26.11.2015 Fixed bias - kolejne podejście

Po niepowodzeniu projektu na 4P1L, czy może raczej w jego trakcie, wpadłem na pomysł schłodzenia nieco wzmacniacza i uproszczenia go, wyrzucając z katody lamp autobias, czyli automatyczną regulację punktu pracy lampy i ujemnego najpięcia na ich siatce przez rezystor katodowy.

Dla GM70 mówimy o 600ohm (równolegle 2x 1200ohm), przy 120mA i 65V daje nam 7.8W!
To bardzo dużo ciepła w środku wzmacniacza.

Przy driverze EML20B nie ma to juz znaczenia, bo mamy 15V na rezystorze 680ohm, czyli 0.33W.

Pozbywamy się jednak drogich kondensatorów z katody i mamy możliwość regulacji punktu pracy, a każdy brzmi inaczej.

Na samym początku  zabawy z GM70 miałem fixed bias, czyli ujemne napięcie podawane z zewnętrznego układu na siatkę lampy. Był to prosty układ z filtrowaniem RC i ręczną regulacją napięcia. Jako, że na końcu układu był kondensator do masy, to praktycznie sygnał AC nie powodował zmiany biasu, bo zwierał się przez niego do masy.

Chciałem mieć nowoczesny układ, który miałby możliwość regulacji napięcia oraz sam je zmieniał utrzymując stały prąd. Do tego nie miałem napięcia na transformatorze, więc powinien mieć własne zasilanie.

Wybór padł na niestety drogie, ale eleganckie rozwiązanie TENTLABS:

http://www.tentlabs.com/Components/Tubeamp/page24/page24.html

Miałem już wcześniej do czynienia z Guido, kiedy mi zrobił grzanie do EML20B, nie mówiąc o spotkaniu go na TRIODE FESTIVAL, chyba w 2006 roku.

Potrzebowałem 2 podwójne moduły, po parze do każdego monoblocku.

Układ nadaje się do sterowania jednoczesnego 4 lamp i polega na regulowaniu napięcia ujemnego za pomocą pomiaru napięcia wyzwalanego prądem płynącym z katody lampy do ziemi przez płytkę i odpowiedni na niej rezystor, typowo 10ohm. 100mA prądu odkłada U=R*I=10*0.1=1V

Oczywiście można rezystor zmienić, ale 10ohm jest najłatwiejsze bez kalkulatora do obliczenia prądu.
Trymerem reguluje się prąd płynący przez lampę, a układ automatycznie dostosowuje do tego ujemne napięcie podawane na siatkę lampy przez rezystor siatkowy lub uzwojenie wtórne transformatora międzystopniowego.

Jeżeli teraz mamy więcej lamp to musimy tak dobrać stosunek wielkości rezystorów, aby na każdym z nich odkładało się identyczne napięcie, ale oczywiście każda lampa będzie dawała iny prąd w takiej samej proporcji jak rezystory pomiarowe na płytce.

Aby rezystory były jak najmniejsze, dobieramy największy rezystor na lampy o najmniejszym prądzie.

W moim układzie, jeszcze z lampa 4P1L, miałem:

8.2ohm dla 4P1L, 14mA
4.7ohm dla EML20B, 26mA
1.1ohm (dwa oporniki równolegle 2.2ohm) dla GM70, 112mA.

Ważne aby trzymać się poniżej 10 ohm, bo to rezystor nie bocznikowany kondensatorem i jego wzrost powoduje wzrost Rp lampy!

Musimy tez oczywiście trzymać się standardowych dostępnych wartości rezystorów.

Teoretycznie wszystko działało znakomicie.

Mocno przebudowałem cały sygnałowy układ, podłączyłem płytki, wyregulowałem prądy itp.

Pierwszy problem pojawił się (jak zwykle) z 4P1L. Okazało się, że podłączenie generatora powodowało natychmiastowy wzrost napięcia ujemnego.
Oczywiście, napięcie na lampę wejściową było podawane przez 100k rezystor wejściowy, ale podłączenie czegoś na wejście, zwiera siatkę lampy wejściowej do masy przez impedancję wyjściową źródła, czyli uzwojenie wtórne transformatora przedwzmacniacza, lub rezystor (zwykle ok 220k-1M).

Trzeba więc było wrzucić na siatkę lampy wejściowej w szeregu KONDENSATOR!
Miałem świetny mały Black Gate 0.47uF/50V BG-N HIQ.

Trzeba pamiętać, ze tak jak dla separowania stopni lampowych kondensatorem tak i tutaj mamy za nim rezystor siatkowy lampy do masy i tworzy nam się filtr górnoprzepustowy RC, stąd przy 100k rezystorze siatkowym dałem sprawdzone 0.47uF. Przy 500k rezystorze wystarczyłoby 0.1uF, ale niestety nie wszystkie lampy pozwalają na duży rezystor. Na przykład EML20B pozwala na maksymalnie 480k, co i tak jest wiele jak na taką lampę DHT. Np 300B zwykle nie pozwala na więcej niż 100k.

Kiedy już wszystko zostało pomierzone i grało dobrze (po wyrzuceniu 4P1L w końcu), pojawił się zupełnie nieoczekiwany poważny problem: WYŁĄCZANIE WZMACNIACZA....

17.11.2015

Układ podaje minus na siatkę, która kontroluje prąd lampy. Czym bardziej minusowy potencjał, tym mniejszy prąd. Po włączeniu zasilania, płytka zapala czerwona diodę i czeka na B+ (200-500V). Od razu podaje swoje minimalne napięcie -85V lub -160V (konfigurowalne złączką). Kiedy pojawia się B+, po około minucie stopniowo napięcie ujemne maleje osiągając prąd zdefiniowany trymerem. W przypadku GM70 jest to -75V dla 110mA przy napięciu anodowym 925V.

Kiedy wyłączamy wzmacniacz pojawia się problem, bo lampy są rozgrzane, potencjał zgromadzony w kondensatorach i prąd w GM70 spada do zera w około 2s. Niestety płytka wyłącza ujemny bias dużo szybciej i widać na wskaźniku prądu skok ok 30mA po wyłączeniu, czyli prąd spada ze 110mA do 60mA, potem gwałtownie skacze do 90mA kiedy zanika ujemny bias i potem bardzo szybko spada do zera, czyli brak biasu ujemnego powoduje gwałtowny wzrost prądu lampy, szybkie rozładowanie energii w kondensatorach i potem szybkie opadnięcie prądu do zera.

25.11.2015

Wiele konsultacji z Guido Tentem o przyczynach takiego reagowania układu.

To skomplikowane urządzenie z logiką. Dokładnie sprawdzałem jak się zachowują napięcia przy wyłączaniu i okazuje się, że w momencie wyłączenia następuje nagły skok ujemnego napięcia na siatce GM70 z -75V na -50V, co powoduje nagły skok prądu lampy co ma odzwierciedlenie w ruchu membran głośnika niskotonowego. Przy takim biasowaniu tylko lampy GM70, jest to zjawisko niewielkie. Kiedy jednak podłączyłem 3 lampy do płytki, uderzenie w głośniki była podwójne i bardzo groźne, nie do zaakceptowania. Prawdopodobna przyczyną jest pojawiający się prąd siatki GM70 zbyt duży, żeby płytka mu podołała. Teoretycznie może ona akceptować tylko 1.5mA.
Napięcie ujemne nie zanika całkowicie, tylko spada powoli, więc pomysł układu jest właściwy, ale nie uwzględnia chyba cech GM70.

Próbowałem także aby "HV sensing" na płytce, podłączony do B+ układu wyłączał szybciej płytkę co sprawi, że będzie podawane maksymalne ujemne napięcie, , czyli -85V, lub -160V. Zrobiłem dzielnik napięciowy 1:4 i podałem na płytkę 225V, gdzie graniczną wartością jest 200V (zakres 200V-500V). Wszystko po to, aby spadające napięcie B+ po wyłączeniu zasilania, szybko odłączało HV sensing. Do tego podpiąłem HV sensing to małego kondensatora 10uF+1.5uF, żeby rozładowanie było szybsze. Niestety, spadek napięcia do -50V jest natychmiastowy i znaczenie szybszy niż spadek B+.

Jak gra fixed bias? Czy wyrzucenie dwóch millsów MRA12 i Back Gate "N" poprawia brzmienie?

Na początku nieco mechanicznie, po chwili już dobrze. Głębokie brzmienie, nieco cieplejsze, ale jak pojawia się "góra" to bardzo czysta i dźwięczna.

Zmiana w driverze EML20B pokazała, że kombinacja 2W Shinkoh i BG-N daje brzmienie nieco zaokrąglone i słodsze niż nieco beznamiętny fixed bias. Ucho to nie oscyloskop, i czasem więcej zniekształceń brzmi po prostu przyjemniej.
Nie chce wracać do autobias w GM70. Tutaj to jest lepsze rozwiazanie. Mniej się grzeje, modyfikacja brzmienia przez zmianę prądu itp.

Brzmienie jest dobre, ale skłoniło mnie do chwilowego powrotu do GM70 z miedzianą anodą i zabawy z biasem. Zmiany wersji GM70 słychać natychmiast. Lepszy bas wersji grafitowej, brzmienie nieco bardziej matowe i wycofane, ale solidne i dynamiczne. Miedziana GM70 czaruje środkiem, relaksuje, podnosi temperaturę, ale bas jest słabszy i dynamika siada. Zawsze coś za coś.

Czy warto za tyle pieniędzy co zapłaciłem za Tentlabsa? Chyba nie przy problemach jakie się pojawiły i bardzo dużej cenie. Warto jednak pomysleć o prostszym układzie z potencjometrem i wskaźnikiem prądu. Dodatkowa zabawa w ustawienia i  solidniejsze brzmienie i brak drogich elementów w katodzie

26.11.2015

Post scriptum.
Zmierzyłem napięcie, a co za tym idzie prąd, na grid choke z równoległym 100k rezystorem w czasie wyłączania. Ustawiłem miernik na wyłapanie najwyższego chwilowego napięcia.
Wyszło 4.65V na 3560ohm, czyli 1.3mA DC.
Nie jest to może wiele, ale wydajność/ sztywność układu Tentlabs jest na poziomie 1.5mA, więc widać skąd problem.

Nieco udało się go zredukować, ustawiając zworkami zakres napięcia biasu na -160V i regulując trymerem na -95V, które jest bezpieczne tzn, w czasie startu wzmacniacza i opóźnienia minutowego startu ujemnego napięcia, powinien płynąc taki prąd przez lampę, żeby na pierwszym kondensatorze elektrolitycznym nie było dla najsłabszej lampy GM70 więcej niż 1000V (dwa kondensatory na 500V z dzielnikiem napięcia szeregowo). Część roboty robią rezystory do masy w B+ (bleedery), ale to stabilizuje B+ na 1030V), wiec nieco poza zakresem bezpiecznej pracy.
Ustawienie na -95V nieco wygładziło proces wyłączania wzmacniacza. Na ile finalnie dowiemy się przy instalacji dodatkowego drivera 45 w fixed bias.