CÙNG THIẾT KẾ MỘT CÁI AMPLI ĐÈN

Đèn điện tử đã và đang trở thành một xu hướng phổ biến trong giới âm thanh DIY. Đèn điện tử cho phép sử dụng những kiểu mạch điện đơn giản, dễ làm, không cần đến tản nhiệt và mạch in, mà lại mang lại những âm thanh tuyện vời. Đương nhiên, việc làm được cái gì đó bằng công nghệ của những năm 30 để ganh đua với những thiết bị thương mại đắt tiền là sự hấp dẫn không thể cưỡng lại được. Hơn nữa, việc tự làm bao giờ chẳng tuyệt vời hơn là đi sắm những thứ bán sẵn bởi vì cái mà các bác tự làm sẽ luôn luôn hát hay hơn cái mà các bác khuân ở tiệm về. :-)

Em muốn giới thiệu ở đây một quá trình dễ dàng để thiết kế và thực hiện một chiếc ampli đèn đơn giản. Kết quả mà em muốn có được là một thiết kế và danh mục linh kiện của một chiếc ampli mà bất cứ ai cũng có thể thực hiện được miễn là bác đó có thể chỉ cho em đâu là đầu nóng và đầu nguội của cái mỏ hàn. Và cũng có thể với một chút may mắn, các bác thợ tập hàn này có thể phát triển những ý tưởng trình bày ở đây vào những thiết kế của chính mình.

Miễn trách: Không, em không phải cao thủ! em chỉ vừa mới học được tí xíu, vừa đủ để vẽ lên cái mớ này. Còn quá nhiều thứ mà em không biết. Em thực sự là không đủ tư cách để viết về vấn đề này. Tuy nhiên quá trình học hỏi để có được chừng đó kiến thức cơ bản thực sự là vất vả. Vì thế, mong muốn của em là cung cấp cho các bác ưa tò mò một tí kiến thức gọi là, nhằm nâng sự hiểu biết của các bác lên một mức cần thiết để có thể hấp thu được khối lượng thông tin khổng lồ sẵn có trên mạng về mấy thứ gọi là ampli đèn điện tử này.

Cái này mới thực sự là miễn trách: Đèn điện tử thì ưa điện áp cao còn bản thân các bác thì không. Chớ có nhầm lẫn hai thứ đó nếu không các bác có thể sớm lên nóc tủ. Em không định bảo các bác phải làm thế nào để đảm bảo an toàn. Em chỉ dám bốc phét sơ sài về âm thanh thôi. Bởi vì như thế cùng lắm em chỉ làm cho mấy cái đĩa của các bác kêu dở ẹch. Chứ em mà khuyên qua loa về kiến thức an toàn chỉ tổ làm cho các bác lên nóc tủ nhanh hơn còn em thì ra toà. Vì thế, các bác chịu khó ngâm cứu thật cẩn thận các thao tác an toàn khi làm việc với điện cao áp. Các bác có thể tham khảo hướng dẫn an toàn của Bottlehead tại: http://www.bottlehead.com/loosep/Safety.htm. Ít ra thì cái công ty đó cũng có những luật sư. Hy vọng là việc tham chiếu đến hướng dẫn an toàn của nó có thể giúp em tránh được chút rắc rối.

Thôi ta vào việc chính nào...

[Đèn điện tử là gì?]

Bóng đèn điện tử đơn giản nhất – bóng ba cực- cấu tạo bởi bốn thành phần – dương cực, lưới, âm cực, và dây tóc. (Đôi khi âm cực cũng chính là cái dây tóc luôn – cái này gọi là Đèn ba cực Đốt Trực tiếp DHT- hehe, nếu dùng tiếng Việt nó phải là DDT chứ nhể, mà thôi, tiếng Anh đầy đủ của nó là Directly Heated Triode). Trong những ampli điển hình như cái mà em đang nói ở đây, Dương cực (còn gọi là Anode) được cấp điện áp dương. Hãy nghĩ rằng nó đang rất thiếu điện tử. Các hạt điện tử như nước ở ao - nếu các bác múc đi một ít, nước ở chỗ khác sẽ ào đến để lấp đầy phần bị lấy đi. Âm cực (cathode) của bóng ba cực được cấp điện áp thấp hơn nhiều, do đó dư dả điện tử hơn nhiều so với Dương cực. Các hạt điện tử này muốn nhảy qua khoảng không giữa Dương cực và Âm cực. Cái ngăn chúng lại chính là điện cực Lưới - grid (còn gọi là màn chắn – screen – vì thực sự cấu tạo của nó rất giống cái một cái màn chắn). Lưới được cấp điện áp âm. Âm với Âm thì phải ủn nhau - do đó Lưới ép điện tử đi ngược trở lại Âm cực.

Dây tóc chỉ làm một việc là đốt nóng cái đèn lên để cung cấp năng lượng cho các hạt điện tử đến trạng thái mà chúng có thể dễ dàng bay nhảy lung tung trong cái bóng đèn. Dây tóc còn có tên khác là sợi đốt – heater. Tuỳ các bác thích gọi thế nào cũng được!

Vậy điều gì xảy ra khi thay đổi điện áp cấp cho Lưới? Nếu ta làm cho điện áp bớt âm đi một chút, nó sẽ cho các hạt điện tử bay qua để đi từ Âm cực đến Dương cực. Còn nếu ta làm cho điện áp Lưới âm nhiều hơn một chút, thì ít hạt điện tử hơn có thể bay qua để đi từ Âm cực đến Dương cực. Để cho cái thứ đơn giản tuyệt vời này trở thành một cái ampli, ta chỉ việc thiết lập sao cho khi không có tín hiệu cấp vào Lưới thì chỉ có một dòng điện rất nhỏ truyền qua giữa Âm cực và Dương cực. Sau đó, ta cấp một tín hiệu xoay chiều nhỏ (tín hiệu AC – chính là âm nhạc đấy ạ) cho Lưới. Khi tín hiệu xoay chiều làm cho điện áp Lưới dương hơn, các hạt điện tử nhảy từ Âm cực sang Dương cực tạo ra sự biến đổi dòng tương ứng với tín hiệu dương. Khi tín hiệu xoay chiều làm cho Lưới âm đi một chút, các hạt điện tử bị ngăn không tới được Dương cực, làm cho dòng điện giảm đi tương ứng. Các kết quả này tạo ra một tín hiệu xoay chiều lớn ở Dương cực (tiếng hát to hơn).

Tuyệt! thế là em và các bác đã biết cách làm thế nào để biến âm thanh be bé trở thành dữ dội hơn rồi. Nào, hãy bắt đầu chế tạo cái thực hiện việc đó.

[Điểm công tác và Đường tải (Load lines)]

Việc mà em và các bác cần làm là đặt cái đèn vào những điều kiện sao cho có một dòng điện vừa đủ chạy giữa Âm cực và Dương cực. Đó gọi là dòng phân cực (bias current). Trạng thái của đèn khi không khuếch đại tín hiệu xoay chiều được gọi là điểm tĩnh (quiescent point), điểm phân cực (bias point), hay điểm công tác (operating point) của đèn. (Ối giời, sao mà em ghét mấy cái từ kỹ thuật này thế). Thách thức ở đây là việc đặt đèn vào đúng điểm sao cho đèn có thể khuếch đại được toàn bộ tín hiệu mà không bị mất một phần tín hiệu dương hoặc âm. Tín hiệu chỉ được khuếch đại về hai phía âm dương đến một mức nào đó trước khi bị xén, tức là dạng sóng tín hiệu bị chặt bớt đỉnh và đáy do đèn đã đạt đến giới hạn của nó ở phía đó.

Vậy làm thế nào để xác định điểm công tác của đèn? Như phần lớn những việc khác trên đời, có cả cách dễ và cách khó để đạt được điều này. Cách dễ nhất là kiếm trong cả đống tài liệu hướng dẫn sử dụng đèn và chọn lấy một điểm công tác được nêu trong đó. Cách khó hơn là kiếm được 1 bản copy cái đồ thị đặc tuyến của đèn rồi dùng cái đó để tìm điểm công tác mà các bác muốn.

Nhưng trước khi chọn điểm công tác, các bác phải chọn một cái đèn đã. Tốt nhất là chọn một cái đèn nào đó tương đối phổ biến và dễ mần. Em định chọn một cáo đèn ba cực như 2A3 vì chất âm quyến rũ và rất phổ biến trong giới DIY, nhưng em lại không muốn các bác rối tung lên với những thứ rắc rối liên quan tới việc sử dụng đèn 3 cực đốt trực tiếp. Mà em lại chẳng nghĩ ra được cái đèn 3 cực đốt gián tiếp nào phổ thông cả. Em cũng có thử cái 6S4 trong vài dự án rồi nhưng mà nó không thông dụng lắm. Thực ra đèn thông dụng toàn là những cái đèn dùng trong ampli guitar. Tụi này chủ yếu là đèn 5 cực (nó có những 3 lưới, đèn 3 cực có 3 thành phần, đèn 5 cực có tận 5). Tuy nhiên có cách để bắt cái đèn 5 cực hoạt động như đèn 3 cực. Chỉ việc nối 1 cái Lưới vào Dương cực. Cái này gọi là chế độ 3 cực. Chất âm của đèn 5 cực nối theo chế độ 3 cực được cho là hơi lồi hơn so với đèn 3 cực thực sự, có nghĩa là phần trung âm hơi rõ hơn. Em thấy chất âm của 6V6 mắc kiểu 3 cực cũng tương đối. Mà 6V6 lại rất phổ thông. Nó được dùng trong hầu hết các ampli guitar của Fender. Nhiều hệ thống cổ cũng sử dụng 6V6. Hơn hết, hiện nay bóng 6V6 được bán rộng rãi cả mới sản xuất lẫn hàng cũ tồn kho chưa sử dụng (NOS) nên giá cả cũng dễ chấp nhận. Các bác có thể dễ dàng kiếm được vài quả 6V6 trong các cửa hàng bán đèn điện tử loanh quanh đâu đó.

Vậy ta sẽ dùng đèn 6V6 mắc kiểu 3 cực và về cơ bản từ nay cứ coi như nó là 1 cái đèn 3 cực. Rồi, ta sẽ bắt đầu từ đâu nhỉ? Cách dễ nhất để thiết kế một cái ampli chỉ đơn giản là tìm các đặc tính hoạt động điển hình của cái đèn mà ta định sử dụng. Dưới đây là dữ liệu của 6V6 trong chế độ 3 cực.

Các bác có thể tham khảo toàn bộ thông số kỹ thuật của đèn 6V6 tại http://boozhoundlabs.com/howto/pdf/6V6GT.pdf hay nguồn nào đó trên internet.

Điểm công tác của đèn được xác định bởi điện áp dương cực và dòng phân cực đi qua đèn. Cái này gọi là áp Dương cực và dòng Dương cực (Ea, Ia). Xem bảng trên ta thấy 6V6 làm việc tại Ea

= 250V và Ia = 49.5mA. Lát nữa em và các bác sẽ xem làm cách nào để xây dựng 1 mạch điện sao cho cái đèn hoạt động đúng với những điều kiện này. Trước tiên hãy xem làm cách nào để xác định điểm công tác dựa trên bảng đồ thị đặc tuyến dương cực của đèn. Điều này giúp cho ta hiểu rõ hơn chính xác cái gì đang xảy ra trong ampli. Và ta sẽ có thể thiết kế một cái ampli dựa trên những đèn mà ta chỉ có mỗi cái bảng đồ thị đặc tuyến dương cực này.

Các bác có thể tìm thấy bảng đặc tuyến dương cực của hầu hết các loại đèn trong một quyển sách hướng dẫn nào đó bán đầy ngoài chợ. Nguồn dữ liệu trực tuyến tốt nhất có thể là Tube Data Sheet Locator: http://duncanamps.com/. Khối lượng thông tin lưu trữ ở đây thực sự là khổng lồ.

Ta đang nhìn vào cái gì ở đây? Trục hoành là điện áp Dương cực và trục tung là dòng Dương cực, vậy điểm công tác nói trên chính là 1 điểm nằm trên đồ thị này. Các đường cong trên đồ thị là tập điện áp Lưới thích hợp với từng cặp Ea và Ia. Nếu các bác tìm điểm Ea: 250V và Ia: 49.5mA, các bác sẽ thấy nó rơi vào khoảng giữa của 2 đường -10V và -15V. Chú ý rằng ở bảng dữ liệu phía trên, ta đã có điện áp lưới 1 là -12.5V. Có thể hiểu đây là điện áp Lưới – Âm cực, tức là Lưới có điện áp -12.5V tương quan với Âm cực (điện áp ở Lưới thấp hơn 12.5V so với Âm cực).

Bây giờ hãy bắt đầu bước tiếp theo, đó là vẽ một đường tải trên bảng đặc tính Dương cực. Đường tải là một cách để biểu diễn trực quan việc xảy ra khi một tín hiệu xoay chiều được cấp cho Lưới và được khuếch đại ở Dương cực.

Đây là điểm công tác 250V/49.5mA và đường tải tương ứng cho trở kháng ra là 5K. Cái chấm to đậm chính là điểm công tác. Cái đường thẳng chạy ngang qua điểm công tác là đường tải. Độ dốc của đường tải được xác định bởi trở kháng của tải mà đèn phải kéo. Ở đây, tải là một cái biến áp xuất âm (OPT) 5K. Độ dốc của đường tài được tính bằng cách lấy trở kháng tải (5KΩ) chia cho một điện áp – 100V chẳng hạn - để được giá trị thay đổi về dòng – 20mA. (100 / 5000 = 0.02 = 20mA). Độ dốc của đường tải được định nghĩa là thay đổi về dòng điện trên thay đổi vệ điện thế (rise-over-run như các giáo sư lượng giác vẫn nói- em chả biết rise over run là cái gì). Vậy, với độ dốc của tải 5KΩ, với mỗi 100V, đường tải giảm đi 20mA.

Đường tải mô tả việc xảy ra với áp và dòng Dương cực khi các bác thay đổi điện áp Lưới. Tại điểm tĩnh, điện áp Lưới là -12.5V, điện áp Dương cực là 250V và dòng Dương cực là 49.5mA. Nếu điện áp Lưới tăng lên 0V, điện áp Dương cực sẽ là 160V và dòng Dương cực sẽ là 68mA. Nếu các bác lại giảm điện áp lưới xuống -25V, điện áp Dương cực sẽ là 330V và dòng Dương cực là 35mA. Đây là những điểm cuối của đường tải bởi vì Lưới không thể có điện áp dương mà không bị xén ngọn, đồng thời Lưới cũng không thể có điện áp nhỏ hơn -25V vì phía kia của dạng sóng sẽ vượt quá 0V. Khi các bác cấp áp xoay chiều cho lưới, sự thay đổi lên xuống của áp Lưới xung quanh đường tải sẽ tạo ra sự thay đổi tương ứng về áp và dòng tại Dương cực.

Một vấn đề nữa cần xem xét là công suất tiêu tán Dương cực. Khi các hạt điện tử bay tới va đập vào Dương cực, công năng của các hạt điện tử này chuyển thành nhiệt năng. Dương cực phải chống chịu được sự gia tăng về nhiệt độ này. Công suất tối đa mà Dương cực có thể tiêu tán một cách an toàn (dưới dạng nhiệt) được gọi là công suất tiêu tán Dương cực. Tất cả các đèn điện tử đều có công suất tiêu tán Dương cực tối đa đo bằng Watts. Giá trị này có trong tài

liệu kỹ thuật. Công suất tiêu tán Dương cực cực đại của 6V6 là 12W, và P = I.V. Đây là vùng giới hạn của điểm công tác của đèn. Nếu em và các bác vẽ một đường mà trên đó công suất tiêu tán là 12W, ta sẽ có một đường cong mà điểm công tác của đèn không thể vượt qua trừ khi các bác muốn nhận được một cái đèn bị đun chảy hoặc nổ tung. Thực ra thì có khối ampli guitar đang bắt đèn phải làm việc quá giới hạn đó, và khối các đèn được sản xuất gần đây có thể chấp nhận sự lạm dụng này mà không có vấn đề gì. Tuy nhiên em nghĩ tốt hơn là ta không nên làm thế. Đường công suất tiêu hao Dương cực 12W được biểu thị bằng nét chấm trên đồ thị ở trên. Các bác chú ý là điểm công tác của đèn nằm ngay trên đường này - thực tế thì nếu các bác bấm máy tính thì sẽ thấy công suất tiêu tán Dương cực cho điểm 250V và 49.5mA các bác sẽ được khoảng 12.4W. Như vậy, điểm công tác này sẽ làm cái đèn chạy hơi nóng một chút. Tuy nhiên vì lý do mà em sẽ đề cập đến khi nói về điện trở Âm cực, công suất tiêu tán thực tế sẽ dưới 12W. Còn bây giờ cứ tạm chấp nhận nó như là làm tròn số đã.

Hãy cùng bới sâu hơn một chút vào đường tải. Tại sao điểm mút của đường tải lại là 0V và -25V của điện áp Lưới? Trong một ampli class A, như cái ta đang định làm, điện áp Lưới không thể mang giá trị dương mà không gây hậu quả là dạng sóng sin bị xén ngọn. Nếu một nửa của tín hiệu được khuếch đại bị giới hạn ở 0V, nửa kia đương nhiên bị giới hạn ở -12.5V nhỏ hơn điểm công tác. Mà điểm công tác là -12.5V nên giới hạn dưới đó phải là -25V. Đường tải cũng có thể cho các bác biết chút ít về sự tuyến tính tương đối của đèn. Sự tuyến tính của tín hiệu được khuếch đại được xác định bởi sự cân đối của các đoạn của đường tải. Nếu ta có một cái đèn tuyệt đối tuyến tính, chiều dài của đường tải phía trên điểm công tác phải đúng bằng chiều dài của đường tải phía dưới điểm đó. Trong trường hợp mà em và các bác đang nghiên cứu, rõ ràng là đường tải đoạn 0V đến -12.5V hơi dài hơn so với đoạn -12.5V đến -25V. Điều này sẽ gây ra méo. Trong nhiều trường hợp, trở khánh tải lớn hơn sẽ ít gây méo hơn - tức là đường tải phẳng hơn. Nói chung tốt nhất là giữ cho đường tải tránh xa vùng có dòng thấp trên đồ thị đặc tuyến. Ở vùng đó các đường đặc tuyến nằm quá gần nhau. Đồng thời, công suất của ampli cũng tỉ lệ thuận với diện tích dưới đường đặc tuyến, do đó tối đa hoá diện tích này cũng sẽ tối đa hoá công suất ra của ampli.

Em và các bác đang sử dụng đèn trong cái gọi là class A, có nghĩa là điện áp Lưới luôn luôn âm và luôn có dòng điện đi qua đèn. Đây là chế độ tuyến tính nhất nhưng cũng kém hiệu suất nhất của đèn. Còn có vài chế độ hoạt động khác của ampli cố gắng đạt được hiệu suất cao hơn mà không phải hy sinh sự tuyến tính. Thực ra việc chúng có thành công hay không thì cũng còn phải bàn.

[Mạch điện]

Tuyệt. Em và các bác giờ đã thành chuyên gia về đèn rồi. Nào, hãy dùng những thứ vừa khám phá để thiết kế một cái mạch thực sự xem sao.

Nói ngắn gọn, cái mạch mà em và các bác sẽ làm là một cái ampli 2 tầng rất đơn giản. Tín hiệu sẽ được cấp cho ampli từ những nguồn như CDP, phono... và được điều chỉnh qua một cái volume, sau đó được cấp vào lưới của một nửa đèn 6SN7 (6SN7 là đèn 3 cực kép – hay là có 2 cái đèn 3 cực trong 1). 6SN7 sẽ khuếch đại tín hiệu lên đủ để lái lưới đèn công suất 6V6. Giữa 6SN7 và 6V6 được nối tầng bằng tụ. Đèn 6V6 được phân cực cathode thông thường (conventional cathode bias) và xuất biến áp.

Đây là hình dung ban đầu về mạch điện. Các bác chú ý rằng 6V6 có 1 trong các lưới được nối với Dương cực qua một điện trở - đây là kiểu mắc 3 cực. Đồng thời các bác cũng thấy điểm khác biệt duy nhất giữa sơ đồ phần lái và phần công suất là phần lái có 1 điện trở nối với Dương cực của đèn 6SN7, còn phần công suất có biến áp xuất âm nối với Dương cực 6V6. Cách tiếp cận để thiết kế mỗi phần trong mạch này là rất giống nhau.

B+ thường được dùng để chỉ cao áp một chiều (DC) cấp cho mạch. Chắc là vì ngày xưa người ta vẫn dùng Accu để cấp nguồn cho từng tầng của mạch, mỗi Accu được ký hiệu A, B, C gì đó nên ngày nay cao áp được ký hiệu là B+.

[Tâng công suất 6v6]

Hãy quan sát phần công suất của mạch. Kiểu mạch này gọi là Mạch khuếch đại Âm cực nối Đất (Grounded Cathode Amplifier). Về căn bản, Âm cực được nối Đất qua một điện trở, gọi là trở thoát Âm cực. Đồng thời cũng có một điện trở nối Lưới với Đất. Đây gọi là trở thoát Lưới. Tải Dương cực trong trường hợp này không phải là điện trở mà là một biến áp xuất âm. Vậy đấy, tất cả chỉ có thế thôi.

Vậy làm cách nào để xác định giá trị các linh kiện? Em và các bác sẽ tách riêng từng phần cho dễ...

Biến áp xuất âm - Trở kháng cuộn sơ cấp của biến áp xuất âm quyết định độ dốc đường tải (các bác đã nghiên cứu ở phần trên rồi, vẫn còn nhớ chứ ạ?). Trong thiết kế này, em và các bác đã vẽ đường tải cho biến áp 5KΩ, vậy ta sẽ dùng nó luôn. Trở kháng tải thấp hơn sẽ làm đường tải dốc hơn – có nghĩa là công suất lớn hơn và méo nhiều hơn. Ampli của tụi mẽo hay dùng tải trở kháng thấp để đạt được công suất cao, trong khi đó nhiều ampli của nhựt bổn lại dùng trở kháng tải cao hơn để giảm méo.

Trở nối đèn kiểu 3 cực – Mục đích sử dụng con trở này là đảm bảo cho lưới 2 của đèn không bao giờ có điện thế cao hơn Dương cực. Điều này ngăn dòng điện không chạy từ Dương cực sang Lưới 2, có thể là việc không hay, nhưng em cũng chả biết tại sao. Các bác biết rồi đấy, em đã bảo em không phải cao thủ. Thông thường giá trị của con trở này vào khoảng 100Ω đến 200Ω.

Trở thoát Lưới – Vì không có dòng một chiều đi qua Lưới, trở thoát Lưới chỉ đơn giản dùng để tham chiếu điện áp Lưới về Đất. Như vậy điện áp Lưới luôn giữ ở mức 0V. Đồng thời trở thoát Lưới cũng làm việc như một tải cho tụ nối tầng. Vì vậy, con trở này cũng được sử dụng để tính toán trị số tụ nối tầng. Giá trị thông thường của con trở này trong khoảng 240KΩ đến 500KΩ.

Trở thoát Âm cực – Trở thoát Âm cực chính là trái tim của mạch khuếch đại Âm cực nối Đất. Nó đảm nhiệm việc thiết lập điểm công tác cho đèn. Điểm công tác mà em và các bác đã chọn cho đèn 6V6 yêu cầu điện áp Lưới là -12.5V, nhưng trở thoát Lưới đã đưa điện áp Lưới về 0V. Vậy theo các bác ta phải làm gì bây giờ? Đơn giản, ta chỉ cần đưa điện áp của toàn bộ đèn lên 12.5V bằng cách chọn trở thoát Âm cực sao cho sụt áp giữa Âm cực và đất là 12.5V. Khi đó, điện áp Lưới sẽ trở thành -12.5V tương ứng với Âm cực. Để xác định giá trị này các bác chỉ cần dùng định luật Ohm thôi (Phải tính toán, nhưng dù sao cũng là phép tính đơn giản thôi). Ta cần con trở này làm sụt áp 12.5V và cho phép dòng phân cực của đèn (49.5mA) đi qua. Như vậy theo định luật Óhm, R = V/I = 12.5 V/ 0.0495 A = 255Ω. Chà xong rồi.

Các bác có thể thích thêm một con tụ bypass cho con trở thoát Âm cực này. Việc này về cơ bản sẽ loại bỏ ảnh hưởng của trở thoát Âm cực đối với tín hiệu xoay chiều, tăng độ lợi và giảm méo. Em định làm cả cái mạch có và không có tụ bypass để xem cái nào hay hơn cái nào.

Trong công đoạn này, các bác nên ghi nhớ rằng cái mấy cái đèn là thứ vật chất thuần tuý– ý em muốn nói rằng nó chỉ là mấy cái mảnh kim loại dây rợ nằm trong một cái bóng thuỷ tinh thôi,

do đó cái đèn này có thể rất khác cái đèn kia. Đương nhiên các đặc tính của đèn còn bị thay đổi theo thời gian sử dụng nữa. Thật may mắn, các bác cũng không nhất thiết cần mọi thứ phải tuyệt đối chính xác để cho cái mạch ta định làm hoạt động tương đối. Sai số tới 10% giá trị các linh kiện cũng không ảnh hưởng nhiều đến mạch này. Ở thời hoàng kim của đèn điện tử, điện trở màng than là tiêu chuẩn. Mấy con trở đó không thật bền, và đa số các điện trở màng than thường sai số chút ít so với trị số ghi trên thân trở - dù vậy, các ampli đời cổ vẫn làm việc tốt (chỉ cần thay thế vài cái tụ giấy hỏng thôi).

Lạc đề một chút về chuyện máy móc và chủ nghĩa cầu toàn. Em nghĩ em là người hay chú ý đến những tiểu tiết trong thiết kế và thường lo ngại là mình không đủ sức làm đủ chính xác để đạt được kết quả hoàn hảo. Khi nào mà em thấy mình quá chi li về việc gì đó, em lại nhớ đến cái xe ô tô cổ của đứa bạn. Em cũng không nhớ là nó có từ bao giờ nữa, cái xe có lẽ được sản xuất từ những năm 40 gì đó. Một hôm, cái séc-măng của 1 cái xi-lanh bị hỏng và nó cào tung vách của cái xi-lanh đó. Thay vì phải chế lại cả 6 cái xi-lanh mới, thằng bạn em chỉ việc roa rộng cái xi-lanh đó ra, thay một cái piston to hơn và lắp nó lại như cũ. Và cái xe cổ lại chạy đến hơn chục vạn km với 1 cái piston to và nặng hơn hẳn 5 cái kia mà chẳng sao cả. Bài học cho em là ít nhất cho tới khi em chưa làm điều gì quá ngu ngốc – đôi khi kể cả là đã làm – thì nó cũng chưa chắc đã làm sao.

Nếu các bác muốn tìm hiểu kỹ hơn về kiểu mạch này thì có thể tham khảo bài “Mạch khuếch đại Âm cực nối Đất” đăng ngày 19/01/2003 tại Tube Cad Journal (http://www.tubecad.com/articles_2003/Grounded_Cathode_Amplifier/index.html). Đây có lẽ là kho dữ liệu khổng lồ về âm thanh đèn cho những bác không sợ toán và tiếng Anh. Ở đó cũng có nhiều chuyện hay về đường tải nữa đấy.

[Tầng lái 6SN7]

Em chọn 6SN7 cho tầng lái vì 3 lý do: thứ nhất nó là đèn 8 chân nên về mặt vật lý thì dễ làm hơn so với đèn 9 chân; thứ hai: chất âm của nó được đánh giá rất cao; và thứ ba là nó khá phổ biến.

Ở phần trên em và các bác đã dùng đồ thị đặc tuyến để chọn chế độ làm việc cho đèn 6V6 rồi thì bây giờ ta sẽ dùng cách khác để chọn điểm công tác cho đèn 6SN7. Ta sẽ chỉ đơn giản là chọn một mạch đã được thiết kế sẵn trong một quyển sách nào đó về đèn. Dưới đây là một phần trích từ tài liệu kỹ thuật của đèn 6SN7.

Các bác xem cụ thể hơn ở http://boozhoundlabs.com/howto/pdf/6SN7GT.pdf

Dễ không? Sơ đồ bên tay phải bảng trên cho ta hình dung về mạch mà ta cần. Việc phải làm bây giờ là chọn một bộ giá trị các linh kiện phù hợp với dự án của ta.

Nào, hãy bắt đầu với Rg1, trở thoát Lưới. Trong mạch này, em và các bác sẽ dùng một biến trở 100K để chỉnh âm lượng thay vì dùng 1 điện trở cố định. Vì vậy thu hẹp vùng tìm kiếm xuống dòng 0.1M. Con biến trở 100K này đồng thời cũng quyết định trở kháng vào cho cái ampli của ta. 100K có vẻ cũng tương đối phù hợp với các ampli ngày nay và có thể dễ dàng làm việc với các nguồn âm đời mới như CDP chẳng hạn.

Tiếp theo xem đến cột Rs: cái này có vẻ dễ vì nó chính là con trở thoát Lưới của 6V6, các bác nhớ là ta đã chọn giá trị của nó là 240K.

Nhìn vào bảng, các bác thấy có 2 dòng có giá trị trở thoát Lưới Rg1 là 100K và trở tải Rs là 240K. Với kết hợp giá trị này, các bác có vài lựa chọn giá trị của Ebb. Ebb chính là điện áp tại chân trở Dương cực của đèn. Thông thường nó nhỏ hơn B+ cấp cho tầng lái một chút. Bởi vì tốt nhất ta nên thêm một phần lọc nguồn vào đây (em sẽ đề cập đến phần nguồn sau). Thôi, cứ chọn Ebb=180V đã.

Giờ đến lượt trở Dương cực Rp và trở thoát Âm cực Rk, các bác tìm tại giao điểm của cột Ebb=180V với 2 dòng có Rg1 = 100K và Rs = 240K. Các bác lại có 2 lựa chọn Rp = 240K và Rk = 5100 hoặc Rp = 100K và Rk = 2700. Em thấy đa số các mạch thường chạy đèn 6SN7 với dòng phân cực khá cao, cho nên ta sẽ chọn cặp 100K/2700 vì như các bác đã biết, trở thoát Âm cực càng nhỏ thì dòng phân cực càng lớn.

Bây giờ tới lượt mấy con tụ! Một cái tụ về cơ bản gồm 2 bản cực dẫn điện được ngăn cách bằng một tấm vật liệu cách điện. Tụ sẽ hoạt động như một mạch hở đối với dòng một chiều nhưng lại cho dòng xoay chiều đi qua. Cái tụ mắc vào chân Âm cực đèn làm cho chân này được nối Đất khi ta đề cập đến dòng xoay chiều trong khi đó không ảnh hưởng tới dòng phân cực 1 chiều. Nó sẽ giúp tăng độ lợi của phần khuếch đại. Em không hiểu rõ lắm về cái tụ bypass này, trong sơ đồ cũng chỉ khuyên sử dụng một giá trị thích hợp cho nó nên thôi em sẽ vớ đại một giá trị trong cái mạch khác mà em đã từng thấy. Vậy ta sẽ dùng tụ bypass với trị số là 100uF (đọc là 100 micro Farad, Farad là đơn vị đo điện dung. Các bác biết rồi thì đừng cười, em cứ trình bày cho những bác chưa biết tí gì).

Có 2 con tụ nối tầng thể hiện trong sơ đồ 6SN7 ở trên các bác thấy chứ ạ. 1 con làm nhiệm vụ ngăn dòng phân cực một chiều chạy qua đèn từ tầng trước nhưng vẫn cho tín hiệu xoay chiều đi qua. Em và các bác thống nhất là sẽ không dùng con tụ đầu vào của ampli vì em tin là nguồn âm của các sẽ không tống điện 1 chiều sang – nói chung đây là giả định an toàn.

Để xác định trị số tụ nối tầng giữa tâng lái và tầng công suất, ta cần một số phép toán. Khi các bác có một cái tụ và tiếp sau đó là một con trở nối với Đất, các bác sẽ có một chiếc phân tần phụ thuộc điện áp. Với các bác vẫn hay mày mò mấy cái loa thì các bác sẽ thấy đây chính là một bộ lọc tần số cao. Như bộ lọc tần số cao trong phân tần của loa, có 2 thứ xác định tần số tại đó bộ lọc bắt đầu cắt tín hiệu – đó là trị số của tụ và trị số tải. Trong phân tần của loa, tải chính là cái loa tép, nhưng trong mạch này, tải chính là con trở thoát Lưới của 6V6. Cũng như em, chắc các bác muốn chọn cặp trị số tụ sao cho bộ lọc sẽ cắt ở tần số thật thấp. Như vậy, ta sẽ không nhận ra việc cắt tần đó - chắc khoảng 20Hz là ổn.

Công thức để tính trị số tụ nối tầng là trong đó F là tâng số tại đó tín hiệu sẽ bị suy

giảm đi 3dB và R là trị số của trở tải. Thay 20Hz và 240K vào công thức các bác sẽ tính được trị số tụ là 0.03uF. Đây là trị số tối thiểu. Bất cứ trị số nào lớn hơn cũng sẽ giảm tần số cắt xuống dưới 20Hz. Thông thường, trị số tụ nối tầng được dùng là 0.1uF.

Bây giờ các bác đã có toàn bộ mạch điện rồi. Hoan hô! Tiếp theo em và các bác sẽ thiết kế mạch nguồn. Sau đó, tất cả mọi thứ đã sẵn sàng cho các bác để bắt tay vào công việc thực sự.

[Bộ Nguồn]

Mạch điện mà các bác vừa tham gia thiết kế ở trên cần 2 điện áp 1 chiều cấp cho nó. Đó là 250V cho 6V6 và 180V cho 6SN7. Bộ nguồn chỉ đơn thuần chuyển đổi điện 220V xoay chiều của nhà đèn sang thành các điện một chiều ta cần. Điều này được thực hiện bởi một biến áp chuyển đổi điện 220V xoay chiều thành các điện áp ta cần. Tưởng tượng dạng sóng của điện xoay chiều có hình sin. Để chuyển điện xoay chiều thành một chiều, trước tiên ta phải nắn chỉnh lưu. Tức là các bác chỉ cho dòng điện đi theo một chiều. Sóng sin sau khi được chỉnh lưu có bán phần âm của dạng sóng được chuyển lên phần dương của trục 0V. Bộ chỉnh lưu chẳng phải cái gì khác ngoài một cặp diod hoặc là một cái đèn nắn như 5Y3 chẳng hạn (thực ra đây chẳng qua là một cặp diod chân không)

Sóng sin sau khi nắn sẽ là một dãy nhấp nhô các đỉnh và đáy, vậy việc tiếp theo các bác cần làm là làm phẳng nó thành điện áp một chiều ổn định. Việc này được thực hiện bởi một bộ trở - tụ - cuộn cảm (gọi là choke). Kiểu mạch lọc phổ biến nhất trong việc nắn điện xoay chiều thành một chiều được gọi là lọc ∏, do sơ đồ của nó trông giống giống với cái ký tự Hylạp này. Mạch lọc Pi bao gồm một con tụ mắc song song giữa đèn nắn và Đất, tiếp theo đó là 1 cuộn cảm hoặc điện trở mắc nối tiếp với tín hiệu và cuối cùng là một con tụ nữa mắc giữa tín hiệu và Đất. Kiểu mạch này còn được gọi là CLC hay CRC phụ thuộc vào việc cuộn cảm hay trở được sử dụng. Cái tụ ngăn sự sụt áp giữa đỉnh và đáy của dạng sóng, do đó các bác sẽ thu được điện áp 1 chiều ổn định hơn. Các bác cũng có thể dùng thêm tụ và cuộn cảm nữa để tín dòng điện được nắn phẳng hơn nữa.

Việc thiết kế bộ nguồn rất dễ làm các bác nản bởi vì cực khó để đạt được chính xác điện áp B+ mà các bác cần. 1 mạch lọc CLC sẽ thu được điện áp 1 chiều xấp xỉ bằng đỉnh của điện áp xoay chiều cấp cho nó. Em và các bác cần 250V, như vậy ta cần cấp cho mạch lọc CLC một điện áp xoay chiều có đỉnh là 250V. Các biến áp thường thể hiện điện áp RMS, bằng khoảng 0.707 điện áp đỉnh, như vậy ta cần 175V tại đầu ra của đèn nắn. Các bác cần ghi nhớ rằng bất cứ trở kháng nào cũng làm sụt áp khi dòng điện đi qua. Điều này cũng đúng đối với tất cả các phần tử trong bộ nguồn của chúng ta. Để bù đắp cho sự sụt áp này, ta cần nâng áp cấp từ biến áp. Hãy xem mạch lọc CLC của bộ nguồn này. Nó có 1 con tụ 20uF, sau đó là cuộn cảm 7H, sau đó lại là một con tụ 40uF. Rất giống bộ nguồn được mô tả trong tài liệu kỹ thuật của đèn 5Y3.

Bảng này cho thấy các bác cần biến áp cấp 275V RMS để được khoảng 250V điện áp ra của bộ nguồn. Cuộn cảm có thể gây sụt áp thêm một chút nữa, rồi cái biến áp của các bác cũng có thể không chính xác nên ta cứ tính dôi ra thế cho nó an toàn.

Các bác có thể tham khảo thêm tài liệu kỹ thuật của đèn 5Y3 ở: http://boozhoundlabs.com/howto/pdf/5Y3GT.pdf

Áp 180V có thể dễ dàng thu được bằng cách thêm một con trở làm sụt áp xuống 180V. Cái tụ thứ 3 trong mạch làm nhiệm vụ ngăn cách con trở này với con trở Dương cực của 6SN7 đồng thời lọc thêm nguồn một lần nữa vì phần tiền khuếch đại thường nhạy cảm hơn với nhiễu nguồn.

Có một thứ em chưa nói tới là con trở 1M trong mạch. Đây chính là con trở xả. Nó cho phép mạch xả hết điện sau khi tắt nguồn. Như vậy các bác có thể vọc được ngay sau khi rút điện. Nếu không có nó, mấy cái tụ lọc nguồn vẫn được nạp tớ 250V trong một khoảng thời gian rất dài. Tốt nhất các bác làm như em, khi mó máy vào ruột ampli, bao giờ em cũng có 1 con trở 100K/10W có 2 cái kẹp cá sấu ở 2 đầu. Do đó em có thể xả hết điện ở bộ nguồn trước khi sờ tay vào. Đừng chờ đến khi nào các bác bị nó cắn cho một phát nảy người lên rồi mới chuẩn bị cái dụng cụ an toàn đơn giản đó. Nếu không có cái gì, ít nhất các bác cũng phải nhớ kiểm tra lại điện áp tại từng điểm của bộ nguồn bất cứ khi nào các bác mó máy vào ruột của cái ampli

[Linh kiện]

Đây là danh mục sơ bộ các linh kiện. Em chưa làm cái amp này, cho nên danh mục này cũng chỉ mang tính chất sơ bộ thôi. Nhưng dù sao nó cũng cho phép các bác hình dung được là các bác sẽ tốn bao nhiêu tiền cho cái amp này. Có lẽ tốn nhất chính là cái đèn 6SN7. May mà ta chỉ cần có 1 chiếc nên cũng không phải băn khoăn về chuyện so khớp. Nếu không còn mệt nữa.

(*) Biến áp nguồn: 1 cái Sơ: 220V; Thứ. 275-0-275, DC ma 200

5.0v @ 3a ct6.3v @ 6.0a

(*) choke: 7H, 150ma, 100 ohms, 500VDC : 1 cái(*) OPT: 5K/4,8 : 1 đôi(*)Tụ lọc: 40uF+40uF+20uF+20uF/500VDC(*) Đai cho đống tụ trên(*) Chân đèn: 4 chiếc (*) Tụ nối tầng 0.1uF 400V tụ giấy ngâm dầu: 1 đôi(*) Tụ 100uF 50v sprague

Trở các loại:(*) 1M(*) 2.7k(*) 100k(*) 240k(*) 255 (5W) – Cái này hơi nóng nên cần dùng loại ít nhất là 5W. Nếu dùng cái to hơn càng tốt(*) 100 (*) Trở 3W 3.5k-5.8k

Đèn:(*) 5y3: 1 cái (*) 6v6: 1 đôi(*) 6sn7: 1 cái

Linh tinh:(*) Cọc loa: 2 bộ(*) RCA jacks: 1 đôi

(*) Jack cắm điện(*) Công tắc nguồn(*) Đế cầu chì (*) Cầu chì 1/2A (*) Volume đôi 100k(*) Núm vặn volume(*) Cầu nối dây...

Tạm thời dừng lại ở đây đã. Phần tiếp theo em sẽ trình bày quá trình thực hiện cái amp mà em và các bác vừa thiết kế ở trên.