Tự ráp Preampli – Theo mạch Ultrapath

Tầng ra đơn (single-end) đã có lịch sử gần một thế kỷ. Trong những thiết bị khuếch đại đầu tiên, người ta đã sử dụng mạch công suất single-end và cho tới nay, trong những ampli hiện đại và đắt tiền nhất, mạch single-end vẫn đang còn hiện diện. Bài viết này sẽ điểm wa một vài biến thể của mạch single-end. Qua đó, chúng tôi hy vọng các bạn tự lắp ráp đồ âm thanh có thêm thông tin để có nhiều niềm vui hơn trong thú đam mê của mình.

MẠCH SINGLE-END TRUYỀN THỐNG
Mạch điện single-end truyền thống có kết cấu rất đơn giản. Một đèn 3 cực có vai trò như một điện trở nối giữa 2 đầu của nguồn cao áp. “Điện trở” này thay đổi giá trị theo mức tín hiệu đầu vào. Nói một cách chính xác hơn, điện áp xoay chiều tín hiệu đưa vào giữa cathode và lưới sẽ làm thay đổi dòng điện chạy từ anode đến cathode của đèn (tương đương với việc làm biến đổi điện trở, trong trường hợp này là điện trở động của đèn).

Vì tải của tầng công suất thường là một biến áp ra cho nên sự biến đổi nội trợ của đèn theo tín hiệu đầu vào sẽ tạo ra sự biến thiên dòng điện một chiều trong cuộn sơ cấp biến áp. Sự biến thiên dòng điện này tạo ra một từ trường thay đổi, nhờ đó cảm ứng sang bên thứ cấp và chuyển công suất vào tải của bộ khuếch đại.
Ở đây ta cần chú ý mạch tín hiệu xoay chiều được coi như từ anode đến cathode của đèn chứ không phải giữa anode với đất (masse).

Khi đèn khuếch đại, dòng điện xoay chiều tín hiệu đầu ra sẽ chạy theo đường chấm trrên hình 1. Ta thấy tín hiệu chay qua hai tụ thoát cathode và tụ lọc nguồn B+. Các tụ này trong đại đa số các máy phổ thông đều dùng loại tụ hóa có chất lượng không cao. Chất liệu và công nghệ chế tạo các tụ này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng âm thanh ra loa.

Thế nhưng trong mạch single-end thì hai tụ này không thể bỏ đi được, nhất là tụ lọc nguồn cao áp B+. Bởi không có tụ lọc nguồn, bên cạnh tiếng ù nguồn, trở kháng sơ cấp biến áp sẽ tăng lên rất cao vì cuộn sơ cấp sẽ coi như bị đấu nối tiếp với cuộn cảm lọc nguồn.

Một giải pháp có thể nghĩ đến là thay các tụ hóa rẻ tiền trong mạch lọc nguồn cao áp bằng tụ cao áp bằng tụ cao cấp như Black Gate, Cerafine… hay là tụ dầu có điện dung lớn. Giải pháp thứ nhất thì quá đắt tiền, giải pháp tụ dầu điện dung cao thì vừa đắt tiền lại vừa cồng kềnh. Chính vì thế, trong một số ampli single-end, người ta dùng tụ lọc nguồn là tụ đầu hoặc tụ polypropylene và sử dụng thiên áp cố định để nối trực tiếp cathode của đèn xuống masse, tránh việc có mặt của các tụ hóa chất lượng thấp trên đường đi tín hiệu.

MẠCH PARALLEL FEED (PARAFEED)
Vào thời kỳ đầu khi mới được sử dụng làm linh kiện khuếch đại, các đèn điện tử phần lớn là đèn 3 cực đốt trực tiếp, có hệ số khuếch đại rất nhỏ (khoảng 4 – 10 lần) và sử dụng nguồn điện ắc quy cho các ứng dụng lưu động. Do sử dụng ắc-quy nên cao áp thường khá thấp, chỉ khoảng hơn một phần trăm vôn. Vì vậy để khai thác được hệ số khuếch đại cao và tiết kiệm nguồn điện, giải pháp tối ưu được chọn là sử dụng ghép tầng bằng biến áp. Sau này, khi đã chế tạo được đèn 4 và 5 cực với hệ số khuếch đại lớn, việc sử dụng biến áp để nối tầng trở nên không cần thiết như thời kỳ đầu. Biến áp chỉ còn vai trò quan trọng ở tầng công suất, với tác dụng phối hợp trở kháng giữa đèn công suất và loa.

Ai cũng biết chất lượng âm thanh của ampli đèn phụ thuộc rất lớn vào biến áp ra. Chất lượng của biến áp lại phụ thuộc vào vật liệu và cách chế tạo. Trong đó, chất liệu của lõi sắt từ là quan trọng nhất.

Các biến áp sử dụng trong tần ra single-end thường dùng lõi sắt mác M6. Để tránh bão hòa từ, khi quấn biến áp single-end, người ta xếp các lõi sắt chữ I một bên và chữ E một bên. Giữa chúng có một khe hở nhỏ để ngăn dòng từ hóa chạy trong lõi biến áp. Kích thước biến áp càng lớn, công suất khai thác sẽ càng lớn và tiếng trầm càng có khả năng xuống thấp. Trong quá trình nghiên cứu các vật liệu lõi biến áp âm tần, người ta thấy lõi biến áp làm bằng mu-metal (một loại hợp kim đặc biệt), hoặc lõi hợp kim sắt-nicken-cobalt sẽ cho âm thanh rất tự nhiên, truyền cảm. Xét trên góc độ âm học, thì lõi mu-metal và lõi niken được ưa chuộng hơn lõi thép M6. Tuy nhiên nhược điểm căn bản nhất của lõi chung là khả năng chịu dòng một chiều (DC) rất yếu. Chúng tôi nhanh chóng bị bão hòa từ khi dòng DC tăng lên, gây ra méo tiếng rất trầm trọng.

Vì lý do, người ta đã đưa ra mạch điện Parafeed để giải quyết mâu thuẫn sao cho vừa khai thác được âm thanh hay của lõi mu-metal và nicken, vừa hạn chế được nhược điểm nhanh bão hòa từ của chúng.

Mạch Parafeed có cấu tạo như hình 2. Trong mạch Parafeed, thay vì biến áp ra sẽ tải cả dòng DC và xoay chiều tín hiệu, người ta đấu cuộn sơ cấp biến áp qua một tụ điện rồi quay trở về cathode của đèn. Tín hiệu xoay chiều đầu ra sẽ chạy trong biến áp này và chuyển qua tải loa. Một cuộn dây có điện cảm lớn sẽ được đấu từ anode đèn lên cao áp. Điện áp B+ sẽ cấp cho đèn thông qua cuộn dây này. Giá trị điện cảm của cuộn dây được tính toán sao cho ở dải tần thấp nhất vó vẫn có trở kháng đủ lớn để không ảnh hưởng tới biến áp ra.

Với giải pháp Parafeed, dòng điện AC và DC sẽ đi theo hai nhánh riêng, biến áp xuất âm không phải tải dòng DC nữa, và người ta có thể sử dụng những lõi mu-metal hoặc nicken chất lượng cao để khai thác âm thanh hay mà không sợ bão hòa. Mặt khác, do không có dòng một chiều qua biến áp, nên có thể sử dụng lõi kích thước khá nhỏ để hạ giá thành biến áp vì vật liệu mu-metal và nicken đắt hơn lõi sắt M6 thông thường khá nhiều.

MẠCH ULTRAPATH
Một biến thể khác của mạch single-end kinh điển do Jack Elliano (người sáng lập và điều hành của hãng biến áp Elactra Print – Mỹ) đưa ra khá đơn giản: thay thế tụ thoát cathode (thông thường sử dụng tụ hóa chất lượng thấp) bằng một tụ dầu chất lượng cao và chuyển điểm nối đất của tụ sang điểm B+, mạch này được Jack Elliano đặt tên là “Ultrapath”. Chỉ với một chi tiết nhỏ thay đổi so với mạch single-end truyền thống, đã làm thay đổi căn bản nguyên lý hoạt động của mạch Ultrapath. Trong mạch Ultrapath, tín hiệu xoay chiều ở đầu ra của đèn sẽ đi qua vòng kín gồm: anode – cuộn sơ cấp biến áp – tụ C và trở về cathode. Như vậy tụ hóa lọc nguồn sẽ không còn vai trò dẫn tín hiệu nữa, mà nó chỉ có tác dụng lọc gơn sóng xoay chiều (100Hz) trong nguồn điện mà thôi.

Giá trị của tụ C trong mạch tín hiệu phụ thuộc vào loại đèn sử dụng, trở kháng củ abiến áp ra. Theo tính toán, đèn có nội trở càng thấp thì tụ C này càng phải có điện dung lớn. Với đèn 76, 6J5, 6SN7, 12AU7… giá trị của tụ sẽ vào khoảng 20 – 25uF. Nếu sử dụng đèn ECC88, ECC182, 5687WA… giá trị của tụ sẽ là 30 – 40uF.
Mạch điện Ultrapath có thể áp dụng cho tầng ra của preampli hoặc tầng ra của ampli công suất. Nếu tầng công suất dùng đèn 300B, giá trị của tụ này có thể phải tăng lên đến 100uF. Nếu dùng tụ có trị số nhỏ hơn yêu cầu, tiếng trầm sẽ bị suy giảm.

ỨNG DỤNG MẠCH ULTRAPATH TRONG PREAMPLI
Trên cơ sở mạch điện Ultrapath, chúng tôi xin giới thiệu với các bạn yêu thích lắp ráp một mạch điện preampli rất đơn giản, dễ thực hiện và cho kết quả rất tốt. Preampli Ultrapath này dùng 2 đèn 3 cực đơn cho mỗi về 6J5. Trên cơ sở mạch này, các bạn có thể tùy ý sử dụng nhiều loại đèn 3 cực kép khác nhau như đã giới thiệu ở phần trên.

Nguyên lý hoạt động của mạch rất đơn giản. Đây là mạch khuếch đại 1 tầng tải anode dùng biến áp xuất âm. Trở kháng của biến áp xuất âm được lựa chọn tùy thuộc vào loại đèn sử dụng. Chúng tôi chọn biến áp Tango NC-126 với trở kháng sơ cấp là 20 kOhm cho đèn 6J5. Đường ra thứ cấp là 600 ohm. Điện trở cathode được chọn sao cho dòng làm việc của đèn vào khoảng 4-5mA. Về cơ bản, mạch điện này giống các mạch khuếch đại class A xuất âm biến áp. Điểm khác biệt chính là sử dụng 1 tụ dầu chất lượng cao đấu từ B+ về cathode của đèn như hình vẽ, theo đúng như sơ đồ nguyên lý của mạch Ultrapath của Jack Elliano. Giá trị của tụ sử dụng trong pre-ampli này là 22uF/ 400V.

Vì mạch điện rất đơn giản nên ráp xong là chạy tốt ngay, chỉ cần điều chỉnh đôi chút điện trở cathode sao cho đạt được dòng điện qua đèn như mong muốn. Để đơn giản, bạn có thể dùng một chiết áp 5K/2W để chỉnh và khi đạt được giá trị mong muốn, sẽ thay thế bằng một điện trở cố định.

Preampli Ultrapath có chất âm rất trong trẻo, có trường âm rộng và sâu với chi tiết rất tốt. Dải trầm sâu và không “dính” dải cao êm dịu. Đặc biệt preampli này có độ động rất ấn tượng, tái hiện tốt những biến động về sắc thái và cường độ của âm nhạc mang lại cho người nghe một ấn tượng rất sống động của màn hình diễn.

Theo Tạp Chí Nghe Nhìn