Lampowy wzmacniacz słuchawkowy - Projekt [cz.1]

W ostatnich latach wzmacniacz lampowe audio wróciły do łask. Prawdopodobnie duża w tym zasługa gitarzystów, którzy nie odwrócili się od klasycznych konstrukcji i nie przerzucili się na tranzystorowe heady i comba.
Sam uważam, że oprócz dostarczania dźwięku pełnego składowych harmonicznych mogą stanowić ozdobę w pokoju każdego melomana. Żarzące się bańki mają swój urok.


Kilka lat temu samodzielnie zbudowałem mały 5-watowy wzmacniacz gitarowy, posiadał 4 stopnie w przedwzmacniaczu i końcówkę mocy single-ended. Pomimo małej mocy "na papierze" w połączeniu z głośnikiem gitarowym o wysokiej skuteczności ciężko było go używać nie przeszkadzając domownikom, sensowna regulacja głośności kończyła się na 1/3 skali.
Teraz przyszła pora na konstrukcję o mocy zdecydowanie mniejszej, niekoniecznie jednak pobierającej mniej energii.

Wybór konstrukcji

Po części do budowy wzmacniacza lampowego OTL (beztransformatorowego) zachęciły mnie posiadane przeze mnie słuchawki Sennheiser HD600, które według wielu osób bardzo dobrze zgrywają się z tego typu konstrukcjami. Posiadaczom słuchawek dynamicznych o niskiej impedancji (ok. 32 omy) lub słuchawek planarnych radzę wpierw przetestować takie połączenie, gdyż może być zwyczajnie dziwnie - bardzo niski współczynnik tłumienia i brak wydajności do kontroli przetworników może spowodować m.in. rozlazłe niskie częstotliwości, dudnienie basu.
HD600 szczególnie dobrze zgrywają się ze wzmacniaczami Woo Audio WA2, Feliks Audio Elise (Euforia), Bottlehead Crack czy Darkvoice 337. Wszystkie te modele opierają się na podobnej topologii - w preampie wzmacniacz na układzie ze wspólną katodą i triodowy wtórnik katodowy jako końcówka mocy. Główne różnice znajdziemy w zasilaczach, stosowaniu źródeł prądowych w obciążeniach wzmacniaczy czy równoległym połączeniu triod dla zmniejszenia impedancji wyjściowej.
Postanowiłem pozbierać co ciekawsze rozwiązania z powyższych konstrukcji i zaprojektować własny układ luźno bazujący na powyższych.
Z góry uprzedzam, że dla części osób marnowanie ponad mocy 50W dla uzyskania maksymalnie 1 - 1,5W mocy muzycznej może być szaleństwem, ale tak jak pisałem wcześniej konstrukcja ma także spełniać rolę gadżetu, możecie ją potraktować jako mój wybryk.

Schemat wzmacniacza

Przejdźmy teraz do sedna czyli opisu układu wzmacniacza. W preampie mamy prawdziwie audiofilską lampę 6SN7 o bardzo wysokiej liniowości, pozwalającej osiągnąć niskie zniekształcenia, natomiast na wyjściu znajduje się radziecka podwójna trioda 6N13S pracująca zazwyczaj jako stabilizator w zasilaczach, jednak jej niska rezystancja wewnętrzna sprawia, że jest ona ciekawym wyborem do wzmacniacza OTL (szczególnie wykorzystując obie jej połówki równolegle).
Tube Triode Amplifier 6N13S 6SN7
Schemat wzmacniacza słuchawkowego

Preamp

Na schemacie przedstawiony jest tylko jeden z dwóch kanałów wzmacniacza, są one identyczne. Sygnał audio poprzez potencjometr trafia na siatki równolegle połączonych triod 6SN7 (aktualnie stosuję radziecki zamiennik 6N8S) w układzie ze wspólną katodą. Połączenie równoległe nie przynosi znaczących efektów (możemy tak jedynie w niewielkim stopniu zmniejszyć zniekształcenia), jednak wybrałem je ze względu na walory wizualne - chcę mieć dwie bańki w preampie. 
Jako obciążenie anody zastosowano źródło prądowe oparte na dwóch tranzystorach PNP i diodach Zenera. Trymer RV2 służy do ustalania natężenia prądu spoczynkowego w tym stopniu preampu. Diody w katodzie pozwalają zminimalizować lokalne sprzężenie zwrotne.
Powyższe zabiegi mają na celu osiągnięcie większego wzmocnienia stopnia jak i jego liniowości.
Prąd spoczynkowy ustalam na ok. 1,5 - 2mA dla każdej połówki, wzmocnienie stopnia według moich obliczeń powinno wynosić ok. 20, co jest wartością maksymalna dla lampy 6SN7.

Końcówka mocy

Stopień końcowy wzmacniacza opiera się na wtórniku katodowym, jego wzmocnienie jest nieco mniejsze od 1, jednak dysponujemy już zapasem wzmocnienia napięciowego, dzięki preampowi. Podstawowym zadaniem wtórnika jest zwiększenie wydajności prądowej wzmacniacza. Równoległe połączenie triod dodatkowo pozwala dwukrotnie zmniejszyć impedancję wyjściową - otrzymamy ją na poziomie 50 omów. Niskoimpedancyjne słuchawki raczej tu się nie sprawdzą, jednak moje Sennheisery HD600 dadzą przyzwoity współczynnik tłumienia. Prąd spoczynkowy w omawianym stopniu to ok. 40 - 45 mA dla każdej triody, dlatego rezystor katodowy musi zostać odpowiednio dobrany, będzie wydzielał on do 10W w postaci ciepła. Dobre połączenie z radiatorem lub obudową jest konieczne, ja zastosuję rezystory typu wirewound. 
Składowej stałej na wyjściu wtórnika pozbędziemy się kombinacją kondensatora elektrolitycznego 220uF oraz foliowego ok. 2,2uF. Z moimi słuchawkami stworzą one filtr górnoprzepustowy o częstotliwości granicznej ok. 2Hz, co z dużym zapasem pozwoli na przenoszenie niskich tonów.
Nie zapomnijmy o rezystorze bocznikującym wyjście, w innym wypadku będzie tam "wisieć" ok. 100V.

Zasilacz

W zasilaczu pracuje transformator z uzwojeniem anodowym o napięciu ok. 150V oraz uzwojeniem żarzenia 6,3V. Należy zwrócić uwagę na wysoki prąd tego uzwojenia, komplet lamp potrzebuje prądu o natężeniu ok. 6,5A! Ja zastosowałem transformator o mocy 200VA (model TSTL 120/T01) przeznaczony do konstrukcji opartych na tych lampach, część uzwojeń wtórnych pozostaje jednak niewykorzystana. 
Zasilanie grzejników lamp zalecam symetryzować względem masy bądź potencjału ok. 50V przy pomocy rezystorów 100 omów. 
Zasilanie anod lamp wykonałem z wykorzystaniem stabilizatora napięcia opartego na tranzystorze MOSFET i diodzie Zenera, generuje on napięcie o wartości ok. 145V, które dodatkowo jest filtrowane baterią kondensatorów 100uF oraz 270uF. 
Na źródle tranzystora otrzymujemy napięcie bramki, które utrzymywane jest przez diodę Zenera. Tym sposobem minimalizujemy tętnienia zasilacza.
Zastosowany układ RC na bramce tranzystora to nic innego niż układ soft-start, po uruchomieniu urządzenia przez ok. 45s napięcie anodowe narasta aż do osiągnięcia właściwej wartości.
Zarówno MOSFET jak i rezystor R6 muszą posiadać dobre chłodzenie, gdyż wydzielają znaczne ilości ciepła.

Opóźnione dołączanie słuchawek

Aby uniknąć nieprzyjemnych trzasków w słuchawkach zastosowałem układ opóźniający dołączenie słuchawek. Jest to prosty obwód RC, który załącza przekaźnik z wykorzystaniem tranzystora Darlingtona. Czas przełączania możemy zmieniając wartość rezystora R18 lub kondensatora C18.
Układ zasilany jest z uzwojenia żarzenia. Napięcie przemienne 6,3V jest następnie prostowane i wygładzane.

Podsumowanie

Myślę, że powyższe informacje będą dla Was jasne i nie wkradły się tu jakieś poważniejsze błędy. Jeśli macie pytania, sugestię zapraszam do komentowania wpisu. Chętnie podyskutuję na temat mojego projektu oraz ogólnie o lampach. Zdaję sobie sprawę, że pominąłem dużo rzeczy, jednak jeśli będzie zainteresowanie jestem w stanie wyjaśnić dręczące Was kwestie. W kolejnych częściach przedstawię dobór elementów, relację z budowy wzmacniacza, pomiary i wrażenia z użytkowania. Do zobaczenia wkrótce!

Komentarze

Popularne wpisy

Reverse engineering wzmacniacza FirstWatt F7 - schemat

Kontroler MIDI do efektu gitarowego Line 6 M5