Przedwzmacniacz 2x 6N2P-EW
Płyty winylowe zastąpione kiedyś przez płytę CD nie zniknęły całkowicie z rynku i nadal w dobie mediów cyfrowych są obecne jako stare, kolekcjonerskie wydania naszych ulubionych artystów oraz nowe aktualnie wydawane płyty. Jednym z elementów niezbędnych do odtworzenia zapisu z płyty jest przedwzmacniacz gramofonowy, którego konstrukcja została niżej zaprezentowana.

WSTĘP
Na przestrzeni lat, technika odtworzenia zapisanego dźwięku na płycie winylowej przeszła chyba wszystkie możliwe drogi ewolucji, zarówno w sposobie mechaniki zapisu jak i układów elektronicznych pozwalających odtworzyć zapisany dźwięk. Jak powszechnie wiadomo na płycie winylowej dźwięk zapisano w rowku, którego boczne ścianki zostały precyzyjnie odwzorowane w tłoczni z matrycy i ich nierówna powierzchnia „przechowuje” pierwotnie zapisany sygnał dwóch kanałów. Dźwięk ten możliwy jest do odtworzenia igłą gramofonową, której drgania zostają w przetworniku zamienione w sygnał elektryczny. Chęć zapisu na płycie dwudziestu kilku minut dźwięku wymusiła na autorach standardu opracowanie płyty drobnorowkowej. To z kolei wymusiło specjalny rodzaj zapisu wg krzywej RIAA. Nie wdając się w szczegóły, zapis taki polega na obniżeniu poziomu niskich częstotliwości i podwyższeniu poziomu zapisu dla częstotliwości wysokich. Tematyka krzywych RIAA jest szeroko omawiana w literaturze i internecie. Temat mechaniki i geometrii ramienia jest również ciekawy i zachęcam do poświęcenia chwili czasu na zapoznanie się przynajmniej w podstawowe wiadomości u innych źródeł. Igła gramofonowa jest umieszczona we wkładce gramofonowej, która jest przetwornikiem drgań igły na sygnał elektryczny. Istnieją trzy podstawowe rodzaje wkładek gramofonowych. Wkładka piezoelektryczna -występująca we wczesnych modelach gramofonów klasy popularnej, ale również zdarza się w obecnie sprzedawanych marketowych gramofonach. Wkładka typu MM (Moving-Magnet) -najpopularniejszy rodzaj wkładki oraz Wkładka typu MC (Moving Coil) -wkładka której elementem drgającym jest cewka. Wkładka używana w sprzęcie najwyższej klasy, wymagająca także specjalnego przedwzmacniacza o dużym wzmocnieniu, gdyż sama oferuje sygnał o poziomie napięcia zaledwie 0,2-0,5mV Prezentowany przedwzmacniacz przeznaczony jest do używania z wkładką typu MM, której sygnał wyjściowy ma napięcie ok. 4-5mV. Przez dziesięciolecia opracowano masę układów elektronicznych wzmacniających sygnał z wkładki gramofonowej. Początkowo były to układy wykorzystujące lampy elektronowe, później tranzystory a obecnie wykorzystywane są wzmacniacze operacyjne o doskonałych parametrach. Widok jednak gramofonu z obecnym obok przedwzmacniaczem lampowym jest niepowtarzalny, dlatego też zdecydowano się na wykorzystanie lamp.

OPIS UKŁADU
Lampowe układy przedwzmacniaczy gramofonowych można w zasadzie podzielić na dwa typy. Pierwszy, w którym układ korekcji częstotliwościowej RIAA jest umieszczony pomiędzy stopniami wzmacniającymi oraz drugi typ, w którym korekcja RIAA odbywa się w pętli sprzężenia zwrotnego. Ponieważ budowałem już wzmacniacz lampowy audio bez pętli sprzężenia zwrotnego, ciekawość skłoniła do wyboru układu gdzie ta pętla sprzężenia jest. W internecie popularny i chwalony jest układ przedwzmacniacza EAR834p, którego rozwiązanie układowe zainspirowało do własnych modyfikacji i rozwiązań. Schemat układu(jeden kanał) przedstawiono niżej.



Na schemacie przedstawiono jeden kanał wzmacniacza, którego wejścia i wyjścia wyprowadzone są na gniazda DIN5. W układzie widzimy dwa stopnie lampowe w układzie wspólnej katody. Pierwszy stopień wzmacniacza, wykorzystuje połówkę lampy V1 (6N2P-EW), wzmacnia sygnał wejściowy i jednocześnie zapewnia właściwe obciążenie wkładki gramofonowej.
Nominalnie wkładka wymaga obciążenia 47k, lecz dopuszcza się niewielkie zmiany tej wartości ponieważ można w ten sposób ukształtować dźwięk wedle własnych oczekiwań. W układzie zastosowano rezystor niskoszumowy 47.5k. Ponieważ stopień wejściowy pracuje z małymi sygnałami, wzmocnienie nie powinno być zbyt wysokie bo uwypuklony zostanie szum lampy oraz szumy rezystorów. Z tego powodu rezystor katodowy R16 nie został zbocznikowany kondensatorem a lokalnie powstałe sprzężenie zwrotne dla sygnałów zmiennych obniżyło wzmocnienie i poszerzyło pasmo. Pomiar napięć w układzie dał wartości dla tego stopnia U3L=195V, Ua=111V, Uk=1,06V. Pomiar napięć drugiego kanału wygląda podobnie.
Drugi stopień wzmacniający to połówka lampy V2 (6N2P-EW). Na wejściu obecne są rezystory o łącznej rezystancji 2M, które dołączają siatkę lampy V2 do masy. W stopniu tym jest możliwość dołączenia równolegle do rezystora R17 kondensatorów C13 i C14, które zwierając składową zmienną do masy wyłączą jej sprzężenie zwrotne powodowane rezystorem R17 i wzmocnienie stopnia wzrośnie. W moim posiadaniu jest wkładka AT VM520EB i kondensatory nie są włączane do obwodu.
Wartości rezystorów anodowych w przedstawionym układzie odbiegają wartością od rezystorów z układu EAR834p (174k vs 330k). Podczas próbnych odsłuchów zauważono, że wzmocnienie układu jest zbyt wysokie (dla używanej wkładki) i subiektywnie odczuwane je jako zbyt krzykliwe. Stosując wartości 174k dźwięk uspokoił się. Wydaje się, że w zależności od zastosowanych lamp, napięć zasilających i użytej wkładki, należy indywidualnie dobrać elementy ustalające punkty pracy lamp wg własnych upodobań. Wartości rezystorów katodowych i anodowych nie są krytyczne i można próbować różnych konfiguracji. Pamiętać jednak należy aby lampa pracowała z małymi prądami gdyż ma to wpływ na szumy śrutowe generowane w lampie. Omawiany stopień wzmacniający objęty jest sprzężeniem zwrotnym, w którym sygnał pobierany jest z wyjścia i poprzez elementy R24, C15, C16+C17 kształtowane jest wzmocnienie stopnia zgodnie z charakterystyką RIAA. W porównaniu do układów z bierną korekcją, przesunięcia fazowe sygnału są w takim rozwiązaniu mniejsze.
Po uruchomieniu, napięcia panujące w układzie lampy V2 wynoszą U2L=218V, Ua=121V, Uk=1,22V.

Wzmocniony sygnał z lampy V2 nie może być jednak bezpośrednio podany na wyjście wzmacniacza, ponieważ impedancja wyjściowa układu jest zbyt wysoka. W rozwiązaniach klasycznych stosuje się kolejną triodę pracującą w układzie wtórnika katodowego. Kolejna lampa, która już nie ma wpływu na barwę dźwięku może być jednak zastąpiona wtórnikiem źródłowym bez szkody dla dźwięku. Dlatego też zastosowano na wyjściu wzmacniacza tranzystor mosfet. Przez tranzystor T1 płynie niewielki prąd, można było zatem wykorzystać element w obudowie smd i schować go pod płytką drukowaną. Dioda D4 jest diodą Zenera i zabezpiecza bramkę T1 przed zbyt wysokim napięciem, które pojawia się na chwilę po uruchomieniu, zanim nie wzrośnie prąd anodowy lampy V2.

Układ przedwzmacniacza wymaga prądu ok. 350mA do zasilania obwodu żarzenia lamp, oraz kilku miliamper prądu anodowego o napięciu 230V. W zamierzeniu, była budowa przedwzmacniacza o małych gabarytach, którego można postawić obok gramofonu i będzie on dodatkiem doń a nie odwrotnie. Cel osiągnięto zasilając przedwzmacniacz z zewnętrznego zasilacza 12Vdc 2A. Obwody żarzenia lamp połączono w szereg a napięcie anodowe zostało uzyskane z przetwornicy StepUp. Schemat zasilacza przedstawia rysunek niżej.



Na wejściu układu zasilającego umieszczono bezpiecznik oraz diodę D3. Elementy te zabezpieczają układ przetwornicy przed odwrotnie podłączonym zasilaniem. Przetwornicę pracującą w układzie StepUp wykonano na układzie MAX1771, którego częstotliwość pracy rzędu 300kHz nie ma wpływu na wzmacniany sygnał z wkładki gramofonowej. Jest to klasyczny układ przetwornicy StepUp z kontrolą prądu tranzystora Q1. Rezystor R1 o wartości 0,39R ogranicza wartość przełączanego prądu do ok. kilkudziesięciu miliamper. Z uwagi na mały pobierany prąd spodziewana jest duża wartość indukcyjności dławika L1.
W Datasheet układu MAX1771 producent zamieścił uproszczony wzór wg którego można dobrać dławik. Z obliczeń wartość dławika wyniosła ok. 470uH lecz w czasie prób praca była niepewna, napięcie za niskie. Układ uruchomiono z dławikiem 330uH 1.2A -pracuje stabilnie. Producent układu MAX1771 informuje w dokumentacji, że w praktyce stosuje się wartości 10-300uH i to się potwierdziło. Wartość napięcia wyjściowego ustalana jest w dzielniku napięcia R2+R3/R4, a wartość elementów dobiera się ze wzoru zamieszczonego w dokumentacji MAX1771.
Uzyskane napięcie 230V jest dodatkowo filtrowane w układzie:



Oddzielnego omówienia wymaga wyłącznik dźwigniowy S1. W stanie wyłączenia, napięcie +12V podawane jest przez diodę D6 na zasilanie układu MAX1771. Układ przetwornicy jednak nie startuje ponieważ wejście SHDN jest w stanie wysokim. Napięcie +12V przedostaje się jednocześnie przez dławik L1 i diodę D2 na diodę LED, która świecąc słabym światłem sygnalizuje stan StandBy. Po załączeniu zasilania, styki przełącznika 1-2 podają napięcie do obwodu żarzenia lamp oraz styki 4-5 zwierają nóżkę SHDN do masy -to powoduje start przetwornicy i mocniejsze świecenie diody D1 LED. Rezystory R11 i R12, po wyłączeniu wzmacniacza podłączają napięcie anodowe do masy, dzięki czemu następuje rozładowanie kondensatorów. Obecność wysokiego napięcia na anodach lamp w czasie gdy żarnik jest zimny jest szkodliwe dla lampy.

BUDOWA UKŁADU
Jak wspomniano wcześniej, założono że przedwzmacniacz będzie małym, nie rzucającym się w oczy urządzeniem, które towarzyszyć będzie gramofonowi. Układ umieszczono w małej podłużnej obudowie aluminiowej, będącej jednocześnie ekranem przed zakłóceniami z zewnątrz. Na przedniej ściance Fot.1 umieszczono wyłącznik S1 i diodę LED sygnalizującą stan pracy i oczekiwania. Tył obudowy to dwa gniazda DIN5 oraz gniazdo uziemienia. Niestety nie udało się zmieścić gniazda zasilającego i jest ono na wyprowadzonym przewodzie. Gniazda DIN5 wydają się przestarzałe, ale to naprawdę dobre gniazda o bardzo kompaktowych rozmiarach. Ich opinię zepsuły przypuszczalnie słabej jakości wtyczki DIN5 wykonywane ze słabego i nieestetycznego plastiku. Zapewniam, że stosując pierwszą z brzegu markową wtyczkę DIN5, np. NEUTRIK REAN NYS322G ponownie polubimy ten rodzaj złączy.



Elementy układu umieszczono na dwustronnej płytce drukowanej. Obecne są dwa miejsca na spodzie płytki zaznaczone gwiazdkami, które wymagają oddzielnego połączenia przewodem. Rezystory w obwodach sygnałowych lamp powinny być niskoszumowe. Elementy korekcji RIAA powinny być również dobrej jakości i dobrane tak aby na obu kanałach ich wartości były takie same. Kondensatory C16 i C23 330pF mogą być zastąpione pomierzoną parą 220pF i 100pF -tak łatwiej jest uzyskać wymaganą pojemność 330pF. W obwodzie sprzężenia zwrotnego kształtującego charakterystyką RIAA zastosowano kondensatory silver-mica(stare leżaki z epoki). W innych miejscach są kondensatory MKSE(150nF) i MKC(2,2F).



Układ po zmontowaniu nie wymaga uruchamiania. Warto jednak sprawdzić, czy napięcia żarzenia na lampach są jednakowe (2x6V), oraz czy napięcia w gałęziach zasilających anody lamp są zbliżone do wspomnianych w tekście wartości. Na obu kanałach powinny być podobne napięcia w tych samych punktach pomiaru. We wzmacniaczu użyto lamp typu 6N2P-EW, które są wprawdzie odpowiednikami lamp ECC83, lecz mają inaczej rozmieszczone na nóżkach żarzenie. Płytka PCB może zasilać wyłącznie lampy 6N2P. Uruchomionego układu nie poddawno pomiarom. W subiektywnym odczuciu układ jednak gra poprawnie, a przy braku obecności sygnału (igła w górze) można wzmacniacz ustawić na maksymalną głośność i z głośników wydobędzie się co najwyżej cichy szum lampy. Nic nie burczy, nic nie trzeszczy.
Kompletny schemat przedwzmacniacza pokazano niżej.



Link do materiałów PCB:
Pliki DipTrace