Konštrukcia zosilňovača typu CFPPHA - cathode feedback push pull headphone amplifier

Konštrukcia zosilňovača typu CFPPHA - cathode feedback push pull headphone amplifier
Wili Pridal  Wili
  436 zobrazení
3
 0
Audio zapojenia

Na vianoce som pri vyberaní stromčeka z pivnice objavil v neporiadku zahrabané dva maličké push-pull výstupné transformátory na sluchátkovy zosilňovač, ktoré ostali zabudnuté asi ~7 rokov. Vyslobodil som ich teda zo zabudnutia a premeral čo to je zač a dokonca v starých mailoch som vykopal aj navíjací predpis. Sú to 1W PP EI60 na tenkých plechoch s "veľkým" jadrom, Raa okolo 16-21k podľa zapojenia, a sekundár 32/250R. Majú dokonca aj symetrickú spätnú väzbu! - pamätám že môj pôvodný plán bolo spraviť celosymetriku aby sa to dalo napojiť priamo na výstup z DACu. Transformátory sú dosť unikátne na to aké sú malé, nakoľko majú veľmi kvalitné jadro, 4 sekcie sériových primárov, 2 sekcie paralelných sekundárov s odbočkami a 3 sekcie paralelných symetrických vinutí pre spätnú väzbu, všetky rovnomerne prekladané cez seba.

Začal som skúmať čo s tým a keďže mám symetrickú väzbu potreboval by som okrem samotného zosilňovača ešte extra 1 elektrónku pre invertor ak by som chcel nesymetrické vstupy + kopec prepínania v prípade stereo XLR. Keď som to začal kresliť prestalo ma to baviť a takú zložitosť som robiť jednoducho nechcel - už chápem prečo ostali zabudnuté v pivnici.

Potom som zvažoval ako to prekombinovať a napadol mi veľmi zaujímavý nápad a to použiť symetrickú väzbu nie celkovú v budiči ale lokálnu v koncovom stupni - ako katódové vinutie. Zaväzbuje to asi 12% závitov primáru, zníži výstupný odpor a zároveň ešte ďalej navýši celkové "Raa". Hlavná myšlienka teda bola na svete ale ešte ostávalo domyslieť zvyšok. Aby to bolo čím jednoduchšie dal som na vstup veľmi jednoduchý budič ala diferák s ccs v katóde. Tým pádom mi stačia dve elektrónky na kanál vstupná a výstupná. Nahádzal som to do simulácie a všetko vyzeralo byť veľmi dobré. Dal som sa do kreslenia DPS... chcel som schématicky jednoduché zapojenie, blbuvzdorné, bez potreby čokoľvek nastavovať, len nastoknúť lampy a hrať. Dopadlo to nasledovne.

Schéma zapojenia

Zapojenie výkonovej časti zosilňovača

Sluchátkový zosilňovač má na vstupe ECC803S v diferenciálnom zapojení so zdrojom prúdu v katóde s referenciou cez TL431 a regulácia cez 2N5551. Za tým je veľmi jednoduchý dvojčinný koncový stupeň s ECC802S s extra vinutím v katóde a pevne nastavený fixný bias. Výstupy z transformátorov mám dva, nízkoimpedančný a vysokoimpedančný - pre 32R a 250R, takže výstupy sú len jednoducho privedené na dvojpólový prepínač kde si zvolím výstup. Odtiaľ je výstupný signál vedený vodičmi k výstupnému jack konektoru. V tomto mieste sú zároveň sekundárne vinutia uzemnené a je tu aj odporový delič pre zavedenie celkovej spätnej väzby do druhej polovice diferencionálnemu zosilňovaču každého kanálu.

Zapojenie napájacej časti zosilňovača

Zaujímavý je napájací zdroj. S tak maličkými výstupnými tranformátormi je totiž nemožné odfiltrovať EM brum zo sieťového trafa pri týchto impedanciách, pretože v slúchadlách počuť všetko. Aby bol výsledok s excelentnými parametrami musí ísť napájací transformátor preč mimo skrinku - do samostatnej adaptérovej krabičky. Keďže ťahám vodiče z adaptéra, chcel som maximálne optimalizovať zdroj aby som neťahal zbytočne veľa vodičov a tiež minimálny prúd a čím vyššie napätia. Podarilo sa a stačili mi na to dve vinutia: ~170V a ~21V, tj. len 4 vodiče a napojené cez mini XLR. Aby dlhé vedenie od adaptéru nemalo vplyv na zdroj je všetko stabilizované až priamo v zosilňovači. Pre transformátory/anódy je stabilizovaných 220V DC s LM317 + mosfet. Žhavenie elektróniek je zapojené sérioparalelne, kvôli čím nižšiemu prúdu a menej teplu regulované zo stabilizátora LM337, a je do zápornej vetvy -26V s pomalým nábehom. Vďaka tomu nepotrebujem ďalší extra napájací zdroj pre zdroje prúdu a bias.

Doska plošného spoja

Merania a výsledky meraní zosilňovača

Spektrum, kalibrovane na dBV, všimnite si 50 a 100Hz. Absolútne nulový brum a aj šum, slúchadlá sú super tiché. Skreslenie pri stredne hlasnom posluchu ~0,02% pri tichšom cca -10dBV je to okolo 0,008%

Spektrum pre dosť veľký rozkmit 10dBV cca ~0,03%

10k square do 250R mám pocit, že by to chcelo na výstupe možno zobel aby zmizli tie prekmity pri ľahkej záťaži, možno kapacita vodiča?

10k do 32R tu už to prekmity nerobí - táto odbočka má ale inak zapojenú spätnú väzbu, možno to bude tým.

Sínus 1k do 250R 3,5VRMS

Testy frekvenčnej charakteristiky pri extrémoch, aby ste videli ake nízke pásmo dokáže prejsť cez transformátor 3Hz -3dB

Horný koniec pásma pre 66kHz -3dB

SR je úbohé, asi to bude kompenzáciou čo som tam "dolepoval", možno by stálo za to prerobiť to inak na sekundárnu stranu transformátora. Možno do toho už nebudem zasahovať, hrá to super aj keď je to pomalé, možno to je tým, že to funguje ako prirodzený LP filter na výstup DAC

Mechanická konštrukcia zosilňovača

Keďže je zosilňovač veľmi veľmi maličký, menší ako sa zdá z obrázkov, chcel som ho odkrytovaný ako mini "old-school" lampáč. Rozmery krabičky sú iba 18x13x4,5cm! Idea bola nejaké mini nerezové chassi a na vrchu čierne transformátory zaliate v plaste, celkom sa podarilo a vyzerá to parádne. Trochu som však nedomyslel ako napchám DPS s konektormi do pripraveného chassis pretože napchať pätice a konektory do otvorov súčasne keďže sú oba kolmo voči sebe bol dosť problém ale silou som to nakoniec presvedčil a nejak to sadlo. DPS má rozmer 10x17cm a je na nej skoro všetko. Aj napriek tomu bolo veľa kablovania k transformátorom - aby to vyzeralo pekne tak som v DPS spravil diery cez ktoré sú vedené vodiče a tieto sú potom zapájkované priamo na príslušné piny koncových elektróniek. Aby som upevnil výstupné transformátory na krabičku a správne vycentroval jednotlivé piny do dier v plechu a zachoval izolačné vzdialenosti, je pre upevnenie použitá pomocná DPS. Aby nevnikali nejaké pazvuky alebo rezonancie tak medzi transformátory a skrinku je ešte stlačený kus tvrdého molitanu.

Adaptér pre napájací transformátor je v plastovej univerzálnej krabičke. Keďže je transformátor stále pod napätím sú všetky prívody aj vývody istené. Nevyzerá úplne svetovo ale bude schovaný pod stolom takže je to trochu jedno... adaptér je z 30W EI transformátor 170V/0,12A a 21V/0,6A - každé vinutie tranformátora je pre istotu istené tavnou poistkou. Napätia vyšli veľmi dobre, nakoľko na stabilizátoroch je absolútne minimálny úbytok cca 1W tepla.

Presne takýto zosilňovač mi chýbal do zbierky. S transformátormi žiadny sluchátkový zosilňovač nemám a nikdy som taký ani nepočul, nakoľko som mal doposiaľ prístup iba k OTLkam a tranzistorovým zosilňovačom. Trochu som skúšal počúvať a hrá to neskutočne dobre. Je zaujímavé že parametrovo to je dosť katastrofa ale má to neskutočne príjemne počúvateľný zvukový charakter a ako hlboko to dokáže ísť je neuveriteľné. Bál som sa, že transformátory budú mať prekmyty do spodného pásma ale toto sa nepotvrdilo. Teraz mám pocit že to má na spodných frekvenciách krajší zvuk ako TPAčko, čo je síce divné ale je to tak. Možno to je skreslením alebo čím ale zvuk z transformátorov je iný, taký "muzikálny" proste sa to veľmi dobre počúva a aj vysoké tóny sú neskutočne detailné. Musím ešte spraviť viac posluchovych testov…Z kanady som medzičasom objednal elektrónky Sylvania 12BH7 ktoré zvládnu ešte vyšší prúd ako ECC802S tak laborovanie bude pokračovať.

Základné parametre

  • Odber zosilňovača je cca 28W
  • Dostupné záťaže okolo 32R a 250R - záťaž nemusí sedieť úplne presne, len prepínač hi/lo
  • Skreslenie 0,008%-0,03% podľa výkonu
  • Výkon cca 0,1-0,5W
Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button