Frekvenční odezva výstupního transformátoru V29A06F...

Před lety jsem měřil [indukčnost] kvůli SPICE simulaci. V29A06F použitý v [zesilovači] slouží dobře a nemám k němu žádné výhrady viz [měření] signálu na tomto výstupním transformátoru. 

Měření frevenční odezvy porovnáme s [měřením] od výrobce [datasheet] s popisem a rozměry.

Měření

– jako zátěž připojen 8Ω reproduktor

– primární část buzená 5V interním generátorem osciloskopu Rigol DHO924S, snímá CH1

– sekundární část připojená do CH2 diferenciální sondou

– měření v rozsahu 10Hz – 100kHz

Jak vypadá měření při buzení 5V na osciloskopu s podporou Bode plot

    Při nastavení 300 bodů reálně provede 1200měření, která exportuje do CSV souboru pro další zpracování. Měření nějakou dobu trvá, ale víc měření zvyšuje pravděpodobnost, že na průběhu uvidíme případný problém s rezonancí.

Pro zajímavost srovnejte tato měření s jiným výstupním transformátorem [VT42] určeného pro zesilovače třídy A do 5W.

Frekvenční odezva výstupního transformátoru VT42 RedStone...

foto eshop prodejce [1][2]

[datasheet] uvádí frekvenční charakteristiku pro pokles 3dB v rozsahu 30Hz - 19500Hz

Měření

– jako zátěž připojen 8Ω reproduktor

– primární část buzená 5V interním generátorem osciloskopu Rigol DHO924S, snímá CH1

– sekundární část připojená do CH2 diferenciální sondou

– měření v rozsahu 10Hz – 100kHz

Měření na obrazovce osiloskopu

    Při nastavení 300 bodů měření uloží do CSV souboru 1200 měřících bodů.

Pro zajímavost srovnejte tato měření s jiným výstupním transformátorem [V29A06F] určeného pro push-pull zesilovače do 15W.

Hybridní předzesilovač 15dB...

Hybridní proto, že kombinuje tranzistor JFET v prvním stupni zesilovače s elektronkou ve druhém stupni.

LTSpice [model] ke stažení

datasheet [2SK117BL] [12AX7]

[měření]

    Použití JFET tranzistoru v kombinaci s elektronkou se přímo nabízí, protože samotný JFET funguje velmi podobně jako elektronka. Také v „sobě obsahuje diodu“ a proud elektronů řídíme záporným napětím přivedeným na gate JFET tranzistoru (nebo na mřížku elektronky).

    Je tranzistor 2SK117 vhodný pro toto použití. Záleží na tom, jak moc šumí tranzistor, který má od výrobce uvedeno „low noise“ speciál pro nízkofrekvenčí aplikace. (Je to hodně drahý tranzistor, v maloobchodě zhruba za 35korun!)

MV Audio Lab provedl [měření], zajímavá je i podobná dokumentace, jak měřili[1].

    Deska od [jimsaudio.com] předpokládáné zkreslení je 0.005% THD při výstupu 1Vrms a 0.008% THD při výstupu 2Vrms. Je třeba to postavit a změřit.

    Důvod stavby tohoto předzesilovače – koncový zesilovač bude polovodičový a předzesilovač bych chtěl využít tento.

 Zisk celého řešení je lehce nad 15dB, tj. vstupní signál zesílí zhruba 6×

Limitace

    Pokud bude amplituda vstupního signálu do 2V, bude výstup v plném rozsahu bez limitace, nad 2V již začne JFET ořezávat signál a narůstá zkreslení.

    Na vstupu je tranzistor, při přebuzení vstupu začne limitovat. Říká se, že poslouchat přebuzený tranzistorový zesilovač je pro lidi výrazně méně příjemné než poslech přebuzeného zesilovače elektronkového. A že je to pravda, potvrdí každý kytarista, který má elektronky ve svém kombu.

    Proč tomu tak je? Představme si opravdu velkou amplitudu sinusového signálu, který vstupuje do zesilovacího stupně s tranzistorem. Tranzistor limituje, protože nemůže mít na výstupu vyšší napětí než je napájecí napětí – ořízne signál – sinusoidě uřízne kopečky a vzniká zhruba obdélnikový průběh[2].   

    Tranzistor v limitaci generuje liché vyšší harmonické složky signálu, které jsou působí pro ucho velmi rušivě. Elektronka v limitaci přidává sudé vyšší harmonické složky a ty jsou pro lidi poslouchatelné a působí příjemně.

    Zkuste [online generátor], můžete do čisté sinusoidy přidat liché nebo sudé harmonické složky případně posoudit jak se mění zvuk nástroje s přibývajícími vyšími harmonickými složkami.

[online generátor]

Předzesilovač ke gramofonu...

Proč potřebuje gramofon předzesilovač

        Běžná gramofonová magnetodynamická přenoska[1] může mít výstupní napětí 0,15–5mV (obvykle 3–5mV) a tento slabý signál potřebujeme zesílit na úroveň linkového výstupu[2], který se pohybuje okolo 1V. Teprve „předzesílený“ signál můžeme připojit do linkového vstupu (AUX) běžného zesilovače. Podrobnější popis konstrukce přenosky viz [3].

     Slabý signál gramofonové přenosky nestačí pouze dokonale zesílit, je nutné provést i korekci, kdy „přidáme basy a ubereme výšky,“ a je to potřeba udělat hodně přesně. Průběh potřebné korekce popisuje křivka RIAA a nejedná se o malou úpravu průběhu zvuku např. basovou frekvenci 20Hz zesílíme 10× a výškovou frekvenci 20kHz musíme 10× zeslabit. Bez této korekce by nám deska při přehrávání zněla velmi podivně.

        Gramofon má obvykle zabudovaný předzesilovač, u mnohých gramofonů se dá vypnout; prodávájí se i zařízení bez předzesilovače. Pokud mám k dispozici koncový zesilovač zcela analogový/elektronkový, dává smysl, aby mezi gramofonovou přenoskou a koncovým zesilovačem nebyl žádný polovodičový prvek.

[model] LT Spice

triody X1, X2 jsou dva stupně zesilovače

X3 slouží jako katodový sledovač

pro snížení výstupní impedance

(EAR834)

PCB z [ebay] za 10€

není 12AX7 jako 12AX7,

zajímavé, že nejlépe vychází

slovenský výrobce JJ

viz [recenze]

Kompletní realizaci a měření přidám později viz [].

Použitelné řešení bez elektronek [model] LT Spice.

Krátce o [RIAA ekvalizaci] – nahrávací křivka RIAA

    Kolem roku 1953 Americká asociace nahrávacího průmyslu (RIAA) standardizovala způsob nahrávání gramofonových desek. Křivka RIAA je audio filtr upravující frekvence při nahrávání vinylové desky, který má v zesilovači opačný průběh a tak při přehrávání koriguje zvuk takovým způsobem, že si to posluchač neuvědomuje.

    Na desce je zvuk uložen tak, že nízké frekvence mají sníženou intenzitu a vysoké frekvence jsou zesíleny. Přináší to dvě výhody (delší záznam a snížení šumu) a jednu teoretickou nevýhodu (zvýšená citlivost na rušení hlukem motoru).

    Zeslabením basů se na desku se vejde delší záznam. Čím jsou v hudbě hlasitější basy, tím širší musí být drážka na desce. Snížením hlasitosti/intenzity basových frekvencí mohou být drážky užší a na desku se vejde víc – při 33rpm je to 22min záznamu.  

    Proč ale zesilovat vyšší frekvence? Vždyť zesílením vysokých frekvencí se zvýší nežádoucí vysokofrekvenční syčení a praskání při záznamu. Bez ohledu na to, jaký zvuk gramofonová jehla přehrává, syčení a praskání má teoreticky stejnou hlasitost. Samotný materiál, do kterého se prvotní záznam ryje/frézuje má nějakou zrnitost, která způsobuje rušení. Zesílením vysokých frekvencí při záznamu tyto všechny tyto nežádoucí zvuky přehlušíme. 

Dosáhneme vyššího odstupu signálu od šumu. 

    Během přehrávání, budou vysoké frekvence zeslabeny zpět na jejich správnou hlasitost. Tím jsou nežádoucí zvuky – které byly také zesíleny, ale ve srovnání s hudbou jsou výrazně tišší – sníženy zpět na nižší hlasitost a tak se dostanou na téměř šumovou úroveň a v ní mizí.

    U nízkofrekvenčního šumu nastává pravý opak. Protože hudební záznam má snížené a následně zesílené basové frekvence, zesílí se s nimi i hlasitost hnacího mechanismu gramofonu. Mechanismus pohonu vibruje při nízké frekvenci, kterou bude slyšet při přehrávání. Moderní gramofony tímto neduhem netrpí.

    Pozor! Existuje větší množství standardů historicky používaných a pokud bychom chtěli přehrát desku nahranou v jiné ekvalizaci než RIAA bude potřeba změnit korekci – pro digitalizaci starých vinylů nebo šelaků je lepší nahrát výstup z přenosky bez korekcí použitím zcela přesného předzesilovače – a vlastní korekce provést až v počítači. A že těch standardů není málo Columbia, CCIR, TELDEC... viz [časové konstanty].  Korekční křivky je popsána třemi body průběhu (časové konstanty), z nich spočteme průběh křivky, která popisuje frekvenční charakteristiku filtru, který musíme postavit.

Další čtení:

– návrh elektronového předzesilovače pro gramofon [pdf][pdf][pdf]

– The Tube Preamp CookBook [pdf]

– gramo předzesilovače [stručně]

– řešení s polovodiči [web] [web]

– modelování křivky [RIAA a Spice]

Existuje levný, tedy cenově dostupný elektronkový zesilovač?

[fotky]

Hraje to skvěle a stojí to málo. Je to možné? Odpověď najdeme po troše listování se starých publikacích. Původ schématu jsem našel v katalogu vydanému k americkým výstupním transformátorům Dynaco[*]. 

Dnes je deska k dispozici za osm dolarů na [ebay] "Ultra-linear push-pull 6SL7 +6V6 Tube Power Amplifier" na desce je napsáno ZERO ZONE 6SL7+6V6. Pozor! Na Aliexpresu se dá potkat velmi podobná deska bez označení, nazvaná – Dynaco low noise – která používá kombinaci elektronek 12AX7 a EL84, je u ní stejné schéma s poznámkou, že nepoužívá ultralineární zapojení[?].

schéma a model pro LTSpice [ke stažení] (reálné HV=230V)

1kHz sinus, měřeno v rozsahu do 30kHz – vstup 300mV 

přiblížení 1kHz sinus do 7.5kHz 

spektrální analyzátor [HP3585A] a generátor SDG2042X

Další [měření] reálného zesilovače, srovnání se simulací, vliv žhavení na kvalitu...

Elektronky

    Od SOVTEKu. Ruská verze dvojité triody 6SL7GT je 6N9S (pozor při hledání - v azbuce je to 6H9C) vyjde na 150 korun kus. Potřebujeme dva.  Výstupní svazková tetroda 6V6GT je v ruské verzi 6П6С/6P6S v páru[1] asi 600 korun. Potřebuje dva páry. Zbývá hrst rezistorů a kondenzátorů. Český [hadex] dodal 400V kondezátory.

Výstupní transformátory

    Push-pull 15W output transformer – celá dvojice se dá najít v ceně kolem patnácti stovek na [ebay] nebo [aliexpress], ale musíte číhat. Já jsem měl v šuplíku jeden pár pěkných britských[2]. Pozor, aby bylo vyvedeno vinutí umožňující ultralineární zapojení.

Napájení

    Kompletně vyřešené napájení dvěma transformátory 230/27V 4A 108VA z [hezkyden], kde mají po stovce za kus. Žhavení pro elektronky řeší step-down měnič [SZKB07] s omezením maximálního proudu na 2.6A, abychom zamezili proudové špičce při zapnutí. Víc o měniči SZKB07 viz [4].

Včetně dvou usměrňovacích můstků a vyhlazovacích kondenzátorů vše za 500 korun.  

Blahodárné podžhavení elektronek na 5.3V

Elektronky mají žhavící napětí 6.3V[**]. 

Podžhavením elektronek na 5.3V redukujeme [intermodulační zkreslení] a prodlužujeme jejich životnost.

Jak vypadá 10kHz obdélníkový signál v závislosti na žhavícím napětí.

10kHz 6.3V

10kHz 5.3V (použito pro zesilovač)

10kHz 4.3V

10kHz 3.3V

Kvalita

    Věřím, že nic levnější v push-pull verzi postavit nelze a přitom je výsledek opravdu skvělý. Nejsem první, kdo na to přišel viz [5]. Zesilovač má tak dobrý zvuk, že si můžete dokonce dovolit připojit sluchátka. Pochopitelně s adekvátním utlumením. Vše bez brumu bez rušení. Prostě dokonalý zvuk.

Cena

    Proč se vlastně zabývám cenou takového zařízení?  Dostal jsem několik dotazů z kontaktního formuláře – jestli ten zesilovač musí stát sedm tisíc, jestli to prý nejde levněji. 

Odpověď tedy zní; ano, lze postavit dobře hrající zesilovač z dílů za pět tisíc korun. 

    Dobrá, nechcete elektronkový? Hledáte nejlevnější tranzistorový zesilovač na trhu, který hraje ještě slušně hraje – tohle je minimum –> Pro-Ject Amp Box S2 [6].

Aktualizace leden 2022

    Elektronky v prvním stupni jsem vyměnil za 6L7 od JJ[7]. Racionální důvod pro to nebyl, možná vzhled.

---

*Katalog Dynaco; strana dvě, obrázek číslo tři – [Brožura] má poštovní razítko z roku 1956 a je zajímavá. Naše schéma je uvedeno pro použití s výstupním transformátorem Dynaco A-410. V katalogu výstupních transformátorů [Acrosound] na str. 9 velmi podobné zapojení.

** časopis Elektronik 2/1949 str. 39 viz [Škodí podžhavování elektronkám?]; textový přepis viz [7]. Lze snížit na 5.3V, protože anodové napětí opravdu stačí jen 230V. Zajímavý je vliv žhavení na zkreslení[8].

Indukčnost push-pull výstupního transformátoru...

Dostupný výstupní transformátor pro push-pull elektronkové zesilovače V29A06F, na ebay.com je vždy pár kusů k dispozici.

Existují jiné možnosti? 

– Pokud hledáte to nejlevnější, co lze pro, tak existuje VT40 pro zesilovač třídy A. Výstupní transformátory VT40/VT42 [datasheet] nabízí např. Retroraj.cz[1]. Očekávaný výkon je do 10W. Používám v mém první zesilovači[2] a funguje dobře.

– Nejlepší poměr cena/výkon vycházel OTR-40W-2, pěkný tříkilový masek, který zvládne hrát 40W. Žel to vypadá, že se již nevyrábí. Je to nejlepší výstupní transformátor, jaký aktivně používám [3].

Něco dalšího? Ano, naviňte si vlastní.

[pdf kniha]  Problematiku výstupních transformátorů velmi podobně mapuje kniha Výstupní transformátory; Luboš Slezák; Praha 1964

Indukčnost push-pull výstupního transformátoru...

K samotnému měření. Důvod byl, že pro simulaci v LTSpice, při nastavení cívek je třeba znát indukčnosti a vzájemné vazby. Můj jednoduchý LC metr měří vysoké a malé indukčnosti s chybou 5%, pouze ty mezi 1μH–1H umí přesností 1%. Měření může vypadat jako pouze orientační, ale jakékoli zpřesnění pro simulaci má smysl – Vzhledem k tomu, že jsme doposud používal při simulacích nastavení na primární straně typicky 50H/seriová rezistance 60Ω/paralelní kapacitance 240pF a na sekundární straně 470μH/sériová rezistance 0.7Ω

naměřené hodnoty

Hledám vazebný koeficient pro simulaci. Použitelné hodnoty:

    K1 L1 L2 L3 L4 L5 0.99

    K1 L1 L2 L3 L4 L5 0.98

Prodejce dodává list s frekvenční odezvou naměřenou na reálném transformátoru. Cílem je ověřit, jestli simulace vrátí srovnatelná data.

Měření ze simulace postupně, obrázek po obrázku.

Elektronkový zesilovač podruhé...

[fotky] aneb ukaž víc baněk

V diskusi na analog fóru [1] se vyskytla zajímavá úprava schématu DIY elektronkového zesilovače s ECF80 na vstupu a dvěma EL84 na výstupu. 

Na ebay.com je deska dostupná za pár stovek, na desce je označení AUDIO NOTE EL84 STEREO AMP (REV-E) 2017. Při hledání pomůže spojení např. "Classic EL84 Stereo Push-Pull Amplifier PCB Hifi Tube Preamplifier Board Kit"

Elektronky

– 2×ECF80 jsem sehnal ve verzi ruské 6Ф1П, je to trioda a pentoda v jedné baňce.

– 4×EL84 od firmy JJ (pořád živá výroba elektronek na Slovensku)

Napájení AC

– dva toroidní transformátory proti sobě 230/12V | 12/230V

– pojistka 800mA 3.15A

Žhavení 6.3VDC

– na 12V výstup prvního transformátoru je připojen usměrňovací můstek, vyhlazovací kondenzátor a step down měnič XL4016 s omezením proudu na 4A (tento). Příliš netopí a nepřenáší žádné slyšitelné rušení. (Běží na 180kHz). Omezení proudu je důležité, protože studené žhavící vlákno má nízký odpor a proudová špička by lehce přesáhla 8A a tyto šoky snižují životnost elektronek.

Výstupní transformátory

– 2×OTR-40W-2, což je výstupní transformátor pro dvojčinný zesilovač třídy AB v ultralineárním zapojení, osazený 2xEL34. S dobrým přenosem nízkých kmitočtů o váze necelé tři kila jeden.

Zvuková karta 

– DAC alespoň 24bit/96kHz

Reproduktory

– jakékoli adekvátní

Spotřeba

Je to push-pull zesilovač, tedy má vyšší účinnost a měl by být energeticky úsporný. Pokud se něco takového vůbec o elektronkách dá říct. Při asi 60W spotřeby dokáže hrát asi 2×15W.

Montáž

Bez nastavení hlasitosti, pouze jako koncový zesilovač. Recyklace vládne všem; zařízení umístěno do prastaré počítačové bedny, protože nebude na očích, ale vestavěné kdesi hluboko za skříní. 

Takže tento zesilovač je opravdu krásný jen uvnitř.

doplněno později:

Náklady

S motorkami se to má tak, že když se v Itálii v průsmyku potká pár chlapů u pěkné motorky, tak se ptají – a jak to jede? Ale v Česku se lidi u motorky ptají – No, a kolik to stojí? A protože jsem dostal několik dotazů na stejné téma, je třeba se vyjádřit.

Reálný náklad byl asi 7000 korun. 

– elektronky 2×ECF80 a 4×EL84 ... 1700,–

– výstupní transformátor 2× OTR-40W-2 ... 2500,–

– deska, součástky, 2× toroidní trafo a měnič na žhavení 2800,–

Elektronkový zesilovač...

Úplně na začátku byla [kniha] s názvem Lampárna aneb co to zkusit s elektronkami od Jaroslava Vlacha. Velmi výživné a dostatečně podrobné čtení ke stavbě elektronkových zesilovačů. Pěkně od začátku – zesilovač třídy A – single ended. Je nejméně úsporný, ale měl by mít minimální zkreslení.

Když jsem zkusil připojit indikátor vybuzení s magickým okem, narazil jsem na problém při poslechu hudby s velkým dynamickým rozsahem ­– buď zobrazí jenom hlasitější pasáže nebo zobrazí tiché a při hlasitějších je pořád naplno. Nejsnazší řešení bylo přidat arduino pro řízení citlivosti. 

Další věc - je to zesilovač třídy A, který má nemalou spotřebu i když zrovna nehraje. Arduino bude řídit usínání a odpojí napájení, když nebude co zesilovat.

Blokový návrh toho, jak by to celé mělo fungovat

Zajímavé je sledovat reálnou spotřebu a proudovou zátěž při žhavení.

Při počátku žhavení protéká žhavícím vláknem velký proud a elektronky tím určitě trpí. Další věc v plánu je řízený zdroj, který tento problém odbourá. Také při zapnutí došlo k poklesu napětí, který restartoval arduino – vyřešeno kondenzátorem na straně napájení arduina a diodou, která znemožní vybití špatným směrem.

zapojení pro jeden kanál

Deska a zapojení. Na ebay.com hledejte "EL34 vacuum tube amplifier single-ended class a hifi stereo amp diy kit 10w x 2". Vyměnil jsem jen vyskonapěťovou napájecí část.

Původní vysokonapěťová část napájení (původní čínský návrh)

Finální verze vysokonapěťového napájení s mosfetem (díky za návrh strýcovi Anubisovi). 

Výstupní transformátor VT40 [datasheet] pořízeno na [retroraj.cz].

Chvíli mně trvalo, než jsem našel tu správnou odbočku na výstupním transformátoru, která slouží jako zpětná vazba.

Schéma použitého indikátoru vybuzení s magickým okem 6E2.

Použitý digitální potenciometr X9C103S.

Spínací relé pro odpojení napájení při usnutí.

,

přidáno 9. září 2021:

Zkušenosti necelém roce provozu

    Dobré je, že i do sluchátek hraje výborně, nebrumí, nešumí. Chybí mně malinko výkon, ale není to způsobeno samotným zesilovačem, ale opravdu malinkými výstupními transformátory, ale nemám v plánu je měnit.

    Zesilovač funguje výborně, ale velmi snadno se přebudí. Test se signálovým generátorem; na výstupu EL34 naměřím pěkný sinus; tedy do výstupního transformátoru jde signál hezký, ale signál na výstupu výstupního transformátoru je zkreslený. Předpokládám, že to souvisí s malinkými výstupními transformátory.

    Díky tomuto zesilovači jsem, ač odkojen heavy metalem, začal poslouchat jazzovou hudbu.

Měření

    Bylo to měření bez zátěže. Na vstup zesilovače byl připojený mobil s aplikací [Function Generator] a na výstupním transformátoru na odbočce 18ohm, kterou používám jako sluchátkový výstup byl připojen osciloskop OWON VDS3102. Jako FFT spektrální analyzátor byl použitý povedený program pro Windows [Visual analyzer], funguje i ve WINE a je dostupný zdarma. Data získává ze zvukové karty a pokud zvuková karte umí vzorkovat na víc než 48kHz, velmi to rozšíří možnosti měření.

ticho – brum 50Hz není ani ve sluchátkách slyšitelný, ale dá se pěkně změřit

Když připojím rezistory 18ohm na výstup, tak špička 50Hz zmizí. Měřím bez zátěže, ať mám jistotu, že tam z toho rušení bude všechno.

1kHz sinus

měřeno na sluchátkovém výstupu

1kHz obdélníkový signál

simulace 

reálné měření

5kHz sinus