6550 LoAnn* 40+40 W PUSH-PULL STEREO POWER AMPLIFIER * Dedicated to my son Loris and my daughter Arianna di A. E. Rinaldo Tambre 2012 LoAnn Amplificatore stereofonico 40 + 40 W con 2 x 6550 in configurazione push pull Descrizione: Lo stadio d’ingresso è costituito da un circuito totem pole. La sua bassa distorsione, una banda passante che va oltre 100kHz ed un guadagno di circa 15 decibel lo rende insostituibile in questa applicazione. Esso è accoppiato in cc con lo stadio invertitore/driver del tipo “long tail” consentendo così l’eliminazione del condensatore di disaccoppiamento interstadio. Il guadagno dello stadio invertitore è di circa 12 db L’uscita dell’invertitore/driver pilota le griglie delle finali polarizzate per lavorare in classe AB con una tensione negativa fissa di circa –32V alla quale corrisponde una corrente di riposo di circa 40 mA. che può essere rilevata misurando con un voltmetro 0,4 V tra TP3 o TP4 e ground. Il circuito è munito di un potenziometro P1 collocato sulla alimentazione anodica dello stadio pilota; esso consente di bilanciare il livello del segnale audio correggendo la piccola differenza di amplificazione dei due triodi, tipica della circuitazione “long tail”. Il potenziometro P2 posto sulla tensione di polarizzazione delle finali serve ad equilibrare la corrente di riposo delle 6550; basta porre un voltmetro sulla portata 1V tra TP3 e TP4 e regolarlo per una lettura pari a zero volt. Questo indica che le correnti nelle finali e quindi nel trasformatore di uscita sono eguali. I valori negativi di polarizzazione sono a sua volta forniti da un alimentatore separato e regolati dai potenziometri P3 e P4 per ognuno dei canali a -37 volt misurati sul cursore di P2. Le valvole 6550 pilotano un trasformatore di uscita speciale (un McIntosh clone) che oltre ai classici avvolgimenti primario e secondario dispone di un avvolgimento particolare inserito nei catodi delle finali in un circuito di feed-back locale; inoltre, un secondario separato, alimenta la rete di controreazione totale. Queste particolarità lo rendono estremamente versatile sino a raggiungere una banda passante ben oltre i 50kHz con straordinaria linearità ed una distorsione contenuta. Varie prove mi hanno portato a limitare la tensione dello schermo delle 6550 a 270 volt stabilizzati; con valori superiori ho rilevato una eccessiva corrente di griglia schermo alla massima potenza. La tensione di placca, filtrata da una robusta impedenza di 3H/0,5 Amp. (un recupero di apparecchi Collins) e da condensatori non polarizzati (quelli usati nei circuiti di rifasamento dei motori) risulta assai stabile anche alla massima potenza grazie al generoso dimensionamento del trasformatore di alimentazione. La tensione anodica dello stadio di ingresso e dell’inverter/driver è stabilizzata per una migliore performance dell’insieme tramite l’impiego di MOS-FET di potenza e polarizzati in base da una tensione fissata ai valori opportuni da diodi zener. Un ultimo accorgimento circuitale riguarda i filamenti delle 12AU7/ECC82; essi sono alimentati in corrente continua con una tensione di 12 volt, tramite il regolatore integrato 7812S. Inoltre data la particolarità del circuito totem e del “long tail” che presentano tensione di catodo elevate (oltre i 100V) e superiori quindi alla V/kf tollerabile dalle valvole stesse, si è reso necessario elevare il potenziale dei filamenti ad un valore di 70 volt sufficienti a riportare il parametro Vkf abbondantemente entro i limiti di specifica. Il circuito è stato realizzato all’interno di un telaio pre-esistente poco areato e quindi si è reso necessario l’impiego di due miniventilatori da 220 Vac 120mA che ho alimentato in serie per ridurne la velocità e quindi il rumore. In serie agli stessi ho posto una lampadina da 6,3 V 0,15A che funge da spia e, nel caso di malfunzionamento dei ventilatori, cortocircuito o interruzione dell’avvolgimento motore, segnala l’eventuale inconveniente. Chi optasse per un montaggio aperto, evidentemente non necessita di raffreddamento alcuno. Dopo aver proceduto alle varie tarature ho sottoposto l’amplificatore alle varie misure di cui la tabella 1 che segue. All’ascolto, collegato ad un paio di JBL.110, esibisce un suono potente è pulito, a tutte le frequenze; i medi e gli acuti risultano molto equilibrati; un piacere d’ascolto. Credo che il merito di tutto ciò sia, per gran parte, da attribuire ai trasformatori di uscita “McIntosh” oltre ad una buona scelta circuitale e una alimentazione anodica senza compromessi. TABELLA 1 Prestazioni Potenza Segnale ingresso per 40W uscita Tasso di controreazione globale Banda passante: 1W 10W 40W Distorsione (TDH) Rumore di fondo Valvole (per canale) 40+40 Watt 1,7 V RMS 6 db 20 Hz - 70 kHz 20 Hz - 60 kHz 20 Hz - 35 kHz - 3db - 3db - 3db 1W 0.4 % max (20 Hz-20kHz) 10 W 0.65 % “ 40 W 1.0 % “ - 80 db 2 x 12AU7/ECC82 2 x 6550 Svetlana TAD premium -matched- LoAnn 40 +40 watt stereo amplifier Circuit description The input stage is made of a SRPP (shunt regulated push pull) amplifier (better known as totem pole). Its low distortion, and a bandwidth that can reach 100kHz with a gain of about 15 db make it the best choice for this application. The stage is dc coupled with the next one, an inverter/driver known as “long tail”. This configuration does not require a coupling capacitor between stages; its gain is around 12 db. The output of the inverter/driver is ac coupled with the 6650 power tetrode connected in a push-pull fixed bias configuration operating in class AB. To assure lowest distortion, the signal that drive the final stage must be perfectly balanced; this is achieved by a potentiometer P1 located between the long tail anodes; it must be adjusted to get, on 6550 grids, two signals with opposite phase and exactly same amplitude. The final stage bias is provided by a dedicated negative power supply which can be adjusted through P3 and P4 from – 25 to -45 Vcc. This design is made to work with – 37 Volt which, via P2, sets the grids of 6550’s final stage to – 32 with an idle cathode current of 40 mA. The cathode idle current can be monitored by measuring 400 mV across a 10 Ohm cathode resistor between TP3 or TP4 and ground. To balance the dc current through the output transformer, P2 must be adjusted to set the same voltage value on TP 3 and TP4 and ground. As stated, the final stage operates in a push- pull mode with a local feed back provided by the output transformer secondary winding inserted at the cathode of the 6550. This arrangement was extensively used by Mcintosh on their successful power amplifier of the 60thie. In addition, the output transformer, has a separate winding for the overall feedback which connects the transformer output to the cathode of the input stage. These arrangements pushes the performance of the entire system beyond any other configuration by achieving distortion below 1 % at full power and a bandwidth that can reach 50Khz and beyond. The entire circuit is fed by a robust power supply which provides a solid and well filtered 470Vcc to the plate of the 6550. The 6550 screens and the input stage voltage has been set to 270V and it is supplied by a FET regulator. The inverter /driver works with a regulated anode voltage of 370 Volt. Further, to minimize hum and noise, both 12AU7 heathers are fed by a DC current supplied through a 7812S three pins power regulator with a dedicated small toroid transformer. The power amplifier assembly has been accomplished by designing and building a dedi- cated chassis; the chassis has been housed in an reused instrumentation cabinet. The latter had a limited air flow capability therefore I had to implement two 220 Vac miniblowers to provide the necessary cooling. To minimize noise and reduce their speed, I’ve connected them in series adding a 6,3 V 0,15 Amp bulb; with this arrangements the lamp may provide an indication of blower failure as follows: Lamp off = Lamp too light = blower failure one blower shorted In parallel to the bulb the voltage drop (6 Vac) feeds a bridge rectifier which in turn supply a dc voltage to a couple of blue LED’s to illuminate the inside of the amplifier which can be seen through the transparent (Plexiglas) front panel. If you elect to build the amplifier on an open chassis there is no need to a forced ventilation. Once all the regulation has been made I’ve connected it to a couple of JBL 110 speakers to make a live test. It exhibits a powerful clean sound, outstanding bass and med/hi really pleasant. An excellent piece of works. I’m proud of it. TABLE 1 Performance Power Input signal level for 40W output Overall fed-back Bandwithd at 1W 10W 40W Distortion (TDH) Noise tubes (per chennel) 40+40 Watt 1,7 V RMS 6 db 20 Hz - 70 kHz 20 Hz - 60 kHz 20 Hz - 35 kHz - 3db - 3db - 3db 1W 0.4 % max (20 Hz-20kHz) 10 W 0.65 % “ 40 W 1.0 % “ - 80 db 2 x 12AU7/ECC82 2 x 6550 Svetlana TAD premium -matched- Adjustments Bias: No input signal Adj P3-P4 for -35 V on P2 center Adj P2 pot for 0V between TP3 and TP4 Check for 350 ± 20 mV between TP3/TP4 and GND Balance: Apply 1kHz input signal (100mv level) Ad just P1 to get same signal voltage between 6550 grid (pin 5) and GND. Check values after 10 hours burn-in 17 V 6550 2,2 V 3 5 4 1k 2,2 V 6550 +370V 3 +270V 1000µ 17 V 47µ/160V 1µ 1k 100V 82k Z9V G 1k Red brn 1A 2x80µ C2, C3 1 D 0.1µ Z9V G 10µ Z9V 22K 1k S D 7 7 7 7 3H .5A blu 80µ C1 blk vio Red/yel Red Gnd 7812S 5 5 5 .047µ IRFP460 / IRFPC50 Out D S G 5 4.7k 5W S 68K 70V 2200µ 2x9 V T2 4 4 4 4 1N4007 1N4007 50V 470µ 1N4007 1 Grn/yel Grn 6,3V 6A 400V + 400 220 VAC 12AU7/ECC82 6550 4,7k 5W 1 +270V SX 7812 T2 Grn 4 x BY255 +370V SX P4 47k 2 2 2 2 680p 2 x IRFP460 Input G S D IRFPC 50 LED M 230Vac P2 10k 5 0.22k 20k 2 x 220Vac fan 6,3 V 0,15A 20k 47k TP4 1000µ M 2.5A 18k 100 8 Bias 1,5 µf 2,2µ 150k 10 2W Bias sx 0,22k P3 0 1,8K 1 Bias dx brwn y +260 22µ/500V 48mV GND W02M Hammond Mfg 378CX 6 1,1k 3 blk - 35V - 35V T1 100µ 7 y/w grn 8 brwn/wht 4 4,7k 2 10 2W 47k 100k 1 P1 10k 47k 8 12k 1W 1,2k +145 560mV 100mV 3 47k TP3 red 2 grn/wht 16 8 1k 8 +135 1K 4 1k 12k 1W 1 100k 7 blue 1,5 µf +260 white 6 blk/wh 22µ/500V blue/wh 12AU7 ECC82 12AU7 ECC82 wht 3 x 90 volt zener ZPY91 6550 schematic dx channel AER IRFP460 G IRFPC 50 S S D G D + 370 Sx + 490 + 370 Dx +270V Sx 1N4007 1N4007 IRFP460 S G 1k G D 1k G 1k 10µ 0.1µ 1µ 22K Z9V D S Z9V IRFPC 50 Z9V 68K IRFP460 D 1N4007 82k 1W 1 x 100 volt zener ZPY97c24 1 S 1 1 0.1µ + 70 Fil bias 4,7k 5W 4.7k 5W +270V Dx 3 x 90 volt zener ZPY91 6550 HV reg AER Dx Vista frontale con illuminazione di LED blu - Front view lighted by blue LED’s Sx Vista posteriore - Back view In alto a sinistra, la vista frontale. Il pannello in plexiglas consente di vedere l’interno dell’amplificatore illuminato da una coppia di LED blu. A destra la vista posteriore con, a sinistra, l’innesto del cavo di alimentazione e il fusibile di protezione da 3 A. Identificati con Dx e Sx gli ingressi linea e sopra le vaschette con i morsetti per il collegamento degli altoparlanti. L’uscita è predisposta per una impedenza di 8 Ohm tuttavia modificando le connessioni interne si possono ottenere valori alternativi di 4 o 16 Ohm. In basso a sinistra la veduta d’insieme del 65550 Loann L’unità pesa 35 Kg. Top-left: front view of the amplifier; the plexiglas panel allows to see the inside which is lighted by a couple of blue LED’s. On he right the back panel with, from the left to the right, the power line receptacle, the 3Amp. fuse and RCA line inputs; above them the speakers output. The default impedance is 8 Ohm however, by properly cabling the output transformer, it may be changed to 4 or 16 Ohm At the bottom left, the complete 6550 Loann in it reused cabinet. The units weight 35 Kg (77 pounds) 6550 LoAnn overall view AER Fig 1 Fig 1 7 3 6 8 1) Visione generale del montaggio punto punto della componentistica. Il cablaggio è caratterizzato dall’uso di tb’s (terminal board) per i collegamenti di potenza e basette su supporto in bachelite per tutto il resto. 2) Nella parte centrale, in basso, la scheda cablata che fornisce le tensioni stabilizzate alle valvole amplificatrici di segnale (1\2AU7/ECC82) e agli schermi delle finali. 3) Appena sopra è visibile la barra che accoglie i collegamenti di massa e sulla quale convergono tutti i ritorni di segnale e della alimentazione in continua. 4) Il piccolo toroide in basso a destra alimenta i filamenti delle valvole 12AU7/ECC82 tramite un regolatore tipo 7812 (8) per la stabilizzazione e regolazione della tensione. 5) una minischedina contiene invece il circuito di polarizzazione delle griglie finali (Bias) Sono inoltre visibili i potenziometri per la regolazione del bilanciamento delle finali (6) e dello stadio inverter (7) 1) Overall view af the point to point cabling. 2 4 5 6550 layout AER Fig 2 2 1 2 3 Vista superiore dell’amplificatore. La disposizione piuttosto pulita e ordinata mostra, in alto, il poderoso trasformatore di alimentazione (1) con a lato i due trasformatori di uscita tipo McHintosh (2) Più in basso le valvole termoioniche e tra esse l’impedenza di filtro (3) “Collins” (3 H 500 mA) e tre condensatori di filtro del tipo usato per la rifasatura di motori monofase da 60 microfarad 450 Vac.(4) La figura non mostra ancora l’installazione dei due ventilatori necessari per il raffreddamento dell’insieme vista la soluzione particolare del telaio che non consente una ventilazione naturale. Gli stessi sono visibili nella foto sottostante (7). 4 Il telaio interno è realizzato in lamiera di acciaio inox da 1,2 mm; difficile da lavorare e che non consiglio a chi non possiede attrezzature adeguate per la foratura a tale materiale. In alternativa consiglio l’alluminio da 2 mm Il contenitore è un recupero di un vecchio alimentatore UNAOHM degli anni ‘60 ben costruito e solido.. Fig 2 Nel particolare di destra sono visibili i due ventilatori alimentati dalla rete e collegati in serie per ridurne la velocità ed il rumore (7). Osservando lo schema elettrico si potrà notare come in serie, all’alimentazione degli stessi, si trovi una lampadina da 6,3 Volt 0,15 Ampere; questa ha lo scopo di segnalare eventuali guasti del sistema di raffreddamento; infatti una eventuale rottura di uno dei due ventilatori sarà segnalata dalla lampada nel modo seguente; Lampada spenta = ventilatori non funzionano Lampada eccessivamente luminosa = un ventilatore in cortocircuito 6 7 Ventilatori Inoltre ai capi della lampada, un ponte di diodi (5) preleva una tensione di circa 6 Vca che raddrizzati alimentano due LED blu (6) che illuminano l’interno del telaio rendendo visibili, attraverso il pannello frontale in Plexiglass, i tubi elettronici ; una schiccheria per i curiosi 5 Fig 2 2 1 2 Top view of the Loann amplifier. The layout appear quite clean and shows at the top a heavy duty power transformer (1) with on the side the two, McIntosh clone, output transformers (2). At the bottom the vacuum tubes and, between them, a 3H 500mA reused Collins impedance (3) and three non electrolitic filter capacitors, those used on single phase motor (4) 3 4 The picture does not show the two blowers which are required to keep the amplifier cool due to the particular housing. This details can be seen at the bottom of this page. The internal chassis is made of 1,2 mm inox sheet metal; difficult to work with. A better alternative would be a 2 mm aluminum The amplifier container is a reused box from a professional instrument of the ‘60th. Fig 2 6 On the right a detailed view of the blowers assembly. They are series connected to slow down the speed and reduce the noise. (7). From the schematic it can be seen how they are connected and he position of al 6.3Vac 0,15 A bulb which purpose is to indicate eventual blowers failures. In addition a bridge rectifier, connected across the lamp, supply a 6 Vcc to a couple of blue LED’s. (6). They illuminate the inside of the amplifier and provide a nice view of the tubes which can be seen through the transparent (Plexiglas) front panel. (7 ) Ventilatori (7) Blowers 5 Distortion 20 Hz 1W 3^ armonica a –53 db (0,22%). Le altra armoniche sono collocate oltre—70 db 3^ harmonic at –53 db (0.22%) Other harmonic below 70 db Distortion 100Hz 1W 2^ e 4^ armonica a –65 db (0,06%). Le altra armoniche sono collocate oltre -80 db 2^ and 4^ Harminic 60 db below (0,06%) Other harminic below 80 db. Distortion 20 Hz 10 W Distortion 100Hz 10 W 2^ e 3^ armonica a –47 db (0,45%). Le altra armoniche sono sotto quel valore e decrescenti. 2^ armonica a –54 db (0,19 %). 3^ e 5^ armonica - 65 db 2^ and 3^ harmonic at –47 db (0,45%) all others below that value and decreasing 2^ harmonic at -54 db (0,19%) 3^ and 5^ at 65% Distortion 1 kHz 1W Distortion 10 kHz 1W 2^ armonica a –63 db (0,08%). La 3^ armonica si trova a 70 db 2^ armonica a –65 db (0,06%). Le altra armoniche sono collocate oltre—70 db 2^ harmonic 63 db below. (0,08%) the 3^ at –70 db. 2^ harmonic 65 db below. (0,06%) the other harmonic are below 70 db. Distortion 1 kHz 10 W Distortion 10 kHz 10 W 2^ armonica a –55 db (0,2%). Le altra armoniche sono collocate oltre—70 db 2^ armonica a –57 db (0,3%). 3^ armonica a 55 db (0,2%) 2^ harmonic below 55 db (0,2%) Remaining harmonic below 70 db. 2^ harmonic at –57 db (0,3%) 3^ harmonic at 55 db below (0,2%). Distorstion 20 kHz 1W Distortion 1 kHz Oscillatore prova 2^ armonica a –60 db (0,1%). Le altra armoniche sono collocate oltre—70 db L’Oscillatore sinusoidale usato per il test della distorsione presenta una distorsione armonica totale di 0,01 %. Essenzialmente trattasi di rumore di fondo. 2^ harmonic 60 db below (0,1%) all others below 70 db. Test oscillator performance @ 1kHz. Distortion down to noise level TEST SET UP Distortion 10 kHz 10 W 2^ e 3^ armonica a –53 db (0,2%). Le altra armoniche sono collocate a livello del rumore oltre -70/80 db 2^ and 3^ harmonic 53 db below (0,2%) all other down to noise level Banda passante—bandwidth: HP 645A Test Oscillator HP 331A Voltmeter e Fluke 8050A multimeter Tektronix scope 2445A 8+8 Ohm 50Watt Dummy load Entrambi i canali operativi - both channels operating Distortion Oscillatore 10Hz-60kHz autocostruito –self made HP 331A Distortion analyzer HP 3585A Spectrum analyzer Tektronix scope 2445A 8 + 8 Ohm 590Watt Dummy load Entrambi i canali operativi - both channels operating L’amplificatore viene alimentato tramite variac alla tensione di 230Vac Input power voltahe adjusted to 230 Vac by a variac. 70,5 135 66.8 Φ= 5 x 4 12.5 Φ=10 5 TA BFT –1B PER SE UBT1 84 85 120 93 Trasf. Uscita Push pull 115 H =105 60.5 IMPEDENZA COLLINS h= 100 Φ= 4.5 x 4 92.5 Φ= 4.5 x 4 88 80 6550 Φ= 28 H =120 Φ= 3.5 35 85 Squadretta h = 80 38 Φ= 22 Φ= 3.5 TA P-T378CX Hammond Mfg TA 12+12 Toroidale 35 100 10 78 28 6550 power amp components size AER 400 TA TU sx 6.3 TU dx PT378CX Hammond Mfg 400 Impedenza C1 C2 C3 6550 Layout TOP View AER 400 65 58 400 93 TA TU sx McIntosh type PT378CX Hammond Mfg TU dx McIntosh type 6.3 Φ 4,4 x 8 70 xx Φ 28 x 4 10 10 Impedenza 60 60 15 Φ5x4 Φ 6,5 x 2 98 40 Φ 10 28 x 4 Φ 10 x 2 67 C2 C3 30 C1 40 40 40 6550 Layout TOP View –quoteAER blk/wh TU sx feedback 2 x 400V P.S Regulators blk Trafo 2 x 9V ac org 16 8 4 com ye l heather brw/wh brw ll Y/e Y/W Blu e CT + 370V + 370V gnd + 270V heather bias 10 47k 10 TU dx common + 70 47k wh bias adj TA /W Blk e Blu blu Main cabling shown is relative to one channel only. 6.3 blu + 12 V to 12AU7 pin 4,5 7812 grn/wh Grn Il cablaggio rappresentato è relativo ad un solo canale. L’altro è simmetrico. SX DX 400 PT378CX Hammond Mfg 220 TU dx bias 400 220Vac wh 1k 1k Common Gnd 100k 100k heather 12k 12k + 500V 10µ 450V 2.2µ 18k 10k 10µ 450V 150k 1,1k 1k 680p Z1 1.5µ 1.5µ f/b 1,8k 100µ 10k 47k 100 input Fil Fil Common Gnd + 490V C3 C2 C1 1,2k 1k 6550 cabling layout AER 1X 80 Back panel 1,5 mm 15 298 12 Bottom Panel 1X 1,5 mm Piega a scatola (bent as a box cover) 298 Quote in mm Q.tà 2 Side panel 1,5 mm 2X 414 110 Acciaio Inox 15/10 A. E. R. Telaio 6550 414 133 19 19 1X 3 mm 2 x 160 Front panel 1,5 mm Back panel Front panel Bottom panel Vista d’assieme Asm view 417 (esterno) -(external) Acciaio inox 15/10 A. E. R. Telaio 6550