Niskonapięciowy bufor lampowy na 6N1P - HRK Amplification
Niskonapięciowy bufor lampowy na 6N1P - HRK Amplification
Niskonapięciowy bufor lampowy na 6N1P - HRK Amplification
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Informacja o prawach autorskich.<br />
Ten artykuł oraz wszystkie jego części, w tym tekst, schematy, rysunki, zdjęcia oraz wyniki pomiarów są własnością intelektualną<br />
Bartłomieja Hrk i jako takie są chronione prawami autorskimi. Kopiowanie, drukowanie, rozpowszechnianie i publikowanie poniższego<br />
artykułu w całości lub jakiejkolwiek jego części w internecie, wydawnictwach, opracowaniach, periodykach itp. bez pisemnej zgody autora<br />
(Bartłomiej Hrk) jest zabronione. Informacje zawarte w poniższym artykule mogą być użyte tylko i wyłącznie <strong>na</strong> potrzeby prywatne lub<br />
edukacyjne. Autor zezwala <strong>na</strong> zapisanie jednej (1) kopii tego artykułu <strong>na</strong> twardym dysku w celu wyko<strong>na</strong>nia przedstawionego w poniższym<br />
artykule projektu <strong>na</strong> użytek prywatny. Informacje, w tym tekst, schematy, rysunki, zdjęcia i wyniki pomiarów zawarte w poniższym artykule<br />
nie mogą być użyte w celach zarobkowych przez osoby prywatne lub podmioty gospodarcze bez pisemnej zgody autora.<br />
© B. <strong>HRK</strong> 2011<br />
Wstęp.<br />
<strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> <strong>bufor</strong> <strong>lampowy</strong> <strong>na</strong> <strong>6N1P</strong><br />
Temat <strong>bufor</strong>ów <strong>lampowy</strong>ch był już eksploatowany wielokrotnie <strong>na</strong> lamach pism elektronicznych i w internecie.<br />
Dla wielu amatorów elektroników oraz miłośników audio możliwość uzyskania lampowego brzmienia bez<br />
konieczności budowania układów zasilanych wysokim <strong>na</strong>pięciem jest bardzo interesująca. To właśnie wysokie<br />
<strong>na</strong>pięcie anodowe skutecznie odstrasza wielu kontsruktorów ( zwłaszcza początkujących) od budowy układów<br />
<strong>lampowy</strong>ch. W internecie aż roi się od układów opartych <strong>na</strong> popularnej ECC88 zasilanej <strong>na</strong>pięciem 60V-90V<br />
uzyskiwanym z powielacza <strong>na</strong>pięcia. W poniższym artykule przedstawiony jest układ <strong>bufor</strong>a lampowego<br />
przez<strong>na</strong>czonego głownie do zastosowania jako blok funkcjo<strong>na</strong>lny domowego zestawu audio. Jed<strong>na</strong>k jego<br />
zastosowanie nie musi się ograniczać tylko do sprzętu Hi-Fi. Układ charakteryzuje się bardzo niskimi<br />
zniekształceniami oraz niskimi szumami wiec dosko<strong>na</strong>le <strong>na</strong>daje się do urządzeń profesjo<strong>na</strong>lnego audio, np. jako<br />
<strong>bufor</strong> wyjściowy w przedwzmacniaczu mikrofonowym. Cechą charakterystyczną układu jest możliwość pracy<br />
przy zasilaniu <strong>na</strong>pięciem symetrycznym +/-18V. W układzie pracuje lampa <strong>6N1P</strong> i nie wymaga żadnych<br />
powielaczy <strong>na</strong>pięcia. Jedynie żarnik lampy musi być zasilany z osobnego źródła <strong>na</strong>pięcia 6.3V. Możliwe jest<br />
rownież zastosowanie innych lamp, np. ECC88 lub ECC82. Dzięki temu <strong>bufor</strong> z łatwością może stać się częścią<br />
składową większego urządzenia.<br />
Wybór lampy.<br />
W projekcie została użyta lampa <strong>6N1P</strong>. Jest to rosyjski odpowiednik (nie zamiennik) podwójnej triody ECC88.<br />
Wybór taki był spowodowany głownie dostępnością i ceną. Lampa ta jest łatwo osiągal<strong>na</strong> w internecie. Jest<br />
sprzedawa<strong>na</strong> <strong>na</strong> portalach aukcyjnych głownie jako wersja militar<strong>na</strong> czyli <strong>6N1P</strong>-EW, produkowa<strong>na</strong> jeszcze dla<br />
potrzeb wojska byłego ZSRR. Wersja EW jest wariantem o lepszych parametrach i dłuższym czasie pracy.<br />
Po<strong>na</strong>dto lampa <strong>6N1P</strong> jest <strong>na</strong>dal produkowa<strong>na</strong> przez niektórych wschodnich producentów, np. Svetla<strong>na</strong>.<br />
Podstawowe parametry lampy dla różnych wariantów.<br />
1 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011<br />
Niedogodnością w przypadku lampy<br />
<strong>6N1P</strong> jest stosunkowo wysoki prąd<br />
żarzenia. Przy <strong>na</strong>pięciu 6,3V jest on dwu<br />
krotnie wyższy niż w lampach typu ECC i<br />
wynosi 600mA. Należy to uwzględnić<br />
projektując zasilacz ponieważ zasilanie<br />
żarnika z +18V poprzez stabilizator<br />
będzie wymagało użycia dużego<br />
radiatora. Moc strat w stabilizatorze<br />
może sięgnąć 7W.
Opis układu i działanie.<br />
Schemat ideowy wersji dwuka<strong>na</strong>łowej przedstawiony jest <strong>na</strong> stronie 3. Działanie układu będzie omówione <strong>na</strong><br />
przykładzie ka<strong>na</strong>łu pierwszego. Wejściem układu jest CN1. Syg<strong>na</strong>ł wyjściowy pobierany jest z CN2. Układ<br />
zasilany jest <strong>na</strong>pięciem symetrycznym +/-18V. Lampa V1 pracuje w konfiguracji wtórnika katodowego. Zamiast<br />
rezystora katodowego zostało użyte źródło prądowe z tranzystorem Q1. Prąd źródła wyz<strong>na</strong>czony jest przez<br />
czerwoną diodę LED i rezystor emiterowy R4 i wynosi ok. 3.3mA. Zastosowanie źródła prądowego istotnie<br />
zmniejszyło zniekształcenia harmoniczne. Dodatkowo źródło prądowe wpływa <strong>na</strong> obniżenie impedancji<br />
wyjściowej. W prototypie wyniosło 260Ω dla 1kHz przy obciążeniu wtórnika rezystancja 10kΩ. Przy obciążeniu<br />
rezystorem 1k wartość impedancji wyjściowej osiągnęła 268Ω co <strong>na</strong>leży uz<strong>na</strong>ć za wynik bardzo dobry. Źródło<br />
prądowe pozwala <strong>na</strong> sterowanie <strong>na</strong>stępnego stopnia bez dodatkowego <strong>bufor</strong>a. Należy jed<strong>na</strong>k zwrócić uwagę<br />
aby impedancja wejściowa kolejnego stopnia nie była mniejsza niż 10kΩ. Strata syg<strong>na</strong>łu <strong>na</strong> wyjściu w stosunku<br />
do wejścia wynosi 0.5dB dla obciążenia 10kΩ.<br />
Rezystor R1 polaryzuje wstępnie siatkę. Lampa pracuje z prądem siatki równym ok. 400uA i może się nieco<br />
zmieniać w zależności od egzemplarza lampy. Napięcie <strong>na</strong> katodzie jest równe w przybliżeniu -5V. Pomimo<br />
tego maksymalny syg<strong>na</strong>ł wyjściowy osiąga +20dBu przy THD
3 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011
Parametry i wyniki pomiarów.<br />
Pomimo tego, ze omawiany projekt jest prostym układem <strong>lampowy</strong>m <strong>bufor</strong> charakteryzuje się bardzo dobrymi<br />
parametrami. Pomiary zostały wyko<strong>na</strong>ne przy użyciu systemu pomiarowego Audio Precision. Wyniki pomiaru<br />
parametru THD+N w funkcji częstotliwości przedstawia wykres 1. Krzywa w kolorze cyjan odpowiada<br />
poziomowi wejściowemu 0dBu, <strong>na</strong>tomiast krzywa zielo<strong>na</strong> odpowiada poziomowi wejściowemu +10dBu. Pasmo<br />
filtru pomiarowego: 10Hz – 80kHz, impedancja obciążenia 10kΩ.<br />
Wykres 1. THD+N w fukncji częstotliwości.<br />
Następny wykres przedstawia zniekształcenia w funkcji poziomu wyjściowego dla 1kHz. Dla zniekształceń nieco<br />
mniejszych niż 0.2% <strong>bufor</strong> jest w stanie dostarczyć poziom ok. +20dBu przy impedancji obciążenia 10kΩ. Jest to<br />
poziom w zupełności wystarczający do większości zastosowań audio. Pasmo filtru pomiarowego: 10Hz – 80kHz.<br />
Na wykresie 3 przedstawiony jest poziom szumów dla impedancji źródła 51Ω. Pasmo pomiarowe: 10Hz –<br />
30kHz. Na poziom szumów ma wpływ jakość filtracji zasilania. Niezbędnym jest stosowanie stabilizatorów<br />
<strong>na</strong>pięcia. Równie ważnym jest popraw<strong>na</strong> masa układu. Najlepszym rozwiązaniem jest masa w układzie<br />
gwiaździstym. Będzie o tym w dalszej części opisu. W poprawnie działającym układzie szum wynosi<br />
przy<strong>na</strong>jmniej -100dBu w paśmie pomiarowym 10Hz - 30kHz, czyli 100dB poniżej 0.775Vrms!<br />
4 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011
Wykres 2. THD+N w funkcji poziomu wyjściowego dla 1kHz.<br />
Wykres 3. Poziom szumów w funkcji częstotliwości.<br />
5 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011
Odpowiedź częstotliwościową układu przedstawia wykres 4. Poziom odniesienia 0dBr wynosi -0.5dBu / 1kHz<br />
<strong>na</strong> wyjściu dla obciążenia 10kΩ. Pasmo przenoszenia jest w praktyce całkowicie płaskie ze spadkiem -1dBr dla<br />
ok. 130kHz.<br />
Montaż i uruchomienie.<br />
Wykres 4. Pasmo przenoszenia. Filtr 10Hz – 500kHz<br />
Schemat <strong>bufor</strong>a przedstawiony jest <strong>na</strong> stronie 3. Układ zmontowany ze sprawnych i sprawdzonych elementów<br />
powinien działać od pierwszego razu bez <strong>na</strong>jmniejszego problemu. Należy pamiętać aby odczekać przy<strong>na</strong>jmniej<br />
minute aż żarnik lampy rozgrzeje się wystarczająco. Pierwsza rzeczą jaka <strong>na</strong>leży sprawdzić jest <strong>na</strong>pięcie <strong>na</strong><br />
siatce sterującej i <strong>na</strong> katodzie. Napięcie <strong>na</strong> siatce powinno wynosić ok. -4V, <strong>na</strong>tomiast <strong>na</strong> katodzie ok. -5V.<br />
Moż<strong>na</strong> również skontrolować prąd źródła prądowego mierząc <strong>na</strong>pięcie <strong>na</strong> rezystorze emiterowym, powinno<br />
ono wynieść w granicach 1,1V, co daje prąd ok. 3.3mA. O wiele niższe ujemne <strong>na</strong>pięcie <strong>na</strong> siatce lub katodzie<br />
może oz<strong>na</strong>czać, ze przez lampę płynie zbyt duży prąd.<br />
Bufor jest <strong>na</strong> tyle prostym układem, ze moż<strong>na</strong> go zbudować <strong>na</strong> płytce uniwersalnej. Oczywiście możliwym jest<br />
zaprojektować prosty obwód drukowany. W obu przypadkach <strong>na</strong>leży pamiętać aby oddzielić masę syg<strong>na</strong>łową<br />
od masy żarzenia. Niedupuszczalne jest aby ta sama ścieżka przewodziła prąd masy syg<strong>na</strong>łowej i żarzenia.<br />
Spowoduje to charakterystyczny przydźwięk 100Hz. Zasilacz moż<strong>na</strong> zbudować wykorzystując trafo mające trzy<br />
odczepy uzwojenia wtórnego. Dwa dla <strong>na</strong>piec symetrycznych +/-18V i jedno o <strong>na</strong>pięciu np. 6 - 9VAC, które<br />
moż<strong>na</strong> wykorzystać do żarzenia lampy. Po wyprostowaniu moż<strong>na</strong> użyc stabilizator 5V z radiatorem i dwie diody<br />
prostownicze aby otrzymać <strong>na</strong>pięcie 6.3V. Jeżeli zasilacz będzie <strong>na</strong> osobnej płytce <strong>na</strong>leży rozdzielić masy<br />
zasilania i żarzenia łącząc je dopiero w jednym punkcie <strong>na</strong> płytce <strong>bufor</strong>a. Ten punkt stanie się central<strong>na</strong> częścią<br />
układu masy gwiaździstej, tzw. Star Point. Z tego punktu powinny się rozchodzić ścieżki lub przewody do innych<br />
części układu oraz do kondensatorów elektrolitycznych stanowiących rezerwuar <strong>na</strong>pięcia <strong>na</strong> płytce <strong>bufor</strong>a.<br />
Żarzenie lampy <strong>na</strong>jlepiej jest podłączyć za pomocą przewodów wprost z cokołu pamiętając, ze masowy<br />
przewód powinien być podłączony centralnie do Star Point. Schemat blokowy takiego połączenia przedstawia<br />
rysunek poniżej.<br />
6 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011
Masa gwiaździsta.<br />
Dobrym pomysłem jest zaekranowanie lampy za pomocą specjalnego kubka montowanego <strong>na</strong> cokole. Moż<strong>na</strong><br />
kupić od razu cokół Noval z takim kubkiem i niezbędnymi elementami dodatkowymi.<br />
Wykaz elemetów.<br />
C1 470u 16V<br />
C2 470u 16V<br />
C3 470u 16V<br />
C4 470u 16V<br />
C5 470u 16V<br />
C6 470u 16V<br />
C7 470u 16V<br />
C8 470u 16V<br />
C9 1u 50V<br />
C10 1u 50V<br />
C11 1u 50V<br />
C12 1u 50V<br />
C13 100u 25v<br />
C14 100u 25v<br />
C15 100u 25v<br />
C16 100n 50v<br />
C17 100n 50v<br />
C18 100n 50v<br />
D1 RED 3mm<br />
Q1 BC184<br />
Q2 BC184<br />
R1 10k<br />
R2 10k<br />
R3 10k<br />
R4 330<br />
R5 330<br />
R6 100k<br />
R7 100k<br />
R8 100k<br />
R9 100k<br />
V1 <strong>6N1P</strong><br />
V2 <strong>6N1P</strong><br />
Możliwość zastosowania innej lampy.<br />
Oprócz <strong>6N1P</strong> do konstrukcji <strong>bufor</strong>a moż<strong>na</strong> użyć lampy ECC88 oraz ECC82. W zasadzie układ będzie działał bez<br />
żadnych modyfikacji. Ciekawostką jest fakt, ze chociaż ECC88 uz<strong>na</strong>wa<strong>na</strong> jest za odpowiednik <strong>6N1P</strong> to również<br />
ECC82 zachowuje się w układzie niemal identycznie jak lampa rosyjska. Zdecydowanie nie <strong>na</strong>jlepszym<br />
pomysłem jest użycie ECC83. Lampa ta wymaga dużo wyższego <strong>na</strong>pięcia zasilania. Teoretycznie będzie działać<br />
ale spadki <strong>na</strong>pięcia <strong>na</strong> siatce i katodzie będą wynosić kilka<strong>na</strong>ście voltów. Niebezpiecznym jest również spory<br />
prąd siatki, który będzie powodował wydzielanie się mocy strat. Zachęcam do eksperymetów.<br />
Bartłomiej Hrk 07.2011<br />
7 <strong>Nisko<strong>na</strong>pięciowy</strong> Bufor Lampowy <strong>6N1P</strong> | © B. <strong>HRK</strong> 07.2011
Change language