Прочитав заголовок статьи, возможно, у вас возникли мысли: “Но зачем?!”, “КПД ламповых усилителей очень низкий!” или “Какой смысл подключать Bluetooth модуль к ламповому усилителю?!” и т.д. Нет никакого смысла. Устройство собирается ради устройства, развлечения ради. Я очень люблю ламповые радиоприёмники, мне нравится изучать их устройство, любоваться внешним видом и даже просто созерцать в сумерках магические огоньки за задней стенкой, излучающие тепло, уют, романтику и добрый душевный голос из громкоговорителя… Но к сожалению, в наше время возможно принимать в основном зарубежные станции и только ночью. Поэтому иногда я развлекался тем, что слушал музыку подключаясь к усилителю радиоприёмника. Так и возникла идея сделать портативную Bluetooth колонку в ретро стиле с ламповым усилителем без всяких претензий на High End.

Подбор и тест радиоламп, первый макет

Изначально я хотел выдержать дизайн колонки в стиле усилителей и радиоприемников начала 30-х годов. Поэтому и лампы искал с шарообразными колбами “Globe”. Выбор остановил на пентодах, так как они оказались намного дешевле, больше предложений в интернет магазинах, выше выходная мощность, чем у триодов при одинаковом анодном напряжении, а также экономичнее накал. К тому же требуется более низкое отрицательное напряжение смещения, а выходной каскад можно легко “раскачать” без межкаскадного трансформатора. Уточню, я пишу исключительно про “батарейные” лампы, найти такой триод в предварительный каскад с большим коэффициентом усиления намного сложнее и дороже, а увеличивать количество каскадов не хотелось, также как и использовать межкаскадный трансформатор, так как это тяжелая, сложная и дорогая деталь. Конечно у пентода есть недостатки: более высокие нелинейные искажения, больший уровень собственных шумов и острая зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки. Но не "Хай Енд" конструируем, переживём как-нибудь.

В итоге были куплены батарейные пентоды RCA-233 в колбе "Globe" для выходного каскада. Напряжение накала 2 В, ток накала 260 мА. Выходная мощность при анодном напряжении 135 В - 0.7 Вт. Как видно на фото выше, по габаритам они не чем не отличаются от сетевых ламп. На самом деле эти лампы предназначены для стационарных батарейных радиоприёмников, которые были очень популярны у миллионов фермеров живущих в дали от города и электросети. Но к сожалению, применить эти лампы в макете и готовом устройстве было не суждено. Обе лампы оказались с дефектом, сетка замыкала на нить накала. Почему это произошло и в какой колбе радиолампы лучше, рассмотрим ниже.

Также я заказал более современные радиолампы этой же 33-й серии Tung-Sol 33 в фигурной колбе "ST" (shoulde type). Их планировалось использовать только для экспериментов и в макете усилителя, чтобы не повредить более винтажные и дорогие лампочки. Но именно они стали сердцем беспроводной колонки. К тому же фигурная колба тоже очень красиво выглядит.

В радиолампах с колбой "ST" суженная верхняя часть используется для дополнительной фиксации электродов. Это достигается за счет вставки слюдяного диска, который зажимается в верхней части и удерживает электроды. При этом в радиолампах с колбой "Globe", например в триодах, слюда в верхней части может вовсе отсутствовать. Есть предположение, что отсутствие слюды в радиолампах улучшает их звучание, так как любые дополнительные материалы в колбе могут выделять газы в течении срока службы. Возможно есть и другие причины влияющие на звук. Например, различие в материалах, которые использовались в первые дни производства радиоламп. Оставим эти предположения на совести "хайэндщиков" и "уадиофилов". А вот, отсутствие дополнительной поддержки электродов делает лампы в колбе "Globe" более склонными к микрофонному эффекту.

На вопрос использовать ли радиолампы в колбе ST или искать варианты с Globe, просто отвечает тот факт, что вторые становятся более редкими и дорогими. Из-за своей "хрупкой" конструкции они гораздо требовательны к хранению и транспортировке. Больше подвержены микрофонному эффекту, что при использовании в качестве драйвера или лампы предусилителя может стать проблемой, так как будет необходим подбор из большего количества образцов. Также всё это затруднит подобрать идеальную пару.

Чтобы протестировать радиолампы собрал простенький макет. В выходном каскаде пентод Tung-Sol 33, в предварительном тетрод JAN-CKR-32 (VT-44). Производителей специально не выбирал, купил то, что было дешевле. Напряжение накала 2 В, ток накала пентода 260 мА, тетрода 60 мА. Выходная мощность усилителя при анодном напряжении 135 В - 0.7 Вт. Можно получить 1.4 Вт, если увеличить анодное напряжение до максимальных 180 В. Как видно, лампы экономичные и при этом выдают неплохую мощность. Шасси собрал на куске картона от коробки, панельки на пять штырьков не было, смастерил сам из “крокодильчиков”. Усилитель запитал от самодельного блока питания, напряжение на накал подал через DC-DC преобразователь, отрицательно напряжение смещения от литиевых аккумуляторов. В будущем планирую все питать от преобразователя (да простят меня хайэндщики со своими кенотронами). Громкоговоритель от немецкого электрофона, трансформатор тоже, но он не подходит для этой выходной лампы.

На видео ниже тестирую полностью импульсное питание за исключением напряжения смещения -18 В от двух батареек типа "Крона". Анодное напряжение поднял до 180 В, для этого использовал модуль DC-DC от Nixie часов на микросхеме MAX1771, в сети много схем, я же купил готовый. Выходная мощность усилителя стала чуть больше ватта. Также протестировал трансформатор специально рассчитаный под лампу Tung-Sol 33, пентод очень важно согласовать с нагрузкой. Звук стал лучше, но с простеньким динамиком без оформления полноценно оценить трудно.

Демпферы от квадрокоптера в борьбе с микрофонным эффектом

Первое, что меня не устроило при тестировании, это микрофонный эффект радиоламп.

Если задеть шасси рукой или проводом, можно услышать звук в динамике. А так как усилитель и громкоговоритель будут в одном корпусе, вибрации от динамика передадутся на радиолампу. Может даже возникнуть обратная акустическая связь. В радиоприемниках часто демпфируют лампу только в первом каскаде, либо всё шасси целиком. Я решил демпфировать обе радиолампы в моём усилителе. Обычно с выходной лампой проблем не возникает. Но так как я применяю очень старые и не предназначенные для переносной аппаратуры радиолампы, демпферы помогут защитить их от случайных ударов по корпусу колонки при транспортировке и эксплуатации. И возможно даже при падении устройства на пол. (Пишу из будущего. Конечно я не ронял колонку, но резко ставить и кувыркать на столе пробовал, демпфирующие панельки хорошо защищают лампы.)

У меня были заводские панельки с защитой от микрофонного эффекта, но только для радиоламп с четырьмя штырьками:

Длинные упругие металлические контакты проглатывали лёгкие колебания корпуса радиоприёмника, когда его задевали, крутили ручки настройки или пользовались переключателями на панели управления.

Для радиоламп в моём усилителе защиту от микрофонного эффекта я решил сделать сам, так как подходящие панельки в продаже встречались редко.

Подобрал демпферы по мягкости, благо на “Али” большой выбор по размерам и жесткости ( эти демпферы предназначены для защиты видеокамеры от вибраций двигателей квадрокоптера). Спроектировал так, что бы демпферов ничто не касалось и не мешало их работе.

Конструкция собрана из текстолитовых пластин, основание сделано в два слоя (дабы не сломать при установке лампы) и заклепано турретами, которые служат контактами. Они соединены с штырьками панельки мягким проводом, который используется для соединения звуковой катушки с клеммами громкоговорителя. Это не даст вибрациям пройти по проводам. Уже к турретам можно подпаивать любой провод и даже радиодетали.

Не смотря на то, что через демпферы не проходят винты, мы не вырвем панельку при извлечении лампы, так как она упрётся в шасси, а при установке лампы не получится передавить эти “нежные” демпферы, так как этому будет препятствовать прижимная шайба панельки, она высотой 6 мм, а рабочая высота демпферов 9 мм, итого - сжатие будет всего на 3 мм (см. видео ниже). 

Да, конструкция получилась не простая, ниже на фото видно количество деталей для одной конструкции (забыл еще гибкий провод положить), за то работает хорошо, теперь если даже “звездануть” отверткой по шасси, звона в динамике не будет.

Ламповый усилитель 

В мастерской на листогибе изготовили шасси из жести 1,2 мм, лазером вырезали отверстия.

Заказал из Китая индикатор уровня TR-57-S0346 с светодиодной подсветкой.

Немного доработал его. Чтобы подсветка была более равномерной установил светодиоды с широким углом излучения вместо обычных. Также удалил встроенный диодный мост с резистором и заменил их схемой измерителя уровня из журнала Радио №8 1986 (Стр. 46). Это значительно улучшило работу стрелочного индикатора и увеличило входное сопротивление.

Единственное, что я изменил в этой схеме, это ёмкость конденсатора C3, уменьшил её до 50 мкФ. Благодаря конденсатору с большой емкостью стрелка медленно возвращалась к началу шкалы и облегчала работу оператора, повышая удобство считывания показаний. Но я устанавливал индикатор чисто в декоративных целях и вялая работа стрелки меня не устроила, хотелось, чтобы она активнее плясала под музыку.

К процессу травления печатных плат я такую неприязнь испытываю, что кушать не могу. А вот клепать готов хоть весь день, поэтому монтаж сделал на текстолите с трубчатыми заклёпками.

Настало время покрасить шасси черной краской, установить панельки, лампы, трансформатор, индикатор и выполнить навесной монтаж.

В усилитель снова были внесены изменения, я отказался от фиксированного смещения. И заменил лампу в предварительном каскаде. Вместо тетрода JAN-CKR-32 (VT-44), установил пентод Adzam 15. По характеристикам они схожи, но вторая с косвенным накалом. Это позволило упростить цепь накала, подключить лампы параллельно к одному источнику питания и уменьшить влияние помех от DC-DC преобразователя на предварительный каскад. Но потребление по току возросло, накал Adzam 15 потребляет почти в 4 раза больше - 220 мА, зато эта лампочка светится и этот свет будет греть мою душу. Дело в том, что экономичные батарейные лампы не светятся, максимум еле тлеют в полной темноте. Еще плюсы этой лампочки, она еще меньше склонна к микрофонному эффекту, а также имеет колбу меньших габаритов, что позволило немного уменьшить корпус колонки по высоте.

Так как я постоянно тестировал разные радиолампы и типы смещения, схема постоянно менялась. Для статьи по памяти нарисовал "итоговую". Предварительный каскад настроен на высокую чувствительность, чтобы можно было подключать винтажные ЭПУ с пьезо иглой, детекторы приемников, а также проводить другие эксперименты. Но ничто не машет переключать лампу в триодный режим и улучшить качество звучания, также можно перевести в триод и вторую лампу, но выходная мощность сильно упадёт. Либо ввести обратную отрицательную связь.

Панель управления 

На панели расположены LED индикаторы питания и Bluetooth. По центру стрелочный индикатор уровня заряда батареи с кнопкой включения. Две большие ручки - громкость и селектор каналов совмещенный с включением питания. Сделал так, чтобы в аналоговом режиме полностью отключать цепи Bluetooth. К тому же обожаю большие рукоятки управления, и совместив два переключателя в один, освободил место для них.

Внизу немного нелогично расположены входные разъемы RCA. Основной посередине, два по края - это сумматор стерео в моно на резисторах, чтобы можно было использовать любой стереокабель.

Рядом кнопка сопряжения Bluetooth и разъем зарядки.

Сама панель собрана из трех печатных плат с черной маской заказанных в Китае. Подписи и рамки выполнены медью с бессвинцовым лужением. Для крепления стоек в первом слое сделал отверстия под винт М3, в среднем диаметром побольше, чтобы внутри уместилась плоская шляпка винта и тарельчатая шайба препятствующая развинчиваю, также на резьбу нанес красный фиксатор резьбы, получилось надежно.

С обратной стороны панели на стойках размещены модуль Bluetooth и плата вольтметра с растянутой шкалой.

Плата вольтметра с растянутой шкалой собрана на "операционнике" К140УД601 по схеме из журнала Моделист Конструктор №12 1990:

Блок питания и корпус 

Ни один из ранее протестированных DC-DC преобразователей меня полностью не устроил. Я решил протестировать различные модули с гальванической развязкой и собрать на них блок питания. Для анодного напряжения применил WRH12200S-8, выдаёт 200 В, при максимальном токе 40 мА. Если честно, то выбирать мне не пришлось, это единственный высоковольтный модуль, который нашел в продаже. Но он меня полностью устроил, правда пришлось приклеить на него радиатор.

Схему блок питания я рисовать не будут, так как подключил все модули по даташиту, дополнительно добавил ЭМС фильтры и предохранители. Цепь накала пытался питать от небольшого модуля выше на фото, но он сильно свистел и шумел, поэтому заменил его на AM3T-1203S-RZ, выдаёт 3.3 В, при максимальном токе 0.9 А. Накал запитан не сразу от DC-DC, а через линейный стабилизатор LD1084V, он с низким падением напряжения, LM317 здесь просто не заведётся, для него требуется почти 2 вольта разницы. Конечно результат получился не идеальным, можно услышать слабый шум накального DC-DC если поднести ухо вплотную к динамику. Третий преобразователь AM1A-1212SZ, выдаёт 12 В, при максимальном токе 83 мА. Нужен для питания измерителя уровня входного сигнала и Bluetooth модуля.

Получился блок питания с входным напряжением 9-18 В, на выходе: анодное 200 В, накальное 2 В и для питания всего остального 12 В.

Батарею 3S3P собрал из литиевых "банок" 26650 по 5000 мАч каждая и платы защиты с балансировкой. Литиевые элементы решил закреплять в держателях, чтобы при необходимости можно было устанавливать не все 9 шт., а только три или шесть, а также с легкостью заменить любой в случае необходимости.

Корпус сделал из 12 мм фанеры и покрыл его воском, отсеки с электроникой оклеил медной фольгой.

Очень хотелось сделать защитную решетку из древесины и ткани, как на радиоприемниках 30-40х годов. Но массивная решетка из дерева, не очень-то акустически прозрачна нежели редкая металическая или просто натянутая ткань. Поэтому я сделал решетку открывающейся, а чтобы петли не дребезжали при проигрывание музыки, выбрал фрикционные. Бонусом, не понадобятся магниты или защелка, петли надёжно удерживают решетку в любом положении (см. видео ниже).

Еще одно видео с первой версией колонки, полная демонстрация работы.

Характеристики

Усилитель пентодный, автоматическое смещение.
Выходная мощность: 1.2 Вт,.
Питание: сборка литий ионных аккумуляторов 3S3P, 12.6 В, 15000 мАч,
Время работы 19,5 часов,
Громкоговоритель: 6.5” Dayton Audio PS180-8,
Разъемы RCA,
Bluetooth aptX HD,
Корпус из фанеры 12 мм, покрыт воском.
Габариты: 680х210х210 мм, без учета выступающих деталей.
Вес: 11 кг.

Заключение

Сегодня мы наглядно убедились, что и в наше время можно хорошо развлекаться с радиолампами, если не просто хранить их в кладовке в трехлитровой банке, а попытаться что-нибудь собрать.