Хабрахабр

[Из песочницы] Неканоничный ламповый усилитель

Всем доброго времени суток!

И пришла мне в голову мысль рассказать про свою DIY-поделку. Как-то, холодным тоскливым вечером, почитывал я статью про высококачественный усилитель класса D c Aliexpress. Ниже приведен ворклог об изготовлении очередного-сколько-уже-можно лампового (и не только) усилителя. А вот теперь дошли и руки. Статья изобилует несерьезностью и петросянством, но все же пару, возможно, полезных схем вы здесь сможете найти.

Предупреждения:

  1. ОСТОРОЖНО, трафик! Много картинок.
  2. ОСТОРОЖНО! В представленых схемах используются опасные для жизни напряжения. Воспроизводя приведённые схемы, вы делаете это на свой страх и риск. Автор не несёт ответственности за последствия, наступившие в результате дублирования как всего устройства, так и отдельных его частей.

Сразу уточню:

  • Усилитель не Hi-End и не Hi-Fi, т.к при его производстве не было использовано ни грамма порошковой краски!
  • Я не являюсь приверженцем конфессии душевного, теплового лампового звука. Но лампы так прикольно светятся...
  • На возможные вопросы класса «А зачем вообще?» заготовлен ответ «Потому что хобби».

Повторюсь: весь проект был затеян не ради получения «лампового» звучания, а из-за особой эстетики хорошо сделанных ламповых усилителей. Именно эстетика и стала основой подавляющего большинства возникших проблем. Она же определила конечную стоимость, довольно ощутимо перевалившую за изначальный бюджет: штучное изготовление (в данном случае читай прототипирование) всегда оказывается значительно дороже, чем могло показаться на первый взгляд. Так же сразу хочу отметить, что задача стояла разработать усилитель с нуля, не сводя все к банальному «купил в интеренете набор, запаял и вставил в коробку из-под обуви». В конце-концов, это все-таки DIY-проект, тут должен быть вызов, страдания и желание все бросить куда подальше! Однако вдаваться в крайности тоже не стоит. В теории, можно сделать все совсем без использования покупных изделий, но в данном случае нужны соответствующие инструменты (читай станки), иначе результат может, мягко говоря, разочаровать.
Вопрос лишь в конечной цели. Итак начнем!

Пьеса въ четырехъ актахъ. Героическій эпосъ

Актъ первый. Планированіе

Хорошее планирование – залог меньшего количества итераций от «как я вообще мог такое сделать» до «можно было и лучше, но и так сойдет». Усилитель изначально задумывался для замены стандартным колонкам к компьютеру. Будем честны, просмотр видяшек с умильными котиками под пледом через теплый, ламповый усилитель, конечно и может дополнить картину, но не является рациональным. Что приводит к вполне закономерной идее добросить внутрь усилитель на старых, добрых, твердотельных полупроводниках. И уже по собственному настроению мисье волен будет выбирать, какой из усилителей использовать для прослушивания Dire Straits, а какой для 2Pac. В результате схемотехника несколько усложнилась, но мы же помним про вызов, испытания и всё вот это. В результате получились 4 печатные платы: источник питания, усилитель ламповый, усилитель твердотельный и коммутационная плата. Вроде все просто, едем дальше.

Актъ второй. Дизайнъ

Собственно ради чего весь сыр-бор. Мои изобразительные таланты ограничиваются условно-прямыми линиями исключительно на бумаге в клеточку. Но инженерное образование имеется, так что вооружившись CAD-ом и большим терпением, медленно и со скрипом визуализировал то, что хотелось бы получить в итоге. И да, не удивляйтесь, что сначала идет дизайн корпуса, а не схемотехника, как обычно принято.

Никогда не понимал страсти выставлять всю электронику наружу. Немного про сам корпус и «классический» вид лампового усилителя. Некоторые идут ещё дальше: и, в дополнение ко всему вышеперечисленному, выставляют сверху батарею конденсаторов! Лампы, да, они красивые, горячие и выставить их наружу (даже немного жертвуя помехозащищенностью) не такая уж плохая идея, но прикручивать огромные трансформаторы с Ш-образным сердечником НА верхнюю крышку корпуса – решение достаточно сомнительное. Создается ощущение, что смотришь не на готовое устройство, а на некое подобие макетной платы. Финиш! Хотя, на вкус и цвет все фломастеры разные…

Также для уменьшения габаритов было принято решение использовать тороидальные трансформаторы. Я остановился на использовании корпуса из анодированного и матового алюминия с декоративными накладками из красного дерева (jarrah). Была отрисована практически каждая деталь, после чего все красиво встало на свои места… Металическую базу корпуса, ручки переключателей, ножки — покупные с Aliexpress, остальные планировалось изготовить своими силами.

image

Надо ли говорить, что размеры, данные китайцами в документации, имеют к реальному устройству отношение довольно посредственное. И тут прислали корпус. В чем проблема приложить правильные чертежи, по которым вы изготавливаете деталь? Всегда задавался вопросом: «в Китае все делается на глаз?». Видимо защита от конкурентов. Я понимаю, если бы их вообще не приложили, так нет, они там были, но не правильные!

Почему именно в этой последовательности? Когда стали ясны примерные габариты корпуса, пришёл черёд схемотехники. При весе более 10 кг, габариты составляют 40х30х20 см (со всеми декоративными элементами). Ради компактности. фото ниже). Внутри у него довольно плотненько (см. Размеры печатных плат, высоты компонентов, размещение элементов, всё подбиралось, чертилось в 3D и проверялось на сборке. В результате размер компонентов на платах, как и размеры самих плат, имеют большое значение. Первые пару раз это даже занятно: вот такой я молодец, всё проверил, избежал проблем. Если детали касаются друг друга – возвращаемся на два шага назад, и так до победного. Настоятельно рекомендую всем, кто ещё не, познать азы какой-нибудь из систем, и не пренебрегать этапом моделирования, даже для домашних поделок. Где-то после третьего раза приходит мысль выпить за здоровье разработчиков параметрических САПР. Пришлось заменить на два по 60 Вт (это те, что внутри на боковых стенках). Из крупного, выявленного мною: выяснилось, что сетевой трансформатор на 90 Вт, который изначально вставал идеально, не помещается в корпус (привет китайским чертежам).

Актъ третій. Схемотехника

С ламповой техникой дел никогда не имел, и этим все сказано. Технически, я могу провести аналогии с транзисторами и, в целом, все довольно просто, но не без нюансов. Посветив несколько дней поиску на просторах сети, я остановился на варианте с использованием однотактных выходных каскадов на лампах 6V6GT. Если кому-то очень интересно сравнение разных вариантов выходных каскадов, а также в целом разных классов усилителей, советую почитать здесь. Я выбрал то, что выбрал, и не хочу перегружать текст ненужной информацией.

А серьёзно: помимо отсутствия искажения типа «ступенька» у выходного каскада, они просто теплые. Но не могу не уточнить, что однотактные усилители класса А имеют особую теплоту и глубину звука, особенно на средних часто… тфу, чуть сам не уверовал! Расчетная мощность моего усилителя — порядка 4. Нет, они реально очень теплые, т.к КПД усилителей класса А не превышает 10-15%, остальное уходит на обогрев комнаты. В качестве основы использовал эту схему, но внес некоторые коррективы. 5 Вт. Выглядит очень мило. И, в дополнение к ламповости, конечно же, люминесцентный индикатор типа «магический глаз».

Я предупреждал! С этого момента начинается отборная ересь, по представлениям истинных свидетелей лампового звука, настоятельно рекомендую адептам этой веры пролистать текст, и просто позалипать на фоточки результата.

Твердотельные полупроводниковые приборы имеют большое преимущество (одно из) перед лампами – значительно меньший разброс характеристик. Начем с того, что мне не нравится классический подход к построению ламповых усилителей, подразумевающий использование исключительно пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы, трансформаторы), за исключением самих ламп. Из-за этого часто можно видеть, что лампы выходных каскадов продаются подобранными парами (matched pair) со схожими характеристиками. Две лампы одного наименования, даже выпущенные в одной партии, могут существенно различаться. А после определенной наработки по часам? Но где гарантия, что после прогрева они останутся прежними? В то же время, можно использовать полупроводниковые приборы для нивелирования разброса по параметрам. Слишком много неопределенностей. При этом на звуковой тракт это никак не повлияет, но ток не будет зависить от параметров лампы. Например, вместо стандартного резистора, задающего ток катода, можно использовать источник тока на LM317A. В интернете можно найти варианты подобных решений, так что мой особой оригинальностью не отличается.

image

Усилитель класса AB, для повседневного использования в связке с компьютером – самое оно. Твердотельный усилитель примечателен еще меньше: стандартная микросхема STA540 с минимальной обвязкой. 1, т.е с сабвуфером. Дополнительно предусмотрена возможность напаять на плату активный фильтр и использовать в качестве системы 2. В данном варианте не используется.

image

Вот тут был полный хардкор.
Пойдя наперекор догмам, я решил не только не использовать любимые всеми ламповиками кенотроны, но и в принципе отказаться от линейного источника питания! Напоследок самое веселое – источник питания. Дальше проектирование пошло и вовсе кривой дорожкой. Импульсные источники питания лучше, как в плане эффективности так и в плане габаритов. Дело в том, что контроллер и специально предназначенные для него трансформаторы можно заказать в качестве образцов совершенно бесплатно (с регистрацией, но без смс!). Выбор микросхемы ШИМ контроллера и обратноходового трансформатора выбирался по принципу «за бесплатно попробовать, почему бы и нет?». Ниже – схема источников питания для лампового (+300 В, +285 В, +6 В) и твердотельного (+18 В) усилителей. Это не самый лучший вариант, т.к существуют более стандартные, проверенные контроллеры, а значит и куча проверенных временем схем.

image

Опытный разработчик источников питания может поинтересоваться: а зачем такие извращения? Напряжение с понижающих сетевых трансорматоров выпрямляется, а затем поступает на импульсные преобразователи. В приведённой версии схемы отсутствуют индуктивные фильтры на выходы импульсных источников (добавлены объёмным монтажом). Действительно, можно было бы сразу выпрямить сетевое напряжение и пустить его на преобразователи, но мне хотелось сделать гальваническую развязку с сетью. В следующей версии косяк будет исправлен.

Отчасти это было связано с тем, что последний раз серьезно занимался схемотехникой лет 6 назад. Забегая вперед скажу, что настройка источника питания была самой проблематичной из всех отладочных работ. Но в итоге, частично после танцев с бубном, частично, позадавав глупых вопросов на тематических форумах, нашел решение возникших проблем и всё запустилось!

Актъ четвертый, послѣдній. Сборка

Печатные платы заказывал у китайцев на FirstPCB. Качество приемлемое: шелкография имеет разную толщину, отверстия чуть смещены относительно центра контактных площадок. В целом – не плохо, с учетом стоимости.

Минимальный заказ 5 шт, так что у меня их теперь несколько больше необходимого…

Платы после распаковки:

image

и в спаяном виде:

image

Тест усилителя без корпуса:

image

Ну и куда же без магического глаза:

image

Дело в том, что в наших краях, по неведомой мне причине, очень сложно заказать обработку детали из дерева на 5-ти координатном станке с ЧПУ. Далее корпус. И это при том, что, будучи немного в теме, я проектировал с минимизацией сложности. Просят либо баснословно дорого, либо вообще не делают. Остальные партиями меньше 10 шт не интересуются, хотя их сайты и говорят об услугах прототипирования. Китайцы тоже не помогли: отослав запрос в 8 фирм, получил положительный ответ только с двух. Интересно, зачем это им… Но и две оставшиеся тоже решили не ограничивать себя в цене, и ко всему прочему, попросили фотографии и полный чертеж устройства!

5D и выточить на местном станке с ЧПУ. В итоге пришлось упростить детали практически до 2. С другой же, если к этому присуммировать все те квадратные километры грубой наждачки, которую мне пришлось извести, правя то, что сделали эти ребята… Серьезно, ощущение такое, что они с технологией не знакомы в принципе и использовали стандартные режимы для ДСП, из которой они вытачивают 99% своих заказов. С одной стороны, вышло, относительно остальных, не дорого. А ведь я не жадный, я дополнительно дал им увесистый кусок материала для подбора параметров!

image

Больше наждачки богу наждачки:

image

Железная логика, даже спорить бесполезно. Отдельная благодарность им же за то, что сначала пообещали сделать отверстия в алюминиевых деталях, а затем заявили, что никогда этого раньше не делали и боятся сломать станок. Поначалу. В итоге проект превратился из ненапряжной отверточной сборки заказанных деталей в хардкорный DIY, ибо работа с металлом, пусть и с мягким алюминием, в маленькой квартире без специального оборудования заставляет испытать экзистенциальный ужас. А затем ты достигаешь стадии принятия, берешь ручную дрель, ножовку по металу и упорно движешься к намеченой цели.

Далее немного картинок со стадиями сборки для любителей гикпорно:

Фоточки

image

image

Наконец, все детали готовы и ошкурены до 400 степени зернистости:

image

Эдакий домашний glovebox. Кстати, в процессе шкурения, с целью оградить легкие и ковер от древесной пыли, была использована уникальная оснастка из картонной коробки и рукавов от старой рубашки!

image

Далее все было покрыто 4-мя слоями лака:

image

Ну и затем пошла постепенная сборка:

image

image

image

image

Как я уже упоминал ранее, платы и сетевые трансформаторы крепятся к боковым стенкам:

image

Никаких джунглей из проводов, только плетенки, только красота (провода от ламп были, впоследвтвии, укорочены):

image

image

Обозначения на задней панели были нанесены при помощи лазерной гравировки:

image

Девайс в сборе без и с платой лампового усилителя:

image

image

Финальное тестирование после сборки (котик греется возле лампы, все по канону):

image

image

Полированные медные трубы, без них никак:

image

image

Ниже приведена финальная фотосессия полностью собраного устройства. Там же часы на газоразрядных индикаторах, что фактически возводит в квадрат теплоту и ламповость всей сцены!

Финальная фотосессия

Конецъ

На весь проект, от задумки до реализации, ушло около полугода. За кадром остались несколько разборов и сборов усилителя с целью внести изменения и улучшения, но это можно делать бесконечно. В целом, результатом доволен. Как и планировалось, в большенстве случаев используется твердотельный усилитель и лишь изредка запускается ламповый, в основном чтобы сравнить. Тем не менее, основная цель – возродить свое старое хобби и поковыряться в электронике, была полностью достигнута! Пишите в коментариях ваши вопросы и замечания.

Всем удачных выходных!

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть