Моддинговый ламповый усилитель «PhonAmp»

Аббревиатура “Hi-End” привлекает многих. Споры аудиофилов  о том какой кабель лучше звучит: сделанный из меди выплавленной на заводах третьего рейха из чилийской меди или с риском для жизни украденный с секретного ракетного завода (Думаете почему взрывались на старте американские челноки и наши Протоны?).  Таинственное мерцание радиоламп, непонятные непосвященным слова и термины, произносимые признанными гуру в этой области. Очень многие хотели бы приобщиться к этому таинству, войти в секту избранных, но большинство из низ отпугивают сложившиеся стереотипы и ценники. Простой ламповый усилитель начального уровня запросто может иметь 3 нуля в своей цене (и это в долларах), а серьезные аппараты красуются ценниками с четырьмя  или даже пятью нулями. От многих я слышал мнение, что радиолампы сейчас нигде не достанешь, это раритет. Отсюда складывается первый миф – все что связано с ламповой техникой это очень дорого и простому студенту, менеджеру инженеру недоступно. Попробуем развенчать этот миф. Что касается цены и недоступности радиоламп. Достаточно зайти на сайт любого интернет магазина специализирующего на лампах и убедиться, что цены на лампы доступны для любого кошелька и в наличии всегда есть большой выбор. К тому же не обязательно лампы покупать. Большинству из тех, кто собрался спаять ламповую схему, достаточно навести ревизию на чердаке садового домика, или в своем гараже и там обязательно найдется старый телевизор или радиола. Если не найдется, попросите произвести такую ревизию своих знакомых или родственников. В паре старых телевизоров наберется деталей, для сборки очень неплохого усилителя начального уровня (того самого, который стоит с тремя нулями на ценнике).

Но хватит общих рассуждений, перейдем к делу. Для того чтобы оценить качество и особенность так называемого «лампового» звука не обязательно собирать мощный и сложный усилитель. Можно начать с усилителя для стерео наушников. Тем более, что большинство из тех, кто сидит за компьютером по ночам пользуется именно наушниками для прослушивания музыки или звукового сопровождения любимых игр. 

Вот схема предлагаемая для повторения.

Рис1. Схема усилителя для стереонаушников.

В основе ее лежит так называемый SRPP каскад (Shunt Regulated Push Pull, По-русски название звучит так – каскад с динамической нагрузкой).  Вот и мы уже начали произносить магические заклинания :).  В качестве усилительной используется лампа двойной триод (в одном стеклянном баллоне размещены две независимые друг от друга радиолампы). Нижняя по схеме половинка занимается усилением сигнала, а верхняя – играет роль динамической нагрузки. Положительные особенности такого включения – это высокий коэффициент усиления и низкое выходное сопротивление каскада. Усилитель  справляется как с низкоомными наушниками сопротивлением 32 Ом так и со студийными мониторами сопротивлением постоянному току в 250 и более Ом. Настройка схемы не представляет никаких проблем. После включения и прогрева ламп (примерно 5 минут) надо проконтролировать напряжение на аноде нижней лампы или катоде верхней. Оно должно быть равным половине напряжения питания (анод верхней лампы). Если это напряжение отличается от нормы более чем на 5-10% его подстраиваем подбирая резистор Rк в катоде нижней лампы. Рекомендуется, на период настройки, поставить туда цепочку из последовательно включенных постоянного резистора на 100 Ом и подстроечного на 330-470 Ом. После настройки усилителя замеряем тестером полученное сопротивление и ставим постоянный резистор как можно более близкого номинала.

Материалы и инструменты

Несколько слов о применяемых деталях.

Рис 2. Детали для сборки усилителя.

Для сборки понадобятся собственно пара радиоламп. Можно использовать лампы марки 6Н1П, 6Н2П,  6Н23П. Очень хорошие результаты получаются с лампой 6Н3П, но она имеет другую цоколевку, и если вы захотите собрать усилитель на ней – обратите внимание на расположение выводов. Можно воспользоваться более мощной лампой 6Н6П. При ее использовании необходимо обратить внимание на мощность трансформатора накала. Он должен обеспечивать напряжение 6 в при токе не менее 2А или 12 в при токе 1А.  Все эти лампы, за исключением 6Н6П, всегда есть в любом старом ламповом телевизоре, так что с приобретением проблем не возникнет. 

Все резисторы (кроме одного в цепи питания) рассчитаны на мощность 0.25Вт (можно больше, но тогда они будут занимать гораздо больше места). Номиналы можно посмотреть на схеме. Электролитические конденсаторы  в цепи питания используются на номинальное напряжение 350-400 в. В стабилизаторе питания усилителя я использовал конденсаторы 470мкФ на напряжение 200 в, взятые из горелых компьютерных блоков питания. Конденсаторы соединены последовательно по две штуки, в параллель каждому из конденсаторов подключен резистор сопротивлением 470кОм. Эти резисторы выравнивают падение напряжений на конденсаторах и служат для разрядки емкостей после отключения питания. В цепи катода нижней лампы можно использовать конденсатор емкостью от 1000 до 10000 мкФ на номинальное напряжение 6-16 вольт. Качество этого конденсатора непосредственно влияет на качество звука, поэтому маститые аудиофилы посоветовали бы воспользоваться в этой цепи конденсатором марки BlackGate. Но по причине его высокой цены (более 100$ за штуку) мы обойдемся чем-нибудь более дешевым и не менее качественным. Лучший подручный вариант – это взять конденсатор марки Rubycon с неисправной материнской платы. Такие конденсаторы устанавливают в цепи питания процессора. Параллельно всем электролитическим конденсаторам настоятельно рекомендуется включить небольшой (0.1 – 1.0 мкФ) неполярный пленочный конденсатор. Из отечественных могу порекомендовать конденсаторы марки К78. Добавка таких конденсаторов улучшит воспроизведение усилителем высоким частот.

В качестве регулятора громкости для начала подойдет практически любой сдвоенный переменный резистор сопротивлением 22-47кОм. Главное перед установкой проверить его качество, чтобы при повороте рукоятки у него не нарушался контакт и он не шуршал и не трещал.  Входные и выходные гнезда используются любые, какие вам понравятся. Главное, чтобы они были совместимы с имеющимися у вас кабелями и разъемами на наушниках.

Трансформаторы

Теперь перейдем к самому главному. К трансформаторам питания. Сложность изготовления трансформаторов для ламповой техники является еще одним препятствием, которое останавливает начинающих (и не только начинающих) радиолюбителей. Для питания радиоламп требуются высокое напряжение (как правило это 200-300вольт) в цепи анода и низкое, но с большими токами, напряжение на накал. В нашем случае лампы имеют напряжение накала 6.3 вольта. Анодное напряжение на них подается 300вольт.

Можно найти специализированный унифицированный трансформатор для питания ламповых схем марки ТАН (трансформатор анодно-накальный). Но они дороги и не всегда их можно найти. Можно воспользоваться трансформатором взятым от старой радиолы или телевизора. Такие трансформаторы подойдут по всем параметрам, кроме одного – размера. Я для своего усилителя трансформаторы сделал сам. Точнее переделал под свои нужды готовые трансформаторы от недорогих китайских БП, которые вставляются непосредственно в розетку.

Рис3. Трансформаторы подготовленные для переделки.

Ищем такие БП в ближайшем магазине, торгующем бытовой     техникой. Нам потребуются блоки имеющие на выходе 12 вольт, рассчитанные на выходной ток не менее 1А. Таких трансформаторов потребуется 3 шт. Один из них будет питать накалы радиоламп. Нити накала обеих ламп соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения 12в (трансформатор Т2 на схеме). Два других трансформатора придется разобрать.

Сердечник трансформатора состоит из отдельных пластинок – пластинки типа «Ш» или «Е» кому как больше нравится, и перемычки типа «I». После сборки, чтобы трансформатор не гудел, его на заводе обычно пропитывают лаком, поэтому разобрать трансформатор иногда бывает не так просто как кажется. Сначала скальпелем или прочным канцелярским ножом  отделяем и вытаскиваем «I» пластины.

Рис 4. Разборка трансформатора.

Затем плоскогубцами вытаскиваем из каркаса крайнюю «Ш» пластину. Из за того что сердечник был залит лаком, это может оказаться не таким простым делом, придется попотеть. Если же все попытки вытащить пластинку не увенчались успехом, то тогда сердечник надо прогреть до температуры 90-100 С*. Для этого можно воспользоваться электроплиткой или утюгом. Осторожно, не перегрейте, иначе начнет плавиться пластмасса из которой сделан каркас катушек и трансформатор придется выкинуть. Время от времени можно капать на сердечник капельку воды и как только она начнет закипать, нагрев прекращаем. Далее берутся толстые рукавицы, чтобы не обжечься и операция по разборке продолжается. При нагреве лак, которым залиты пластины, размягчиться и разборка не составит большого труда. В конце концов должно получиться примерно так.

Рис5. Разобранный трансформатор.

Как видим, обмотки трансформатора намотаны на двух абсолютно одинаковых катушках. На одной,  тонким проводом,  намотана первичная обмотка. На второй,  более толстым  —  вторичная. Берем две высоковольтных первичных обмотки от двух разобранных трансформаторов, устанавливаем их в каркас и собираем трансформатор снова. Получится трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 и напряжением 220в переменного тока на выходе. После выпрямления этого напряжения получится примерно 300 вольт постоянного тока, что нам и требуется. Включаем собранный трансформатор, на выход для проверки подключаем 15Вт электрическую лампочку. Проверяем гудит или нет собранный трансформатор.  При наличии гудения  надо попробовать добавить в сердечник еще несколько пластин (запасные от второго разобранного).  Если пластины уже не лезут (все забито плотно) то сердечник надо пропитать жидким лаком и хорошенько высушить. Гудение и вибрация пропадут. Вместо пропитки лаком можно гудящий трансформатор сварить в расплавленном парафине. В подходящей по размеру кастрюльке (консервной банке) растапливается парафин. После того как он расплавиться и станет жидким в него погружают трансформатор и выдерживают в расплавленном парафине 10-20 минут, чтобы пропитались все щели. После этого трансформатор вынимаем из расплава, кладем на кусок картона и даем остыть. Обработанные таким образом трансформаторы не шумят.

После того как все детали подобраны и проверены на исправность, можно приступать непосредственно к сборке усилителя.

Сборка

Конструктивно усилитель можно выполнить в любой подходящей по размеру коробочке в которой размещаются трансформаторы, конденсаторы и ламповые панельки. Очень хорошо подойдет корпус от неисправного компьютерного БП. Поскольку в усилителе для питания используется высокое напряжение особое внимание надо обратить на качество изоляции проводов и надежность крепления и пайки всех элементов схемы. Если раньше не приходилось иметь дело с высоким напряжением, не поленитесь найти и прочитать правила техники безопасности при эксплуатации и ремонте электроустановок под напряжением до 1000 вольт. Электричество халатного к себе отношения не прощает.

Далее, на конкретном примере я опишу свой вариант реализации схемы этого усилителя.

Когда-то давно я увидел фотографию моддинг проекта созданного моддером Arsgera под названием «Поэт».

В этом компьютерном корпусе выполненном в виде деревянной шкатулки с профилем А. С. Пушкина на верхней крышке в качестве декоративного элемента использовался старинный серебряный подсвечник. Идея мне тогда понравилась, но хотелось бы подсвечник использовать не просто как декоративный элемент. И вот когда я обдумывал как же внешне оформить будущий усилитель, я вспомнил об этой идеи.
Я предпринял поход по сувенирным и антикварным лавкам и в результате приобрел пару (пусть и не старинных, но красивых) подсвечников и небольшую деревянную шкатулку от винного набора. Вот так предположительно должно было получиться.

Рис 6. Первая примерка.

Я замерил внутренние размеры шкатулки и по ним сделал металлическое шасси, на котором разместил трансформаторы и электролитические конденсаторы. Там же разместилась колодка с клеммами, на которой будут распаяны все остальные детали. В качестве основания послужила стальная пластина выпиленная из бросовой боковины компьютерного корпуса.

Рис 7 Шасси усилителя.

В задней стенке коробочки необходимо было проделать отверстие, для установки разъема подключения питания, сетевого выключателя и разъемов для наушников и сигнального кабеля. Здесь меня ждала большая неприятность. Когда я сверлил коробку, сверло случайно перекосилось и коробка треснула. Красивый красный рояльный лак, которым была покрыта шкатулка в нескольких местах отвалился и внешний вид был испорчен, как я думал окончательно.

Рис8. Отверстие в задней стенке для разъемов.

Я снова прошелся по магазинам в поиске подобной шкатулки, но ничего похожего не нашел. Пришлось заклеить трещину, зашкурить, зашпаклевать  места сколов и обклеить шкатулку самоклеящейся пленкой под «красное дерево». Потом снова лакировать и полировать. Вид у шкатулки стал более простецкий, но, как я думаю не сильно ухудшился, особенно если глядеть издалека. Вот так теперь выглядит шкатулка. Сверху на ней лежит планка с разъемами, отверстие под которые я так неудачно сделал.

Рис9. Планка с разъемами и обновленная шкатулка.

Долго не мог найти подходящую рукоятку для регулятора громкости. В конце концов покопался в шкатулке с бижутерией у жены и нашел симпатичную подвеску со стразами. Жена ее мне отдала, но с условием, что к ближайшему дню рождения получит в замен цепочку и подвеску из настоящего золота. Что ж, искусство и женщины требуют жертв, финансовых по крайней мере.

Рис10. Заготовка для регулятора громкости.

Я обточил до нужного размера обычную пластиковую ручку регулятора громкости и вклеил ее внутрь подвески. Получился такой вот гламурный регулятор.

Рис.11. Рукоятка регулятора громкости.

В магазине, торгующем мебельной фурнитурой приобрел четыре хромированных металлических дверные ручки. Они будут прикреплены снизу в качестве ножек для придания устойчивости всей конструкции.

Рис.12 Будущие ножки.

Вот так теперь выглядит шкатулка в сборе.

Рис13. Корпус усилителя готов.

Теперь пришло время заняться самими подсвечниками. Подсвечник состоит из нескольких полых деталей, которые удерживаются вместе резьбовой шпилькой М5. Разобрать его не представляет никакого труда. Сразу видно, что вещь не старинная, а современный, китайский новодел. Детали сделаны из алюминия, покрытого сверху тонким слоем серебра. А ведь стоили так, как будто они целиком отлиты из благородного металла.

Рис.14. разобранный подсвечник.

В верхней части подсвечника будет установлена ламповая панелька. Вниз от нее пойдет жгут из 8 проводов. Поэтому для проводов надо просверлить отверстие подходящего диаметра.

Рис 15. Подготовка к установке лампового патрона.

По ходу работы возник непростой вопрос, как же скрепить снова воедино все элементы подсвечника. Если использовать толстую резьбовую шпильку, то не останется места для проводов. Клей держится на полированных металлических поверхностях плохо. Паять части между собой – будет видно следы пайки и это пагубно отразиться на внешнем виде. Я решил сделать крепеж таким же какой он и был изначально, только использовать для этого тонкую из 1.5мм стальной проволоки шпильку. Как она выглядит видно на фотографии.

Рис 16. Новая крепежная шпилька. 

Через отверстие диаметром 6мм которые я просверлил в верхней части подсвечника без труда удалось протащить и крепежную шпильку и сигнальные провода. В качестве проводов я использовал обрезки стандартной витой пары. Они удобны еще и тем, что каждый провод имеет свой цвет и это поможет избежать ошибок при монтаже усилителя.

Ламповые панельки перед установкой пришлось слегка доработать, чтобы они влезли в верхнюю часть подсвечника.

Рис 17. Доработка ламповых панелек.

Вот такой получился подсвечник в стиле Hi-End.

Рис 18. Готовый подсвечник.

Перед окончательной сборкой необходимо было проверить работоспособность,  качество звучания, настроить режимы работы радиоламп. Вот как это все выглядело на тестовом столе.

Рис 19. Предварительная проверка и настройка.

Шасси с трансформаторами помещается внутрь шкатулки. В крышке шкатулки делается 3 отверстия (два для крепежа подсвечников и отверстие под регулятор громкости. Все провода припаиваются на место согласно схеме.

Рис 20. Этап окончательной сборки усилителя.

Уф! Готово! Можно налить себе чашку кофе, достать диск с любимыми записями и начинать слушать,  что же собственно получилось в итоге и стоило ли оно всех трудов затраченных на изготовление.

Рис.21. Все готово к прослушиванию музыки.

Финал. Оценка работы

Для проверки качества звучания я воспользовался тремя типами наушников.

Beyerdynamic DT 231 сопротивлением 32 Ом, Koss PortaPro сопротивлением 64 Ом и студийными мониторными наушниками Beyerdynamic DT 770 Pro сопротивлением 250 Ом.  В качестве источника звука выступала звуковая плата Creative Audigy ZS, которая воспроизводила нежатые (напрямую сграбленные с аудио компакт дисков) звуковые файлы. Что можно сказать. Все наушники через усилитель звучат лучше чем когда их подключал непосредственно на выход звуковой платы. Детальность и  прозрачность звучания особенно на высоких порадовала мой слух. Низкоомные наушники DT231 на высоком уровне сигнала начинали выдавать искажения по низким частотам. Для таких наушников необходимо использовать более мощные лампы в усилителе или подключать их через согласующий трансформатор. Звучание же высокоомных студийных DT770 оставило вообще неизгладимые впечатления. В ближайшее время плюну на очередной апгрейд компьютера и вместо новой видеокарты куплю себе эти наушники.

Я нисколько не пожалел, о потраченных на сборку времени и средствах. Рекомендую всем попробовать сделать тоже самое.  Не пожалеете. С уважением  TANk.