Kiến thức cơ bản về hệ thống khuếch đại âm thanh - Ampli Đèn và Ampli Bán Dẫn

Chúng ta bắt đầu tìm hiểu về hệ thống khuếch đại âm thanh nhé. Tài liệu tôi tổng hợp từ nhiều nguồn thông tin cũng như dựa trên kinh nghiệm nhiều năm trong cuộc đời, tôi sẽ giới thiệu từng phần nếu các bạn thấy tôi sai ở đâu hãy sửa giúp tôi, tôi rất vui vì điều đó. 

Công nghệ bóng đèn điện tử là điều hạnh phúc nhất mà âm nhạc có được, không phải vì bóng đèn điện tử có phẩm chất diêu kỳ (khi mà các chúng vẫn còn kém rất nhiều so với công nghệ khác), nhưng có thể hàng ngàn năm sau bộ khuếch đại bóng đèn điện tử sẽ là sản phẩm của thế kỷ 19-20 được yêu thương nhất.

Lịch sử ampli đèn : Hai hãng Leak và Quad là hai đại diện trong nhiều hãng tên tuổi của Anh với những sản phẩm ampli đèn đạt đến độ trung thực cao nhất và xuất sắc nhất. Hai đại diện ở Mỹ là Mcintosh và Fisher.

Ở thời điểm ban đầu, các ampli khuếch đại được xây dựng là Class AB kéo đẩy với 2 bóng đầu ra cho mỗi kênh.

Trước khi công nghệ bán dẫn ra đời, phần lớn các radio được lắp ráp thủ công bởi những người phụ nữ trong điều kiện thiếu thốn (điều không thể chấp nhận ngày nay tại các nước văn minh) Các thiết kế được xem xét kỹ lưỡng để giảm chi phí sản xuất, số đèn điện tử được giữ ở mức tối thiểu, linh kiện phần nguồn thường là loại rẻ nhất và phần bảo vệ gần như là không tồn tại. Trọng tâm của bộ phận khuếch đại là biến áp đầu ra, do điều kiện sản xuất cũng như nguyên liệu đắt đỏ vì vậy biến áp đầu ra cũng luôn được tính toán ở mức hiệu suất tối thiểu. Chỉ có một vài hãng sản xuất mới đưa ra các bộ khuếch đại đạt được hiệu quả kỹ thuật cao nhất.

Đến năm 1960 công nghệ khuếch đại âm thanh Đèn điện tử mới có bước nhẩy vọt nhưng cũng đã quá muộn khi công nghệ bán dẫn đã bắt đầu đi sâu vào kỹ thuật dân dụng. Công nghệ bán dẫn làm giảm kích thước thiết bị (không có biến áp đầu ra), giảm điện năng tiêu thụ, sản xuất lắp ráp đã dễ dành hơn trên các bo mạch in, chi phí nhân viên giảm, lợi nhuận ra tăng… Sự quản bá rộng rãi khả năng khuếch đại công suất lớn đã thu hút các nhà tổ chức âm nhạc, nó đã đẩy Đèn điện tử xuống đáy vực và đôi khi đã biến thành vật vô giá trị, các Radio, Ampli Tube có vị trí quen thuộc là trong các thùng rác thành phố.

Ban đầu các ampli Hi – fi sử dụng công nghệ bóng bán dẫn Gecmani với độ tin cậy thấp, nhưng khi công nghệ bán dẫn Silicon được phát minh, ampli bán dẫn được khá tin cậy, tuy nhiên các ampli bán dẫn chỉ thực sự đạt được đỉnh cao vào những năm 80 của thế kỷ trước, nó đã sánh ngang với chất lượng của những Ampli đèn tốt nhất.

Sự huyền bí của âm thanh

Năm 1980 sau gần 20 năm công nghệ bán dẫn chiếm lĩnh, các tín đồ âm thanh bắt đầu truyền tai nhau về sự kỳ diệu của âm thanh mà Đèn điện tử mang lại, đó cũng là thời điểm các ampli với vô số các Tube được thiết kế, công nghệ chế tạo linh kiện phụ trợ đã được nâng cao… âm thanh của ampli đèn đã trở nên vô cùng ấm áp, huyền diệu. 

Ampli đèn: Không có các loại đèn cho chất âm giống nhau, mỗi loại đèn cho chất âm riêng biệt. Các đèn có thể cùng số chân nhưng có thông số bên trong khác nhau.

Huyền thoại: Các tín đồ âm thanh luôn thần thánh hóa những Ampli mà họ yêu thích, họ tin vào những phẩm chất âm thanh khác nhau của từng dòng ampli. Đơn cử là ampli với khuếch đại đơn (SET – Single Ended Triode) Class A. Trong những năm 1930 các ampli khuếch đại đơn cho mỗi kênh được sử dụng khá nhiều và nó cực kỳ hiệu quả với những ampli với công suất trung bình từ 3-20 Watt và thường tạo ra méo hài chẵn vượt ngưỡng.

Các ampli có SE có thể bọc chân bóng, linh kiện bằng vàng và dây kết nối giữa các linh kiện là dây đồng được chế tạo bằng công nghệ OFC (Oxygen Free Cable) cho phép bất cứ tín hiệu nào cũng có thể được đi qua vượt qua những định luật vật lý.

Một số mạch ampli SE ngày nay không còn sử dụng, những ampli đó giờ đây được sửa chữa và mang giá trị nghệ thuật nhiều hơn.

Ampli - Single Ended

Sẽ có nhiều câu hỏi được đặt ra và có thể nhầm lẫn giữa ampli khuếch đại đơn SE (1 đèn đầu ra) và ampli đẩy kéo Push Pull (2 đèn đầu ra). Trước những năm 1960 radio được làm càng rẻ càng tốt, các pre-amp với một đèn khuếch đại cả hai nửa chu kỳ là phổ biến, dù công suất chỉ là 2-3 Watt. Sau đó có những loại có chất lượng cao hơn, đắt hơn có hai đèn đầu ra làm nhiệm vụ mỗi đèn khuếch đại một nửa chu kỳ đạt hiệu quả hơn, độ méo ít hơn, đáp ứng tần số tốt hơn và quan trọng công suất được nâng lên 10-30 Watt cho mỗi kênh, âm thanh của loại ampli PP mạnh mẽ, trung thực, tiếng bass ấn tượng hơn.

Các hãng như Leak, Quad, Mullard, McIntosh, Fisher không bao giờ làm ampli SE, đó là ý tưởng để họ thể hiện sức mạnh của mình, họ chỉ làm ampli PP class AB. Có lẽ họ không nghĩ rằng vẫn có những tín đồ âm thanh vẫn âm thầm phát triển ampli SE theo phong cách của riêng mình. Những năm 1980 ampli SE được phát triển rất tốt ở Nhật Bản, có lúc giá một chiếc ampli SE lên đến 100.000 $ kèm theo dây cable tín hiệu Magical có giá 1.000$/mét. Có vẻ như điều trên là không tưởng ở ampli SE.

Họ hay so sánh giữa ampli SE và PP là giống như bạn đi xe đạp bằng một chân và đi bằng cả hai chân, xe vẫn chạy và có thể đạp một chân sẽ mệt hơn là hai.

Một vài so sánh cơ bản giữa ampli Đèn và Bán dẫn

1- Ampli đèn có chi phí cao, cồng kềnh, điện áp cao, đèn dễ vỡ. 

Ampli bán dẫn chi phí thấp, nhỏ, cơ động, mạnh mẽ, phần điện tử cũng dễ hỏng

2- Ampli đèn cung cấp và duy trì liên tục công suất vào một loa có trở kháng khác nhau.

Ampli bán dẫn không cung cấp và duy trì liên tục công suất vào một loa có trở kháng khác nhau.

3- Ngắn mạch loa hầu như không làm bóng đèn bị tổn hại

Ngắn mạch loa sẽ làm ampli bán dẫn bị phá hủy sò…

4- Trở kháng loa, điện trở dây cáp và phân tần ảnh hưởng nhỏ trên ampli đèn

Trở kháng loa, điện trở dây cáp và phân tần có thể phá hủy sò công suất.

5- Biến áp xuất âm OPT hoạt động như bộ đệm giữa thiết bị điện tử và loa.

Ampli bán dẫn, các sò công suất được nối trực tiếp với loa.

6- Nguồn điện tử trong đèn (Tube- amp) có thể không chuyền ra loa

Nguồn điện tử từ ampli bán dẫn (solid-amp) có thể bị chuyền ra loa (đặc biệt nguồn DC có thể phá hủy loa)

Đèn điện tử

Có thể nói vắn tắt là đèn điện tử được nâng cấp từ những bóng đèn sợi đốt mà thành. Bóng đèn điện tử được hút chân không, bên trong đèn điện tử cũng có sợi đốt, ở trung tâm là Cathode (hay còn gọi là Ca - tốt ) ký hiệu là chữ K, các tấm kim loại bên ngoài của Cathode là Anode (hay còn gọi là A-nốt). Dây xoắn vòng quanh Ca-tốt và A-nốt gọi là lưới (Grid) .

Khi một điện áp dương (+) được đặt trên A-nốt và một điện áp âm (-) được đặt trên Ca-tốt bị làm nóng, dòng điện sẽ được chuyển dịch (chẩy) trong khoảng cách từ A- nốt đến Ca-tốt mà không đi theo chiều ngược lại. Chức năng này được coi như là chỉnh lưu, trong công nghệ bán dẫn nó giống như các đi - ốt, đôi khi trong công nghệ bán dẫn hay gọi là dòng điện đi từ dương (+) sang âm (-).

Sợi đốt: Trong đèn điện tử, sợi đốt và Cathode K có yếu tố giống nhau, đôi khi được miêu tả là Cathode trực tiếp nóng lên. Từ sau năm 1940, các đèn nắn nguồn phần lớn được chế tạo Sợi đốt và Ca-tốt tách biệt nhau. Ca-tốt được “đun” nóng lên bằng Sợi đốt, phần lớn các Sợi đốt của đèn điện tử có điện áp là 6.3 V, nó cũng được giải thích là để phù hợp với đa phần điện áp của ắc-qui trong xe oto… thời trước.

Nhiệt độ của đèn có thể cao đến 2.000 độ C, trong các bóng đèn điện tử loại nhỏ ngày nay có điện áp là 6.3V x 300mA= khoảng 2Watt. Trong khi sợi đốt trong các đèn điện tử công suất lớn có thể là 6.3V x 1.5A= xấp xỉ 10Watt.

Vì điện áp Sợi đốt của các đèn thường thường là 6.3V cho nên đôi khi trong các mạch điện bạn không thấy ghi thông số 

Đèn ba cực ( Triode )

Các vòng dây được cuốn theo hình xoắn ốc đặt gần với Ca-tốt là cách dễ nhận biết nhất của đèn ba cực, hay có thể hiểu là một đèn điện tử với các lưới dây thép cuốn quang A-nốt và Ca-tốt chính là một Triode (đèn 3 cực).

Khi điện áp trên lưới là 0V (không có điện), dòng điện giữa A-nốt và Ca-tốt được bão hòa.

Khi có một điện áp –V trên lưới sẽ làm giảm dòng điện giữa A-nốt và Ca-tốt giảm xuống

Một tín hiêu âm thanh rất nhỏ trên Lưới sẽ tác động đến dòng điện giữa A-nốt và Ca-tốt

(đến đây các bạn có thể dễ dàng hiểu được cách thức hoạt động của đèn điện tử trong việc khuếch đại tín hiêu âm thanh rồi)

Khi đèn điện tử làm việc trong mạch điều chế âm thanh, dòng điện giữa A-nốt và Ca-tốt sẽ xuất hiện là những tín hiện khuếch đại lớn có độ lệch pha 180 độ với đầu vào.

(một số đèn điện tử có những cấu tạo khác từ những năm 1920, tôi không nhắc đến trong bài này)

Đèn dành cho Audio được phân loại làm ba nhóm chính.

Nhóm nhỏ (cơ bản) là những bóng tiền khuếch đại kép (pre-amp twin triode) là những bóng như 12AX7, 12AU7, 12AT7, 12AY7…

Nhóm tương tự nhóm trên nhưng ít được dùng là các bóng công suất Power Tube cho công suất đến 10-15 Watt là EL84, 6BQ5…

Nhóm ba là nhóm bóng Công Suất Lớn cung cấp từ 30 – 100 Watt là các loại bóng EL34, 6CA7, 6550, KT88, KT90

Giới thiệu về Bóng pre: 12AX7 (ECC83) và 12AU7(ECC82) là những bóng ba cực kép (twin triode hay dual triode). (ECC83/82 là tên gọi tại châu Âu) Loại bóng này có 2 hai phần (3cực) riêng biệt trong mỗi bóng. Ứng dụng của loại bóng nhỏ này là ở vị trí tiền khuếch đại và xử lý tín hiệu, nó thay đổi dòng điện rất nhỏ giữa A-nốt và Ca-tốt . Các bóng đèn loại nhỏ này hoạt động trong vùng điện áp từ 100 – 300 VDC và dòng trung bình từ 0.5 đến 3mA.

Bóng 12AX7 có thể đạt độ lợi (gain) khoảng 40 lần, trong khi đó bóng 12AU7 có chức năng lái (driver) với một trở kháng thấp hơn và độ lợi khoảng 10 lần. Nhiều biến thể của các dòng bóng trên được sản xuất bởi nhiều nhà sản xuất khách nhau từ những năm 1940 đến 1960 có đánh số như 12AY7, 12AT7 vv. Hầu hết các bóng Kép (twin triode) đều có 9 chân cắm tiêu chuẩn. Các sợi đốt có thể được mắc song song dùng điện áp 6.3 V hoặc mắc nối tiếp để dùng điệp áp 12,6V … Sợi đốt thường được dùng kết nối với nguồn điện AC từ biến áp, nhưng hiện nay hay dùng nguồn DC cấp cho sợi đốt để tránh rò và hum vào Ca-tốt khi được dùng trong mạch có độ lợi cao dùng cho Đĩa than hay mạch khuếch đại Micro.

Bóng công suất (power tube): Những bóng công suất lớn được sản xuất với những thay đổi cơ bản bên trong để cho phép tăng hiệu suất làm việc và độ méo thấp nhất. Những đèn công suất hoạt động trong khoảng điện áp từ 300V đến 600V DC và tiêu thụ dòng khoảng từ 50mA đến 150mA. Nhiệt độ từ bóng công suất bao gồm nhiệt sinh ra từ dòng điện chẩy giữa A-nốt và Ca-tốt cộng với nhiệt sinh ra từ sợi đốt, với đèn có công suất lớn có thể tiêu hao từ 30-50 Watt, nhiệt độ cao từ bóng công suất có thể gây bỏng, cháy.. (đây là điều đặc biệt lưu ý khi các bạn lắp ráp và sử dụng đèn công suất)

Bóng 6CA7 và EL34, là bóng có 8 chân, các bóng này được sử dụng trong các hệ thống khuếch đại có độ trung thực cao. 2 bóng 6CA7 trong mạch Class AB Push Pull có thể đạt công suất 35 Watt / kênh và nguồn cung cấp là 375 V DC . Bóng 6CA7 / EL34 có độ lợi rất cao, vì thế nó đòi hỏi cần có mạch điều khiển tín hiệu đầu vào (mạch Driver) đủ lớn để đạt đủ hiệu suất (full power). Một nhà sản xuất ampli châu Âu sử dùng nguồn 800V DC cung cấp cho bóng EL34 và đạt đến công suất 100 Watts. Vào những năm 1960, bóng EL34s rất rẻ khoảng 1,50$ một gói 100 bóng (xin đừng so sánh 1,50$ ngày đó và bây giờ nhé).

Trước khi tìm hiểu về vài loại đèn công suất nổi tiếng chúng ta quay lại một chút về cầu tạo của loại đèn này.

Màng bọc lưới trong bóng đèn công suất: có một số cải tiến trong bóng công suất đã được đưa vào thực tế chế tạo, đó là thêm một tấm lưới nữa (Screen) được đặt giữa Lưới (grid) và A-nốt (bóng loại này còn được gọi là Tetrode hay Pentode) Trên tấm lưới Screen luôn có một điện áp +V được đặt lên. Khi một điện áp cao +V đặt lên tấm lưới Screen, nó sẽ làm tăng đáng kể dòng điện chẩy giữa A-nốt và K-tốt, qua đó độ khuếch đại của đèn công suất được tăng lên đáng kể. (một số ampli dùng công suất dạng này có một công tắc riêng cho Lưới Screen để đảm bảo độ an toàn)

Bóng Tetrode và bóng Triode có thể nhận biết bằng quan sát, Triode bao gồm 3 thành phần: A-nốt, Lưới (Grid), Ca-tốt (K). còn các Tetrode gồm 4 thành phần: A-nốt, Lưới Screen, Lưới Grid, Ca-tốt.

Tấm Screen được gọi là tấm ức chế và chắn những chùm tia điện tử thất thoát ra ngoài... Sự thay đổi bằng cách thêm Tấm Screen được coi là cuộc ‘cách mạng’ trong công nghệ chế tạo bóng công suất. Bóng đèn công suất KT88 và bóng 6CA7 (EL34) là những bóng có công nghệ tiên tiến đó, cả hai sử dụng chuẩn 8 chân với 4 thành phần : ‘A-nốt, Lưới Screen, Lưới Grid, Ca-tốt ‘ và sợi đốt có nguồn cấp là 6.3 V

Trên thực tế một người đam mê DIY ampli đèn thường ít quan tâm đến những sự khác biệt của các dòng bóng kể trên, cũng chẳng cần quan tâm thế nào là Triode là Tetrode.. nhưng những thông tin trên sẽ giúp các bạn có được nền tảng về bóng đèn điên tử. Việc hiểu biết rõ về nền tảng cấu tạo đèn còn giúp cho các bạn không mắc sai lầm trong thiết kế mạch và chỉnh sửa nâng cấp ampli.

Bóng KT88 và 6550 là bóng công suất có chuẩn 8 chân, hai loại bóng này có thông số gần như nhau và có thể thay thế cho nhau trong hầu hết các ứng dụng. Một cặp bóng trong mạch ClassAB Push Pull luôn được đánh giá rất cao và luôn được lắp đặt trong những ampli tuyến tính trung thực cao với công suất từ 50 -60 mỗi kênh. Cặp KT88 có thể đạt 100 Watt từ nguồn 560V DC. Bóng KT88 có độ lợi (gain) thấp, chính vì thế nó cần có mạch Driver để cung cấp đầy đủ tín hiệu đầu vào. Trong những năm 1960 giá một bóng KT88 là 10$ và cũng không dễ để mua, nhưng hiện nay KT88 và 6550 luôn có sẵn vì nó được sản xuất bởi nhiều nhà chế tạo và giá cũng đã giảm.

Một chút ghi nhớ về Đèn Audio

“Không có bóng đèn nào có âm thanh giống như nhau hoàn toàn. Nếu có, sau khi sử dụng một thời gian hoặc trong một mạch điện khác nhau tự nó sẽ thay đổi chất âm “

- Có nhiều đèn điện tử có vấn đề chất lượng được bán ra trên thị trường, nhiều loại bị lọt khí từ các chân đèn, nhiều loại bóng được trả lại nhà máy và được dán lại tem rồi bán lại (refactory).

- Nhiều bóng có tuổi thọ là 10.000 giờ và có nhiều bóng trên thực tế vẫn rất tốt sau 50.000 giờ.

- Hầu hết các bóng đạt nhiệt độ hoạt động sau 60 giây. Tuy nhiên bóng lớn như KT88.. có thể mất 5 phút để ổn định hoạt động.

- Hãy luôn lau sạch vân tay trên bóng đèn điện tử

- Luôn tắt bóng đèn khi bạn đi ngủ hoặc ra ngoài, vì nhiệt độ sợi đốt bóng có thể đạt 2.000 độ C.

Cấu tạo mạch điện của một Ampli cơ bản

Chúng ta sẽ bắt đầu với một Ampli Class AB Push Pull hoàn chỉnh, sau đó chúng ta sẽ phân tích từng phần riêng biệt.  Đẩy Kéo (Push Pull) một ampli với đầu ra sử dụng 2 bóng thường được gọi là ampli kéo đẩy. (như tôi miêu tả ở đầu bài, Kéo Đẩy giống như đạp xe bằng 2 chân) Bàn đạp xe đạp luôn quay 180 độ để đảm bảo bánh xe luôn được quay đều với lực đạp mạnh nhất. 

Có 4 phần trong một ampli hoàn chỉnh: (hình dưới)

Một đèn pre-amp làm tăng tín hiệu đầu vào mạnh hơn (phần Pre ngày nay thường được làm thành một khối block riêng biệt)

Một bộ phận biến đổi tần (Inverter) tạo ra một gương tín hiệu, đảo pha 180 độ.

Đèn Driver điều khiển làm tăng tín hiệu 180 độ đến mức cao hơn trước khi đến các bóng công suất.

Đèn công suất tiếp tục khuếch đại tín hiệu đảo pha 180 độ. Biến áp đầu ra OPT (Out put transfomer) từng bước hạ cao áp từ đèn công suất xuống thành một mức thấp để ra loa.

Tìm hiểu mạch:

Đầu tiên một nửa của bóng 12AX7 khuếch đại tín hiệu đầu vào 100mV RMS tới khoảng 5mV.

Tiếp theo một nửa còn lại của 12AX7 hoạt động làm biến đổi tần số, đảo pha tín hiệu 5V RMS 180 độ.

Các bóng 12AU7 điều khiển (driver) tăng 5V đến khoảng 50V RMS để điều khiển các bóng công suất KT88,

Mỗi bóng công suất KT88 cung cấp khoảng 300V x 2 = 600V RMS đến biến áp OPT.

Các biến áp OPT hạ từ 600V RMS xuống (xấp xỉ 22 lần) còn 28V RMS ra loa 8 omh, đạt khoảng 100 Watt. Điện áp cung cấp từ đèn trong ampli được gọi là B+.

Tụ nối tầng:

Phần Pre – amp, Biến đổi tần số (inverter) và phần Lái (driver) được liên kết với nhau bằng tụ, chúng ta gọi đó là Tụ Nối Tầng (Coupling Capacitor).

Các tụ này có nhiệm vụ chặn dòng điện DC trong từng tầng mà nó đảm nhiệm và nó chỉ cho dòng tính hiệu điện thanh AC đi qua. Bất kỳ sự rò rỉ DC nào vượt qua tụ nối tầng (dù là rất nhỏ) sẽ tác động lên Lưới của đèn tầng sau và làm gián đoạn các hoạt động của nó. Phần lớn các vấn đề sửa chữa hỏng hóc của ampli là từ những khu vực của tụ nối tầng, trong công nghệ chế tạo ngày nay các tụ điện hiếm khi gặp phải vấn đề này (nếu chúng được lắp đúng thông số).

(Hình ảnh dưới là vị trí các tụ nối tầng)

Khi một tín hiệu (đột ngột) được sinh ra từ việc rút (hoặc cắm) giắc tín hiệu.. sẽ tạo ra tức thời một điện áp DC và truyền đến tụ nối tầng và nó có thể sẽ đi vào đèn ở tầng sau. Xung vuông DC này sẽ làm đèn điện tử bị “tắt” hoặc sẽ hoạt động hết công suất (full) trong khoảng 1ms đến 1 giây cho đến khi điện trở của lưới đèn “tiêu” hết nguồn năng lượng không mong muốn đó.

Xem xét từng phần của Ampli

Phần Pre-amp: trong bức hình dưới được mô tả hoạt động của pre-amp. 

Tín hiệu đầu vào được đưa đến sau khi đi qua tụ nối tầng .047 uf, các tụ nối tầng ngăn chặn DC từ bên ngoài và đảm bảo chỉ có tín hiệu AC được đưa vào đèn. Điện trở lưới 1M (grid 1M resistor) tạo ra một tải cung cấp tín hiệu tham chiếu (nối đất). Một điện trở “chặn” Grid Stopper 2,2 k nối với chân Lưới của đèn làm nhiệm vụ chặn các tần số vô tuyến ‘nhiễu ký sinh’ có thể sẽ bị các đèn khuếch đại lên. Nhiều nhà sản xuất chưa nhận thức được tầm quan trọng của điện trở này và không lắp nó trong mạch.

Nguồn cung cấp cho A-nốt qua điện trở 220K (Anode load resistor) từ nguồn 250V DC và làm cho xuất hiện tín hiệu khuếch đại tại A-nốt. Lúc này, tụ nối tầng 0.047 lắp ở vị trí xuất tín hiệu sẽ chặn DC và chỉ cho tín hiệu AC đi qua .

Bias: một điện áp âm -1V5 phải được cấp cho Lưới qua cực trung tâm của đèn 12AX7 với nhiệm vụ đảm bảo cho đèn được hoạt động đúng thông số. Như trong phần lý thuyết ở bài trên, nếu không có nguồn điện áp ‘Bias’ âm này, đèn sẽ hoạt động hết công suất. Điện áp âm này được hiểu đơn giản là nó làm hạn chế dòng chẩy qua các đèn điện tử. Điện trở 2k2 (cathode resistor) còn được gọi là điện trở Bias.

( Đèn KT88 yêu cầu áp Bias từ -30 đến -90V, nó được cung câp từ một nguồn riêng qua một hệ thống điện trở (còn gọi là Bias âm - ) )

Độ lợi (gain) trong mạch pre-amp này, mạch sử dụng bóng 12AX7 có độ lợi xấp xỉ 30 lần. Gain có thể đạt đến 60 lần bằng cách lắp một tụ điện 100uf (hay còn gọi là tụ Ca-tốt bypass) bỏ qua điện trở Ca-tốt , trong mạch Pre-amp dành cho Đĩa than, thường lắp tụ By pass này. Tuy nhiên kèm theo nó có thể sẽ là những tạp âm không mong muốn bị khuếch đại lên và méo tín hiệu. Việc tăng Gain có thể sẽ gặp đề lớn khi khiến loa rung liên tục (thòi ra thụt vào) cơ học cũng như ảnh hưởng đến chất lượng khi nghe.

Đèn 12AX7 có thể được thay bằng 12AU7 để giảm gain (khoảng 10 lần) sẽ giảm đi tiếng ồn, nhưng cần phải cung nguồn cấp tín hiệu đầu đủ để đạt hiệu suất. Có những mạch tự động điều khiển Gain trong các thiết bị đắt tiền, nhưng nó gần như không được sử dụng trong Ampli.

Trở kháng đầu vào

Nguồn điệp áp cấp cho lưới của đèn không phải là điện áp từ nguồn tín hiệu (trừ một số đặc biệt mà tôi không thảo luận trong bài này) áp của lưới cũng không nhận từ nguồn tín hiệu đầu vào mà được tham chiếu từ điện trở Lưới nối với đất. Trở kháng đầu vào được quyết định bởi những điện trở lưới. Trong mạch dưới là Grid resistor , cách mạch thường thấy hay dùng các trị số 1M, 470k, 220k, hoặc100k.. 

(phần sau chúng ta sẽ tìm hiểu là Inverter – đảo pha)

Biến Tần – Inverter

Trước khi tín hiện đến mỗi bóng khuếch đại, nó phải được đảo pha 180 độ (có người hay gọi là biến tần) đảo pha phải đảm bảo độ cân bằng nhất định cung cấp cho mạch khuếch đại công suất Class AB Push Pull. Có rất nhiều mạch biến tần nhưng mạch chia tải biến tần là chính xác nhất.

Là sự kết hợp chia tần từ hai tải A-nốt và Ca-tốt của đèn tầng trước (đèn Pre) .

Hai dải tín hiệu đảo pha 180 độ (nhưng không tăng biên độ) được đưa đến 2 bóng công suất (Đẩy Kéo). Điện trở 1M mắc song song với điện trở 47K (trở Ca-tốt) thường được dùng bằng điện trở có thể điều chỉnh (trim) làm nhiệm vụ điều chỉnh để tín hiệu ra của cả hai chu kỳ được đồng đều.

( xin lưu ý là phần chia tải biến tần vẫn sẽ ổn định dù bạn thay bóng hoặc bóng bị lão hóa)

- Có những mạch công suất nhỏ sử dụng chính bóng chia tải làm luôn bóng Lái .

- Với mạch công suất lớn, bóng chia tải biến tần rất cần thiết để cung cấp đủ tín hiệu đảo pha cho bóng Lái (driver) để bóng Lái có thể cung cấp đủ tín hiệu cho bóng công suất KT88 (xem hình toàn mạch)

Biến tần Ca-tốt: đây là mạch khá phổ biến trong ampli sử dụng bóng Lái biến tần và đưa tín hiệu thẳng đến bóng Công suất. Ưu điểm là bóng lại khuếch đại và kết hợn chia tải đảo pha 180 độ, qua đó sẽ bớt đi được bóng Pre biến tần dẫn đến đơn giản mạch điện và giảm chi phí. (hình dưới)

Như hình trên, tín hiêu đi vào lưới thứ nhất của đèn 12AX7 (đèn Triode 3 cực), lưới thứ hai của đèn có nguồn AC (đi từ mass qua tụ 0,1 uf lên) làm nhiệm vụ tham chiếu .Tín hiệu đầu vào đi theo hướng Ca-tốt của phần thứ nhất của đèn, do hai Ca-tốt của hai nửa đèn được nối với nhau, phần nửa thứ hai của đèn buộc phải đưa ra tín hiệu âm thanh đảo pha 180 độ với tín hiệu đưa ra từ tầng thứ nhất.

Xin lưu ý: do tuổi thọ của đèn hoặc do chế tạo mà hai nửa của đèn có thể sẽ đưa tín hiệu đảo pha không thực sự chính xác.

Đèn Lái

Để tín hiệu đến đèn công suất KT88s (hình trên)và làm cho đèn đạt công suất 100 Watt, các tín hiệu đảo pha (sau khi đã được chia tần) sẽ phải được đưa lớn hơn. Đèn 12AU7 sẽ làm nhiệm vụ Lái (driver) để khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu lên đến 50V RMS, như vậy cả hai chu kỳ tín hiệu sẽ là 100V RMS được đưa đến đèn Công suất KT88s để khuếch đại tín hiệu lên cực lớn (full công suất) .Ở mức thấp hơn (khoảng 50 Watt) đèn Lái điều khiển đưa ra mức tín hiệu chính xác (không bị méo), do đó đèn Công suất sẽ đưa ra tín hiệu có chất lượng rất tốt. Đôi khi sự “méo” nhỏ sẽ xẩy ra khi bóng lại đạt từ 50-60 Watts.

Lưu ý: 2 Triode trong cùng một bóng hiếm khi giống hệt nhau, chính vì thế cần thiết phải chọn lựa trong 5 bóng để lấy được 1 bóng khá chuẩn và phải chọn trong 10 bóng lái để có được 1 cặp bóng lái khá giống nhau cho một ampli hai kênh.

Điều chỉnh cân bằng bóng lái: Hình dưới là mạch được thêm vào một điện trở 10K (là biến trở Trim) nó làm nhiệm vụ điều chỉnh để cả hai phần (2 triode) trong mỗi đèn 12AU7 làm việc giống như nhau và đưa ra hai mức tín hiệu cân bằng nhau từ A-nốt.

Cũng xin lưu ý là việc lựa chọn hai bóng công suất cân nhau là rất khó, vì thế đôi khi phải điều chỉnh tín hiệu ra của bóng Lái để đưa ra mức tín hiệu lệch nhau phù hợp với độ lệch nhau của bóng công suất.

Phần sau chúng ta sẽ tìm hiểu những phần quan trọng nhât của ampli đèn:

* Mạch Bias

* Mạch hồi tiếp

* Đèn công suất

và sau đó sẽ là phần "trái tim": Out Put Transfomer (O.P.T)

Dù hơi dài nhưng đó là mong muốn của tôi để các bạn (dù là mới tiếp xúc với ampli đèn) hiểu và nắm được nguyên lý và cấu trúc của linh kiện cũng như mạch ampli đèn.

Giai đoạn tiếp theo gồm những phần chính là:

- Mạch điều chỉnh Bias để cho bóng Công suất hoạt động tuyến tính nhất.

- Mạch đèn khuếch đại công suất

- Biến áp đầu ra O.P.T 

Mạch điều chỉnh Bias

Hãy quan sát hình trên. (sử dụng bóng công suất KT88s)

- Một mạch có điện áp âm (Bias) được điều chỉnh khoảng -85 V cấp cho lưới của đèn KT88S.

- Đèn KT 88s được định áp khoảng 50mA để đạt trạng thái hoạt động tĩnh nhất

- Mỗi đèn KT88s sẽ cung cấp khoảng 300V x 2 = RMS 600V qua biến áp OPT

- Biến áp OPT hạ 600V RMS xuống khoảng 22 lần đến khoảng 28V RMS trước khi đi đến loa 8 Ω và đạt khoảng 100 Watts.

Hãy xem hình bên dưới:

Nguồn Bias.: Các điện trở 10R có nhiệm vụ kiểm tra dòng chẩy qua các đèn công suất, điện trở này không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của đèn. Đồng hồ đo dòng được lắp cố định trên ampli để giúp bạn kiểm tra chế độ làm việc của đèn, giúp bạn có thể điều chỉnh khi cần thiết (chỉ những ampli đắt tiền mới lắp đồng hồ báo kiểu này)

Lưu ý : điện trở 10R nên dùng loại trở dây cuốn (khoảng 5W) và sai số thấp. Có thể giải thích rằng khi đèn bị trục trặc, nó có thể đánh lửa (như tia sét), trong tích tắc có thể hiện tượng phóng điện sẽ xẩy ra, khi đó ở vị trí điện trở (10R) nếu dùng điện trở Cacbon, nó sẽ bốc hơi (bị om dần) mà không đứt ngay. Trong khi đó nếu dùng điện trở dây cuốn, nó sẽ tự đứt ra như một cầu chì.

Điện áp tối đa cho ( B+ )

Hầu hết các đèn Công Suất chuẩn 8 chân đều hoạt động tốt ở nguồn B+ 400V và cung cấp từ 30 – 50 Watts. Áp B+ có thể đạt tới 560V , tất nhiên B+ càng cao thì đèn tạo ra công suất càng lớn, nhưng bạn phải cần biết B+ tối đa là bao nhiêu !

B+ của đèn EL34 (6CA7) và KT88 có thể hoạt động lên đến 800V. Nhưng với B+ 800V, hiện thượng phóng tia điện sẽ xẩy ra. Nhiều bóng đèn có chân A-nốt ở trên đỉnh của bóng đèn để đảm bảo hiện tượng phóng điện không xẩy ra.

Trong thí nghiệm về đèn 8 chân (gồm 2 phần 4 cực Tetrode), chỉ có KT88 và 6550 có thể chịu được áp B+ trên Màn Lưới (Screen Grid) là 560V. 

Áp trên Màn Lưới . (các bạn đọc lại cấu tạo của đèn ở phần đầu bài) :

Khi không có tín hiệu, không có dòng điện đi qua màn lưới, đèn không hoạt động, đèn chỉ hoạt động khi có tín hiệu dù rất nhỏ đi qua màn lưới của đèn. Đèn sẽ nổ khi áp trên màn lưới vượt 400V.

Điện trở màn lưới: các điện trở ở vị trí Màn Lưới luôn được hàn sát vào chân đèn càng sát càng tốt. Việc hàn sát đó đảm bảo tín hiệu không bị tổn hao và đặc biệt hạn chế nhiễu tần số (ký sinh)

Hồi Tiếp Âm:

Hồi tiếp âm là lấy một mức tín hiệu nhỏ từ đầu ra (ra loa) quay lại đèn tầng đầu (ở đoạn đảo pha) nó làm giảm độ khuếch đại của ampli.

Hầu hết các ampli đèn đều có hồi tiếp âm, nhưng nếu không có phần hồi tiếp âm, ampli đèn vẫn cứ hoạt động.

Kinh nghiệm thực tế cho tôi thấy là âm thanh được cải thiện, vậy bản chất của hồi tiếp âm là gì ?

Thực chất hồi tiếp âm trong ampli đèn là để đèn khuếch đại hoạt động ổn định, do đó nó làm hạn chế méo tín hiệu âm thanh.

Biến Áp Xuất Âm – Output Transformers

Biến áp xuất âm là trái tim, là linh hồn của mỗi hệ thống ampli khuếch đại. Hãy xem tấm hình ampli của hãng Leak bên dưới và quan sát cách bố trí Biến áp nguồn và hai Biến áp xuất âm.

Bạn có thể thấy hai biến áp OPT xoay ngược 90 độ với biến áp nguồn để tránh gây ra tiếng “hum” bởi từ trường của biến áp nguồn. Các bạn lưu ý, chính biến áp nguồn gây ra sự biến dạng và hạn chế băng thông khá rõ.

Lưu ý: Đừng coi thường biến áp nguồn, nó là lá phổi và nó phải thật tốt cho cơ thể khỏe mạnh .

Tính toán biến áp nguồn các bạn có thể tìm thấy khắp nơi.

Biến áp xuất âm thường chiếm chi phí rất lớn trong một ampli. Với một nhà sản xuất OPT chuyên nghiệp, họ phải mất từ 1-2 giờ để cuốn và lắp fe, sau đó làm nóng trong lò sấy, nhúng trong dung dịch, nướng lại trong lò trong nhiều giờ, rồi lại làm sạch và sơn phủ.

(Hãy xem hình bên dưới) :

Nguồn B+ cấp đến điểm giữa của cuộn dây CT của biến áp xuất âm ( OPT). Nguồn 560V DC được nối với điểm giữa của cuộn dây Sơ cấp hai đầu ( điểm đầu và điểm cuối) cuộn sơ cấp nối với hai đầu ra của Bóng công suất, nguồn từ hai đèn ra là nguồn Đẩy Kéo đảo pha 180 độ .

300 VAC + 300 VAC = 600V AC trên cuộn sơ cấp.

Tùy theo từng thiết kế, biến áp xuất âm có số vòng lên đến 2.000 vòng sơ cấp và 90 vòng thứ cấp, hạ áp xuống đến 22 lần. 600V AC : 22 = 27V AC , với loa 8Ω đạt 90 Watts.

Trong biến áp OPT, cuộn Sơ cấp và Thứ cấp cách ly hoàn toàn. Theo nguyên lý của biến áp, nguồn điện của cuộn sơ cấp sinh ra từ trường .. và điện áp AC xuất hiện trên cuộn thứ cấp. Chỉ có nguồn AC mới đi qua biến áp, nhưng vậy nguồn DC hoàn toàn bị chặn lại.

Cuốn dây đồng: Tổng số dây của sơ cấp và dây của thứ cấp được dải đều 50/50 trên biến áp.

Lõi EI và C core: Phần lớn biến áp xuất âm được làm bằng lõi EI, Với lõi C core, hiệu quả cao hơn EI đến 20%.

Ở biến áp nguồn, các cuộn dây sơ cấp được cuốn trước sau đó được băng các điện trước khi cuốn tiếp cuộn thứ cấp hoặc có thể ngược lại (hình dưới)

Ở biến áp OPT, có chức năng hoạt động với độ rộng của điệp áp và tần số. Các cuộn dây cả Sơ và Thứ đều phải chia nhỏ ra và cuốn xen kẽ. Sơ – Thứ - Sơ – Thứ - Sơ… kiểu cuốn này giúp OPT đáp ứng được tần số cao. (hình dưới)

Tổng số lượt: thêm số lượt dây sẽ làm tăng điện cảm, âm trầm sẽ được cải thiện. Nhưng tăng số vòng dây sẽ phải làm giảm kích thước dây do đó giảm dòng trên biến áp. Do đó tính toán để hài hòa các tỉ lệ rất quan trọng.

Cách thức cuốn biến áp 

Trong hầu hết các biến áp OPT, dây được cuốn thành từng lớp lên lõi cách điện. Để đạt được những đáp ứng với tần số cao, cuộn dây Sơ Cấp (Primary) và cuộn Thứ cấp (Secondary) được cuốn xen kẽ với nhau, ví dụ cuốn vài lượt sơ cấp lại cuốn một lượt thứ, rồi lại cuốn vài lượt sơ…. Sau đó các cuộn dây lại được nối với nhau theo đúng chuẩn sơ ra sơ, thứ ra thứ. (xem hình bên dưới)

Nối chéo: Ở cuộn sơ cấp được cuốn xen kẽ với cuộn sơ và cuộn thứ được chia ra làm 4 cuộn nhỏ P1 trong cùng, đến P2. P3 và P4

Để đảm bảo độ cần bằng nhất, đảm bảo hiện tượng cảm ứng điện từ trên cuộn Thứ được đều nhất, chúng ra sử dụng cách đấu chéo, cuộn P1 nối với P3 và P2 nối với P4. (xem hình dưới)

Chia đôi lõi để cuốn: Có lẽ cách này là chia đều nhất, cách cuốn xen kẽ vẫn vậy, nhưng trong cách này, lõi cách điện được chia làm đôi (như trong hình dưới) mỗi cuộn có 2 lới Sơ cấp và 4 lớp Thứ cấp x 2 cuộn.

Ở sơ cấp, cuộn P1 nối với P2 đến điểm giữa CT và đến P3 nối với cuộn P4.

Ở cách cuốn này đòi hỏi sự vất vả khi cuốn dây cho nên ít thấy những biên áp OPT cuốn kiêu này. Nhưng một điều chú ý là OPT trong các ampli đèn luôn được các hãng dấu kín cách thức chế tạo.

Biến áp OPT cũng đã từng được cuốn hình xuyến, ngày nay những biến áp OPT đó không còn ưu chuộng, tôi sẽ không đề cập đến nó trong những bài này.

Share on Google Plus

About Nguyễn Tiến Cường

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.