Ekkofisk, PPP triode effekttrinn

Ekkofisk har ikke noe med olje å gjøre, men jeg synes navnet var så surrealistisk at det passet bra til et triode slutt-trinn.

6EM7 er en såkalt dissimilar triode, det vil si både en småsignaltriode og en effekttriode i samme rør. Effektsiden er ikke så ulik 2A3 og småsignaldelen kan sammenlignes med 6SL7. 6EM7 er i en familie rør som ble brukt som kombinert oscillator og vertikalavbøyning i amerikanske sort/hvitt TV-er. Røret har i ettertid blitt brukt til audio med hell, ofte som single ended triode (SET).

I denne konstruksjonen er det brukt fire 6EM7 i push-pull. Årsaken til to par er ikke først og fremst mer effekt, men for å få ned utgangsimpedansen. Forsterkeren er fri for NFB så her er det egenlig ikke så mange andre måter å senke utgangsimpedansen på enn å parallellkoble flere par eller å øke impedansen på utgangstrafoens primærside. En annen mulighet hadde vært å kjørt trinnet i katodekoblet push-pull, men det hadde stilt uhyggelige krav til drivertrinnet.


En kort gjennomgang:
Ved full musikk vil anodespenningen i utgangstrinnet svinge ca 250V peak eller 175V rms. Ved en last på 5ka-a vil dette gi i underkant av 200mA peak eller 140mA rms. Omsatt effekt bør da bli (175V*140mA) 25W rms netto. Siden utgangstrafoen har et gitt tap vil jeg tro at effekten på sekundærsiden anslagsvis ligger i overkant av 15W rms.
For å drive slutt-trinnet trengs rundt 60Vpeak. Det stiller ganske store krav til drivertrinnet, både med hensyn på spenningssving og linearitet. Spenningsforsterkningen bør ligge i området 40x (32dB) for å gi en inngangsfølsomhet på ca 1V rms (linjenivå). Så høy forsterkning utelukker lokal NFB for linearisering (røret har mu=70) slik at høy spenning er trikset her. Driverne mates både fra B+ (300V) og C- (-150V) noe som i utgangspunket stiller 450 volt til disposisjon. Trinnet brukes kun til forsterkning, en fasevender oppi alt dette ville stjålet for mye gain. Fasevendingen er overlatt til inngangstrafoen: Sowter 8920 1:1+1 step up.
Inngangstrinnet har relativ høy utgangsresistans og for å sikre høy slew-rate inn til utgangsrørene er det satt inn en katodefølger som buffertrinn. Dette medfører også muligheten for klasse 2 drift.


Så over til noe annet, mekanikk:
Skissen viser innmaten fra undersiden, utgangstrafoer på venstre side, nett-trafo på høyre side montert på oversiden. Rørene er montert i sirkel med step-up trafoene og to elektrolytter i sentrum (ala stonehedge). De rosa skinnene er kombinert avstiving og feste for drivermodulene som monteres vertikalt. Drivermodulene består av 2x12p terminalstriper hvor komponentene er montert mellom. Disse skal som sagt monteres vertikalt med kabling ut til rørsokler og annen krimskrams.
På oversiden skal trafoene dekkes av perforerte metallbur, et på hver side. Fargene blir marine blå til chassis og mørk grå for frontplate og metallbur.



Forarbeidet rent tankemessig finnes i denne tråden: http://www.hifisentralen.no/cgi/yabb/YaBB.cgi/YaBB.cgi?board=diy2;action=display;num=1135529486

Jeg regner med å bli ferdig med byggingen til påske (venter for øyeblikket på deler).

Mer informasjon finnes her: http://www.veiset.net/6EM7/

Da har ting startet å bevege seg i riktig retning. Chassiet begynner å bli ferdig, det er forøyeblikket kun påført primer og frontplaten er ikke ferdig, men det går som sagt fremover.
For alle synlige skruer kommer jeg til å benytte unbraco hexbolts.

Innmaten:


Brakettene i bakkant er for montering av biaspotmeter. De to langsgående brakettene som deler chassiet inn i tre rom er kombinert avstiving og feste for driverbordene.


Utmaten:


Markeringene påtegnet med sort er hvor de perforerte burene som skal dekke trafoene blir stående.

Forsterkeren vil bli lakkert i marine/navy blå med grå perforerte bur og mørk grå frontplate.

Hva med oljeplattform-look, dvs. Tectyl-orange?

Jeg har egentlig ikke fått gjort så mye den siste tiden, men litt har jeg da fått gjort:

For det første har jeg planlagt point-to-point wiringen.
Det vil altså si hvordan komponenter som motstander og kondensatorer og lignende skal kobles mellom rørsokler og andre punkter. I utgangspunket tenkte jeg å bygge to driverbord for å ivareta dette kretsløpet, men det er like greit å gjøre ting på urmåten ved å koble ting sammen i de koblingspunktene som finnes.
Ikke er det så mange komponenter heller -- og egentlig er det å gjøre det på denne måten mindre jobb, summa summarum. Kortere forbindelser blir det også.

Ekkofisik, point-to-point layout:



I den praktiske verden har jeg montert alt isenkrammet til chassiet, det vil si trafoer, drosler, rørsokler, terminalstriper, LEDs, brytere, inn/utgangsbøssinger og Gud vet hva. Det vil med andre ord si at det hele er klart for wiring, som bare er et fremmedord for å lodde det hele sammen.

Planen er å få "fisken" til å spille rundt påsketider.

I kveld ser det hele ut som dette:

Overside, uten beskyttelsesbur og rør montert:


Underside klar for wiring:


Overside og front:



For mer informasjon: http://www.veiset.net/6EM7/

Det er så mange dyktige DIY'ere her inne. Men PPP - det er paralell push-pull som er et annet ord for Circlotron?

Men PPP - det er paralell push-pull som er et annet ord for Circlotron?

Klikk for å utvide...

Både ja og nei. Jeg er kjent med at Circlotron også går under benevnelsen PPP, men i denne sammenhengen (Ekkofisk) er den første P-en myntet på parallell kobling av utgangsrørene, altså at det brukes mer enn et par utgangsrør i push-pull.
For øvrig er Circlotron rimelig eksklusivt i dag, jeg kan ikke komme på noen som produserer forsterkere etter denne topologien per dato. De fleste produsentene baserer seg på Mullard/Leak, en variasjon over split load (consertina), Williamson eller av og til parafase når det gjelder push-pull.
For å finne de mer eksperimentelle (og interessante) løsningene må man lete i DIY-miljøet.

En konstruksjon som imidlertid skiller seg litt ut og som har tålt tidens tann er MacIntosh, for eksempel MC275. Dette er veldig godt ingeniørarbeid med blant annet unity gain utgangstrinn med katodefeedback og DC-koblet drivertrinn. (noe som jeg har adoptert i Valhalla forsterkeren min http://www.veiset.net/valhalla/ )
Første gangen jeg åpnet en MC275 ble jeg sittende en times tid å studere skjemaet og lure på hva i all verden er det som foregår her? Jeg tror ikke jeg fullt ut forstod alle detaljene den gangen (for 30 år siden), men MC275 har siden da alltid fasinert meg. Jeg skulle gitt mye for å ha hatt navnet mitt på det skjemaet, for å si det slik.

Mer informasjon om Circlotron: http://circlotron.tripod.com/

For øvrig er Circlotron rimelig eksklusivt i dag, jeg kan ikke komme på noen som produserer forsterkere etter denne topologien per dato.

Klikk for å utvide...

Det er en produsent i Tyskland som kaller seg "Experience electronics"som bruker Circlotron - konstruksjonene har også¨blitt presentert i Elektor .

http://www.experience-electronics.de/englisch/hifi.htm

Jepp, da er en kanal oppe og spiller på fisken.
Siden jeg for øyeblikket kun belaster strømforsyningen halvparten av hva den er beregnet for kjøres trinnet rimelig hard (B+=380V). Regner med å havne rundt 340V når enda et trinn skal mates med både høyspenning og gløding fra samme trafo.

Biasen er satt til 4x20mA, dvs ca 8 watt i tomgang per triode, eller 32 watt per kanal. Utgangseffekten er målt til i underkant av 30 watt rms før klipping (resistiv last 8.2 ohm), hvor rundt 4 watt leveres i ren klasse A. Beregninger som ble gjort i forkant, pekte mot 2x15 watt og det er nok mer realistisk når en snakker om begge kanaler i drift, distorsjonsbetingelser og effektbåndbredde. Men det er alltid godt å vite at man har reserver for litt peak power hvis det trengs.

Et problem som fort oppstår i en slik konstruksjon er å finne matchede par med rør. Siden to og to rør mates DC-messig fra en katodefølger må disse være matchet. Det første paret jeg prøvde, viste 20mA vs 9mA. Et ganske håpløst utgangspunkt. Etter å ha målt og sortert rørene, har jeg funnet par som matcher innenfor ca 10%. Det er godt nok i denne sammenhengen.

Frekvensgangen er ved lav effekt (ca 3-4 watt) er 10Hz til 60kHz +/-2dB. Jeg har en liten peak på 1dB ved 35-40kHz. Årsaken til dette er step-up trafoen som jeg har belastet med 2x56k (optimalt for denne tror jeg er 2x20k). Årsaken til at jeg valgte en noe lettere last er at jeg regnet med at miller-kapasitansen i inngangstrinnet ville rulle av høyfrekvensen en plass der oppe. Det gjør den nok også, men jeg bommet med 1dB for å få helt flat frekvensgang. Vel, dette er også avhengig av utgangsimpedansen på preampen så vi får nå se (testen ble utført med 600ohm Zut signalgenerator).

Jeg kjører for øyeblikket helt uten NFB. Det ønsker jeg å fortsette med. Det eneste som kan endre dette er at høyttalerne mine krever lavere utgangsimpedans, og at jeg da må krype til korset og legge inn en lokal feedback loop.

Tja, hva skal man si? Forsterkeren har side svakheter, blant annet at rørene parvis må være matchet. En annen ting er at det er unødvendig å kjøre med regulert C-, blant annet gjør dette at biasnettverket blir mer sårbart ovenfor (større) nettspenningsvariasjoner all den tid B+ ikke også er stabilisert. Men det oppveies av comfort faktoren med å se lyset fra et stabiliserings-rør, eller glow tube som det også kalles.
Hvor driftssikre 6EM7 kommer til å være i et slikt oppsett, hvor de kjøres rimelig hardt, vil tiden vise. Så lenge man holder seg unna "red plate" pleier rør å være rimelig robuste saker. Men det vil tiden vise.

(Skal legge ut et bilde eller to av innmaten når kameraet mitt har fått seg litt strøm)

24-mar-06: En kanal ferdig:


Til venstre er strømforsyningen. Her finnes to choker, en for hver kanal, pluss glattekondensatorer og annet for stabilisering av negativ forspenning. Øverst til venstre sees rørsokler for likeretter-rør og stab-rør, nederst undersiden av ladelyttene.

I midten er selve forsterkeren. Glødingen er lagt som en ring, hardtvunnet kobber, i periferien, mens sensitive komponenter er plassert i midten. Så langt er forsterkeren så å si brumfri. Nederst skimtes biaspotmeter og målepunkter.

På høyre side er det egentlig ikke så mye. Choken tilhører strømforsyningen og ellers er det loddelister for terminering av kabler fra utgangstrafoene.

Nærbilde point to point wiring:

Da har jeg gjort noen endringer, målinger, endringer, lyttinger, målinger og ikke minst lytting.
Det jeg ikke nevnte i linjen over var filosofi: Hvem er jeg og hva er målet? Tja, si det, målet i dette prosjektet er ikke minst mulig forvrengning og mest mulig power. Det var på en måte gøy og se at det var mulig å få 30W ut av to par 6EM7, men det er ikke målet. Ikke er det ønskelig heller, og hvem ønsker å kjøre et trinn så hardt at man kanskje må skifte 8 sluttrør i måneden? Og nå snakker vi om rør som ikke lenger produseres. Så da kan vi fastslå at målet ikke er mest mulig effekt.
Er målet da minst mulig forvrengning? Ja, det burde eller kunne det vært, men da måtte jeg valgt et annet rør, i alle fall som driver. 6EM7 (småsignalsiden) er ikke spesielt linear ved høyt spenningssving. Andreharmoniske gjør seg rimelig fort gjeldende og i mitt oppsett, ved f eks 40Vac ut fra drivertrinnet, snakker vi om 2-3% forvrengning. Nå er ikke 2-3% vreng noen katastrofe, i alle fall ikke når vi snakker om andreharmoniske, det er vel bare å spørre single end fansen om den saken.

Så, for å konkludere så har jeg verken oppnådd mye effekt eller lav forvrengning.
Det jeg har oppnådd per dato, kan sies med tørre tall på denne måten:

Effekt: 2 x 10 watt rms
HD: 1% (1W), 3% (10W)
Frekvensområde: 15Hz-50kHz (1W, -3dB), 40-30kHz (10W, -3dB)
Signal/støy: 50dB
Dempingsfaktor: 3.2 (Zut=2.5R)

Årsaken til at effekten har gått ned til ca 10W er at forsyningsspenningen er redusert til ca 250V. Dette er et bevist valg. Høyere spenning gir selvfølelig høyere effekt.

En ting jeg må kommentere er S/N=50dB. Dette er rimelig dårlig! Det har sitt utspring i at jeg benytter den samme ladebanken nå (ved choke input) som jeg gjorde tidligere (C-input). En økning av glattingen fra 2x100uF til f. eks 2x500uF vil bedre dette betraktelig. Jeg tenkte i utgangspunket å senke spenningen ved å innføre en serie av zenere (-80V) mellom GZ34 og choker, dette hadde ikke medført de problemene jeg snakker om nå og S/N ville antagelig ligget på bedre enn 70-80dB. Så dårlig S/N gir også hørbar intermodulasjon, så dette kommer jeg til å endre rimelig raskt.

En annen ting er harmonisk distorsjon (HD). Dette er målt uten balansering ved hjelp av P1 (se skjemaet). En hver ulikhet i triodene i push og pull delen vil gi seg utslag som andreharmoniske forvrengning. Ved hjelp av P1 kan dette til en viss grad utbalanseres.

Jeg har lyttet til forsterkeren i hele dag, nå sist hele hele Abbey Road (som jeg kjenner rimelig godt) og min konklusjon er at den er en av få PP-forsterkerne som låter som Single Ended (uten at det trenger å være et kvalitetsstempel). For å si det på en annen måte så har den mer andreharmoniske enn noe annen forvrengningskomponent.
Pluss at 2x10 watt er litt på grensen (til å være for lite) for meg, selv om høyttalerne mine gir opp mot 100dB/W.

For å si det på en annen måte: Dette er ingen kommersiell konstruksjon, du må vite hva du driver med og ha tilgang til måleutstyr. Pluss at du bør være mer enn middels interessert i elektronikk, rørteori spesielt, og ikke føle noia for matematikk.

Vel i havn med prosjektet, Jane. Det som er artig med dine byggetråder er at det virker så enkelt. Du bruker et par mnd på å konstruere en forsterker fra scratch! Jeg for min del har bare såvidt begynt å skjønne hva som ligger bak.
Hadde vært moro å se et bilde av hele ekkofisken forfra, med rør i.

Hadde vært moro å se et bilde av hele ekkofisken forfra, med rør i.

Klikk for å utvide...

Sammen med de andre fiskene ser den omtrent noe slik ut:

Tøft nok

Både ja og nei. Jeg er kjent med at Circlotron også går under benevnelsen PPP, men i denne sammenhengen (Ekkofisk) er den første P-en myntet på parallell kobling av utgangsrørene, altså at det brukes mer enn et par utgangsrør i push-pull.
For øvrig er Circlotron rimelig eksklusivt i dag, jeg kan ikke komme på noen som produserer forsterkere etter denne topologien per dato. Mer informasjon om Circlotron: http://circlotron.tripod.com/

Klikk for å utvide...

Mulig du har rett i at det ikke produseres forsterkere etter circlotron prinsippet i dag. Men det kan ikke være lenge siden det tok slutt. GRAAF GM-20 må være en slik konstruksjon. Den nyere GM-200 kjenner jeg ikke til. Avsporing av tråden dette, men interessant nok?