Гибридный усилитель: SRPP на лампах + УМЗЧ на полевых транзисторах

После переделки ушного усилителя Lunch box остался рабочий макет SRPP на 6Н23П.
Выкидывать было жалко. Было желание доделать усилитель до конца. В предыдущей поделке пришлось применить некоторые упрощения, связанные с размерами корпуса, например: общее питание для обоих каналов, не совсем те ёмкости, которые хотелось бы попробовать.

Было принято решение сделать новый усилитель SRPP для наушников на 6Н23П без указанных упрощений.
В итоге получился вдруг вот такой гибрид.

↑ Мой SRPP-усилитель, вариант бескомпромиссный

Итак, изначально была задумка сделать ушной SRPP с условно-раздельным питанием каналов (общие трансформатор, мост, дроссель, далее раздельные RC цепочки), с хорошими ёмкостями, симпатичный и т.п.

Решил все делать на одной плате (см. файлы). Принцип такой: лампочки и конденсаторы питания вверх, все остальное вниз.
На плате разместились: трансформатор, электронный дроссель (как оказалось впоследствии, очень даже не зря я его поставил). Далее питание расходится двумя разными RC фильтрами на каждый канал. Нашлось место и для регулятора громкости и для разъёма под наушники.
В итоге получилось вот такое:

Размер платы 10×15 см.
Накал подведён скрученными проводами, упакованными в экран и термоусадку. Сигнальные провода: на каждый канал по две жилы МГТФ (сигнал и земля) в экране. Экран соединён с землёй с одной стороны (у регулятора громкости).

Особенностью данной конструкции является наличие недешёвых электролитов фирмы Jensen в питании. Довольно долго боролся с собой, но всё-таки поставил. Сначала их было 2 (по одному на канал), но смотрелась такая конструкция не очень эстетично. Как-то одиноко торчали эти конденсаторы. Поэтому после очередной борьбы с собой, поставил ещё один общий, после электронного дросселя. Стало симпатичнее.

Вид на плату снизу:

Ещё одна особенность: хорошие конденсаторы MKP Mundorf MCap-ZN в питании. Очень полезно для звука.
Зелёные провода с разъёмами появились потом. К усилителю для наушников отношение не имеют. В общем, получилось симпатично, как хотелось. И играло хорошо.

↑ Идея об УМЗЧ

Настало очередь задуматься над корпусом. У меня почти всегда получается: сначала внутренности, а потом вокруг них корпус. Идей было много, спешить некуда, обдумывал.

В итоге пришла неожиданная мысль: ушной усилитель это хорошо, а может прикрутить ему на выход нечто, чтобы и колонки при необходимости раскачал?
Были найдены, изучены, обдуманы и т.п. несколько вариантов: от одного транзистора на выходе, до сращивания с микросхемными усилителями типа TDA2050, LM3886 и т.п.

В макеты пошли две схемы: транзисторные оконечные каскады. Одна схема на биполярных транзисторах, вторая на полевых. После прослушивания остановился на полевых транзисторах. О ней и расскажу дальше.

↑ Схема с УМЗЧ на полевых транзисторах

За основу взята схема с сайта cxem.net. Окончательный вид схемы получился таким:

Лампа применена 6Н23П. Также пришлось изменить номинал резисторов R15 в связи с тем, что напряжение питания у меня меньше, чем в исходной схеме (там ±36В) и без изменения номинала резистора не получится выставить нужный ток покоя.

Почитав про данную схему отзывы, выяснил, что есть жалобы на «вылет» выходных транзисторов. Предположений о причинах этого казуса было озвучено несколько, но к одному мнению не пришли. Несмотря на то, что у меня ничего не «вылетало», на всякий случай добавил защиту: цепочку замыкания затворов на землю (через резистор и реле).
Реле нормально-замкнутое, отключает это заземление одновременно с подключением колонок блоком задержки (после прогрева ламп и прочих переходных процессов при включении). Т.е. при подаче напряжения на реле защита отключается, а при всяких неожиданностях (например, при пропадании напряжении на реле) происходит замыкание затворов на землю. У меня стоит 4 герконовых реле вместо одного общего.

↑ Настройка

Схема довольно проста. Настройка сводится к установке резистором R19 «0» на выходе и установке тока покоя транзисторов (примерно 330 мА) с помощью R15. Ток контролируется измерением падения напряжения (110 мV) на резисторах R26 и R27.
При первом включении R19 ставится в среднее положение, а R15 в нижнее по схеме. Далее включаем, ждём пару минут и устанавливаем нужные значения тока покоя и «0».

↑ Детали усилителя

О применённых деталях.
Трансформаторы применены тороидальные. В SRPP трансформатор с параметрами:
 — 6,3В 1A
 — 170В 0.2A
Выпрямительные диоды FR205.

В УМ трансформатор: 2 обмотки по 20В 3А. Другого не было. Трансформатор желательно взять помощнее. При максимальной мощности напряжение немного просаживается. Напряжение можно ещё повысить (повторю, в первоисточнике ±36В).
Диодные мосты D7 и D8 — какие были в наличии на 8А (KBU-8M). На мосты установлены радиаторы размером 5×5х2 см.

С6 — Jensen 500V 100 uF
С10 — Jensen 500V 220 uF
С5 — MKP Mundorf MCap-ZN 250V 2.2 uF
С2 — ELNA Silmic II 10V 3300 uF
С5 — ELNA Silmic II 250V 200 uF. Я применил два по 100 uF включённых параллельно.
С1 и С4 – К73-17
С11, С12, С13 — 6.8 uF 250V неизвестного бренда (что было). Лучше конечно поставить хорошие конденсаторы, на звук сильно влияют. Но меня устроили и эти. Искать другие и экспериментировать не стал.
Остальные электролиты любые, с подходящими номиналами. У меня стоят Epcos.

Стабилитроны D10 и D12 – на напряжение 12-15В.
D11 и D13 – КД521.

В случае применения в электронном дросселе транзистора STP9NK50Z, указанного на схеме, стабилитрон D5.1 не нужен. Т.к. он уже присутствует в транзисторе. Транзистор в электронном дросселе размещён на небольшом радиаторе. Практически не греется.

Подстроечные резисторы R16 и R19 — многооборотные. Резисторы R26 и R27 собраны из трёх 2 ватных резисторов по 1 Ом, включённых параллельно. Остальные резисторы 0,25Вт
Регулятор громкости ALPS.

Анодное напряжение на верхнем триоде после RC цепочек = 140V. Подогнать анодное напряжение можно или резисторами (R7, R8) в RC фильтре, или делителем R9/R10 в электронном дросселе.

↑ Компоновка

Как расположить существующую плату SRPP и новую плату УМ в корпусе?
Стандартный вариант: плоский корпус, платы в одной плоскости рядом, радиаторы сбоку или сзади. Не сильно оригинально.
Если радиаторы сверху разместить, то более оригинально, но есть опасность замыкания по питанию (на радиаторах, без изоляции транзисторов, потенциал питания).

Второй вариант: платы друг над другом, радиаторы с боку. Более оригинально. За такой вариант ещё было то, что в этом случае нужны заготовки корпуса меньшего размера.

Выбран второй вариант. Плата усилителя была разведена размером с плату SRPP.

На плате разместились: блок питания, сам усилитель и блок защиты АС. На трансформаторе впоследствии был закреплён самовосстанавливающийся тепловой предохранитель на 70 градусов.

Выходные транзисторы, размещённые на радиаторах через термопасту, соединяются с платой проводами, припаянными к монтажным клеммам платы.
С одной стороны размещены IRFP140. С другой стороны IRFP9140, т.е. опасность случайного замыкания +/- 28в между собой сведена к минимуму. Для дополнительной безопасности можно посадить транзисторы на радиаторы через термопрокладку.
Размер радиаторов специально не рассчитывал. Взял радиаторы, наиболее подходящие по размеру в ближайшем магазине «на глаз», исходя из опыта. И с таким расчётом, чтобы не выступали сильно за корпус (габариты корпуса уже примерно были понятны). В итоге не ошибся. Нагрев радиатора в районе крепления транзисторов около 60 градусов. Размеры радиатора: 8×15x3 см

Транзистор VT2 (термостабилизирующий) расположен непосредственно на радиаторе одного из выходного транзистора (с обратной стороны) и соединён с платой с помощью разъёма, посажен на радиатор через термопрокладку.

Резисторы R23 и R24 размещены не на плате, а припаяны непосредственно к затворам транзисторов.

Монтажные клеммы, к которым припаяны провода выходных транзисторов, заделаны в плату по следующей технологии:
берётся вот такой лепесток.

Хвостик загибается под углом 90 градусов.
На плате делается отверстие 3 мм и надфилем растачивается окошко, чтобы в него вошёл хвостик.
Получается примерно такая дорожка:

Лепесток вставляется в плату со стороны дорожки. Хвостик проходит сквозь плату и торчит сверху (к нему потом и припаивается провод). Лепесток прикручивается к плате винтиком М3 и дополнительно пропаивается по краям.

Сигнал между SRPP и УМ передаётся через те самые «зелёные провода», которые выше были описаны как «к усилителю для наушников отношение не имеют». На плате SRPP они запаяны, на плате УМ соединяются через разъёмы.

Конструкция в виде макета получилась такой:

↑ Несколько слов о коммутации

Во-первых, блок защиты АС. Блок защиты должен был удовлетворять следующим требованиям:
 — Задержка при включении, нужна, в том числе чтобы лампы успели прогреться.
 — Защита от постоянного напряжения на выходе обоих полярностей.
 — Защита при пропадании одной из полярности напряжения питания.
 — Простота, чтобы никаких специализированных микросхем, только транзисторы и реле.

Перепробовал несколько схем. Идеала не нашёл. В итоге оставил одну, наиболее лучшую из них. Но и она не идеальна, поэтому схему не привожу. Порекомендовать не могу. По этой же причине защита АС не разведена на прилагаемой плате.

Во-вторых, питание. По сути, получается два усилителя в одном корпусе. У каждого свой блок питания. Я поставил два тумблера по питанию 220В. Первых включает собственно SRPP и позволяет использовать усилитель как ушной. Он же подаёт питание на второй тумблер.
Второй тумблер подаёт питание на усилитель мощности, что позволяет включать его только при необходимости.
Вторые группы контактов обоих тумблеров включены последовательно и принудительно отключают реле защиты АС.

В-третьих, реле Защиты АС у мены контактовя на 4 групп. Две группы собственно включают АС, третья группа подаёт питание на реле защиты затворов. Четвертая группа контактов переключает сигнальный светодиод с красного на жёлтый.

В итоге получилась следующая логика работы:
 — Можно включить только усилитель для наушников первым тумблером. Если при этом включён второй тумблер, то одновременно включается и УМ. Соответственно без первого тумблера УМ не включается.
 — При включении усилителя мощности (второй тумблер) горит красный светодиод, идёт задержка включения АС, затворы полевиков замкнуты на землю.
 — После задержки включаются АС, включаются реле защиты и отключают от земли затворы, включается жёлтый светодиод.
 — При срабатывании защиты АС отключаются колонки, включается красный светодиод и затворы замыкаются на землю.
 — При отключении питания любым из тумблеров принудительно отключается реле защиты АС и, следовательно, отключаются АС и затворы сажаются на землю.

В общем, защита получилась со всех сторон. Как тумблерами питания не щелкай, плохого ничего не случится.

↑ Корпус усилителя из «массива гевеи», хе-хе!

При прослушивании пару неделек в макете подтвердились опасения: трансформатор в УМ ощутимо греется. Тепловой предохранитель на 70 градусов иногда срабатывал. Значит, нужно предусмотреть принудительную вентиляцию.

Из чего делать корпус? Случайно в отделе хоз. товаров одного из магазинов увидел вот такие штуки:

Да, это разделочные доски! Как было написано: «массив гевеи». Размер подходящий (20×30) и цена доступная: по 60 руб. за штуку. Прикупил 8 штук на всякий случай.
Пошёл к соседу. У него хобби: работать с деревом. И инструмент подходящий есть. Разметили, напилили, наделали нужных дырок, склеили, покрыли воском. На все ушло пару дней неспешной работы. Спасибо ему большое за помощь.
В итоге получился вот такой корпус:

Размер корпуса 27×18х15 см.

↑ Собираем всё в корпус

Вставляем нижнюю плату УМ. С боков крепятся радиаторы на жёлтеньких дюралевых стояках.
Сзади — вентилятор на 220В размером 80×80 мм на 1800 об/мин с подшипником качения, чтобы не сильно шумел. Вентилятор включается через нормально разомкнутый тепловой предохранитель на 60 градусов. Т.е. работает не постоянно. Предохранитель расположен на дальней от вентилятора стороне трансформатора УМ.

С целью уменьшения вибрации, вентилятор закреплён не стандартно. Отверстие в корпусе, под вентилятор, квадратное. На 3 – 4 мм шире с каждой стороны, чем внешние габариты вентилятора.
Вентилятор вставлен внутрь отверстия, зазоры залиты силиконовым герметиком (как пластиковые окна вокруг пеной заливают). После застывания герметика, держится крепко. Снаружи вентилятор закрывается декоративной решёткой.


К нижней плате прикручены шестигранные дюралевые стойки, на которые размещается верхняя плата SRPP.


Далее снова стойки, к которым привинчивается верхняя крышка.

Избавиться от отверстий, которые были в разделочных досках, не получилось. Не прошло по размерам. Оставил их, как вентиляционные. Впоследствии закрыл их металлическими сеточками. Сеточки добыл из вот такого стакана для карандашей:

Стакан подвернулся в магазине, где «все продаётся по одной цене». В общем, сеточки обошлись достаточно дёшево.

В итоге получился вот такой оригинальный девайс:

↑ Прослушивание

Послушал готовый вариант. Играет громко и не плохо. Звук понравился. Раскачивает современные колонки хорошо. Схема всеядна на колонки. Можно и 4 Ома и 8 Ом. Для закрепления положительного впечатления отнёс к соседу, который помогал с корпусом.

Тут небольшое отступление. Музыку он слушает на следующей технике: CD проигрыватель, ресивер, колонки. Все неплохого качества, известных брендов. Бренды указывать не буду. Не в бренде дело. Когда пару лет назад я услышал, как все это играет, то не побоялся сказать что в звуке что-то не то. В принципе нормально, но немного не так все звучит, как хотелось бы. С высокими ерунда какая-то. И смазано как-то. В общем, он со мной согласился. Досконально разбираться не стали. Сошлись на мнении что, скорее всего колонки подкачали.

В общем, принёс я к нему этот усилитель. Подключили к его колонкам, включили. Пришлось забрать свои слова о колонках обратно. Нормальные оказались колонки. Все зазвучало. Придраться практически не к чему. Через пару часов прослушки с заменой репертуара, с переходом на винил и даже на простой FM приёмник, мне надоело искать недостатки. Я оставил ему усилитель «на погонять и выявить недостатки» и ушёл.

«Погонять» заняло практически месяц. В процессе поучаствовали другие соседи и гости. Недовольных не нашлось. Забегая вперёд скажу, что мой сосед участвовал в прослушивании многих собранных мной усилителей, и настолько проникся хорошим звуком, что я собрал для него, в качестве премии, ламповый усилитель. Теперь «бренд» пылится. Но это другая история.

↑ Выводы

Звук хороший. Для тех, кто сомневается в своих силах построить полный ламповый усилитель, данная конструкция может стать достойным стартом в ламповый звук.

В качестве эксперимента можно попробовать усилитель без катодных конденсаторов С1 и С2. Звучит по-другому. Сравнивать звучания не возьмусь, кому как больше понравится. Правда усиление при этом упадёт.

Максимальный неискажённый сигнал для УМЗЧ получился:
 — на нагрузке 4 Ома = 14V, т.е. 49 Вт,
 — на нагрузке 8 Ом = 17V, т.е. 36 Вт.
Входной сигнал при этом порядка 1V. При более мощном трансформаторе в УМ выходная мощность будет выше.
По крайней мере, в первоисточнике при напряжении питания ±36В заявлена мощность 140 Вт.

Гармоники на нагрузке 4Ом выглядят следующим образом (мощность 10 Вт):

На 8 Ом результаты чуть лучше, но не принципиально.

АЧХ

Измерения проводились на нагрузке в виде 20Вт резистора на 4 Ома.

↑ Доводка

Прослушивание не пропало даром. Выяснилось, что периодически «звук становится то громче, то тише». Причём когда тише, звучит «лучше».
Забрал обратно усилитель для поиска причин такого поведения. Долго не мог поймать этот эффект. Первое, на что грешил, это уход параметров при нагреве. Не подтвердилось. Ток покоя оставался стабильным не зависимо от температуры выходных транзисторов. Ноль на выходе тоже никуда не убегал.

Виновато оказалось напряжение питающей сети. Практически всегда оно стабильно 220В. Очень редко, потому и поймать долго не мог, оно повышалось до 245 и даже выше. В общем, при повышенном напряжении возрастало и анодное напряжение Вольт на 15-20. Этого хватало, чтобы звук изменялся. Тут и пригодилось то, что в питании SRPP был электронный дроссель. Пару деталей навесным монтажом и он превратился в стабилизатор.
И все встало на свои места.
Примечание: на приведённой плате дроссель не разведён в режиме стабилизатора.

В настоящий момент усилитель занял своё место в ряду других поделок. Периодически используется, когда нужно устроить «небольшую дискотеку».

↑ Файлы

В дополнение прилагаю разводку, выполненную в DipTrace
🎁DipTrace.zip  64.37 Kb ⇣ 156

А также печатные платы в виде картинок, для тех, у кого еще нет DipTrace.
🎁pechatki.zip  637.51 Kb ⇣ 203

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации