Еве еден проект кој го спремав подолго време. Притоа, ќе напоменам само дека шемата за предзасилувачот е лично мое дело, но не и остатокот од шемите (шемата за греачите и шемата за високонапонското напојување). Тие се модифицирани за потребите на проектот, но не се мои лични дизајни ;).
Еве ја шемата од предзасилувачот ;).
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/ECC82_Tube_Preamplifier.png)
Како што се гледа, шемата е прилично едноставна ;). Една од триодите на ECC82 е врзана како катоден следител ;). Истата шема важи и за двата канали, па затоа и на монтажната шема компонентите имаат исти ознаки и вредности ;). Бидејќи триодата е врзана како катоден следител, следува дека засилувањето е помало од 1 (беше пресметано засилување од 0.72, при практичната изведба се доби засилување од околу 0.65), што значи дека всушност е „предослабувач“ ;D. Во секој случај, овој начин на врзување мораше да се избере за да се добијат перформанси кои ги има секој добар предзасилувач: голема влезна и мала излезна импеданса ;).
Предзасилувачот се напојува со позитивен висок напон со вредност од 210V. Преднапонот на решетката е за 8V понизок од напонот на катодата, односно, напонот на поларизација на решетката е -8V. Влезната отпорност на предзасилувачот е околу 320K, а излезната отпорност е 452R, што е одлична вредност за предзасилувач со електронски цевки ;). Работната точка на цевката се наоѓа некаде од прилика на средината од расположливиот работен простор на триодата (Ua = 200V, Ia = 5mA), а статичката работна права е скоро вертикална, што значи дека цевката работи пред се како струен генератор кој има цел да направи пад на напон на R1 и R2, со што ќе се добие излезниот напон кој се дава на засилувачот од наредниот степен на ланецот на аудио сигналот. Статичката работна права и динамичката работна права се скоро идентични бидејќи влезната отпорност на наредниот степен во ланецот на сигналот (засилувачот) треба да има значително поголема отпорност од излезната отпорност на предзасилувачот (барем 20K), па следува дека минимално влијае врз вкупната отпорност на R1 и R2, а со тоа минимално влијае и врз падот на напонот на овие два отпорници, што пак значи дека минимално влијае и врз промената на аголот на наклон на статичката работна права со x-оската. Затоа, на наредната слика е дадена само статичката работна права на излезните карактеристики на ECC82, но не и динамичката ;).
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Statichka_Rabotna_Prava.png)
На следната слика е претставена само статичката работна точка ;).
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Statichka_Rabotna_Tochka.png)
Шемата за напојувањето за греачите е дадена на следната слика.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Filament_Heater_Power_Supply.png)
Се искористува интерната сериска врска на греачите за едната и и другата триода, па напонот кој се добива на излез од напојувањето е 12.6V, кој прецизно се нагодува со потенциометарот P1. Исто така, напонот глатко расте за време од околу 13 секунди до неговата максимална вредност (12.6V), со што се продолжува животот на греачот, а со тоа и на електронската цевка ;). За глаткиот пораст на напонот на излез од напојувањето се одговорни R3, C2 и T1. Ако нив ги нема во колото, напојувачката секција за греачите ќе се однесува исто како и најобичен стабилизиран извор за напојување, односно напонот на излез од LM317 веднаш ќе ја воспоставува вредноста од 12.6V. Се разбира, оваа напојувачка секција не мора да се користи само за овој предзасилувач, може да се користи за греење на филаментите на било која електронска цевка ;). Ладилникот на LM317 не мора да биде преголем, но не смее да биде ни премал, бидејќи греачите сепак трошат 150mA струја од него, и иако е далеку од критичните 1.5A кој LM317 може да ги даде на неговиот излез, не е за занемарување ;). Би препорачал да експериментирате со различни големини на ладилни тела и да го изберете она со кое ладилното тело ќе биде млако по 20 или 30 минути работа на предзасилувачот ;).
На следната слика е дадена шемата од високонапонското напојување.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/High_Voltage_Power_Supply.png)
MOSFET-от IRF740 е врзан како напонски следител, што значи дека напонот кој ќе се појави на неговиот сорс ќе биде ист со напонот кој го има на неговиот гејт. Овој степен од напонот за напојување е неопходен за намалување на напонот од 320V (вредноста која се добива по исправување на наизменичниот напон од 230V) на потребните 210V. По секцијата за исправување, следува секцијата за филтрирање (пеглање) на исправениот напон. Кондензаторите C1, C2 и калемот L1 оформуваат Pi филтерска секција. C1 го „пегла“ исправениот напон, а L1 и C2 го филтрираат пилестиот брум на излез од C1. Горната гранична фреквенција на L1 и C2 е околу 5Hz. Притоа, ќе напоменам дека L1 е всушност калем кој личи на трансформатор, но во средината на јадрото има воздушен процеп за да не дојде до намалување на индуктивноста на калемот поради заситување на јадрото при течење на еднонасочна струја низ него. Бидејќи јас немав на располагање таков калем (а и општо, тешко се наоѓаат, а и скапи се), искористив примарна секција од обичен мрежен трансформатор како калем. Се разбира, обичните трансформатори немаат воздушен процеп во нивното јадро, што значи дека индуктивноста реално ќе му биде неколку пати помала. Сепак, трансформаторот одлично си ја извршуваше неговата функција и пилестиот брум кој се јавуваше на излезот од C1 целосно беше исфилтриран со филтерската L1/C2 мрежа ;). Реално, горната гранична фреквенција на LC филтерот беше неколку пати повисока, но тоа воопшто не се забележа во излезот од Pi филтерската мрежа ;). Трансформаторот кој го користев како калем имаше отпорност на примарната секција од околу 300R, а моќноста на трансформаторот е 12VA. Може да се искористи и трансформатор со помала моќност, но ова значи дека и жицата со која е мотана примарната секција ќе биде потенка, а со тоа ќе се зголеми и отпорноста на примарната секција, а и падот на напонот на краевите на L1. Сепак, при многу мали јачини на струи, овој пад на напон не е поголем од неколку волти. Не се препорачува да се користи трансформатор со моќност помала од 7 или 8VA бидејќи жицата со која е мотан примарот можно е да биде претенка, па може да се случи да изгори при пуштањето на предзасилувачот во работа бидејќи во тие моменти се полни C2 и повлекува значително поголема јачина на струја преку калемот L1. Отпорниците R1 и R2 се одредени експериментално, а потенциометарот P1 се користи за фино подесување на излезниот напон. Во конкретниот случај, излезниот напон се менува во граници од 200V до 220V. Вкупната вредност на R1, P1 и R2 треба да биде 500K. Транзисторот T2 заедно со R4, оформуваат струен ограничувач, кој реагира при јачина на струја од околу 100mA и го гаси MOSFET-от. ZD1 се користи за ограничување на максималната напонска разлика која може да настане меѓу сорсот и гејтот, односно има заштитна функција за MOSFET-от (исто како и струјниот ограничувач). R3 исто така има заштитна функција, но за T2. Падот на напонот на неговите краеви е минимален бидејќи низ него практично не тече струја (бидејќи гејтот практично не троши струја), а е поставен во случај ако изреагира струјната заштита, да не протече голема струја низ T2, односно прави пад на напон на неговите краеви и низ T2 не може да протече голема струја, дури и при краткоспоен излез. Се разбира, заштитата не е совршена и не би препорачал да се тестира нејзината издржливост со краткоспојување на излезот ;D. Добро реагира при преминување на прагот од 100mA, но не за големи вредности. Ако го краткоспоите излезот, во истиот момент многу голема јачина на струја ќе протече низ MOSFET-от (се празнат C1 и C2), а заштитата нема да има време да изреагира, па MOSFET-от ќе се краткоспои, а најверојатно и заштитата ќе изгори (T2, ZD1 и R4). Ладилното тело за MOSFET-от не мора да биде преголемо (може да биде и релативно мало) бидејќи вкупната јачина на струја која ја троши предзасилувачот е околу 10mA, па нема потреба од големо ладилно тело ;).
На следната слика е прикажана трансформаторската мрежа.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Transformer_Connections.png)
Бидејќи немав трансформатор со однос 1:1, морав да го применам овој начин на врзување. Примарот на Tr2 е всушност секундар и обратно, секундарот на Tr2 се користи како примар. Бидејќи Tr2 не е наменет да работи во овој инверзен режим (импедансата на неговиот секундар е прилично ниска), неговата секундарна секција троши прилично голема јачина на струја од секундарот на Tr1 (во мојот случај, околу 500mA) дури и во празен од. Се препорачува да се користат трансформатори со одвоени секундари (без заеднички извод), а по потреба, да се врзат. Јас имав на располагање трансформатори со излезен напон од 2X14V и 2X7V, но може да се користат било какви трансформатори чиј вкупен секундарен напон е во однос 1:2 (едниот од трансформаторите да има вкупен излезен напон на секундарните секции дупло поголем од другиот трансформатор). Во мојот случај, моќноста и на двата трансформатори беше 12VA, но препорачливо е Tr1 да има поголема моќност од оваа (пожелно е 24VA, поради големата потрошувачка на струја на секундарот од Tr2 кој е врзан инверзно). Се разбира, во недостаток на адекватни трансформатори, може да се направат и други комбинации со трансформатори ;). Важно е на излезот да се добие висок наизменичен напон од околу 230V (во мојот случај беше 220V) и низок наизменичен напон за греачите со вредност меѓу 14 и 17, 18V (за повисоки напони од 14V, ќе треба да се смени и максималниот работен напон на C1 од шемата за напојување на греачите).
Мерењата на THD-то кое го внесува предзасилувачот, ги покажаа следните резултати. На следната слика е прикажано THD-то на аудио картичката која беше користена при мерењата (Lexicon Omega) при повратна врска (feedback loop), односно е прикажано вкупното THD на самата картичка (земајќи го во предвид изобличувањето на излезот и на влезот од картичката). Мерењата беа правени со синусоидален сигнал со фреквенција од 1KHz и ниво од 4Vpp.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/THD_Feedback_Loop.png)
Се гледа дека изобличувањето на левиот канал (сините столбови) е значително поголемо споредено со изобличувањето на десниот канал (црвените столбови). Ова изобличување е последица на неквалитетниот потенциометар за јачина на звук (volume) на адуио картичката, а тоа се докажа и со менување на двата канали (излезот од R да се донесе на влезот од L и обратно), при што се забележа обратна ситуација, односно изобличувањето на десниот канал беше значително поголемо од она на левиот канал. Значи, може да се смета дека изобличувањето е пред се последица на лошиот потенциометар и дека влезовите на самата картичка всушност и не внесуваат големо изобличување. Затоа, при анализите ќе биде земен во предвид само десниот канал. Во конкретниот случај, при f = 1KHz и 4Vpp, беше измерено THD од 0.0166% за десниот канал и 0.4512% за левиот канал. THD-то е измерено со временско усреднување во временски интервал од 1 минута.
На следната слика е прикажано THD-то при користење на предзасилувачот. Притоа, нивото на влезниот сигнал во аудио картичката беше корегирано на 4Vpp поради напонското засилување помало од 1 на предзасилувачот.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/THD_Preamplifier.png)
Веднаш се забележува рипнување на вкупното THD, особено на вториот, третиот и четвртиот хармоник. На вториот храмоник, нивото рипнува над 1%, на третиот над 0.15%, а на четвртиот е околу 0.04%. Значи, изобличувањето во вториот храмоник се зголеми за над 140 пати, изобличувањето во третиот храмоник за околу 10 пати и изобличувањето во четвртиот храмоник за околу 2.5 пати. Се разбира, засилувањето на изобличувањето во третиот хармоник не беше пожелно, но сепак, се појави :S. Но, бидејќи изобличувањето во вториот храмоник е огромно, скоро целосно е препокриено засилувањето во изобличувањето на третиот и (за жал :S) четвртиот хармоник. Вкупното THD на десниот канал во случајот со предзасилувачот е 1.3791% (земено со усреднување во временски интервал од 1 минута).
За жал, предзасилувачот го покачува и вкупното ниво на шум :S. При feedback loop, измереното ниво на шум е под -80dB. По приклучување на предзасилувачот, истото рипна на -40dB. Значи, вкупното ниво на шум е засилено за над 40dB. Ова е далеку од незанемарлива вредност, но не е ни преголема и може да се слушне само со прилично моќни засилувачи (не и при ниски излезни нивоа на засилувачот).
На долните две слики е дадено вкупното THD, но при растечко ниво на сигнал. На првата слика е дадено THD-то при повратна врска (feedback loop), а на втората слика е дадено THD-то со врзан предзасилувач. Нивото расте од -40dB до -1dB, при што за ниво од 0dB се смета напон од 4Vpp. Практично, ова значи дека максималното ниво на напон при ова мерење е 3.56Vpp.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/THD_Feedback_-40dB_-1dB.png)
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/THD_Preamplifier_-40dB_-1dB.png)
Од првата слика (feedback loop), се забележува разгранувањето на THD-то на левиот и десниот канал (поради лошиот потенциометар за volume), но од втората слика (предзасилувач), се забележува линеарно растење на THD-то со растење на нивото на влезниот, а со тоа и на излезниот сигнал (одлика на секој добар предзасилувач со електронски цевки). Растењето на нивото почнува на вредност од околу -32dB (0.1Vpp), а линеарност добива на вредност од околу -28dB (0.16Vpp).
На следните две слики е дадена спектрална анализа на левиот и десниот канал во случајот без предзасилувач (feedback loop) и со предзасилувач.
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Spectrogram_Feedback_Loop.png)
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Spectrogram_Preamplifier.png)
При анализа само на десниот канал (црвена линија), веднаш се забележува засилен втор хармоник во случајот со предзасилувач. Нивото е зголемено за нешто над 40dB (рипнува од -83dB на -40dB). Нивото на третиот хармоник рипнува од -80dB на -60dB (засилување од 20dB), а нивото на четвртиот храмоник рипнува од -98dB на -90dB (засилување од 8dB). Исто така, може да се забележи и целокупно зголемување на шумот низ целиот аудио спектар, кое сумирано е над 40dB.
Практично, целиот проект е поделен на три секции: високонапонска напојувачка секција, напојувачка секција за греачите и предзасилувачот. На следниот линк се дадени ППК-та, монтажните и електричните шеми од проектот во различни формати (PDF, CDR, LAY). Притоа, ќе напоменам дека ППК-та се правени врз база на големината на компонентите кои јас ги имав на располагање и дека не е изработена и тестирана верзијата со ground plane на ППК-то од предзасилувачот туку само обичната (без ground plane) верзија. Таа верзија ја немам изработено, но би требало со неа да се добијат подобри резултати, барем во однос на внесеното ниво на шум во излезниот сигнал. Исто така, не можам со сигурност да тврдам дека верзијата на ППК-то со ground plane е целосно точна. Ја проверив неколку пати и изгледаше ОК, но ја немам изработено.
download link:
https://app.box.com/s/4ciawoyquikpfnkdzjkm
https://www.asuswebstorage.com/navigate/s/372D1D86553F4FB4A3F4EBE47FD7C89DY
На следните неколку слики се дадени фотографии од готовиот предзасилувач ;).
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Project.jpg)
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/ECC82_Tube_Preamplifier-1.jpg)
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/Filament_Heater_Power_Supply-1.jpg)
(http://i1162.photobucket.com/albums/q537/0x4E4F/High_Voltage_Power_Supply-1.jpg)