – мне очень понравился вокал. Звук также детальный, как у 2А3. И, в отличие от 2А3 – с ровным, сбалансированным и глубоким басом. Верха немного выдают наличие германия в тракте – есть характерное “серебро” в верхнем регистре, но в общем мне показалось, что звук это не портит, а даже совсем наоборот. Если в чисто транзисторном тембре оно выпирает и скоро начинает надоедать, то здесь оно хорошо дополняет богатое в общем звучание и очень скоро я перестал это замечать. Прослушал балетную музыку Чайковского и немецкий тест-CD – итого два часа и не мог оторваться.
Вдохновило, короче.

Дополнено 22 марта 2023 года. Интерес к этой схеме со стороны читателей подвИг меня немного доработать схему с учетом моих последних работ – транзисторы заменены теперь на много более доступные pnp ( тоже германиевые ) и некоторые детали оказались лишними – схема в общем стала проще и надежнее. И добавлен резистор R5 для термостабилизации полупроводниковой части. Чувствительность и выходные параметры остались те же, что и ранее – при подаче 2 Вольт на вход мощность на выходе ( 8 Ом ) получается 15 ватт. Немного увеличен ток анода 6Э5П – с 15 до 20 мА, это малость снижает Кг.

6E6P_G_811

Полоса пропускания у этого макета сильно ограничена сверху – всего 20 КГц на -3дБ. Да, возможно выходной трансформатор TWB50 хорош для триодов, но не для Г-811 с его пентодными ВАХами. Его увы, пришлось перематывать. Оригинально в нем было 4000 витков первички, разбитых на каждой катушке на 4 обмотки по 500 витков ( внавал ) провода 0.32мм, между ними – по три слоя вторички соединенные параллельно, проводом 1.0 мм. С прокладками 0.18мм индуктивность у него была 32 Гн по китайскому тестеру на 100Гц, индуктивность рассеяния – 35 мГн. Сердечник ПЛ сечением 20.5 на 31.5мм = итого суммарно для двух магнитопроводов – 12.9 см квадратных. Теперь, внимание – замеренная межобмоточная емкость – 16 нФ ! Вот почему такая узкая полоса по верхам….

Расчет выходного трансформатора я делал по своей программе OPT_design и вот результаты расчетов:

OPT

Как исходные данные взяты: Ri лампы – 28 КОм, сопротивление анодной нагрузки – 5.3КОма, сопротивление нагрузки – 8 Ом, анодный ток – 75мА, максимальная мощность – 14 Ватт, нижнаяя граничная частота по -3 дБ 25 Гц. Было выбрано количество витков 3800 ( то есть чуть меньше, чем у оригинального трансформатора ), а зазор был немного уменьшен – электрокартон 0.15 мм. Первичка состоит из двух секций – первая ( от магнитопровода ) 5 слоев по 210, вторая – 4 слоя по 215 ( да, чуть больше – каркас такой, видимо для сетевика ) витков провода 0.28мм по меди, вторичка – между ними – один слой 78 витков провода 0.9мм, причем все – и первички и вторички – соединены последовательно.

Параметры получившегося трансформатора – активное сопротивление первички – 220 Ом, индуктивность по китайскому метру на 100 Гц – 40 Генри, на 50Гц и 5 Вольт – 67 Генри ( измерено моим самодельным метром ), индуктивность рассеяния на 100 Гц – 55 мГн, межобмоточная ( первичка – вторичка ) емкость всего 480 пф – это достигнуто установкой дополнительных экранов Фарадея из медной фольги между слоем изоляции первичка – вторичка. Уменьшение емкости – в 33 раза по сравнению с оригинальным трансформатором !

DSC02798_res

DSC02801_res

Межслоевая изоляция – строительная лента из стекловолокна для регипсовых работ толщиной 0.2мм, как раз такая продается шириной 75мм – и резать под этот трансформатор не надо ! Межобмоточная – два слоя той же ленты.

Полоса пропускания по уровню -3дБ стала шире на ВЧ – теперь от 17 Гц до 44 КГц , АЧХ макета с перемотанным трансформатором :

perekomm_280pF_ekr10k

Хотя и есть небольшие резонансы в ВЧ области, но с конденсатором 270 пФ параллельно трансформатору неприятного подзвона нет. Эта АЧХ выше – при не подключенных электростатичесих экранах. Если их правильно подключить – то АЧХ будет ровнее и тогда блокировочные 270пФ ставить не нужно.

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

Sergei Klimanski

Personal web blog

Archives

ЦАП с ламповым выходом

Каскодный выходной каскад на 211 лампе

Проект SE 9 Ватт усилителя с общей сеткой на лампах 6П31С и 2А3

СРПП на основе входного каскада с общей сеткой. Grounded grid SRPP

Проект гибридного усилителя на лампе Г-811