История о том, как из конструктора lunch box получился усилитель SRPP для наушников

Эта история случилась года 2 назад. Ее могло не быть, но как говорится, «звезды сошлись» и вот что из этого получилось.

Началось все с того, что один мой знакомый, со словами «не знаю что это такое, забери себе или выкинь», всучил мне некую коробочку. Внутри оказались железяки, 3 лампочки, трансформатор и прочие детальки. На проверку оказалось, что это конструктор усилителя для наушников, известный как lunch box. Это была первая «звездочка», которая сошлась.

↑ Как складывались звёзды

Собирать конструктор или нет, думал пару дней. Тут оказалось, что этот усилитель есть в готовом виде («заводская сборка») у одного из моих коллег. Это была вторая «звездочка». Взял послушать.
Слушал файлы в формате flac на macbook pro в следующей конфигурации:
macbook → Оптический кабель → ЦАП Cambridge Audio DacMagic → Указанный выше усилитель → Наушники Beyerdynamic DT 770 Pro
При прослушивании оказалось, что звук конечно намного лучше, чем напрямую с выхода звуковой карты и лучше, чем напрямую с FM тюнера, но чего-то не хватает. Не оправдывает ожиданий. По крайней мере моих.

Тут и третья звездочка сошлась. А именно: вспомнил я, что не так давно читал на Датагоре заметку «Строим сами простой ламповый усилитель SRPP для наушников». А также статью Олега Иванова
«Усилитель SRPP для наушников», в которой много внимания уделено теории вопроса.
В общем «три звездочки» сложились и решил я в корпусе от конструктора собрать себе SRPP.
Из указанного конструктора в дело пошло: корпус, трансформатор, регулятор громкости и разъемчики.

Рассматривалось 3 варианта ламп для SRPP: 6Н3П-E, 6Н23П и 6Н6П. 6Н6П по накалу кушает в два раза больше чем две предыдущие, имеющийся трансформатор не потянет. Да и наушники у меня высокоомные, такая мощная лампа не нужна. Поэтому решено было попробовать собрать два макетика на 6Н3П-E и 6Н23П, а потом выбрать что-то одно в качестве окончательного варианта.

↑ Схема

Схема, которая у меня в итоге собралась, следующая:


Схема БП для усилителя тоже совсем стандартная:

Неонка тут показывает не ON/OFF, а сигнализирует о срабатывании предохранителя.
Резисторы, подключенные к накальной обмотке, создают искусственную среднюю точку (для уменьшения фона). Номинал этих резисторов 180 Ом (0,25Вт). Емкость в анодном выпрямителе 220 Мкф / 350 В. Выпрямительные диоды FR205. Трансформатор из конструктора.

↑ Работа

Т.к. времени было: «спешить некуда», да и отзывы про SRPP в основном положительные, поэтому решил макеты делать с тем прицелом, чтобы потом сразу в корпус вставить. Т.е. в виде нормальных рабочих плат.
Корпус сделан так, что усилитель должен состоять из двух плат: на одной располагается блок питания (БП) и разъем для наушников, на другой собственно сам усилитель.
Небольшая проблемка заключалась еще в том, что у 6Н3П-E и 6Н23П разная цоколевка, т.е. их нельзя просто перетыкать. Поэтому пришлось делать одну плату под блок питания и еще под сам усилитель две платы, под каждый тип лампы. Решение, как оказалось впоследствии, было не совсем удачное, потому что не очень удобно сравнивать звучание перепаивая блок питания.

Итоговый результат:
 — Две платы под БП, для этого пришлось прикупить еще один силовой трансформатор
 — Одна плата под лампы 6Н3П-E
 — Одна плата под лампы 6Н23П

Решение по компоновке было следующим: использовать все существующие в корпусе отверстия, в том числе:
 — два из верхних отверстий под лампы (как и было задумано производителем)
 — в третье отверстие (ранее там была третья лампа) поместить электролит питания.

При разводке необходимо было также учесть, что с нижней платы все торчит вверх, а с верхней соответственно вниз. И нужно чтобы эти «сталагмиты» и «сталактиты» друг с другом не встретились. А также то, чтобы лампы, электролит, регулятор громкости и разъем наушников точно попали с существующие в корпусе отверстия.

Получились макеты вот в таком виде:

Макеты поставил на «разогрев ламп». Т.е. усилители периодически включались либо вхолостую, либо что-то слушал. Звук был. И вроде не плохой. Несколько дней, пока лампочки «грелись», посвятил поискам подходящих катодных электролитов.
Были закуплены несколько вариантов:
 — Jamicon
 — Epcos
 — Elna Silmic II
 — Panasonic
Электролиты искались по принципу «пошел в магазин и купил». Т.е. из доступных, в том числе и по цене.

↑ Доводка

Доводка заключалась в подборе катодных резисторов с точки зрения уменьшения гармоник (режимы ламп, конечно, должны при этом сохраняться в норме), а также подбор электролитов в катоде, с точки зрения приятности звука.

Резисторы подбирались путем впаивания цепочки из постоянного и подстроечного резистора в оба катода лампы. Далее, подав на вход синусоиду 1000 Гц / 0.75 В, крутим подстрочники и смотрим что там с гармониками. При этом на нижнем катодном резисторе висит тестер, который показывает падение напряжения (смещение на сетке). В качестве катодного конденсатора сначала стоял Jamicon.
Для просмотра гармоник использовался USB осциллограф, программка от которого в том числе умеет показывать гармоники. За красотой синусоиды тоже смотрим конечно.
В качестве нагрузки использовались реальные наушники.

После того как были найдены оптимальные номиналы резисторов, настала очередь электролитов.
Нужный катодный электролит искался в основном «на слух». Контроль по гармоникам тоже был, но разница там не существенная получалась. Для поиска нужного электролита: через переключатель впаивалась пара электролитов–претендентов и во время воспроизведения музыки они просто переключались. Так разница сразу заметна. Из двух электролитов «худший» потом отбрасывался, вместо него впаивался новый претендент и снова прослушиваем.

В течении нескольких вечеров резисторы и электролиты были подобраны. Стоит заметить, что анодное напряжение тоже играет свою роль в качестве звука. Поигрался немного и с ним.
В итоге:
• из имеющихся электролитов оставил Elna Silmic 2 (на втором месте Jamicon)
• номиналы резисторов, и анодного напряжения полученных для каждой из ламп такие:
6н23п: R4=R6=130 Ом; Кт1 = 1,2 В; Кт2 = 140 В
6н3п-Е: R4=R6=180 Ом; Кт1 = 1,4 В; Кт2 = 260 В 
На самом деле, в идеале, R4 не равно R6. Но "идеальные" значение не попадали в существующие номиналы. Поэтому пришлось искать лучшее значение из стандартного ряда резисторов.

Как видно, для ламп 6н3п анодное напряжение применено 260в. Трансформатор, входящий в указанный конструктор, выдает на выходе 170В переменки, что явно маловато. В случае использовании этих ламп, БП необходимо сделать по схеме удвоения напряжения, или применить другой трансформатор. В моем случае мне все равно пришлось приобрести второй трансформатор, который оказался на 210 В переменки.

Остальные номиналы деталей, примененных в схеме:
R1 — 50 K
R2 — 100 K
R3 — 1 K
R5 — 22 K
R7 и R8 подбираются таким образом, чтобы анодное напряжение, измеренное на С6 было как указано выше (Кт2). В моем случае (для лампы 6н3п-Е) общее сопротивление R7 + R8 = 2 K
Все резисторы 0,25 Вт. Кроме R7 и R8, эти поставил 5Вт (других не было).

Конденсаторы:
С1 – 0,1 Мкф х 63 в (к73-17)
С2 – 3300 Мкф х 10 в 
С3 – 1 Мкф х 250 в (к73-17)
С4 – 200 Мкф х 250 в (Jamicon)
С5 – 1 Мкф х 350 в (к73-17)
С6 – 470 Мкф 350 в 
С7 – 100 Мкф 350 в 

Нелишним будет заметить, что качество проводов, по которым бежит музыка к усилителю, тоже имеет значение. Дешевые тонкие провода, на моё ухо, на некоторых композициях давали «песок» (обычно такие провода дают в комплекте с разными аудио/видео устройствами).
Лучше пользуйтесь чем-то поприличнее.

↑ Сравниваем и выбираем

Наступило время сравнивать все 3 усилителя (заводской box и мои два). Сравнивались усилители попарно. Для сравнения была сделана небольшая платка с гнездами и переключателями, назначение которой: быстро переключить входной сигнал между двумя усилителями, а также быстро переключить наушники.

Кроме меня в качестве слушателей выступило еще 8 человек разного пола, возраста и музыкальных предпочтений. Прослушивание производилось как правило с каждым из них отдельно. На что было потрачено почти 3 недели (не каждый день конечно).
Схема стандартная: сравниваем два усилителя, «проигравшего» в сторону, вместо него третий и сравниваем.
Музыка была предоставлена на выбор из того что было у меня. Каждый слушал, что хотел. Щелкая переключателями, невозможно было понять какой усилитель играет в настоящий момент (я то знал, конечно, какой играет).
Таким образом, предвзятость в выборе победителя получилась минимальной.

Результаты такие:
 — первым выбывал «заводской» усилитель. Нельзя сказать, что он плохо играл. Нормально играл. Но, при сравнении, он проигрывал.
 — мнения на счет 6Н3П и 6Н23П разделились поровну. Оба звучат замечательно. Чуть по разному. Каждый хорош по-своему.
Я и сам не смог определится какой мне больше нравится. В итоге: взял тот, что был ближе и его стал собирать как окончательное изделие. Ближе оказался 6Н3П. Забегая вперед, скажу что 6Н23П тоже применение нашлось. Она пошла в следующую конструкцию (не пропадать же труду), о которой в следующий раз.

↑ Особенности монтажа

Есть несколько моментов, на которые хочется обратить внимание:
 — Конструктивно резисторы R5 расположены на нижней плате (плата БП), рядом с разъемом для наушников. Остальные элементы усилителя расположены на верхней плате.
 — Конденсаторы С5 и С7 расположены горизонтально, с нижней стороны верхней платы.

 — Резисторы R7 и R8 , ламповые панельки и конденсатор С6 расположены со стороны дорожек (сверху платы).
 — Конденсатор С6 нужен тонкий и длинный, чтобы прошел в дырочку от лампы в верхней части корпуса. Подошел конденсатор «Panasonic».
Платы между собой соединяются проводами. Провода перекручены между собой. Снизу вверх подается анодное питание и накал, сверху вниз спускается "выход" на разъем наушников.

При разводке плат не удалось развести питание от С6 непосредственно к лампам, в итоге кинул питание проводом. Накал между лампами также разведен проводами (скрученными между собой, как учили).
Несмотря на небольшие вольности с проводами, фона в наушниках нет совсем. По крайней мере никто его не услышал.

Что касается самого соединения проводами между платами, то я делаю так: провода пропускаю сквозь плату (через "технологическое отверстие»), далее провода загибаются и припаиваются в нужных местах. Так более надежно. Место пайки провода не подвержено излому, в отличии от способа «вставить снизу в дырочку и запаять». Проход жгута проводов сквозь плату можно еще зафиксировать термоклеем. Выглядит это примерно так:

Такой способ особенно помогает при работе с проводом МГТФ. Хороший провод во всех отношениях, только часто в месте пайки отламывается.

При сборке окончательного варианта (вставляем в корпус), оказалось, что силовой трансформатор прилично нагревается. Градусов так до 60, это при несобранном до конца корпусе. Скорее всего, это связано с «закрытой» конструкцией корпуса. В собранном варианте, возможно, нагревается еще выше. Естественной вентиляции там практически нет. Ну не люблю я высокие температуры на детальках (кроме ламп конечно). Поэтому было принято решение поставить, на всякий случай, тепловой предохранитель. Вот такой:

Эта штучка при превышении температуры в 70 градусов разрывает 220 Вольт, а при остывании восстанавливает соединение. Прикреплена она была непосредственно к трансформатору. Один раз, летом в жару, сработал.

Трансформатор крепится к плате нейлоновыми стяжками, одетыми в кембрик. Мне так больше нравится. Просто и надежно.

Провода от входных клемм до регулятора громкости, для каждого канала, тянем «двойным МГТФ в экране», помещенным в термоусадочку. Экран, как учили, соединяется с землей с одной стороны. В моем случае: у регулятора громкости.

↑ Итого

Готовая конструкция начинает приобретать очертания:

Обратите внимание на электролиты на верхней плате. Их необходимо впаивать с зазором от платы, примерно 3 мм. Это необходимо чтобы при сборке они не мешались боковинам корпуса.

На мордочке корпуса оказалась лишнее отверстие. В «родном» варианте там был переключатель наушников. Для низкоомных наушников этим переключателем, последовательно с ними, включалось дополнительное сопротивление. Решил закрыть это отверстие, вставив неонку, включенную параллельно с предохранителями (тепловым и обычным), чтобы светилась, если предохранитель сработает.
Неонка немного не влезала и когда я рассверливал случилась «печалька»: поцарапалась панель. В этот момент одни добрый человек сказал: «Черное плохо, сделай серебряным». Попробовал мордочку покрасить в серебро. Царапинки закрасились, но идея мне не понравилась. Поэтому все перекрашивать в серебро не стал. А мордочка так и осталась серебряная.

Светодиод «СЕТЬ» поставил синего цвета (из конструктора), запитав его от накала через гасящий резистор. Лучше бы конечно желтый светодиод, но его не оказалось, а потом лень переделывать было.

В итоге, собралась вот такая конструкция:

Слушаю при положении регулятора громкости «чуть ниже половинки» (собственно как на фотке). Хватает вполне.

АЧХ снятая при входном напряжении 1В, регулятор громкости на половине, в качестве нагрузки Beyerdynamic DT 770 Pro


В заключении хочется сказать, что не смотря на простоту SRPP, звук получается достойный. Также не стоит пренебрегать элементарной настройкой (в частности катодные резисторы и конденсаторы).

↑ Файлы

Печатные платы в формате jpg:
🎁pechatki_jpg.zip  229.79 Kb ⇣ 201

Печатные платы в формате DipTrace:
🎁DipTrace.zip  58.97 Kb ⇣ 152

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации