Hybrydowy wzmacniacz słuchawkowy na lampie Nutube 6P1

Lampa została opracowana do torów sygnałowych instrumentów i efektów, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby poeksperymentować z zastosowaniem lampy w torze wzmacniacza słuchawkowego. Wygląd Nutube 6P1 pokazano na fotografii 1.

Fotografia 1. Lampa Nutube 6P1 (z materiałów Korg)

Pierwszym skojarzeniem przy oględzinach tego wyjątkowego elementu jest podobieństwo do wyświetlaczy VFD stosowanych w popularnym sprzęcie RTV. Budowa rzeczywiście odpowiada wskaźnikowi VFD. Lampa sygnowana jest logo Korg, ale uważny obserwator odnajdzie oznaczenia Noritake-Itron, znaczącego producenta wyświetlaczy VFD, spotykanych m.in. w kasach fiskalnych i terminalach POS. Jaki jest więc cel wykorzystania tak nietypowego elementu w torze audio. Jak zapewnia Korg, dzięki zastosowaniu Nutube 6P1:

• "możliwe jest osiągnięcie znacznych oszczędności energii elektrycznej" – maksymalne dopuszczalne napięcie żarzenia wynosi 0,8 V przy poborze prądu do 20 mA, co daje 16 mW. Faktycznie trudno konkurować z tak małym poborem mocy;
• "łatwa aplikacja, niskie napięcie anodowe" – lampa pracuje już od 5 V, przy mocy strat na anodzie rzędu 1,7 mW. Typowe aplikacje używają napięcia 5...12 V. Niskie napięcie anodowe umożliwia konstruowanie urządzeń zasilanych bateryjnie;
• "niewielkie rozmiary" – lampa ma wymiary 45×17×6 mm, jest niewielka i dzięki temu łatwa do zastosowania w aplikacjach przenośnych. Sporym utrudnieniem jest bezpośrednio żarzona katoda – lampa solidnie mikrofonuje, co może wymagać zastosowania dodatkowych elastycznych mocowań konstrukcyjnych;
• "prawdziwy dźwięk lampy próżniowej" – najpewniej chodzi o sporą zawartość harmonicznych, jaką lampa generuje, zniekształcenia mogą być bardzo pomocne przy kształtowaniu brzmienia, niekoniecznie zaś są zaletą w torze audio. Po fali wszelkiego rodzaju buforów lampowych, 6P1 niewątpliwie znajdzie swoich zwolenników;
• "prawdziwa struktura triodowa wytwarza ciepły, unikalny dźwięk lampy próżniowej, zapewniając doskonałą liniowość" – czy istnieją triody nieprawdziwe? Konstrukcyjnie jest to trioda, co do liniowości można mieć pewne uwagi. Ciepły dźwięk i liniowość to jakby sprzeczne cechy…;
• "wysoka niezawodność, długa żywotność, lampa wyprodukowana w Japonii, przewidywane 30000 godzin ciągłej średniej długości życia" – to zweryfikuje eksploatacja, ale gdy patrzy się na niewielką moc i trwałość wyświetlaczy VFD, jest to możliwe do osiągnięcia.

Pozostaje jeszcze jedna sprawa, o której podobno dżentelmeni nie rozmawiają, a w przypadku Nutube 6P1 jest o czym rozmawiać – 50 € to niemała kwota za element elektroniczny, tym bardziej dziękuję firmie Kamami za wypożyczenie lampy do testów. Po tej porcji marketingu i uszczypliwego komentarza wracamy do tematu...

Budowa i działanie

Prezentowany układ wzmacniacza słuchawkowego jest hybrydą elementów dyskretnych, lampy 6P1 oraz nowoczesnego wzmacniacza operacyjnego. Pomimo dość specyficznej konstrukcji, układ jest prosty w montażu i uruchomieniu i nie generuje problemów spotykanych w "klasycznych" układach lampowych. Schemat pokazano na rysunku 2. Elementy kanału lewego oznaczone są zakończeniem L, prawego R, wspólnie nie mają dodatkowych oznaczeń. Sygnał wejściowy z gniazda IN typu Mini Jack (lub z dodatkowego IN1 JST 2 mm) doprowadzony jest do stopnia wzmacniającego na tranzystorze polowym Q1L. Jego zadaniem jest zapewnienie niskiej rezystancji sterującej lampą niezależnie od parametrów podłączonego źródła sygnału. Następnie sygnał podawany jest na siatkę lampy V1. Lampa polaryzowana jest poprzez obwód BIASL, R6L ustalający punkt pracy. Żarzenie lampy stabilizowane jest przez LDO 3,3 V, U2 typu ADP3338, a obniżenie i filtracja do 0,7 V zrealizowana jest na rezystorach R4, 5L. Wzmocnione przez lampę napięcie doprowadzone jest bezpośrednio do wzmacniacza U1, który pełni funkcję bufora prądowego zasilającego słuchawki. AD8532 to nowoczesny wzmacniacz operacyjny przystosowany do pracy z niskim napięciem zasilającym 2,7...5,5 V o prądzie wyjściowym do 250 mA, co w zupełności wystarcza do zasilania słuchawek 32 Ω. Wzmocniony sygnał po separacji w CE5L doprowadzony jest do gniazda wyjściowego OUT.

Rysunek 2. Schemat wzmacniacza słuchawkowego

Zasilanie doprowadzane jest poprzez gniazdo PWR przez typowy wtyk zasilający 2,1 mm (lub PWR1 typu JST 2 mm). Napięcie zasilania wynosi 5 V, pobór prądu nie przekracza 200 mA. Układ musi być zasilany napięciem stabilizowanym, najlepiej stabilizatorem liniowym, do zasilania nie nadają się ładowarki i zasilacze impulsowe 5 V ze względu na duży poziom zakłóceń. Jeżeli planujemy zastosowania przenośne, układ można zasilać z czterech akumulatorów NiMH połączonych w szereg.

Montaż i uruchomienie

Wszystkie elementy przedwzmacniacza umieszczone są na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat oraz rozmieszczenie elementów pokazano na rysunkach 3 i 4. Montaż płytki jest typowy i nie wymaga opisu. Podczas lutowania lampy należy zwrócić uwagę na kruche wyprowadzenia. Przed zamontowaniem lampy warto podkleić ją taśmą dwustronną do powierzchni płytki. Uruchomiony wzmacniacz prezentuje fotografia tytułowa.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów po stronie TOP

Rysunek 4. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów po stronie BOTTOM

Wzmacniacz wymaga uruchomienia. Potrzebne będą generator i oscyloskop lub analizator widma. Po doprowadzeniu zasilania 5 V/200 mA należy sprawdzić wartość napięcia żarzenia na kondensatorach CE3L, R, która powinna zawierać się w przedziale 0,6...0,8 V. Następnie do wejścia należy doprowadzić sygnał 1 kHz/300 mV z generatora sygnałowego. Podłączając sondę oscyloskopu lub analizatora widma do wyjścia układu potencjometrami BIASL, R, należy ustawić najniższe zniekształcenia sygnału wyjściowego. Teraz pozostaje tylko podłączyć wzmacniacz słuchawkowy do docelowego zestawu audio i cieszyć się muzyką, nie zapominając o rozsądnym poziomie głośności...

Adam Tatuś, EP