AZK 401 reloaded, UL push-pull AB1, 2 x 20 W

Úvod

Na konci roku 2008 mi v jednom knihkupectví padla do ruky Lampárna od J. Vlacha, což se nemělo stát. Knihu jsem koupil, přečetl a následně prolezl internet abych překvapeně zjistil, jaké množství lidí staví elektronkové zesilovače. Tou dobou jsem zvažoval pořízení zdroje hudby do malé pracovny. V zimě toho není moc na práci, takže jsem se rozhodl vstoupit do klubu vyvolených.

Protože jsem se na začátku nechtěl pouštět do žádných složitostí, koupil jsem na Aukru AZK 401 s tím, že se na tom něco naučím. Tento prehistorický stroj má ale 100 V výstup, pracuje dost blízko třídě B a je v opravdu hnusné pixli. A samozřejmě mono. Nicméně jsem poprvé navštívil EZK a koupil hromádku MKT kondenzátorů, elektrolytů a pár drobností. Po rekonstrukci spočívající převážně ve výměně kondenzátorů se podařilo zesilovač rozjet s bednou kterou jsem k němu dostal.

				...

Pokračoval jsem různýma modifikacema AZK 401čky - dal jsem pryč dvě EF86, protože nepotřebuju mikrofonní vstupy, dále jsem dal pryč EZ80 a přepojil jsem GZ34 na její přívod z trafa. Tím kleslo anodové napětí koncového stupně a pracovní bod koncových elektronek jsem posunul blíže do třídy AB. Sehnal jsem knihu Věrný zvuk od J. Lukeše a spoustu jsem toho našel na internetu.

Rozhodl jsem se pro zásadní krok - předělat koncový stupeň na impedanci současných reprosoustav, dodělat druhý kanál a tedy to celé překopat a přesunout do jiné bedny.

Výstupní trafa

Kvalitní výstupní trafo je základ elektronkového zesilovače. V podstatě jsou tři možnosti: koupit v česku, koupit v zahraničí nebo si ho (nechat) navinout. V česku nabízí trafa GES, ty ale nemají moc povzbudivé reference. EZK prodává trafa Indel, o nich se toho moc neví. Web firmy Indel je příšerný, najít katalogový list ke konkrétnímu trafu vyžaduje detektivní práci. O materiálu, ze kterého jsou plechy nikde ani zmínka. Tak to tedy ne. Prozatím jsem se rozhodl upravit trafa z AZK 401, později možná sáhnu hlouběji do kapsy a poohlédnu se v zahraničí.

Pořídil jsem na Aukru další výstupní trafo, navštívil podruhé EZK a koupil smaltovaný drát ø1 mm. Trafa jsem rozebral, odmotal původní vinutí a navinul jsem primár 2 * 932 z s odbočkama na 43 % původním drátem. Sekundár 64 z drátem ø1 mm pro 8 Ω. Vinutí primáru je podle článku ve starém amáru, způsob C, s tím že sekundár je pohromadě mezi polovinami primáru.

Při této práci se velmi osvědčil podkladový pás šířky 5 cm ze samolepek, který je z jedné strany pěkně hladký, takže závity se skládají jeden vedle druhého skoro samy.

Z_a-a traf je vychází kolem 5 kΩ při zátěži 6 Ω. Obě trafa jsem úspěšně vyzkoušel ve starém zesilovači v UL zapojení.

Síťové trafo

Také síťové trafo je zkanibalizováno z AZK 401. Odmotal jsem žhavicí sekundáry a z anodového jsem sundal 135 z, abych snížil anodové napětí na zhruba 385 V po usměrnění. Vinutí už není symetrické, usměrňovat budu samozřejmě polovodičovým můstkem.

Dal jsem zpátky žhavicí vinutí pro ECCxx. Vinutí pro GZ34 jsem vyhodil, pro EL34 taky, protože se sloupala izolace. Nakonec jsem namotal dvě samostatná vinutí fungl novým drátem ø1.2 mm pro žhavení EL34. Žhavicím vinutím jsem ubral 1 závit (tedy z 12 z na 11 z), protože trafo pochází z doby, kdy v síti bylo 220 V, dnes je tam 230 V. Žhavicí sekundáry dávají při zátěži kolem 6.4 V, bez této změny to bylo 7 V.

Vinutí pro záporné mřížkové předpětí koncových pentod zůstalo beze změny.

Otázkou je, zda trafo v novém zesilovači utáhne oba kanály. Z původní sestavy zůstanou dvě EL34, dvě ECC83 a jedna ECC83 se zamění za ECC81 která má stejnou spotřebu. Odpadne tedy:

• EZ80 - 3.8 W
• GZ34 - 9.5 W
• 2 * EF86 - 2.5 W
• EM84 - 1.3 W
• žárovka - 1.9 W

Tedy dohromady ubylo na žhavení 19 W. Přibude:

• ECC81 - 1.9 W
• 2 * EL34 - 18.9 W

... dohromady je potřeba na žhavení dalších 21  W, 2 W chybí, zhruba 3 W ale "zůstávaly" na anodě GZ34 v AZK 401. Větší problém představuje dvojnásobný klidový proud koncového stupně. Trafo je ale hodně robustní, má rezervu aby mělo slabé rozptylové pole, takže to snad zvládne. Spotřeba na žhavení je kolem 45.5 W, anodový zdroj musí v klidu dodat 80 W, měřená spotřeba zesilovače je zhruba 150 W, AZK 401 brala kolem 110 W.

Zapojení

Dlouho jsem rozmýšlel zapojení zesilovače, nakonec jsem vyšel ze schématu Jolidy 302. Mezi SRPP a LTP jsem použil vazební kondenzátor, abych se nemusel trápit s nastavením pracovního bodu invertoru.

Schéma 1 kanálu

LTspice

Vzhledem k tomu že používám nižší napětí zdroje než originál a úrovně jednotlivých napětí ani nejsou v popisu, jsou hodnoty odporů přepočítány.

SRPP

Na vstupu zesilovače je SRPP, který je spočítán tak, aby bylo možné vyvést stejnosměrnou vazbu na invertor. Nakonec jsem ale od ní upustil, protože mi není moc jasné, jak to může bez stabilizace anodového napětí vůbec fungovat.

V SRPP je použita ECC83 (=12AX7) - má vysoký zesilovací činitel (μ=100) a v SRPP zapojení klesne výstupní impedance na asi 31 kΩ z katalogových R_i=62.5 kΩ.

Různé druhy ECC83/12AX7
Tungsram	FWE	RWN	Tesla ECC83 vs ECC803S	Tesla ECC83 vs E83CC (frame grid)	JJ Electronic

ECC83 se vyskytuje v různých provedeních, ceněné jsou ty, které mají frame grid konstrukci: [1], [2]. .

Oběma triodama V1 teče shodný klidový proud, na každé z nich tedy zůstane polovina B2+ (293 / 2= 146.5 V). V grafu vyneseme na 146 V svislici nahoru a k ní kolmo zvolený klidový proud 1.1 mA. V průsečíku odečteme klidové předpětí řídící mřížky ≈ -1.1 V.

Pracovní bod SRPP

	Rak = Rk = Ubias / Iq
	1.1 V /0.0011 A = 1000 Ω
	R2 = R3: 1 kΩ

Invertor

Další stupeň je invertor - Long Tailed Pair. Je zde použita ECC81 (=12AT7), protože s ní má tento stupeň mnohem nižší výstupní impedanci než s ECC83, kterou zde mnozí používají.

Různé druhy ECC81/12AT7
FWE	RWM	Telefunken	Tungsol, Hytron, Motorola	JJ Electronic

Rezistory v anodách se obvykle volí jako dvojnásobek R_i, dal jsem tedy R8 a R9 18 kΩ. Klidový proud triod v invertoru (V2) jsem zvolit 5 mA, pracovní bod na -2 V z toho vychází:

	Rb =  Ub / (2 * Iq)
	2 V / (2 * 0.005 A) = 200 Ω
	Nejbližší hodnota R7: 220 Ω

Výkonový stupeň

Na konci je klasický push-pull se dvěma EL34 v linearizovaném zapojení.

Různé druhy EL34
2 x RWM	Tesla NOS EL34	Párovaná čtveřice, JJ Electronic	Tesla Rožnov, EL34 s anodou na čepičce

Klidový proud je 48 mA, což při 385 V dělá anodovou ztrátu necelých 19 W, takže je zbytečně nepřetěžuju. Pracovní bod se nastavuje ze samostatného zdroje, pro každou pentodu zvlášť. Klidový proud se měří voltmetrama přes katodové odpory R17, R18 - 10 Ω, tedy 50 mA = 0.5 V.

Poměry v koncovém stupni
Zload = 8 Ω

Anodový zdroj

Diody v Graetzově můstku jsou přemostěny RC článkem pro potlačení zákmitů. Následuje baterie filtračních elektrolytů, napětí B2+ 365 V je stabilizováno regulátorem - The Simple High-voltage regulator.

Anodový zdroj

Žhavení

Žhavení je běžným zbůsobem odbručeno pomocí uzeměného umělého středu. Elektronky invertoru (ECC81) mají střed žhavení připojen na umělý potenciál 130 V, aby nebylo překočeno maximální U_k/f = 90 V.

Konstrukce

Zesilovač je v dřevěné skříňce, zhotovené ze smrkových desek zakoupených v Baumaxu. Čelní panel a panel s paticema je z 5 mm modelářské překližky. Nátěr tvoří pár vrstev třešňového mořidla a Xyladecor Oversolu. Není to zrovna precizní řemeslná práce, na to nejsem vybaven.

Konstrukce je v dnes oblíbeném otevřeném stylu - elektronky jsou na horním panelu. V zesilovači je několik univerzálních destiček: anodový zdroj, na síťovém trafu jsou přichyceny symetrizace žhavicích vinutí a zdroj -Ug, zespodu je nastavení pracovního bodu koncových pentod a zdroje konstantního proudu pro invertory a na poslední jsou vstupní potenciometry. Zbytek je zadrátován stylem point-to-point na paticích a pertinaxové pájecí liště.

Oživení

Nejprve jsem překontroloval naprázdno žhavicí napětí a střídavé napětí anodového sekundáru. Také jsem ověřit funkci nastavení pracovního bodu každé EL34ky, rozsah je -27 až -40 V.

Dále jsem postupoval odzadu - zapojil jsem anodové napětí na trafa, osadil koncové pentody a vytočil jsem potenciometry biasu doleva na maximální záporné -Ug. Zesilovač jsem opět zapnul a nastavil jsem klidový proud za sledování voltmetrů na panelu. Klidové napětí na zdroji mi poskytlo vodítko pro výpočet srážecích odporů ve zdroji pro vstupní triody.

Nakonec jsem se pomodlil tolikrát, kolik bylo návštěv v EZK a osadil jsem triody. Pak už následoval první zkušební poslech.

Kolik to stálo ...

... radši ani nechci vědět, takže jen seznam toho nejdůležitějšího. Různý spotřebák nemá cenu uvádět. To máte: prkna, vrtáky, barvy, lepidlo, šroubkymatkypodložky, dráty, pojistky, distanční sloupky, smršťovací bužírky ... Tak nevím proč mi tento odstavec připomíná pana Lorence.

K tomu je potřeba připočíst obětní AZK 401 a výstupní trafo (oboje na Aukru cca 1300 Kč), po jejichž rozebrání zbyly ojeté elektronky na oživování a zkoušení. Takže odhadem je to něco přes 10 000 Kč. Některé věci (voltmetry, precizní potenciometry pro bias) je možné si odpustit. Stínicí páska, pájecí lišty, MICA kondenzátory a knoflíky pocházejí z GES-ELECTRONICS, zbytek je z prodejny EZK, kterou jsem v průběhu stavby navštívil tolikrát, že jsem to přestal po páté počítat.

Měření

Kontrola symetrie invertoru

Pout 5 W

Pout 15 W

Pout 20 W

Bez komentáře :-)

Kontrola sinusovkou

Při kontrole sinusovky na anodě EL34 byl sondě předřazen dělič cca 10:0.91, takže skutečný rozkmit je 560 V_p-p.

Pout 15 W

Limitace na výstupu

Anoda EL34

Anoda EL34

Fázový posun

f = 10 kHz	f = 20 kHz	f = 40 kHz	f = 60 kHz	f = 80 kHz
ϕ ≈ 4 °	ϕ ≈ 9 °	ϕ ≈ 19 °	ϕ ≈ 30 °	ϕ ≈ 40 °
f = 10 kHz	f = 20 kHz	f = 40 kHz	f = 60 kHz	f = 80 kHz

Kanál 1: vstup, 2: výstup.

Kulatý obdélníky

Při testu obdélníkovým signálem 1 kHz byly vidět zákmity (1. obrázek). K jejich odstranění existují dva možné postupy - buď RC člen přes sekundár výstupního trafa, nebo laborování s hodnotou kondenzátoru ve zpětné vazbě. Osvědčila se druhá možnost. V první verzi zesilovače byla hodnota C4 - 22 pF. Připojil jsem paralelně k němu ladicí kondenzátor a došel k hodnotě 100 pF.

f = 1 kHz

f = 10 kHz

f = 20 kHz

f = 40 kHz

Generátor obdélníku je tvořen Schmittovým klopným obvodem 74HCT14 a potřeboval by posílit výstup, aby nebyl ovlivněn kapacitou kabelu.

Zkreslení

Pro měření zkreslení používám zvukovou kartu ESI Juli@ a softvér ARTA.

		Spektrum 1 kHz, 5 W	Spektrum 13+14 kHz, 5 W	Spektrum 1 kHz, 10 W
Spektrum 1 kHz, 15 W	Spektrum 1 kHz, 20 W	THD vs. frekvence, 10 W, levý	THD vs. frekvence, 10 W, pravý

Měření probíhalo do umělé odporové zátěže 8 Ω. Uveden je vždy horší výsledek z obou kanálů. K limitaci dochází při výstupním výkonu 25 W.

Co na tom poslouchám ?

Zesilovač není vybaven přepínačem vstupů - jediný zdroj signálu je starý CD přehrávač DENON. Připojovat rádio neplánuju, český éter je zamořený hudebníma sračkama, debilní reklamou a moderátorskými bláboly privátních stanic. Jen pokud posloucháte ČRo 3, vinyl nebo krmíte D/A převodník z PC má smysl mít další vstupy.

Pokud jde o žánry, tak je jasné že poté co vyvinete úsilí k sestrojení takového přístroje, nebudete na tom poslouchat zvonky štěstí, hip-hop, techno či jiné duchamorné záležitosti. Protože tam kde chybí umělecká kvalita, technická dokonalost už to nezachrání. Teda ne že by tento zesilovač byl zrovna High-End, ale snad chápete. Osobně preferuji rock 60. a 70. let, blues nebo folk.

Takže se rozvalíme v křesle, nalejeme sklenku dobrého moku a v šeru pozorujeme
'ó jak ty elky krásně žhnou'
při poslechu třeba:

• Bob Dylan, hudební génius
• Eric Clapton, mistr Slowhand
• Dire Straits, Mark Knopfler, tento pán - čím starší, tím mu to líp hraje
• Pink Floyd, prostě nesmrtelná klasika. A taky sólové desky Rogera Waterse
• Jimi Hendrix, Jethro Tull, Yes, Alan Parsons ...

Odkazy, literatura

Na internetu se válí doslova tuny informací, uvádím pouze průřez toho co považuju za nejlepší a co mi nejvíce pomohlo.

Základní zdroje

• The Valve Wizard - výborný zdroj informací, obsahuje popis a výpočty všech základních obvodů.
• Tube Amp Books for Professional Builders
• Dr. Tube
• The Tube CAD Journal
• Power amplifiers with valves - zmodernizovaný Mullard 5-20 s trafy Lundahl
• Analogmetric forum - další hromada schémat pro vaši inspiraci
• Ultra-linear Distributed Load Audio Amplifiers
• diyAudio Tube Constant Current Source Board Project
• THD Measurement and Conversion
• The Optimised SRPP Amp By Merlin Blencowe

Něco o výstupních transformátorech

• Push-Pull Primary Impedance Pro návrh push-pull stupně je třeba vědět, že pokud jsou otevřené obě elektronky, každá 'vidí' 1/2 Z_a-a. Pokud se ale jedna uzavře, ta druhá 'vidí' jen 1/4 Z_a-a. Zde je to podrobně rozpitváno.
• Damping Ringing in LC Circuits
• Output Transformers Explained
• DIY Output Transformer, DIY output transformer test
• How an Output Transformer Causes Distortion
• Output Transformer Design and Winding

Další domácí bastlíři

• Elektronkový zesilovač 2×25W, kopie Audio Innovations 800Mk3
• K15 - Lampový zesilovač. Elektronkové zesilovače dnes staví každý kretén
• ECC83 + 6P3S Designově velmi vypečený zesilovač
• Koncový zosilňovač s EL34
• Zesilovač podle vzoru německé firmy Experience. Moc pěkné řemeslné provedení.
• Zesilovač EL84 stereo push pull AB

Zahraniční bastlíři, firmy

• Tube Amps DIY
• DIY Audio projects
• Patrick Turner. Mnoho materiálů v sekci Educational and DIY
• Aiken Amplification. Sekce Tech info
• The Vacuum Tube FAQ by Henry Pasternack
• The Revenge KR842VHD Amplifier
• A Direct-Input Triode EL34 Amplifier. A taky jsou parádní reprosoustavy.
• 50 Watt Per Channel EL34 Ultra Linear Amplifier, a mnoho dalšího
• Bob's Hi-Fi Tube Amp Page
• Pete Millett's DIY Audio pages. Doporučuju mrknout na odkaz 'Technical books ONLINE!'
• Valve Audio Website. Přes trochu chaotickou navigaci se dá doklikat k zajimavým článkům
• Termoionica Applicata: Ideas and Projects

Literatura

• Lampárna. Poskytuje základní úvod do problematiky.
• Jaroslav Lukeš, Věrný zvuk SNTL, 1962. Nepostradatelný zdroj pro další studium. Obtížně se shání, prolezte antikvariáty, zkuste knihovnu a požadujte zapůjčení z archivu.
• L. Slezák, Výstupní transformátory SNTL, 1964.
• Morgan Jones Valve amplifiers
• Morgan Jones Building valve amplifiers
• Menno van der Veen Modern high-end valve amplifiers

Výrobci

• JJ Electronic. Slovenský výrobce elektronek, elektrolytických kondenzátorů. Článek
• KR Audio, v bývalé Tesle Hloubětín, ovšem poněkud jiná cenová hladina. Článek
• Emission Labs, česká manufaktura na elektronky, zřejmě další pohrobek Tesly
• Blackburn MicroTech Solutions. R.I.P.
• Electro-Harmonix
• Lundahl Transformers. Švédský výrobce transformátorů
• Hammond Manufacturing. Kanadský výrobce transformátorů
• Variable Voltage Technology Ltd. Britský výrobce transformátorů
• Indel. Polský výrobce transformátorů

Software

• TinyCAD Program pro kreslení elektrotechnických schémat
• LTSpice Simulační nástroj
• ARTA. Audio Measurement and Analysis Software

Ostatní

• Vintage Tube Services. Learn more about the companies
• Historický radioklub československý. Sběratelé historické techniky
• The National Valve Museum
• A na úplný závěr něco co se musí vidět - video z výroby elektronek s vysokým podílem ruční práce.