Jest to strona hobbystyczna, więc nie wykorzystuję ciasteczek zapisanych na Twoim komputerze.  Ale oczywiście w każdej chwili możesz je wyłączyć w swojej przeglądarce.
 

        strona główna

                                   www.skarabo.net        

skarabo.net

moje projekty >> nie tylko lampowe > hybryda słuchawkowa klasa A

moje projekty  >> nie tylko lampowe >
  I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I podstawki I pomiary oscyloskopem I płytka drukowana I różne I porady I  


Hybrydowy wzmacniacz słuchawkowy, klasa A

Wzmacniacze elektroakustyczne od lat cieszą się zainteresowaniem elektroników-konstruktorów. Ze zrozumiałych względów najczęściej konstruowane są wzmacniacze mocy, którymi można zasilać kolumny głośnikowe. Nieco mniej popularne są wzmacniacze słuchawkowe, ale wielu elektroników jest zainteresowanych ich budową - tak konstrukcjami opartymi na półprzewodnikach jak też lampowymi. 
Wśród licznych klas pracy wzmacniaczy audio, najwięcej wzmacniaczy audio pracuje w klasie AB, która charakteryzuje się stosunkowo dużą efektywnością i niskimi zniekształceniami.
Klasa A niestety charakteryzuje się niską efektywnością pracy, bowiem przez elementy stopnia mocy (lampa, tranzystor) bez względu na to czy podawany jest sygnał czy nie, płynie cały czas wysoki prąd spoczynkowy, dając duże straty mocy. Wydzielana jest duża ilość ciepła, którą trzeba odprowadzić na zewnątrz obudowy. 
Klasa A wzmacniacza, mimo wad, cieszy się sporym zainteresowaniem wśród osłuchanych melomanów czy audiofilów ze względu na wiele zalet: łagodniejszy dźwięk, dobrą dynamikę i wierność przekazu.
Wzmacniacze słuchawkowe mają o wiele mniejszą moc niż typowy wzmacniacz audio, dzięki czemu mogą mieć prostszą konstrukcję. By zasilać typowe, 32-omowe słuchawki wystarczy 100-200 miliwatowy wzmacniacz, dzięki czemu, mimo pracy w klasie A, nie ma większych problemów z odprowadzeniem ciepła. 
Jak każdy wzmacniacz, tak i wzmacniacz słuchawkowy składa się z kilku podstawowych bloków: zasilacza, układu wejścia wraz z przedwzmacniaczem oraz wzmacniacza mocy.
W bardziej rozbudowanych wzmacniaczach spotyka się także inne moduły, jak selektor wejść, regulatory barwy dźwięku, sterowanie pilotem itp. 

Wzmacniacz słuchawkowy

Wzmocnienie wzmacniacza słuchawkowego nie musi być duże - 2-5x wystarczy by zasilać słuchawki z magnetofonu, czy innego źródła o niezbyt wysokim poziomie sygnału.
Odtwarzacze CD czy DVD mają wysoki poziom sygnału wyjściowego (2-3V), więc możliwe jest zasilanie słuchawek wzmacniaczem o wzmocnieniu 1 (a więc bez wzmocnienia). Właściwość tą wykorzystamy do zbudowania najprostszego wzmacniacza składającego się z jednego elementu aktywnego (tranzystora lub lampy).
W najprostszych wzmacniaczach, by zapewnić odpowiednią wydajność prądową i niską impedancję wyjścia jako elementy wyjściowe stosuje się tranzystor lub lampę pracujące w układzie wtórnika. Układ wtórnika pracuje bez wzmocnienia. 

Z jednym tranzystorem

Zobacz na schemat (jeden kanał) - jest to najprostszy wzmacniacz zbudowany na jednym tranzystorze polowym mocy, typu MOSFET. Można użyć dowolny polowy tranzystor mocy, ale sprawdzone są tanie i łatwo dostępne tranzystory typu IRF 530-540,  IRF 630-640 czy nawet BUZ10, BUZ11. 
Za pomocą dzielnika napięcia składającego się z rezystorów R1 i R2 uzyskuje się właściwą polaryzację bramki G tranzystora. Napięcie polaryzacji powinno wynosić około 10V.
Prąd podkładu (bias) płynący przez tranzystor ustalany jest za pomocą rezystora R4. Prąd podkładu wystarczający do zasilania popularnych słuchawek 100mW powinien wynosić ok. 100 mA. Wartość prądu podkładu można zwiększyć np. do 150-300 mA, pamiętając jednak, że wraz ze zwiększeniem prądu, rosną straty mocy, tak na tranzystorze T1 jak i na rezystorze R4. 
Ponieważ na rezystorze R4 będzie wydzielało się sporo ciepła, powinien mieć moc przynajmniej 5W. Wartość rezystancji należy dobrać doświadczalnie. Zależeć będzie od napięcia zasilania i od wartości prądu podkładu, który chcemy uzyskać, z reguły będzie to mniej niż 30 omów.
Zasilanie wzmacniacza napięciem stałym 12-15V jest w zupełności wystarczające. Należy je stabilizować np. za pomocą stabilizatora 7812, 7815, czy stabilizatorem regulowanym LM317 (plus 2 rezystory do ustalenia napięcia zasilającego). Oba kanały można zasilać z jednego zasilacza.
Tak na tranzystorach jak i na stabilizatorze należy umieścić niewielkie radiatory, np. z blaszki aluminiowej. Większy prąd podkładu wymaga większego radiatora. 

Wzmacniacz bardziej rozbudowany.  

Dla polepszenia parametrów wzmacniacza warto dodać w obwodzie tranzystora mocy  T1 źródło prądowe, czyli po prostu stabilizator prądu. Źródło prądowe zapewnia niezmienny prąd podkładu płynący przez tranzystor, przez co niezależny jest on od temperatury pracy tranzystora, zmniejszają się także zniekształcenia nieliniowe.
Źródłem prądowym może być odpowiednio włączony stabilizator napięcia LM317 (rys z lewej). Regulacji prądu podkładu dokonujemy za pomocą rezystora R4 o wartości kilku omów. Należy go dobrać tak, by otrzymać żądaną wartość prądu podkładu.
Wygodniejszym (niektórzy twierdzą że lepszym) sposobem stabilizacji prądu podkładu jest użycie drugiego, identycznego jak T1, tranzystora polowego (rys z prawej)
Regulacji prądu pokładu dokonuje się za pomocą zmiany napięcia polaryzacji bramki G tranzystora T2, czyli za pomocą regulacji potencjometrem P2. 
Ze względu na różne potencjały występujące na radiatorkach tranzystorów T1 i T2 nie należy ich umieszczać na wspólnym radiatorze, chyba że zastosujemy podkładki i śruby z izolacją.
Oczywiście wzmacniacz należy zasilać napięciem stabilizowanym 12-15V.
Jak widzimy, by zbudować prosty wzmacniacz słuchawkowy nie potrzeba wielu elementów.
Taki wzmacniacz można zbudować na uniwersalnej płytce drukowanej, lub nawet metodą montażu przestrzennego

Warto dodać przedwzmacniacz

Wszystkie schematy wzmacniaczy podane dotychczas miały wzmocnienie mniejsze niż 1, trzeba więc je zasilać sygnałem audio o wysokiej amplitudzie. Bardziej uniwersalny jest wzmacniacz, w którym sygnał muzyczny jest wzmacniany kilkakrotnie. Dlatego do wzmacniacza mocy dodawany jest przedwzmacniacz. oparty na jednym lub więcej tranzystorach, na układzie scalonym albo na lampie. Wzmocnienie napięciowe 2-5x w zupełności wystarczy, bowiem słuchawki charakteryzują się o dużą sprawnością (zwykle ponad 90 dB) i niewielkim poziomem napięcia wzmocnionego sygnału potrzebnego do ich wysterowania.
Zainteresowanych zbudowaniem kompletnego wzmacniacza słuchawkowego opartego o polowe tranzystory mocy odsyłam do artykułu  Piotra Góreckiego "Wzmacniacz słuchawkowy klasy A", czasopismo Elektronika dla Wszystkich, 12/2000 r. 

Hybryda lampowo-tranzystorowa

Po zbudowaniu najprostszej końcówki mocy opartej na jednym a potem dwóch MOSFET-ach, która doskonale radziła sobie ze słuchawkami 32-omowymi, postanowiłem sprawdzić jak na działanie wzmacniacza wpłynie dodanie przedwzmacniacza. Ponieważ zastosowanie tranzystora jest zbyt oczywiste, postanowiłem jako przedwzmacniacz zastosować triodę. Lampy niestety wnoszą wiele ograniczeń do konstrukcji, a także bywa, że pogarszają parametry mierzone układu audio - wnoszą większe zniekształcenia, szumy, zdarza się, że ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza. Ale mają swój urok, nadają pewien charakter dźwięku, który wielu osobom się podoba. 
Ideą, jaka mi przyświecała, było zasilanie wzmacniacza JEDNYM, niskim napięciem z transformatora zasilania tak lampy, 
jak i tranzystorowego wzmacniacza mocy, oraz zmieszczenie układów elektronicznych na jednej płytce drukowanej.
Wiele osób obawia się wysokich napięć stosowanych do zasilania lamp, a ponadto zdobycie transformatora na napięcie 
ok. 24 V jest stosunkowo tanie i proste. 

Po wykonaniu kilku próbnych układów, na schemacie z lewej przedstawiam ostateczny projekt wzmacniacza.

We wzmacniaczu mocy zastosowałem polowe tranzystory mocy, BUZ11, ale warto zastosować inne, o podobnych parametrach np. IRF serii 500 czy 600, które mają bardziej liniowe charakterystyki przy niskich prądach podkładu

W przedwzmacniaczu użyłem lampę - popularną E88CC. 
Tranzystor T1 (T1A w drugim kanale) pracuje w układzie wtórnika. Został on wstępnie spolaryzowany napięciem uzyskanym z dzielnika który tworzą rezystory R6 i R7. W tym układzie napięcie polaryzacji bramki G tranzystorów powinno wynosić 15-16V.
Dla poprawy parametrów wzmacniacza zastosowałem tranzystor T2, (T2A) który pracuje jako źródło prądowe. Regulacji prądu podkładu (bias), płynącego przez końcówkę mocy  dokonujemy za pomocą potencjometru P1 (P1A).

Przedwzmacniacz

W przedwzmacniaczu użyłem triodę małej mocy E88CC. Ponieważ w bańce lampy znajdują się dwie triody, więc do budowy wzmacniacza stereofonicznego wystarczy jedna lampa. Zamiennikami tej triody są 6DJ8, 6922 czy rosyjska 6N23P (pisownia polska). Oczywiście można użyć lampy ECC88, która jest bliskim odpowiednikiem E88CC, różni się tylko niektórymi parametrami. 

 
(rys. obok przedstawia układ wyprowadzeń, widziany od dołu lampy)

E88CC jest niskonapięciową lampą małej mocy, pierwotnie stosowaną w układach wysokiej częstotliwości. Ze względu na dobre parametry - niskie szumy, dobrą liniowość chętnie stosowana jest w układach audio.
W tym układzie lampa pracuje w typowym układzie ze wspólną katodą, który to charakteryzuje się wysoką impedancją wejścia, stosunkowo niską impedancją wyjścia. 
Układ ma dość duże wzmocnienie, zależne od typu lampy (E88CC ma teoretyczne wzmocnienie 35) i od wartości rezystora anodowego R5 (R5A) Ponieważ we wzmacniaczach słuchawkowych nie stosujemy dużych wzmocnień, wartość rezystora anodowego powinna być dość niska (10-12k).
Ponieważ lampa ma zbyt duże - jak na ten wzmacniacz - wzmocnienie napięciowe, dlatego na wejściu zastosowałem dodatkowy (oprócz potencjometru P) dzielnik  składający się z rezystorów R1, R2 (R1A, R2A), który obniża wartość sygnału wejściowego o połowę. 
Gdyby wzmocnienie w Twoim przypadku okazało się zbyt duże lub zbyt małe, można zmienić proporcję wartości tych rezystorów.

Zasilacz i zasilanie

Zasilanie wzmacniacza, ze względu na lampę w przedwzmacniaczu jest nieco bardziej skomplikowane. Dla uproszczenia zasilania lampy, zastosowałem takie rozwiązania, które pozwalają na zasilanie całego wzmacniacza z pojedynczego uzwojenia transformatora.


Schemat wyprowadzeń stabilizatorów:
LM 337 (napięcia ujemne) oraz LM317 (napięcia dodatnie)
W tym zasilaczu używamy tylko LM317.



Napięcie zmienne 22-24V z transformatora prostowane jest na diodzie D1 i wygładzane dwoma kondensatorami elektrolitycznymi C101 i C102.
Użyłem dwa kondensatory ze względu na lepsze wygładzanie napięcia prostowanego tylko jednopołówkowo diodą D1. 
Napięcie, po wstępnym wygładzeniu na elektrolitach C101, C102 jest powielane na diodach D2 i D3 oraz kondensatorach C104 i C105, by po ostatecznym wygładzeniu na kondensatorach C109-110 zasilać obie triody lampy L.
Także z kondensatorów C101, C102 pobierane jest napięcie do zasilania końcówki mocy opartej na tranzystorach polowych.
Ważne
Bezpiecznej jest stosować napięcie zasilania nieco niższe niż 24V. Napięcie transformatora 24 V powinno być stosowane w przypadku transformatorów "miękkich", czyli takich, których napięcie podczas obciążenia nieco spada. Napięcie zasilania powyżej 24V,  po powieleniu będzie wyższe niż 100V, co grozi uszkodzeniem elektrolitów, jeżeli zastosujemy o niewłaściwym napięciu pracy.
Należy, albo obniżyć napięcie zasilania, co w gotowym transformatorze jest trudniejsze do zrobienia, albo użycie kondensatorów na wyższe napięcie pracy, które zwykle mają większe rozmiary, więc mogą nie zmieścić się na płytce. 

Stabilizator
Napięcie zasilające tranzystory powinno być stabilizowane stabilizatorem. Można użyć 7818. Tutaj proponuję stabilizator LM 317 który ma lepsze parametry i łatwość regulacji napięcia wyjściowego.
Rezystory R102, R103 ustalają wartość napięcia wyjściowego. R102 ma wartość ok. 250 omów, natomiast dokładną wartość R103 należy ustalić doświadczalnie, w zależności  od tego jaka ma być wartość napięcia stabilizowanego. Wygodnie jest wlutować potencjometr 5k,  by po ustaleniu odpowiedniego napięcia (np. 18V) zmierzyć wartość rezystancji i wlutować odpowiedni rezystor stały.

Ważne:
Należy pamiętać, by na wejściu (IN) stabilizatora napięcie było wyższe przynajmniej o 4-5V niż na wyjściu (OUT) po stabilizacji. Przy mniejszej różnicy napięć, w przypadku dużych spadków napięcia w sieci zasilającej, stabilizator przestaje spełniać swoją rolę, w słuchawkach słychać brum (50 Hz) wywołany niedokładnie wygładzonym napięciem.

By go usunąć, należy po prostu podnieść napięcie zasilania (z transformatora) tak, by stabilizator pracował w warunkach które przewidział producent. Można też nieco obniżyć napięcie zasilania tranzystorów mocy (np. 16V) za pomocą regulacji stabilizatora LM.


 Wzmacniacz może być zasilany napięciem zmiennym 22-24V, z tym, że należy pamiętać o pewnym kompromisie. Otóż, zbyt niskie napięcie transformatora zasilającego da niższe napięcie anodowe, co oczywiście dla zasilania lampy nie jest korzystne. 
Z kolei wyższe napięcie transformatora da wprawdzie lepszą wartość napięcia anodowego do zasilania przedwzmacniacza, 
ale będą większe straty mocy w układzie wzmacniacza mocy - tym samym wydzieli się większa ilość ciepła na stabilizatorze. 
Lampa musi być żarzona napięciem ok. 6,3V - stałym lub zmiennym. W pierwszych projektach lampę żarzyłem napięciem zmiennym z transformatora, które było redukowane do odpowiedniej wartości za pomocą rezystora redukcyjnego. Później zastosowałem inne rozwiązanie - lampa żarzona jest prądem stałym z tranzystora T2 i T2A (zobacz schemat). Pozwoliło to na pozbycie się kłopotliwego rezystora redukcyjnego i uniknięcie dodatkowych strat mocy wydzielanej na tym rezystorze. Początkowo miałem wątpliwości czy zastosowanie takiego rozwiązania nie pogorszy parametrów wzmacniacza, ale próby praktyczne nie wykazały tego.
Rozwiązanie takie ogranicza nam jednak możliwość regulacji prądu podkładu wzmacniacza mocy, bowiem do zasilania żarzenia potrzeba napięcia 6,3V a prąd żarzenia jest zależny od typu lampy. W przypadku E88CC prąd żarzenia wynosi ok. 300 mA, czyli w jednym kanale wzmacniacza płynie przez tranzystory T1 i T2 (T1A, T2A) prąd 150 mA. Próby praktyczne wykazały, że jest to wystarczający prąd do zasilania większości słuchawek o mocy 100 mW.
Gdy zastosujemy lampę ECC88 prąd żarzenia będzie nieco większy - ok. 360 mA. By podnieść nieco prąd podkładu, można zwiększyć napięcie żarzenia do dopuszczalnego 6,6V.

Uwaga
W tym układzie NIE stosujemy lamp o większej mocy i dużym prądzie żarzenia (jak  rosyjska 6N6P czy podobne) ze względu na ograniczoną wydajność prądową prostownika jednopołówkowego i powielacza. 
Pamiętajmy, że prąd żarzenia lampy jest częścią składową wzmacniacza mocy, stąd zbyt duże obciążenie spowoduje zmianę parametrów wzmacniacza i jego niewłaściwą pracę.
By wzmacniacz pracował z innymi lampami należy zmienić układ zasilania lampy.

 

Jako obudowę wzmacniacza przystosowałem obudowę z zasilacza komputera - płytka drukowana  i lampa idealnie mieści się w w niej. Obudowa z zasilacza 350-watowego ma wiele otworów wentylacyjnych, co ułatwia chłodzenie mocno grzejących się radiatorów i lampy.
Płytę czołową wykonałem z płytki aluminiowej, ale można użyć plastikowej lub nawet grubszego laminatu. 
Obudowę pomalowałem czarnym, matowym lakierem w spray'u. Lakier matowy lepiej kryje drobne nierówności i wady podłoża, tak więc przygotowanie  podłoża do malowania jest mniej pracochłonne.
Transformator zasilający umieszczony jest w w oddzielnej obudowie w wtyczką.

Transformator zasilający

Transformator zasilający powinien mieć moc ok. 15VA, a uzwojenia wydajność prądową nie mniejszą niż 0.5A. Zakres napięcia zasilającego transformatora może mieścić się pomiędzy 18 a 24V w zależności od typu transformatora i napięcia zasilania tranzystorów jakie sobie założymy. 
Transformatory małej mocy mają dość dużą oporność własną uzwojeń, stąd dość duży spadek napięcia wyjściowego pod obciążeniem. Mówi się, że takie transformatory mają "miękką" charakterystykę obciążenia.

Transformatory większej mocy (w naszym przypadku 40VA i więcej mocy) mają bardziej "sztywną" charakterystykę, czyli pod obciążeniem napięcie wyjściowe transformatora nie spada, lub obniża się z niewielkim zakresie. Oczywiście taki transformator bardziej odpowiada naszym potrzebom, ale wtedy jego napięcie wyjściowe powinno wynosić 18-20V.

W przedstawionym modelu użyłem transformatora TS10VA/12V, który przewinąłem drutem o średnicy 0,45 mm na napięcie 24V. Pod obciążeniem napięcie spada do ok. 20-22V. Transformator włożyłem do przystosowanej do jego wymiarów obudowy z wtyczką, (Z64) którą bez problemu można kupić w sklepie z częściami elektronicznymi. Rozwiązanie takie zwiększa bezpieczeństwo projektu, bowiem do obudowy wzmacniacza prowadzone jest niskie napięcie zasilające 20-24V

Niestety, takie rozwiązanie sprawia problemy:
- mało efektywne odprowadzenie ciepła z obudowy,
- zbyt rozgrzany transformator traci nieco na sprawności, tak więc po kilkudziesięciu minutach pracy następuje dalszy spadek napięcia o 1-2V na wyjściu transformatora.

Bardzo dobrze sprawuje się w tym układzie 18-watowy TS18/14, o napięciu wyjściowym 22,5V/0,8A, który mogę śmiało polecić. Ma wystarczające napięcie wyjściowe i odpowiednią wydajność prądową i "średnią" charakterystykę mocy, czyli napięcie obniża się pod wpływem obciążenia w granicach 1,0-1,5V.
Wprawdzie nie mieści się w małej obudowie z wtyczką, ale można go zamontować w nieco większej obudowie wzmacniacza, lub w oddzielnej obudowie i połączyć ze wzmacniaczem przewodem.
Jeżeli zdecydujesz się na przewinięcie posiadanego transformatora tak, by uzyskać wymagane napięcie, musisz pamiętać o tym, że w transformatorach małej mocy napięcie wyjściowe spada pod obciążeniem, tym bardziej, im jest ono większe. Dlatego warto nawinąć kilka dodatkowych zwojów tak, by uzyskać 1-2V więcej od wymaganego. Trafa większej mocy mają niewielkie spadki napięć pod nominalnym obciążeniem, dlatego nawijanie dodatkowych zwojów jest zbędne.

Ale jest też druga strona medalu. Jeżeli transformator będzie miał zbyt wysokie napięcie wyjściowe, to po wyprostowaniu a przed stabilizatorem napięcia będzie zbyt wysokie napięcie, które stabilizator będzie musiał zredukować do wymaganego 18-20V potrzebnego do zasilania tranzystorów mocy. Wiąże się to oczywiście ze stratą mocy i mocnym grzaniem stabilizatora, gdzie w skrajnym  przypadku może pogorszyć się stabilizacja napięcia, co oczywiście jest słyszalne w słuchawkach jako brum pochodzący ze źle odfiltrowanego napięcia zasilania.
Należy także pamiętać, że zbyt wysokie napięcie zasilania powoduje zbyt wysokie napięcie  anodowe w powielaczu i kondensatory elektrolityczne  powielacza, po przekroczeniu napięcia pracy mogą ulec przebiciu. 

Dlatego potrzebne jest takie dobranie napięcia transformatora, by po wyprostowaniu, na wejściu stabilizatora było 4-5V więcej niż na jego wyjściu. Wtedy stabilizator pracuje stabilnie i nie musi redukować nadmiaru napięcia, które zamienia na ciepło. 

Jeżeli zdecydujesz się na wbudowanie transformatora do obudowy przedwzmacniacza, pamiętaj o bardzo dobrej izolacji napięcia sieciowego od obudowy i innych elementów wzmacniacza. 

Należy też pamiętać, że wokół transformatora istnieje zakłócające pole elektromagnetyczne, a luźno złożony rdzeń może powodować przenoszenie drgań mechanicznych na obudowę i wrażliwą na drgania lampę elektronową powodując jej mikrofonowanie. 
Jedyna rada, to odsunąć transformator daleko od płytki (jeżeli to możliwe). Jeżeli transformator brzęczy, to należy ścisnąć rdzeń za pomocą śrub, czy opaski (zależnie od konstrukcji). Warto też zanurzyć go w lakierze bezbarwnym (np. "Nitrolak") by unieruchomić blaszki rdzenia. 
Warto w takim wypadku też izolować go mechanicznie od obudowy, mocując go na miękkich, gumowych podkładkach.

Płytka drukowana


Płytka ma wymiary 10x12 cm. Na płytce mieści się zasilacz wzmacniacza mocy oraz powielacz napięcia anodowego, lampa oraz wzmacniacz mocy.
Napięcie zasilające z transformatora doprowadzamy do złącza śrubowego CON na płytce drukowanej.
Tranzystory oraz stabilizator chłodzone są niewielkimi radiatorami, które rozgrzewają się do temperatury 60-70 st. C. Żarzenie lampy także dodaje nieco ciepła, należy pamiętać o dobrej wentylacji obudowy.
Sygnał wyjściowy do stereofonicznego gniazda słuchawkowego typu "Jack", można prowadzić za pomocą nieco grubszych kabli ekranowanych, ale nie jest to konieczne. Wystarczy cienki kabel głośnikowy, albo po prostu skrętka, czyli dwa skręcone razem przewody.

Lampy mają bardzo wysoką impedancję wejścia, są więc bardzo podatne na różne sygnały zakłócające. Sygnał muzyczny od gniazd wejściowych do potencjometru a potem do wejścia na płytce drukowanej prowadzimy kablem ekranowanym, chociaż sprawdza się także skrętka, a nawet wielożyłowa taśma typu komputerowego, gdzie co druga żyła dołączona jest do masy.
W konstrukcji każdego wzmacniacza bardzo ważne jest, aby nie tworzyć pętli masy. Powstaje wtedy, gdy w różnych punktach masy dołączamy ekrany kabli, masy gniazd wyjściowych, wejściowych itp. Czasem pętla masy tworzy się po podłączeniu interkonektów do drugiego urządzenia (np. odtwarzacza CD). Powstają wtedy zakłócenia słyszalne jako brum sieciowy.
By uniknąć tego typu zakłóceń, stosuje się krótkie i szerokie ścieżki masy oraz jeden punkt wspólny dla mas poszczególnych stopni wzmacniacza. 
Ponieważ pętla może powstać także poprzez metalową obudowę, należy pamiętać o tym, by obudowę z urządzeniem łączyć tylko w jednym punkcie. 
Płytkę wzmacniacza proponuję umieścić w metalowej obudowie. Pozwoli to na uniknięcie wpływu zewnętrznych zakłóceń na wrażliwe obwody wejścia przedwzmacniacza.
Warto, by obudowa potencjometru miała elektryczny kontakt z metalową obudową wzmacniacza. 


Uwaga!
Przebieg ścieżek na płytce i ułożenie elementów na płytce oczywiście może być inne - możliwości są nieograniczone.
Jest to więc tylko jedna z propozycji płytki drukowanej. 

Uruchomienie wzmacniacza

Podczas lutowania elementów należy sprawdzić czy montowane są zgodnie z rysunkiem płytki - dotyczy to szczególnie elektrolitów i diod prostowniczych.
Podczas prób wejście wzmacniacza zwieramy do masy skręcając potencjometr na minimum. Jest to ważne, bowiem podczas uruchamiania i prób wzmacniacza łatwo może dojść do wzbudzenia się wzmacniacza i uszkodzenia tranzystorów.
Tranzystory także łatwo uszkodzić podając zbyt wysokie napięcie na bramki G. Zdarza się to np.  podczas lutowania, gdy lutownica ma wysokie napięcie na grocie, bo nie jest właściwie uziemiona.
Nie wkładając jeszcze lampy, włączamy zasilanie i sprawdzamy napięcie anodowe. Powinno być w granicach 80-95V a nie powinno przekraczać 100V. Wyższe napięcie może spowodować przebicie kondensatorów C109...C111. Napięcie stabilizowane zasilające tranzystory mocy powinno mieścić się w przedziale 18-20V, zgodnie z użytym stabilizatorem. Napięcie polaryzacji bramki tranzystorów T1 i T1A powinno mieścić się w granicach 15-16V i powinno być jednakowe w obu kanałach.

Po pomiarach  wkładamy lampę. Mierzymy napięcie żarzenia lampy (punkt pomiarowy Pp). 
Jeżeli się różni od żądanego 6,3-6,6V, doprowadzamy do właściwego postępując kolejno: 
- za pomocą potencjometrów P1 (jeden kanał) i P1A (drugi kanał) wstępnie ustalamy napięcie tak, by w punktach Pp1 i Pp2 było ok. 7 - 7,2 V,
- mierzymy napięcie w punkcie Pp. W tym właśnie punkcie napięcie jest właściwym napięciem żarzenia lampy (6,3V) 
- jeżeli napięcie punkcie Pp jest inne niż żądane 6,3V, kręcąc potencjometrami P1 i P1A zwiększamy/zmniejszamy napięcie tak, by uzyskać zbliżone do 6,3V,
- sprawdzamy punkty pomiarowe Pp1 i Pp2, czy napięcia w tych punktach są JEDNAKOWE, co oznacza, że prądy podkładu w kanale lewym i prawym wzmacniacza mocy są też jednakowe.
Będzie to proste, jeżeli zrozumiesz ideę punktów pomiarowych Pp oraz Pp1 i Pp2.  
Spróbuję to wyjaśnić. 
Wartość napięcia w punkcie Pp ma być zbliżona do 6,3V. Z kolei napięcie w punktach pomiarowych Pp1 i Pp2 będzie wyższe od żądanego 6,3V o spadek napięcia na rezystorach R9 i R9A. Nie jest istotne o ile napięcie będzie wyższe, istotne jest, by napięcie w tych punktach (Pp1, Pp2) było jednakowe - świadczyć to będzie o tym, że w obu kanałach płynie jednakowy prąd podkładu. 
Rezystory R9 i R9A pełnią tutaj rolę wyłącznie rezystorów pomiarowych, potrzebnych do ustalenia jednakowej wartości prądu podkładu w obu kanałach wzmacniacza mocy. Dlatego ważne jest, by oba miały jednakową wartość (najlepiej z tolerancją 1%), bo od tego zależy dokładność pomiaru i tym samym ustalenie czy w obu kanałach płyną jednakowe prądy podkładu.
Sprawdzamy jeszcze spadek napięcia na rezystorach katodowych triod R4, R4A -  powinien być nieco niższy niż 1V i w obu kanałach zbliżony. Niewielka różnica wartości napięcia pomiędzy kanałami wynika z różnych parametrów triod. Niestety, lampy nie słyną z powtarzalności parametrów, ale kilka procent różnicy nie istotne dla jakości dźwięku. Ale zbyt duża różnica świadczy albo o uszkodzeniu lampy, albo o niewłaściwym montażu elementów.

Radiatory

Tranzystory T1 i T1A (radiator z prawej) przykręcone są bezpośrednio do radiatora, ponieważ na obu tranzystorach jest jednakowy potencjał. 
Tranzystory należy posmarować pastą silikonową w celu lepszego przekazywania ciepła do radiatora.
Tranzystory T2 i T2A koniecznie należy odizolować od siebie, ponieważ mają różny potencjał. 
Na zdjęciu tego nie widać (środkowy radiator), ale tranzystory te odizolowane są od siebie podkładkami i specjalnymi wkrętami z izolacją. 
Jeżeli nie mamy podkładek i wkrętów z izolacją, można użyć dwa oddzielne radiatory.
Radiator z lewej strony płytki chłodzi stabilizator napięcia - tutaj jest to LM 317, ale w innej wersji płytki używam 7818.
Radiatory dość mocno się grzeją, ale nadmierne grzanie może świadczyć o tym, że radiatory są zbyt małe (lub uszkodzony wzmacniacz). 
Temperatura radiatorów 60-70 st. C jest całkowicie dopuszczalna. 
Ze względu na sporą ilość wydzielanego ciepła należy pamiętać o dobrej wentylacji obudowy.   

 

 

Wykaz elementów (wersja pierwsza, zasilanie pojedyncze 20-24V)

Zasilacz

D1-D4 - diody prostownicze 1A np. 4007
D5 - dowolna dioda LED
C101, C102 - 2200-3300uF/35V,
C103, 107 - 100nF/63V,
C104, C105 - 1000uF/63V,
C106 - 22uF/25V,
C108 - 470-1000uF/25V,
C109, C110 - 1000uF/100V,
C111 - 100nF/100V,
R101 - 5-7k, dobrać, by uzyskać odpowiednią jasność świecenia LED
R102 - 240R,
R103 - 2-3k  (dobrać, by uzyskać odpowiednie napięcie stabilizowane stabilizatora LM317),
R104 - 1k
R105 - 100k,
Stabilizator - LM317 
TR - transformator sieciowy 15-20VA, 230/22-24V/ 0,7-1A,
W - wyłącznik sieciowy,
B - bezpiecznik 0,5A
CON - zacisk śrubowy do druku (np. ARK, CZM) 

Wzmacniacz 

P- potencjometr stereo - 2x50k,
P1, P1A  - miniaturowy potencjometr montażowy 50k,
C1, C1A - 0.47uF/100V foliowy MKT,
C2, C2A - 470-1000uF/25V
C3, C3A - 1uF/63V foliowy
R1, R1A -  40k,
R2, R2A - 40k,
R3, R3A - 1k
R4, R4A - 250-300R,
R5, R5A -10-12k,
R6, R6A - 10-20k (dobrać by uzyskać odp. napięcie polaryzacji),
R7, R7A - 100k,
R8, R8A - 10k,
R12, R12A - 20k,
R9, R9A - 2 - 5R/0,5W, 1%,
R10, R10A - 50-100R,
R11, R11A - 1k,
T1, T2, T1A, T2A - IRF 510-540, IRF 610-640, BUZ11, BUZ 10, lub podobny. Tranzystory IRF 510 i 610 mają małą pojemność wejściową, więc pasmo przenoszenia wzmacniacza jest nieco szersze, przy sterowaniu lampą, która ma w tym układzie (WK) wysoką impedancję wyjścia.
L- trioda E88CC, ECC88 lub odpowiednik wraz z podstawką noval, przystosowaną do druku.

Jeżeli nie podano inaczej, wszystkie rezystory 0.25W. Jeżeli nie dysponujemy rezystorami o tolerancji wartości 1%, należy dobierać jednakową wartość parami dla obu kanałów.

 Powyższy artykuł ukazał się w miesięczniku Elektronika dla Wszystkich nr 1/2010 

 

Zmiany, ulepszenia

Zbudowałem kilka wersji tej hybrydy, różniące się pewnymi rozwiązaniami tak w samym wzmacniaczu, jak i układzie zasilającym
Przede wszystkim, przebudowałem układ zasilający tego wzmacniacza i muszę powiedzieć, że przyniósł on nadspodziewanie dużą  poprawę dźwięku. 
W kolejnej wersji zbudowałem dwa oddzielne kanały, gdzie każda  lampa w kanale pracując w układzie WK-WA,  steruje końcówką mocy. Zwiększyła się moc wzmacniacza (w porównaniu do wersji pierwszej) a i prezentacja dźwięku uległa zmianie. Poprawiła się, znacznie charakterystyka pasma przenoszenia.

Testując wzmacniacz, stosowałem lampy E88CC różnych producentów, a także jej odpowiedniki, jak ECC88, rosyjską 6N23P, czy nawet 6922.
Zbudowałem nawet wersję tej hybrydy z inną lampą - ECC82. 
Czasem wpływ samej lampy był bardziej wyraźny, czasem mniej. Która lepsza - trudno ocenić, bowiem nie zawsze wrażenia słuchowe były miarodajne. 

Ważną rolę w kształtowaniu dźwięku mają kondensatory, warto więc poeksperymentować stosując różne pojemności i porównując kondensatory różnych producentów. Znaczące są kondensatory C1 i C2, mniejszą rolę odgrywa C3.

Ale nic nie stoi na przeszkodzie, abyś eksperymentował we własnym zakresie i odkrywał nowe możliwości tego wzmacniacza.

W pierwotnym projekcie (opisanym powyżej), do zasilania wzmacniacza użyłem transformatora w pojedynczym uzwojeniem wtórnym a zasilanie odbywało się za pomocą powielacza i prostownika jednopołówkowego.

By poprawić zasilanie, na bardziej wydajne, w kolejnych wersjach wzmacniacza, zastosowałem prostowanie pełnookresowe. Do tego celu użyłem transformatora z uzwojeniem wtórnym symetrycznym, 2 x 18V.

Przy takim sposobie  zasilania po powieleniu uzyskałem napięcie anodowe ok. 110-120 V.

Schemat nowego zasilacza pełnookresowego.
(Schemat wzmacniacza został bez zmian)

Elementy:
C101-C104 -680-1000 uF/100V,
C105- 470-1000 uF/250V (160V),
C106 - 470 uF/250V (160V),
C107 - 100nF/250V,
C108-C109 - 1000-2200 uF/35V,
C110, C112 - 100 nF/63V,
C111-22-50 uF/16V,
C113 - 470-1000 uF/35V,
D1-D8 - diody prostownicze na min 100V, np. 4004,
LED - dowolna LED,
R101 - kilka omów,
R102 - 2-4k, dobrać do jasności świecenia LED,
R103 - 240 omów,
R104 ok. 2k, dobrać by uzyskać 17- 18V na wyjściu LM317,
R105 - 08-1k,
R106 - 100-150k,
TR - transformator w wyjściem symetrycznym 2 x 18V/1A,
Stabilizator - LM 317/1,5A.


Jedna z wersji płytek wzmacniacza z zasilaniem pełnookresowym.

W tej wersji tranzystory mocy przymocowane są do oddzielnego radiatora każdy. Można zastosować jeden, długi radiator.
Poprawi to chłodzenie tranzystorów w zamkniętej obudowie wzmacniacza.
LM uzyskał też inny, większy radiator.
Większa jest też płytka: 115x145 mm.

Dlaczego tak upieram się na zasilaniu anodowym uzyskanym z powielacza napięcia, a nie zastosuję po prostu transformatora na wysokie napięcie?
Stosowałem. 
Ale po wielu  porównaniach stwierdziłem, iż dźwięk z układu z powielaczem bardziej mi się podoba.

Płytki w pdf:
- szara płytka, z elementami,
- czarna płytka wydruk do termotransferu.

Należy używać tylko i wyłącznie oryginalnego tonera w drukarce laserowej, bowiem wszelkie zamienniki dają mniej lub bardziej szary wydruk ścieżek na papierze do termotransferu.

Pomiary

Warto pomierzyć parametry wzmacniacza, jak pasmo przenoszenia, charakterystykę częstotliwościową, czy impedancję wewnętrzną.

Zmierzyłem pasmo przenoszenia w wersji z C2, C2A=1000 uF, wynosi 10-12 Hz-34 kHz. (-3 dB)

Po dłuższym okresie odsłuchów, zmniejszyłem pojemność C2, C2A o 1/3, dzięki czemu bas zyskał na większej kontroli, chociaż pasmo u dołu nieco się zmniejszyło i obecnie wynosi ok. 18-22 Hz.
Warto eksperymentować z mniejszą pojemnością kondensatorów wyjściowych, bowiem zalecane 1000 uF często powoduje, że niskie tony są nieco rozmyte, czasem wręcz dominują. Zależy to jednak od typu słuchawek, naszych indywidualnych oczekiwań (niektórzy uwielbiają dominujący bas), a także od jakości kondensatorów wyjściowych (u mnie zostały ELNA Silmic II, ale inne też były dobre, wybór to sprawa indywidualna).

Ważną rolę w jakości dźwięku odgrywa także kondensator międzystopniowy, C1, C1A. Stosowałem kondensatory międzystopniowe  różnych producentów, oceniając jakość dźwięku.
Subiektywnie oceniając, różnica jest, często uderzająca, szczególnie w jakości tonów wyższych, przestrzeni, wyrazistości dźwięku itp. ale ciągle powtarzam - jest to sprawa indywidualna. I do tego ocena jakości dźwięku zależy też od otoczenia - źródła sygału, jakości nagrania, rodzaju słuchawek, naszych wymagań...
Zabawa z wymianą kondensatorów (i innych elementów np. lampy, tranzystorów), jest dość kosztowna, szczególnie jeśli stosujemy produkty z wyższej półki cenowej znanych producentów, więc do tego trzeba dojrzeć (przynajmniej finansowo...:)). 


W prosty sposób można zmierzyć impedancję wewnętrzną wzmacniacza.  Można zrobić to za pomocą oscyloskopu lub multimetru (woltomierza).

Na wejście wzmacniacza podajemy sygnał z generatora (sinus) np. o częstotliwości 1 kHz. Na wyjście słuchawkowe podłączamy rezystory o impedancji zbliżonej do impedancji słuchawek - np. 33 omy. Podłączmy oscyloskop do wyjścia (do rezystora). 
Gałkę głośności ustawiamy tak, by sygnał na wyjściu nie był przesterowany.
Mierzymy napięcie wyjściowe wzmacniacza obciążonego rezystorem i nie obciążonego. 

Impedancję wyjściową obliczamy ze wzoru: 

Rwy = Rob * (V1-V2/V2)

gdzie: Rw - impedancja wewnętrzna wzmacniacza, Rob - obciążenie wzmacniacza (tutaj np. 33 omy), V1 - napięcie na wyjściu wzmacniacza nie obciążonego,
V2 - napięcie na wyjściu wzmacniacza obciążonego.

W moim, konkretnym przypadku  impedancja wyjściowa wynosi ok. 3 omów.

Podobnie możemy mierzyć za pomocą multimetru, z tym że większość multimetrów cyfrowych mierzy z małą dokładnością napięcia o częstotliwości większej niż podanej przez producenta multimetru (np. powyżej 100 Hz). 
Do pomiarów trzeba więc użyć sygnału z generatora o niższej częstotliwości. 
Jako sygnału pomiarowego można użyć niskiego napięcia zmiennego o częstotliwości 50 Hz  wprost z jakiegoś transformatora zasilającego (nie więcej niż kilka volt, by nie przesterować wzmacniacza).

Kolejna wersja wzmacniacza

Wersja płytki dostosowana do dużych kondensatorów i dużego radiatora, do którego przykręcone są tranzystory i stabilizator LM317.
Wzmacniacz zasilany z mocnego, 60-watowego transformatora o napięciu wyjściowym 2 x 18V. Rezystory o tolerancji 1%. 
Kluczowe kondensatory - znanych marek, dobrane metodą prób do konkretnego modelu słuchawek, w celu uzyskania satysfakcjonującego dźwięku.

Po latach eksploatacji:
Po 5 latach eksploatacji wzmacniacz pomierzyłem. Parametry - napięcie pracy, żarzenia i pasmo przenoszenia praktycznie bez zmian.
Nie ma brumu, szumu, wzmacniacz nie wzbudza się.
Mimo intensywnego użytkowania, lampa trzyma parametry.

 
Wersja z dwoma lampami
Od Andrzeja J dostałem do wykorzystania obudowę jego projektu i wykonania, postanowiłem sprawdzić wzmacniacz hybrydowy jak w poprzednich projektach, lecz w przedwzmacniaczu dwie, samodzielne lampy.

Wykonałem dwie wersje, jedną w lampami E88CC w układzie WK-WA (wspólna katoda na wejściu, wtórnik na wyjściu). Pasmo przenoszenia jest bardzo szerokie 16 Hz-220 kHz. Tak szerokie pasmo przenoszenia (u góry) uzyskuje się, gdy na wyjściu przedwzmacniacza pracuje wtórnik anodowy (jak tutaj), ponieważ tranzystory MOSFET wymagają sterowania niskimi impedancjami, ze względu na ich sporą pojemność wejściową.

Druga wersja jest na pojedynczych triodach małej mocy - EC86. Jest to trioda rzadko stosowana, ale spotyka się ją we wzmacniaczach wysokiej klasy.

Typowe napięcie anodowe - 175V, nachylenie charakterystyki 14 mA/V, prąd anodowy 12 mA, wzmocnienie 68. Prąd żarzenia 200 mA.

Pasmo przenoszenia wzmacniacza jest niższe - 18 Hz-35 kHz, bowiem przedwzmacniacz pracuje tylko w układzie ze wspólną katodą (EC86 to pojedyncza trioda w bańce).

Ponieważ płytka drukowana jest przystosowana do tej konkretnej obudowy, nie podaję jej rysunku.


 

Sławomir Węgrzyn wprowadził wiele ulepszeń do projektu hybrydy. Eksperymentował też z różnymi rozwiązaniami układu. 
Zobacz na jego stronę: http://www.bsw.republika.pl/wzmacniacz_sluchawkowy.html 

Warto też zapoznać się z jego innymi projektami urządzeń, nie tylko elektronicznych

Bibliografia

Bezpieczeństwo:

Zanim zaczniesz pracować z wysokimi napięciami, poczytaj o skutkach działania prądu na organizm człowieka na stronie "Bezpiecznie!"

Urządzenia elektroniczne zwykle są zasilane z sieci 230V. 
Napięcie sieciowe jest niebezpieczne, dlatego stosuj przemyślane rozwiązania swoich konstrukcji tak, by nie narazić siebie i innych użytkowników na porażenie prądem elektrycznym! 
 

Bądź ostrożny! Zawsze pracuj uważnie i z wyobraźnią.

We wzmacniaczu występują wysokie napięcia. Wszelkich regulacji dokonuj przy wyłączonym zasilaniu i po rozładowaniu kondensatorów wysokonapięciowych!

Lampy i niektóre elementy rozgrzewają się do wysokiej temperatury.  Łatwo o poparzenie!


moje projekty  >> nie tylko lampowe >
  I bezpiecznie! I zasilacz preampa I wzmacniacz na LM I hybryda słuchawkowa I opóźniacz I ładowarka I podstawki I pomiary oscyloskopem I płytka drukowana I różne I porady I  


powrót do góry >

I strona główna I audio-retro I moje projekty I w wolnym czasie I warto odwiedzić I  

©  2000 - 2012 | Projekt strony: S.C.  |  Wszelkie prawa zastrzeżone