PHONEMOX: TUBE HEADPHONE AMPLIFIER AND LINE PREAMPLIFIER

(25 January 2009)

Phonemox headphone amplifier

U nekoliko navrata stizali su mi upiti hoće li na Moxtone stranici konačno osvanuti kakav projekt pojačala za slušalice. No, takvih se projekata na Internetu može naći puno, do te mjere da su čak i čitave web stranice posvećene isključivo projektima pojačala za različite tipove slušalica poput, primjerice, http://www.headwize.com. Što bih novoga ja tu mogao reći?! Osim toga, ja niti nisam tip koji može dugo izdržati slušalice na glavi, pa makar bile zadnja riječ ergonomije i koštale k'o padavica. Potrošiti nešto novaca i još više vremena za uređaj koji će više-manje samo skupljati prašinu na policama baš i nije moj pojam lude i nezaboravne zabave.

Ali... što ako smislim takvo pojačalo za slušalice koje će moći poslužiti i kao linijsko pretpojačalo?! Ili napravim izlazno pojačalo snage s mogućim priključkom za slušalice? Budući da su mi takvi multifunkcionalni pristupi daleko zanimljiviji, odlučio sam se ipak primiti posla i osmisliti jedan takav projekt. Phonemox tako predstavlja realizaciju ideje o kombiniranom pojačalu za slušalice i linijskom pretpojačalu, dok će drugi pristup biti obrađen u nekom od narednih projekata.

E sad, budući da se ja ipak više volim igrati s elektronskim cijevima nego s tranzistorima, a i nisam previše lud za izlaznim transformatorima u linijskim pretpojačalima (ako zbog ničega drugog, onda zbog prevelike komplikacije), odlučio sam projektirati OTL cijevno (pret)pojačalo. Pojačanje koje bi takvo (pret)pojačalo trebalo dati nije veliko, 6-12dB, a izlazna impedancija trebala bi biti što manja (ispod 500 oma). Želimo li takve karakteristike postići s jednom elektronskom cijevi, tada izbor pada na neku od trioda koje su se prvenstveno koristile u stabilizatorima napajanja, a koje koristi većina OTL izlaznih pojačala snage, kao npr. 6080, 6AS7, 6528, 6C33C itd. No, među njima postoji i jedna cijev koja se rijetko sreće i nije toliko poznata jer se nikada nije masovno proizvodila niti koristila, zbog čega najvjerojatnije nikada neće doživjeti niti svoje šangajsko podne poput nekih razvikanijih sestara. Riječ je o Telefunkenovoj ili Siemensovoj ED8000, koja se još uvijek bez većih problema može naći na e-Bayu ili u on-line trgovinama za 20-50€/par. Cijev ima sljedeće karakteristike (tablica):

Iz tablice se vidi da je ED8000 gotovo idealan izbor za ovo pojačalo za slušalice. Naravno, sve da i hoćete, pojačalo vam neće probiti bubnjiće tjerajući niskoomske slušalice, ali zato će vam pružiti vrhunski doživljaj s bilo kojim visokoomskim slušalicama. O tome nešto kasnije.

Na slici ispod prikazana je izlazna karakteristika cijevi te odabrana radna točka i dinamički radni pravac.

Radna točka izabrana je tako da se pronađe najpovoljniji odnos između linearnosti cijevi i (ne prevelike) disipacije.


Budući da nam je potreban hod izlaznog napona od maksimalno 10Veff, uz pojačanje cijevi od 3 puta prednapon rešetke može se postaviti na -10V a da ne dođe do opasnosti od pozitivne polarizacije rešetke i, posljedično tomu, pojave struje rešetke i povećanja izobličenja. Anodni napon postavljen je na Ua=80V, pri čemu anodna struja iznosi Ia=100mA. Za tu radnu točku izlazni otpor cijevi približno iznosi rp=300oma.

Da bismo postavili cijev u tu radnu točku, najelegantnije je rješenje koristiti strujni izvor umjesto anodnog otpornika. Strujni izvor neće bespotrebno opterećivati cijev u dinamičkim uvjetima rada, a i visoki napon za napajanje bit će drastično manji nego u slučaju da koristimo anodni otpornik. Primjerice, uz anodni otpornik od 3k3 (što je 10 puta više od izlaznog otpora cijevi), napon napajanja trebao bi biti oko Ub=400V, dok bi disipacija na njemu iznosila Pra=33W!!

Shema pojačala prikazana je na sljedećoj slici.

Phonemox schematic

Strujni izvor tvore tranzistori Q1 i Q2, a struja izvora određena je padom napona na LED1 i vrijednošću otpora R9. Ovdje se koristi crvena LED koja ima pad napona od 2V pa kada se od toga napona oduzme Vbe tranzistora Q2, na otporniku R9 ostane oko 1,5V, što daje struju od Ia=100mA. Tranzistor Q1 trpi relativno veliku disipaciju (približno Ia x (Ub-Ua)), što ovdje iznosi oko Pq1=3W pa ga je potrebno dobro hladiti. U ovom je dizajnu taj tranzistor pričvršćen na aluminijsko kućište uređaja. Vrijednost Ub postavljena je na približno 120V, s jedne strane zato da se osigura ispravan rad strujnog izvora prilikom maksimalnih ekskurzija anodnog napona, a s druge da se disipacija na strujnom izvoru održi na prihvatljivoj razini.

Umjesto katodnog otpornika ili fiksnog prednapona (biasa), korišten je slog od 25 LE dioda, koji čini naponsku referencu od približno 10V za promjenu anodne struje u velikom opsegu. Dinamički otpor ovog sloga LE dioda vrlo je malen pa i nepremošten elektrolitskim kondenzatorom ne izaziva pojavu negativne povratne veze i, posljedično tomu, smanjenja pojačanja (koje nam je ovdje prijeko potrebno). Nešto više o ovoj izvedbi može se naći u izvrsnoj knjizi Morgana Jonesa: Valve Amplifiers. 

Fiksni prednapon se ne koristi jer kod cijevi s velikom strminom postoji velika opasnost klizanja radne točke elektronske cijevi (zbog temperature i sl.) u opasno područje prevelike disipacije.

Napajanje je izvedeno priručnim transformatorom s dva sekundara - jedan od 48V i drugi od 12V. Poluvalnim ispravljanjem i zbrajanjem napona od 48V dobiven je visoki napon za napajanje anoda u vrijednosti oko 130V koji se RC mrežom dodatno filtrira, dok je sekundar od 12V iskorišten za grijanje cijevi, koristeći strujno-naponski limiter na bazi L200 čipa. Ovakvo je rješenje napajanja bilo diktirano, kako sam već rekao, transformatorom koji sam imao na raspolaganju. U idealnim uvjetima mogao bi se koristiti transformator sa sekundarima od 90-100V za struju od 400mA i 6,3V za struju od 3A.

Pojačalo ima sljedeće osnovne karakteristike:

THD izobličenja Phonemoxa vrlo su zanimljiva jer se u cijelosti sastoje samo od drugog harmonika, što se može vidjeti iz mjernih rezultata koji slijede.

Pojačalo je smješteno u malu aluminijsku kutiju kućne izrade, dimenzija 200x230x40mm. Na prednjoj ploči nalaze se konektor za slušalice, potenciometar za regulaciju glasnoće, selektor za dva ulaza te sklopka za isključivanje linijskog izlaza kada se pojačalo koristi samo kao pojačalo za slušalice.

O slušnim dojmovima može se govoriti iz dva aspekta; kada se pojačalo koristi kao linijsko pretpojačalo i kada se koristi kao pojačalo za slušalice. Kao linijsko pretpojačalo, Phonemox je dao izvrsne rezultate. Njegov utjecaj na zvuk sustava osjetno je primjetniji nego što je to slučaj kod Uskoka, ali na dobru stranu. U suradnji s Dufresneom, Phonemox je tako rezultirao za nijansu izražajnijim basom i čak još nešto većim zvukom nego obično, lišenim koloracija u srednjetonskom području.  U ulozi pojačala za slušalice, Phonemox se najbolje snalazi s visokoomskim slušalicama tipa AKG240, dok je nešto lošiji (tiši) s niskoomskim slušalicama kao što su AKG K701 i Grado GS1000, koje sam imao prilike testirati.

Sve u svemu, Phonemox se pokazao idealnim (pret)pojačalom uistinu vrhunskog zvuka u kombinaciji s cijevnim pojačalima ili visokoomskim slušalicama, a sve za iznenađujuće prihvatljivu ukupnu cijenu materijala od svega 200€. Projekt najiskrenije preporučujem čak i nešto manje iskusnim samograditeljima.

Test headphones (left to right): Grado Statement Series GS1000 (32 ohms), AKG Acoustics Reference Headphones K 701 (62 ohms), AKG Acoustics K 240 Studio Headphones (600 ohms)
Phonemox

COPYRIGHT NOTICE
This material is not public domain. It is provided for your personal use only and may not be reproduced, re-distributed, re-transmitted, copied or otherwise used in any form without the express written permission of the author. You may not upload this material to any public server, on-line service, network or bulletin board without the prior written permission of the author. The use or copying of the contents of this page, in whole or in part, for any commercial purpose is expressly prohibited.

...to top of page