40+40 w push-pull stereo power amplifier

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