VA analog tube preamp / headamp

made by Wili
VA analog tube preamp / headamp
Wili Pridal  Wili
  743 zobrazení
7
 4
Audio zapojenia

Toto je ďalšia evolúcia môjho OTL slúchadlového zosilňovača. Pôvodnú verziu "v.2.2" som vylepšil dodatočnými úpravami na ďalšiu, lepšiu a nie že by som nebol spokojný s vylepšeniami, ale po ďalšom laborovaní a vyskúšaní 6N6P sa mi veľmi páčil ich zvuk a trochu lepšia dynamika. Na predošlej verzii bol najviac limitujúci faktor rozmery, chcel som to praktické a čím menšie, s rozumným počtom elektróniek. Ďalej pre dosiahnutie skreslenia pod 0,01% bol nedostatok zosilnenia a malé množstvo spätnej väzby a tiež nedostatok prúdu pre budenie nízkych impedancií. To je síce trochu kontroverzné, pretože práve ono nižšie množstvo spätnej väzby má možno podiel na veľmi “živom” podaní hudby a zvukových kvalitách predošlej verzie.

Všetky poznatky a nedostatky som si zhrnul a navrhol nové “ultimátne” OTLko “v.4.0” najlepšie ako som vedel. Predstavu ako by to šlo som mal v hlave dlhé roky ale nikdy nedošlo k jej realizácii, až teraz. Realizácia trvala veľmi dlho, ak spočítam čas od vývoja a kreslenia DPS tak to bude po finále asi cez 1 rok. Dopadlo to trochu inak ako boli prvé plány, pretože postupným vylepšovaním návrhu a pridávaním funkcií som skončil u trochu zložitejšieho zariadenia.

Funkcie

  • 5 prepínateľných vstupov z toho jeden voliteľný cez raspberry
  • 3 výstupy | sluchátkový + 2 vypínateľné linkové
  • prepínanie mono/stereo
  • prepínanie zisku
  • logaritmické analogové VU metre
  • komplet DC ochrany s oneskorením a signalizáciou stavu

Elektrické parametre

  • Celkový zisk +6dB / +12dB
  • Max. rozkmit podľa záťaže výstupu medzi 1V - 5Vrms
  • Frekvenčný rozsah cca 3Hz - 300kHz
  • SR >40V/µs
  • THD ~0,0005%

Popis zapojenia zosilňovača

Vstup je tvorený diferenciálnym zosilňovačom ECC83 s regulátorom prúdu v katóde prostredníctvom 2N5551 s napäťovou referenciou TL431. Táto je napájaná zo zápornej vetvy žhavenia dodatočne stabilizovanou cez 79L08 a ešte RC kombináciou na každý kanál pre lepšie oddelenie. Druhý zosilňovací stupeň je tvorený ECC83 s elektrónkovým zdrojom prúdu v anóde, podobá sa to na SRPP ale nie je. Toto je z dôvodu aby anóda tohto stupňa bola presne na polovici Ua bez potreby akéhokoľvek nastavovania čo je výhodné pre priamo naviazaný koncový stupeň WCF (white cathode follower). Koncový stupeň je osadený elektrónkami 6N6P s kľudovým prúdom 25mA. Vďaka dodatočnému zosilňovaciemu stupňu v celom reťazci je oveľa vyšší loopgain ako u predošlej verzie, čo umožnilo na výstupe použiť polypropylénový kondenzátor (Jantzen cross-cap) s rozumnou kapacitou pre čo najlepší zvuk. Vysoký loopgain umožnil dosiahnuť oveľa nižšie skreslenie aj do nízkych impedancií a minimálny pokles nízkych frekvencií aj pri použití relatívne malej výstupnej kapacity.

Schéma zosilňovača

Schéma zapojenia vstupno / výstupnej časti zosilňovača

Schéma zapojenia zosilňovača

Schéma zapojenia panela ovládania

Postupne som začal kresliť DPS a zisťoval, že to až tak malé nebude ako som si predstavoval, hlavná DPS má rozmer 290x195mm. Keďže sa ukazovalo kvôli veľkej DPS nejaké miesto na prednom paneli už som tam chcel pridať aj nejaké prepínače napr. na reguláciu zisku a pod. Po zistení že som sa s rozmerom blížíl k 30-35cm a ku klasickej veľkosti hifi krabíc (43cm) už nebolo ďaleko, povedal som si že z toho spravím multifunkčnejšie zariadenie ako len samostatný sluchátkač a spravím komplet predzosilňovač a doplním extra funkcie navyše. DPS som postupne niekoľkokrát vylepšoval a doplnil som okrem sluchátkového výstupu aj samostatne spínateľné 2 linkové výstupy so spínaným remote-on signálovým napätím a kopu ďalšieho

Doska plošného spoja ovládacieho panela

Doska plošného spoja zosilňovača

Doplnkové obvody

Pre lepšie prispôsobenie zosilnenia podľa použitých slúchadiel je tu prepínateľné množstvo spätnej väzby realizované cez jazýčkové relé. Toto umožňuje meniť zosilnenie medzi +6dB alebo +12dB. Cez jazýčkové relé je tiež realizované prepínanie módu mono/stereo spojením vstupných mriežok elektróniek. Na výstupe zosilňovača je implementovaná kompletná DC ochrana s oneskoreným pripojením výstupu asi na 45 sekúnd cez CD4060 a signalizáciou stavu priamo na doske dvojfarebnou tzv. “debug LED” alebo “status LED”,  ktorá keď:

  1. Bliká na červeno = turn on delay
  2. Svieti trvale červenou = prítomné DC na výstupe
  3. Svieti zelenou = pripojený výstup

Ako jeden zo vstupov som doplnil aj možnosť zabudovania extra audio modulu (napr. bluetooth). Použil som nakoniec Raspberry PI Zero s wifi na ktoré som napájkoval ipx konektor pre lepší signál prostredníctvom externej anténky. Na RPI beží volumio pre DLNA playback a na RPI je napojená zvuková karta Allo mini BOSS s PCM5122. Celý preamp je čistý analog a toto je jediná digi časť, z toho dôvodu je tu prostredníctvom jumperu možnosť nastaviť zapínanie RPI pri zvolenom vstupe alebo pri zapnutí celého predzosilňovača (on demand / on start). Napájanie externého modulu je spínané cez výkonový smd P-MOS SI4463..

Voliteľné linkové audio výstupy spínajú aj remote-on signál vyvedený cez 3,5mm jacky, takže pri zapnutí konkrétneho výstupu je možné zapnúť aj na neho pripojený koncový zosilňovač. Okrem toho je tu aj remote in/out pre samotný preamp. Toto všetko je realizované veľmi jednoducho cez tranzistorové spínacie polia ULQ2003A, ktoré spínajú tiež všetky ostatné relé audio vstupov/výstupov a módov.

Správny analógový preamp potrebuje aj ručičkové VU metre! preto som priamo na predný panel osadil malú dosku, ktorá obsahuje elektroniku logaritmického zosilňovača. Tento je okopírovaný z mekintošovského preampu a upravený pre moje potreby. VU metre som sa snažil trochu optimalizovať na rýchlosť a mám pocit, že som to trochu prehnal a sú až komicky rychlé :) Doplnil som aj funkciu “mute” pre ručičky VU metru aby “nestrieľali” pri zapnutí. Toto všetko sa už nevošlo na hlavnú dosku a nakoniec je asi aj praktickejšie keď je to celé mimo. Podarilo sa to ale vtesnať na maličkú (175x45) husto osadenú DPSku na prednom paneli.

Zároveň táto doštička obsahuje ďalšie obvody ako zapínanie celého preampu tlačidlom cez NE555, prepínanie vstupov otočným prepínačom so signalizáciou cez LED a tiež rozkáblovanie na jednotlivé prepínače a výstupy, podsvietenie meráčikov atd. čo zjednodušuje prepojenie všetkých ovládacích prvkov s hlavnou doskou prostredníctvom jediného IDC plochého kábla.

Ďalší kábel k prednému panelu je už len tienený signálový pre reguláciu hlasitosti cez Alps potenciometer. Zdroj tvorí 70W tienený audio-grade toroid z Tronicu so 4 sekundármi s AC napätiami v záťaži: 7V / 13V / 13V / 165V

Schéma zdroja zosilňovača

7Vac je usmernené na cca 10Vdc a je stále prítomné ako “standby” z ktorého sú napájané dve 5V relé zapojené do série a pri zapnutí preampu pripoja ostatné vinutia trafa. Toto napätie je ešte regulované cez LM1085 na +5V a slúži pre napájanie “digitálnych” ovládacích periférnych obvodov ako sú ostatné relé, LEDky a prípadne RPI. Dve 13Vac vetvy sú zapojené ako symetrický zdroj a regulované cez LM317 / 337 s pomalým nábehom pre napájanie žhavenia elektróniek napätím +-12,6V. Toto je využité aj pre operačné zosilňovače logaritmických VU metrov. Negatívna vetva je využitá ešte pre zdroje prúdu vstupu ako je popísané na začiatku.165Vac je usmernené a potom regulované cez overenú klasiku mosfet 7N60 + LM317 na +190V pre napájanie zosilňovacej časti. Pre vstupné elektrónky je napätie ďalej regulované cez RC člen a zenerku na +180V. Celý preamp je v druhej triede s extra kostrou / resp. kvazi 1. trieda. Signálová GND je prepojená s kostrou cez kondenzátor pri vstupoch prostredníctvom dištančného stĺpika.

Mechanická konštrukcia

Predzosilnovač je v jednoduchej malej kovovej krabici vyrezanej laserom a nalakovanej práškovou farbou. Nožičky sú gumené Adam Hall 40x10mm. Predný panel je z Quickpanelu v podobnom dizajne mojich ostaných prístrojov aby k ním pasoval. Tlačítko je hliníkový antivandal a meráčiky VU metrov sú nejaké lacné meráky z lokálneho eshopu ktorým som vymenil stupnicu za “accuphase” zo starých ebay merákov. Podsvietenie je difúzne plexi so 4 teplo bielymi LED zozadu prelepené čiernou gafa páskou. Uprostred je jediná skrutka ktorá zároveň drží a pritláča meráčiky do zafrézovaných otvorov. Výstupný jack je Amphenol s kovovým prstencom na konci presne vymeraný a vtlačený zo zadnej strany do zafrézovaného otvoru aby dokonale lícoval predný panel. Prepínače módov sú cez obyčajné plastové rocker spínače. Otočné hliníkové gombíky som našiel doma v zásobách asi nejaký ebay stuff…

Testovanie a parametre

Až na pár drobných detailov s nestabilitou veľkého množstva spätnej väzby všetko fungovalo na prvé zapojenie. Potom som ešte musel predĺžiť čas žhavenia a mute výstupu z pôvodných 30 až na 45 sekúnd, pretože aj keď síce sú elektrónky rýchlo nahriaté a už nimi tečie prúd, tak trochu trvá až sa ustália pracovné body. Keď som výstup pripojil po 30s tak mi ešte reagovala DC ochrana. Nie som priaznivcom “zahorovania” a podobného voodoo, ale 6N6P potrebujú predsa len istý čas kým sa ustália, ak ich nechám poriadne nahriať aspoň pol hodiny klesne skreslenie skoro o desatinnú čiarku nižšie.

Dynamika a zvuk preampu je neuveriteľná, prepínanie zosilnenia hneď na prednom paneli je super. 6N6P zvládajú vďaka vysokému prúdu ťažké záťaže, skúšal som aj 40R slúchadlá úplne bez problémov. Moje 250R Beyerdynamiky s týmto hrajú nádherne, skreslenie je veľmi veľmi nízke a pokrytie špičiek je absolútne bez obmedzení, mám pocit akoby hudobný výkon bol ďaleko vyšší ako pri syntetickom budení. Pridané raspberry je skvelý doplnok, dac allo boss ma možno lepší zvuk ako integrovaná zvukovka v PC :) jediná dosť veľká nevýhoda je čas bootovania, trvá to fakt dlho, možno 1-2 minúty. Čo sa týka rušenia od Wifi sem tam počuť veľmi ticho na pozadí akoby ťukanie ak je tento vstup navolený, zrejme nejaký bordel z dac alebo čo, myslím že by to šlo vyriešiť silnejším LP filtrom na vstupe ktorým mám trochu slabší ako by bolo dobré takže toto ešte časom vylepším. Ak je navolený iný vstup samotné VF rušenie nezasahuje nijako do audio spektra čo je viditeľné aj na grafoch nižšie, všetky sú merané so zapnutým RPI.

10K obdĺžnik

20K 600R

Slew Rate

250R

Line Out

Spotreba preampu je 0,3W v standby a pri zapnutom stave celkom vysokých 53W. Frekvenčný rozsah je limitovaný stabilitou v rozmedzí cca 3Hz - 300kHz / -3dB a rýchlosť je nad meracie schopnosti môjho vybavenia pri tak malom rozkmite nad 40V/µs

Skreslenie preampu je do bežných linkových záťaží a 1Vrms (0dBV) okolo 0,0005%!!! na hranici možností mojich meracích prístrojov, možno to je v reále aj menej ale nemám to ako zmerať, pretože toto je hodnota čo lezie z frekvenčného generátora. Do 250R záťaže je to tiež len okolo 0,0008% čo je neskutočné a považujem to za splnený cieľ, ktorý som si stanovil na začiatku. Do nižších impedancií to potom samozrejme lezie hore, do 32R a rozkmitu asi -8dBV je stále hodnota v tisícinách.

Pokiaľ sa vám táto konštrukcia páčila a bola pre vás užitočná a zaujímavá, podporte prosím stránky projektu ElektroLab.eu. Svojou podporou sa aj Vy podieľate na skvalitňovaní nášho obsahu. Ďakujeme
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 250.000 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

Markeye pred 4 mesiacmi

Pekna konstrukcia, ako vzdy premyslena a do detailov prevedena realizacia. Drzim palce v dalsich projektoch. Mark

Nikita Lieselotte Bretschneider pred 4 mesiacmi

Aha, takže operák postavený z elektronek ověšený věcmi, které tam nemusí být, to celé na úžasném černém plošňáku (včetně napětí nad 100V) ve značkové bedně upravené na míru. K dokonalosti průměrného číňana tomu chybí už jen Aliexpress a 40 modrých ledek. A samozřejmě, správný číňan nepoužívá Kýbl, ale Altium. A teď příjde ta hifistická část — zvukovka a ARTA. Protože, hifista nemá měřicí přístroje, hifista má názor…

Prosímvás, pokud po půl hodině významně klesne zkreslení (tak významně, že to dokáže zaznamenat ARTA), pak to těžko bude tím, že se vyžhavily elektronky, ale spíše tím, že se nějaká poddimenzovaná součástka přehřála a docestovala svojí hodnotou tam, kde měla být. Nicméně uznávám, že wow efekt se povedl a nepochybuji, že zvuk tohoto vehementu bude mít tvar fialové koule s ostrou zelenou hranou v levém horním rohu… Sorry, já musela, to se nedá…

Markeye pred 4 mesiacmi

Reagujem na komentat Nikita Lieselotte Bretschneider, rad by som tu videl vasu konstrukciu preampu, myslim to vazne, co ste dokazal vy, co ste navrhol a postavil vlastne? Podla mna by mali mat moznost pridavat kriticke komentare len uzivatelia, ktorych komentarn obsahuje aj konstruktivny postreh. Lebo takto su to len kecy..

Elektrolab pred 4 mesiacmi

Pre "Nikita Lieselotte Bretschneider ", poprosím vás ak máte nejakú vlastnú konštrukciu - radi vám ju uverejníme. Do budúcna preto poprosím - konštruktívnu kritiku, príklad na zlepšenie a nie "Hate speech".

Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button