Wzmacniacz PP 20W na 6n13s - DIY

[sztyga20]

Powoli zbliżam się do ukończenia wzmacniacza przeciwsobnego na 6n13s, jako że wydaje już pierwsze dźwięki, jest po wstępnych pomiarach poczułem że nadeszła pora aby zaprezentować Kolegom do oceny/krytyki.

Opis.

Założenia: chciałem zrobić wzmacniacz na lampie 6n13s, z jedną bańką na kanał o mocy 20W. Uzyskanie takiej mocy z jednej sztuki 6n13s możliwe było tylko przy pracy w głębokiej klasie AB co pociągało za sobą konieczność dostarczenia napięcia sterującego o amplitudzie 140V. Zastosowane lampy mocy, w odróżnieniu od innych triod do stabilizatorów napięcia (6s33s czy 6s19p) mają mocno nieliniowe charakterystyki, zdawałem sobie z tego sprawę:) tak że uzyskanie akceptowalnego poziomu zniekształceń nieliniowych potraktowałem jako wyzwanie.

Historia:
Gdzieś jest na triodzie wątek „wzmacniacz na 6n13s od A do Z” kiedy byłem jeszcze zupełnie zielony i dopiero Piotr wytłumaczył mi wiele rzeczy, (a propos podstawki pod 6n13s i gniazda są właśnie od Ciebie;)) oj, ile to lat temu było! Teraz znalazłem więcej czasu trochę to postnowiłem dokończyć projekt przy którym od czasu do czasu grzebałem przez całe studia, więm że teraz sporo rzeczy wykonałbym lepiej, zwłaszcza chodzi o estetykę wewnętrzną, no ale jak się zastanowić to to, że przewody żarzenia są paskudnie poprowadzone czy na łączówkach nakapane jest zbyt wiele cyny nie powinno być powodem, żeby robić wszystko od poczatku, zwłaszcza że po drodze było mnóstwo modyfikacji, poniżej wymieniłem tylko najważniejsze.

Koncepcja na przestrzeni lat bardzo się zmieniała, początkowo w pierwszym stopniu jako wzmacniacz napięciowy pracował 6n9s, inwerter był z dzielonym obciążeniem na 6n8s, a w stopniu sterującym na 6n8s były rezystory w anodach. Zasilacz napięcia 400V był lampowy z PL84, 6ż1p i stabiliwoltem. Do dzisiaj zostały mi ślicznie zrobione i polutowane płytki stabilizatora lampowego… jeszcze nie wiem co z nimi zrobię ale jakieś zastosowanie im znajdę. Okazało się, że nawijając transformator zbyt optymistycznie oszacowałem potrzebne napięcia tak że zastosowanie lampowego stabilizatora stało się niemożliwe bo 400V bym nie uzyskał. Zmieniłem na stabilizator półprzewodnikowy. Jakiś czas później jak dokonywałem oscyloskopem wstępnych pomiarów okazało się że i 400V jest napięciem zbyt małym abym ze stopnia sterującego uzyskał wymaganą amplitudę 140V (150V licząc z pewnym zapasem) tak że zastosowałem zamiast anod źródła prądowe na tranzystorach. Okazało się że i to mało, trzeba było podnieść napięcie zasilania do 430V i tak jest w tej chwili.
Kolejny problemem było to, że z jednego wyjścia inwertera z dzielonym obciążeniem sinusoida była mocno zniekształcona, nie mogłem dojść końca czemu, podejrzewałem wpływ sondy, ale zniekształcenie widoczne było i w kolejnych stopniach. Po paru dniach sprawdzania wszystkiego straciłem cierpliwość i rozlutowałem zarówno stopień oporowy na 6n9s i inwerter na 6n8s, zamiast tej ostatniej wsadziłem 6n9s i zrobiłem inwerter różnicowy. Przyznam ze bardzo ciężko było dokonać tej przeróbki mając rozplanowane łączówki, układ otworów, miejsce na kondensatory itp… pod poprzednią wersję. Udało się ale lutowanie przypominało budowę okrętu w butelce. Niestety ucierpiała na tym estetyka montażu chociaż nadal zrobione jest to solidnie. Wpadłem wtedy też na pomysł aby użyć ujemnego napięcia które służy do polaryzacji siatek lamp końcowych do zasilenia inwertera od strony katody przez co opornik katodowy mogłem zastosować naprawdę spory (100k) i symetria jest bardzo dobra co też potwierdziłem oglądając przebiegi na oscyloskopie.
Na koniec okazało się, że wzmocnienie po tych modyfikacjach stało się zbyt małe aby zastosować jakieś sensowne sprzężenie zwrotne, dołożyłem wtedy kolejny we wzmacniaczu stopień oporowy na ecc88, od razu pomny poprzednich przeróbek wykonałem otwory na dwie kolejne podstawki nowalowe, jeszcze nie wiem co tam zrobię czy lampowy wzmacniacz do wskaźników wysterowania, czy zmienię stopień wstępny z oporowego na ecc88 na jakiś bardziej wymyślny na trzech bańkach… Jeszcze nie wiem

Konstrukcja mechaniczna: wzmacniacz ma szerokość standardową tj. 17cali, płyta na której zamontowane są transformatory i lampy wykonana jest ze stali nierdzewnej o gr. 2mm, ciętej laserowo. W środku jest stelaż pospawany ze stalowych rurek o przekroju kwadratowym 2x2cm do którego przykręcona jest płyta górna oraz obudowa drewniana. Przewidywałem że wzmacniacz będzie bardzo ciężki i trudno będzie przeprowadzać różne manipulacje lutownicze na dalszych etapach to pomyślałem, że zastosuję budowę modułową, płyta górna się łatwo rozczepia z resztą poprzez gniazda. Zasilanie i sygnał do głośników idzie jednym gniazdem a sygnał z ze stopnia wstępnego na ecc88 innym gniazdem (wtyczka 5pin, taka jak do starych słuchawek, dodatkowo chcę tym przewodem puścić do katod ecc88 drugą pętlę sprzężenia zwrotnego). Na sekcjach 230V i 430V przed gniazdem założone są bezpieczniki.

Zasilacz:
Transformator sieciowy o mocy 200W dostarcza napięć:
215V – po wyprostowaniu i stabilizacji (najprostszy układ na MOSFECIE i diodach zenera) daje napięcie 230V (z możliwością zwiększenia do 250V jakbym odczuwał niedobór mocy)
135V – po wyprostowaniu i filtrowaniu na filtrze CLC napięcie wynosi około -180V i służy do ustalania napięcia ujemnego polaryzującego siatki lamp 6n13s oraz do zasilania inwertera różnicowego
130V – po potrojeniu daje napięcie około 550V, po stabilizacji (też najprostszy układ na MOSFECIE) napięcie wynosi 430V i służy do zasilania inwertera różnicowego na 6n9s oraz stopnia sterującego na 6n8s.
6,3V – do zasilania grzejników lamp, maksymalnie z uzwojenia można pobierać prąd 10A, średnicę drutu nawojowego wziąłem z zapasem na wszelki wypadek jakbym chciał wzmacniacz rozbudować.. Żarzenie aby zminimalizować przydźwięk jest na potencjale +50V względem masy.

Za opis poszczególnych stopni myślę że wystarczy uproszczony schemat. Zapewne nie każdemu będzie podobało się, że stopień na 6n8s ma oddzielne rezystory katodowe, jest jak jest ponieważ tak łatwiej było mi ustalić punkt pracy (a to akurat dosyć precyzyjnie musiałem zrobić ponieważ układ i tak zapewnia odpowiednią amplitudę „na styk”) a przy wspólnym katodowym może i symetria byłaby lepsza ale prąd jednej lampy automatycznie wpływał by mi na prąd i punkt pracy drugiej, dałoby się ustawić prawidłowo ale byłoby dużo kręcenia potencjometrami przy źródłach prądowych… Nie chciało mi się:)
Rozważam również oprowadzenie drugiej pętli sprzężenia zwrotnego obejmującego wszystkie stopnie poza transformatorem, planuję poprowadzić z uzwojenia pierwotnego ale jeszcze musze przemyśleć sprawę. Generalnie jak zobaczycie trochę jest tam prowizorki, ale wszystko poprawię i poprowadzę inaczej niektóre przewody jak dobiorę odpowiednie wartości elementów w sprzężeniach zwrotnych, będzie elegancka płytka drukowana…

Prąd spoczynkowy lamp 6n13s: 25mA
Transformator głośnikowy: przekrój kolumny środkowej 21cm2, 4 sekcje uzwojenia pierwotnego, 3 sekcje uzwojenia wtórnego. Rezystancja uzwojenia pierwotnego (każdej połówki) 10,2 oma i 10,3 oma.
Wszystkie transformatory nawijałem samodzielnie.

Pomiary:
Do pomiarów używałem oscyloskopu, komputera z kartą dzwiękową Sound Blaster Live 5.1, programu RMAA 5.5, generatora prostokąta na Ne555 (zlutowałem na szybko w pająku), sygnał prostokątny z odtwarzacza CD z płytą testową oraz z karty dźwiękowej był bardzo zniekształcony a na Ne555 był ładny.

Pomiary bez sprzężenia zwrotnego:
Współczynnik tłumienia: około 2-4
Pasmo przenoszenia -3db
1W 21Hz-18,3kHz
5W 25hZ-18kHz
15W 28Hz-18kHz
THD: (mierzyłem przy prądzie spoczynkowym 6n13s 10mA)
1W 2,5%
10W 6,5%

Ze sprzężeniem zwrotnym:
1W – 1%
10W 1,7%
18W 1,76%

W załącznikach zdjęcia oscylogramów.
Dodam, że bez sprzężenia zwrotnego przydzwięk jest minimalny, trzeba zblizyć ucho do głośnika. Wzmacniacz jednak potrafi się wzbudzić w niektórych położeniach potencjometru przy odłączonych kablach sygnałowych, myślę że może to być wina jego słabej jakości.

Wzmacniacz jak widać jest niedokończony, jeszcze trochę rzeczy trzeba poprawić, inne dokończyć, m.in. wskaźnik wysterowania, nie mam pojęcia czemu przestał działać. Żeby powiedzieć ze 2 słowa o nim to jest bardzo prymitywny, dzielnik rezystorowy z diodami aby charakterystykę przybliżyć chociaż odrobinę do logarytmicznej podłączany bezpośrednio pod wyjście głośnikowe. Jak zacznie działaś to zrobię odpowiednie skale i podświetlenie…. A więcej napiszę jutro albo później, potrzebuję rad odnośnie wykończenia, ewentualnych zmian w układzie, konstruktywna krytyka bardzo mile widziana!

PS. Na Schemacie mały bład, NFB2 z transformatora głośnikowego powinno być doprowadzone do NFB1 przy inwerterze.

[Piotr]

Na szybko powtórzę się sprzed paru lat:
-Dlaczego nie zasilasz też stopnia sterującego z ujemnego zasilacza? To by obniżyło wymagania co do napięcia zasilacza dodatniego.
-Rk w stopniu sterującym również powinien być wspólny dla obu połówek.
-Kropkuj połączenia na schemacie, bo inaczej może być zmyłka.

Poza tym, jak mawiał mój profesor, jest dużo dobrego

[Romekd]

Witam.

-Rk w stopniu sterującym również powinien być wspólny dla obu połówek.

Jeżeli obciążeniem anod lamp w stopniu sterującym są źródła stałoprądowe, jak tu, to wpływ wspólnego rezystora katodowego na pracę stopni będzie niewielki (gdyby nie rezystory polaryzujące siatki lamp końcowych, nie byłoby go wcale...). Przy takim obciążeniu anody, blokowanie kondensatorem rezystora katodowego też praktycznie niczego w działaniu stopnia nie zmienia...

Pozdrawiam,
Romek

[Piotr]

Fakt, nie zauważyłem źródeł, wszak godzina była późna.

[sztyga20]

Trochę mnie korci, aby rozmontować całość układu na płycie górnej i zmontować od początku. Pamiętam, że zastanawiałem się, czy nie zasilić stopnia sterującego z minusa, ale nie zdecydowałem się na to, ponieważ pierwotnie grzejniki były na potencjale +75V względem masy (kiedyś był tam inwerter z dzielonym obciążeniem) i jakbym zasilił z minusa to bym na stopniu sterującym sporo przekroczył dopuszczalne napięcie grzejnik/katoda. Można byłoby pewnie poprowadzić oddzielnie sekcje żarzenia albo na kilka innych sposobów obejść ten problem ale poszedłem na kompromis...

Z kolejnych modyfikacji od razu wywalę kondensatory bocznikujące rezystory katodowe w stopniu sterującym ponieważ kiedyś jak jeszcze nie dołożyłem kolejnego stopnia wstępnego i brakowało mi wzmocnienia to je tam wlutowałem.

Co sądzicie o poprowadzeniu pętli sprzężenia zwrotnego od strony uzwojenia pierwotnego w sposób pokazany na schemacie? Pewnie dziś z ciekawości podłącze a później pomierzę.
Raczej wstawię kondensatory 9pF w istniejącej pętli.

Nie lubię prac wykończeniowych przy wzmacniaczach i na pewno politury nie będę na nim kładł, ale znacie może jakąś czarną farbę do drewna która można byłoby wzmacniacz estetycznie wykończyć?

Cieszy, ze jest sporo dobrego;) osobiście najbardziej ucieszył mnie przyzwoity prostokąt.

[Piotr]

To może obniżyć potencjał grzejników do 10V? Powinno wystarczyć, a uzyskasz zapas dla stopnia sterującego.

[saico]

Z farb do drewna polecam akrylową w kolorze heban (czarnym). Jest już sucha po 20 minutach i nie śmierdzi.

[sztyga20]

Coś powoli dalej działam. Głównie prace wykończeniowe, ale jest też kilka istotnych zmian:
Zamiast potencjometru zastosowałem drabinkę 21 krokową smd z allegro 10k, jestem naprawdę zadowolony, żadnych trzasków a regulacja jest całkiem płynna.
Zwiększyłem napięcie anodowe dla lamp 6n13s z 230V do 250V, starannie wyregulowałem prądy spoczynkowe na 20mA, prąd trochę pływa ale po nagrzaniu lamp trzyma się tej wartości w granicach +/- 2mA
Trochę przemodelowałem zasilacz, wcześniej podwójny włącznik "stand by" był zlokalizowany pomiędzy ostatnim kondensatorem filtrującym zasilacza a anodami lamp na które po załączeniu w ułamku sekundy dostawało się pełne napięcie, powodowało to wyraźnie widoczne iskrzenie na siatkach 6n13s (iskry nie niebieskie tylko pomarańczowe), teraz stand by jest pomiędzy transformatorem a zasilaczem i napięcie łagodnie narasta w ciągu około 10s, iskrzenie już nie występuje, całe szczęście że lampy to przeżyły.

Niestety na pomiary trzeba poczekać, podczas pracy wiertarką w warsztacie jeden ze szlifowanych elementów z dużą prędkością opuścił imadło i stłukł mi ekran w komputerze warsztatowym...

Do do wykończenia, nie wyszło jakoś super profesjonalnie ale jestem zadowolony. Deski wyszlifowałem, pomalowałem czarną farbą akrylową w spreju, pomalowałem pędzlem poliuretanowym półmatowym lakierem do drewna.

Gałkę wytoczyłem na wiertarce z walca aluminiowego który był elementem jakiegoś termostatu. Trzeba będzie jeszcze zrobić jakieś zabezpieczenie bo przy takiej średnicy i braku wyczucia można łatwo uszkodzić potencjometr.
Trzeba będzie jeszcze wsadzić wskaźniki wysterowania i wydrukować jakieś ładne retro skale. I tu pojawia się pewien problem ze wzmacniaczem o charakterystyce logarytmicznej, skleciłem klasyczny układ ze wzmacniaczem operacyjnym i tranzystorem w pętli sprzężenia zwrotnego, jednak jak na razie nie jestem zadowolony z efektów.

cdn.