The Lennart Jarvelang set amp

by Lennart Jarlevang

http://www.lennartlabs.se/projects/leonardo/leonardo1.htm

Introduction / Introduction

This amp is very special to me. It concludes, in one single implementation, a long search for a path to the sound reproduction that makes me feel really good.
True, single end is considered inferior by many, and, equally true, the few watts of output power are considered a joke by others. Nevertheless, this is what makes this hobby so rewarding; there is plenty of room for us all.
Cet amplificateur me tient très à cœur. Il termine, dans une mise en œuvre simple, une longue recherche vers un passage à la reproduction sonore que je trouve réellement bonne.
Vrai, le Single End est considéré inférieur par beaucoup, et, également vrai, le peu de watts disponibles en sortie est considéré comme une plaisanterie par d’autres. Néanmoins, c’est ce qui fait ce hobby si gratifiant, il y a de la place pour tout le monde.


The circuit design is as simple as it can get – two triodes and two transformers. I’m not aware of who tried it out first, but my guess would be that the circuit is more than 70 years old. You can find it in the classic Radio Designer’s Handbook, and a thorough treatment and evaluation is presented by Matsunami Kiyokazu in the Japanese MJ magazine (7, 1997).

Le design du circuit est on ne peut plus simple – deux triodes et deux transformateurs. Je ne sais pas si quelqu’un a essayé cela avant moi, mais je devine que ce circuit date d’au moins 70 ans. Vous pouvez le trouver dans le classique Radio Designer’s Handbook, et une évaluation complète est présentée par Matsunami Kiyokazu dans le magazine japonais Japanese MJ magazine (7, 1997).

As expected, a number of constructions can also be found on the Internet; e.g. by Andrea Ciuffoli, Alessandro Galavotti, Benny Glass, Simon Shilton, to name a few. Theirs and other similar constructions represent variations on the same theme – a superior SET design. By the way, my chassis layout is borrowed from Mr. Ciuffoli, who deserves credit for his versatile layout.
Comme prévu, un certain nombre de réalisations peuvent aussi être trouvées sur Internet ; par exemple celles de Andrea Ciuffoli, Alessandro Galavotti, Benny Glass, Simon Shilton, pour n’en nommer que quelques uns. Leurs réalisations ainsi que d’autres très similaires présentent des variations autour de ce thème – un design supérieur. A propos, l’aménagement de mon châssis est emprunté à Mr. Ciuffoli, à qui il faut porter un certain crédit quand à l’adaptabilité de celui-ci.

Due credit is also given to Per Lundahl, who produces the magic iron that brings musicality to my amplifier. The musicality is no less than stunning. The voices of my favorite vocalists can bring my eyes to tears. The emotional qualities outperform any amp I’ve ever listened to.
Un certain crédit doit aussi être apporté à Per Lundahl dont les produits apportent de la musicalité à mon amplificateur. La musicalité n’est pas moins qu’étonnante. Les voix de mes chanteurs préférés peuvent me tirer des larmes. Les qualités émotionnelles surclassent tous les amplificateurs que j’ai pu écouter.

I can appreciate though, that if your own track is more like heavy rock and stage music, this amp may not be your first choice. I can assure, however, that if you have a pair of good speakers, Metallica’s Black Album is a real joy – so
Je peux imaginer, si votre préférence va plutôt vers du Rock Metal, que cet ampli peut ne pas être votre premier choix. Je peux vous assurer, cependant, que si vous possédez une bonne paire de haut-parleurs, l’album noir du groupe Metallica est une réelle joie – donc, continuer la lecture…

Design considerations / Considerations relatives au design



The prime objective of the Leonardo design was to create a very simple, yet extraordinary good sounding triode amplifier. The purpose was not to construct “yet another 300B”.
Le premier objectif de cette étude (Leonardo design) fut de créer quelque chose de très simple, un amplificateur à triode sonnant extraordinairement bien. Le but n’étant pas de construire « encore un autre 300B

One of the least expensive designs is the classic 6SN7-6SN7-300B amplifier, published in many versions. One very good example is the “Reichert 300B” by Herb Reichert of Audio Note. This three-stage design has been around for quite some time and offers very competent performance at relatively low cost and ease of construction.
L’un design le moins cher est le classique 6SN7-6SN7-300B publié dans de nombreuses versions. Un de ces bons exemples est le “Reichert 300B” par Herb Reichert d’Audio Note. Cet amplificateur à 3 étages fut une sorte de référence pendant quelques temps et offrait un véritable niveau de performances pour un coût modéré et une certaine facilité de construction.

A common feature of most published 300B designs seems to be that they are three-stage designs. From my perspective this is a bit surprising, since the 300B is comparatively easy to drive. A well designed input/driver stage can do the job with one triode. Two voltage amplification stages in front of the 300B should not really be required.
Une caractéristique commune à la plupart des amplis 300B semble qu’elle soit du type à trois étages. De mon point de vue c’est un peu surprenant, étant donné que le tube 300B est facile à driver. Un étage entrée/driver bien étudié peut fonctionner avec une seule triode. Deux étages d’amplification avant le 300B ne sont pas réellement indispensables.

Three-stage designs use may parts, and many driver source impedances are relatively high. This often results in an amplifier with a higher degree of coloration due to component count, and more audible distortion than really necessary. One other drawback of three-stage triode designs is the complex cancellation of harmonics that occurs.
Un circuit à trois étages utilise beaucoup de composants, et la plupart des impédances des drivers sont relativement élevées. Ceci a souvent pour résultat un degré de coloration élevé du au nombre de composants, et une distorsion audible plus que nécessaire. Un autre désavantage de ces structures à trois étages est l’annulation complexe des harmoniques.

Many two-stage designs also exist. The earliest of these use pentodes driving triodes; the classic example is the Western Electric film-theatre amplifier using a WE310A driving a WE300A. Later designs use more modern pentodes, like for instance the 6L6-300B amplifier by Shishido San.
De nombreux circuits à deux étages existent aussi. Les plus anciens d’entre eux utilisent des driver à base de pentodes, l’exemple classique étant l’amplificateur de cinéma Western Electric utilisant un tube WE310A drivant un WE300A. Des circuits plus récents utilisent des pentodes modernes, comme par exemple l’amplificateur 6L6-300B de Shishido San.

Other two-stage designs use an SRPP (Shunt Regulated Push-Pull) stage driving the triode; the 6SL7-300B Cardinal amplifier by Gordon Rankine is a good example. Many designs using various triodes have been published. The SRPP stage is a high amplification, low distortion driver with low source impedance and very few components.
D’autres circuits à deux étages utilisent le circuit SRPP (Shunt Regulated Push-Pull) pour driver la triode. L’amplificateur Cardinal de Gordon Rankine équipé d’une 6SL7 en est un bon exemple. Beaucoup de circuits utilisant des triodes variées ont été publiés. L’étage SRPP procure une forte amplification avec une faible distorsion et très peu de composants.

The SRPP stage is really a good performer, but it still is a push-pull configuration introducing harmonic cancellation. This is probably one reason why different designers have quite varying opinions on the sonic performance of SRPP stages.
L’étage SRPP est réellement performant, mais c’est encore une configuration push-pull entrainant une annulation des harmoniques. C’est probablement la raison qui explique les différents avis des concepteurs à propos des performances sonores des étages SRPP.

A few designers choose to include a cathode follower to drive the 300B grid. There is argument for doing that, at least in theory, but I have not yet used one. Opinion varies widely also when it comes to the sonic performance of cathode followers.
Quelques concepteurs ont fait le choix d’inclure un étage “cathode follower” pour driver la grille d’un 300B. Il y a un argument pour faire cela, au moins en théorie, mais je ne m’en suis pas encore servi. Les opinions varient largement quand on aborde le sujet des performances sonores.

From this perspective, it is interesting to note that the highly acclaimed (in Japan at least) Ongaku design uses an SRPP input stage, a direct-coupled triode stage for voltage amplification, and a cathode follower to drive the output grid. I am inclined to believe that the creation of a not only good, but really excellent, triode amplifier seems to include emotional as well as scientific elements. I would agree with Sakuma San…
De ce point de vue, il est intéressant de noter que les circuits Ongaku les plus prisés (au Japon au moins) utilisent des étages d’entrée SRPP, un étage à triode à couplage direct pour l’amplification en tension, et un étage cathode follower pour driver la grille (du 300B). Je suis enclin à croire que cette disposition n’est pas seulement bonne, mais réellement excellente, l’amplification à triode semble apporter de l’émotion. Je suis d’accord avec Sakuma San…

Then, of course, there are the two-stage designs using single triodes only.
Ensuite, naturellement, il y a les circuits à deux étages utilisant seulement des triodes.

Low or medium µ triodes have relatively low plate impedance. High power can thus be provided to drive the output tube grid (a power triode is physically large and its grid has a rather large capacitance requiring power from the driver stage). Drivers operating in this mode are indeed very linear. Thus, a number of two-stage designs using interstage transformer coupling have also been published.
Les triodes à µ bas ou moyen ont des impédances d’anode relativement basses. Une puissance élevée peut être disponible pour driver le 300B (une triode de puissance est hysiquement grande et sa grille à une capacité plus grande demandant de la puissance de la part de l’étage driver).
Les drivers opérant dans ce mode sont de plus très linéaire. Ainsi, un certain nombre de circuits à deux étages utilisant des transformateurs inter-étages ont aussi été publiés.

Interstage transformer amplifiers based on WE417A or WE437A and WE300B seem to be popular in Japan. This design provides an extremely simple driver stage with a near optimal load. In effect, the interstage transformer is virtually unloaded, which enables the driver to operate in its most linear mode. The 417A/437A triode can produce about a watt of output power to the 300B grid. The only drawback is that the interstage transformer must be of very high quality.
Les amplificateurs à transformateurs inter-étages basés sur des WE417A ou WE437A et WE300B semble être populaire au Japon. Ces circuits montrent un étage driver extrêmement simple avec une charge presque optimal. En effet, le transformateur inter-étages est virtuellement non chargé, ce qui permet au driver d’opérer dans son mode le plus linéaire. La triode 417A/437A peut fournir environ une puissance de un watt à la grille du 300B. Le seul inconvénient est que ce transformateur inter-étages doit être de très haute qualité.

Since the interstage transformer also allows the output triode to operate at its “own will” and to develop its own harmonic spectrum, the end result will be an amplifier of exceptional sonic quality. The Japanese designers Shishido San and Sakuma San have been creating transformer coupled amplifiers for more than twenty years. Fortunately, their work also seems to receive more and more attention from western designers.
Etant donné que le transformateur inter-étages permet aussi de faire travailler la triode “de son plein gré” et de développer son propre spectre harmonic, le résultat final sera d’une exceptionnelle qualité sonore. Les designers japonais Shishido San and Sakuma San ont créés des amplificateurs à couplage par transformateurs pendant plus de vingt ans. Heureusement, leurs travaux semblent recevoir de plus en plus d’attention des designers de l’Ouest.

Both Shishido San and Sakuma San refer to the organic quality of the music provided by transformer coupling. They also claim a higher degree of emotional involvement and a much less processed presentation. Quite honestly, those are the prime arguments motivating my own endeavors in the world of music reproduction. So this is how the Leonardo was orn…
Shishido San and Sakuma San font référence à la qualité organique de la musique fourni par le couplage à transformateur. Ils revendiquent aussi un degré élevé d’implication émotionnelle et une présentation moins traitée. Pour être tout-à-fait honnête, ceux sont des arguments qui ont motivés mes efforts dans le monde de la reproduction sonore. C’est ainsi que le Leonardo est né.

Design de base


The basic topology is the simplest possible; the input/driver triode, the interstage transformer, the output triode and the output transformer. The design is illustrated in Fig. 1. The input driver stage has double duty; to accept the input signal and to amplify its voltage as required by the output tube.
La topologie de base est de faire le plus simple possible. La triode d’entrée/driver, le transformateur inter-étages, la triode de sortie et le transformateur de sortie. Le circuit est illustré en figure 1. L’étage d’entré/driver a une double fonction, accepter le signal d’entrée et l’amplifier selon les besoins du tube de sortie.

The interstage transformer separates driver and output stage from each other, from the DC point of view. The winding ratio is 1:2.25, meaning that it also amplifies.
Le transformateur inter-étages sépare le driver et l’étage de sortie l’un de l’autre d’un point de vue courant continu. Le rapport de transformation est 1 :2,25, ce qui signifie qu’il amplifie aussi.

The output tube acts as the power amplifier and connects via the output transformer to the loudspeaker. Fixed bias is used for the output tube, which gives higher output power, lower distortion, more speed and more solid bass than auto-bias will do. On the other hand, auto-bias would give a livelier, smoother high frequency presentation. Remembering that this is the world of compromise, choice often is a matter of preference, and I prefer fixed bias for my output stages...
Le tube de sortie agit comme amplificateur de puissance et connecte le haut-parleur via le transformateur de sortie. La polarisation fixe est utilisée pour le tube de sortie, ce qui donne une puissance de sortie plus élevée, une distorsion plus faible, une vitesse plus élevée et des basses plus solides qu’une polarisation automatique ne le ferait. D’un autre coté, la polarisation automatique donne une représentation mensongère et adoucie des hautes fréquences. Il faut se souvenir que tout cela est un monde de compromis, de choix souvent affaire de préférence, et je préfère la polarisation fixe pour mes étages de sortie…

Key components / Composants clés


The 5842WA is actually a little power tube, it can dissipate 4.5 watts. To enable this triode to really present its sonic capabilities, the operating point is set at 200V and 20 mA. This rather hard drive, dissipating 4 watts, is also considered necessary to drive the 300B to full output power.
Le tube 5842WA est réellement un petit tube de puissance. Il peut dissiper 4,5 watts. Pour permettre à cette triode de fournir ses capacités sonores, le point de fonctionnement est fixé à 200V et 20 mA. Ce fonctionnement plutôt dur, dissipant 4 watts, est jugé nécessaire pour driver le 300B à pleine puissance.

The interstage transformer selected is the Lundahl LL1660. Lundahl is very experienced in this area and provides components capable of extraordinary sonic performance. Well recognized high quality interstage transformers are also provided by Tamura and Tango, but it is seems quite viable to select Lundahl transformers while living in Sweden, rather than shipping them from across the globe. My current experience with the Lundahl transformers also indicates that every euro spent is well rewarded in terms of musicality.
Le transformateur inter-étages choisi est le Lundahl LL1660. Lundahl est très expérimenté dans ce domaine et fourni des composants capable de performances sonores extraordinaires. Reconnaissons que des transformateurs inter-étages sont aussi disponibles chez Tamura et Tango, mais il semble tout-à-fait valable de choisir des transformateurs Lundahl qui sont eux en Suède, plutôt que de se les faire livrer par des fournisseurs situés à l’autre bout du globe. Mon expérience avec les transformateurs Lundahl montrent que chaque Euros dépensés sont bien récompensés en termes de musicalité.

The output stage triode is the 300B. Most makes will give real sonic value for the money in this design. The output tube is biased into rather deep Class A (400 V and 80 mA) and controlled by fixed bias. Filaments are DC heated.
L’étage de sortie est le 300B. La plupart offre une sonorité correcte pour le prix. La sortie est polarisé fortement en Classe A (400V et 80 mA) et contrôlée par polarisation fixe. Les filaments sont chauffés en continu.

The output transformer selected is the Lundahl LL1623. This transformer is specified at 25 watts at 30 Hz in single ended operation and provides plenty of flexibility and magnetic core headroom. Too small a transformer will inevitably end up with inferior bass response. The transformer is wired to give a 3.5 kohms primary impedance with a 4 ohm loudspeaker. Again, this is a compromise; higher primary impedance would lower the distortion, but at the cost of output power. The compromise chosen will give just about 8 watts of output before clipping.
Le transformateur de sortie choisi est le Lundahl LL1623. Ce transformateur est spécifié pour 25 watts à 30 Hz en mode Single Ended et autorise beaucoup de flexibilité et possède un noyau magnétique à la hauteur. Un transformateur trop petit réduira inévitablement la réponse dans les basses. Le transformateur est cablé pour fournir une impédance primaire de 3,5 kOhms avec un haut-parleur de 4 Ohms. De plus, c’est un compromis, une impédance primaire plus élevée abaisse la distorsion au dépend de la puissance de sortie. Le compromis choisi donnera à peu près 8 watts avant écretage.

On tube selection / Choix des tubes

An extreme tube selection would be the WE437A for driver and the WE300B for output. These tubes cost several hundred dollars each, however, so this is no option to me; cheaper tubes were selected. The Raytheon 5842WA is a very good driver for this circuit. It is a low impedance, high transconductance, low noise, medium µ, single triode. Its maximum plate dissipation is 4.5 watts, a very useful drive capability.
La sélection ultime des tubes serait le WE437A comme driver et le WE300B en sortie. Ces tubes coutent plusieurs centaines de dollars chacun, ce qui n’est pas une option pour moi. Des tubes moins chers seront choisis. Le tube Raytheon 5842WA est un très bon driver pour ce circuit. C’est un basse impédance, haute transconductance, faible bruit, µ moyen, simple triode. Sa dissipation maximale d’anode est de 4 ;5 watts, une capacité a driver très utile.

There are other makes of 5842 or 417A also performing well, but their drive capability is not sufficient. The sonic results will be impaired. The Raytheon 5842WA has more useful specifications and definitely produces better results; a clearly audible drive and more body to the sound – it sounds like a different tube.
Il y a d’autres tubes que les 5842 ou 417A qui sont également performants, mais leurs capacités à driver ne sont pas suffisantes. Les résultats sonores seront inférieurs. Le tube Raytheon 5842WA a plus de spécifications utiles et fourni de biens meilleurs résultats, une clarté audible et plus de corps – il sonne comme un tube différent.

For the power tube, I started out with the Cetron 300B (it was easily available). Several posts on the Internet stated that there are better choices that this one, but since this was my first 300B I was thinking with old Gizmo: “a 300B is a 300B”. I learned later, however, that there are differences. Just out of curiosity I bought two pairs of SV300B, and they blew me right out of my socks! There was really a difference. So I stayed with the Svetlanas for several years.
Pour le tube de puissance, j’ai commencé avec le Cetron 300B (il était facilement disponible). Plusieurs posts sur Internet faisaient état qu’il y avait de meilleurs choix que celui-là, mais étant donné que c’était mon premier 300B, je pensais que « une 300B est une 300B ». J’ai appris plus tard cependant qu’il y avait des différences. Juste par curiosité, j’ai acheté deux paires de SV300B, et elles m’ont soufflées hors de mes pompes ! Il y avait réellement une différence. Je suis avec des Svetlanas depuis plusieurs années.

Just recently I bought – again out of curiosity – a pair of brand new Valve Art mesh plates, the 300B-98C, and this time the difference was really tremendous! I have never ever heard anything so pleasant. There is a spectacular presentation of especially the mids and the highs, even when compared to the Svetlanas. The 300B-98C is a relatively new tube, so we don’t know much of its durability, but I will use it for some time, rest assured! (Well, what about these TJ mesh plates…?)
J’ai récemment acheté – encore par curiosité – une pair de Valve Art à anode maille 300B-98C, et cette fois la différence fut réellement énorme ! Je n’avais jamais entendu quelque chose d’aussi plaisant. Les mediums et aigues sont présentés de manière spectaculaire, même comparées aux Svetlanas. Le 300B-98C est un tube relativement nouveau et nous ne savons pas quelle est sa durée de vie, mais je l’utiliserai encore quelques temps, soyez assurés ! (Bon, qu’en est-il de ces TJ mesh plate… ?)

Figure 1 - Basic design
Figure 1 - Basic design

Output stage design / Design de l'étage de sortie

The operational design of a tube power amplifier stage is more science than art, but intuition can not be discarded entirely. This page describes in brief the operational design and performance of the output stage, along with the schematic diagram. For those of you weird enough to be interested, a more thorough treatment can be found in my theory corner: [ detailed output stage design]
L'étude opérationnelle d'un étage amplificateur de puissance à tube relève plus de la science que de l'art, mais l'intuition ne peut être totalement rejetée. Cette page décrit brièvement l'étude opérationnelle et la performance de l'étage de sortie,  accompagnée du schéma. Pour ceux d'entre vous qui seraient plus intéressé un développement plus étoffé de ma théorie peut être trouvé ici : detailed output stage design (NDR : ce lien ne fonctionne pas)

Operating point / Point de fonctionnement

The output tube static operating point should be located in the most linear portion of the operating area. Normally, the static operating point is chosen to give the highest output power possible, at the lowest distortion possible, with the highest efficiency possible, and all this without exceeding any of the tube’s maximum rate pecifications.
Le point de fonctionnement statique du tube de sortie doit être situé dans la partie la plus linéaire de la zone de fonctionnement. Normalement, le point de fonctionnement statique est choisi pour donner la plus grande puissance de sortie possible, au taux de distorsion le plus bas possible, avec la plus grande efficacité possible, et tout cela sans dépasser aucune des spécifications maximum du tube.

These are, of course, conflicting requirements.
Il y a, naturellement, des besoins conflictueux.

As always, we have to compromise. Since my speakers have good efficiency (>92dB/W/m) my design goal has been to realize a reasonable output power, 6 – 8 watts at an acceptable distortion level, say THD < 3 %.
Comme toujours, nous devons faire des compromis. Etant donné le bon rendement des mes haut-parleurs (>92dB/W/m) le but de mon étude fut d'obtenir une puissance de sortie raisonnable de 6 à 8 watts avec un niveau de distorsion acceptable, disons THD : < 3%.

To create the best possible musical reproduction, I want to run the tube in deep class A. A quiescent condition of 425 volts and 80 milliamps would be deep in the class A range. This operating point implies, however, a plate dissipation of 34 watts, which a bit close to the 40 watts allowed. To create some margin, I decided to use 400 volts and 70 milliamps, e.g. 28 watts of plate dissipation.
Pour obtenir la meilleure reproduction musicale, je veux faire fonctionner le tube en Clase A réelle. Une condition normale de 425 volts et 80 milliampères nous amènent à une vraie Classe A. Ce point de fonctionnement implique cependant une dissipation d'anode de 34 watts qui est très proche des 40 watts permis. Pour garantir une certaine marge, j'ai décidé d'utiliser 400 volts et 70 milliampères, ce qui donne une puissance de dissipation d'anode de 28 watts.

Charge d'anode

To produce high output power the plate load should be two to three times the plate resistance of the tube. Since the 300B has a plate resistance of about 700 ohms, a load of 1.5 – 2.1 kohms should be appropriate. Such a load would, however, produce a rather high level of distortion.
Pour produire la puissance de sortie la charge d'anode devrait être égale à deux ou trois fois la résistance d'anode du tube. Etant donné que le 300B a une résistance d'anode d'environ 700 Ohms, une charge de 1,5 à 2,1 kohms devrait être correcte. Une telle charge produit cependant un niveau de distorsion plus élevé.

For instance, at the 400 volts - 70 milliamps operating point, a 1.5 kohm load will produce a maximum 11.0 watts of output power at 12.8 % second harmonic distortion. A load of 5 kohms, on the other hand, will result in a maximum 7.0 watts output power and only 2.9 % second harmonic distortion.
Par exemple, pour un point de fonctionnement de 400 volts - 70 mA, une charge de 1,5 kohms fournira un maximum de 11,0 watts de puissance en  sortie avec une distorsion de seconde harmonique de 12,8%. D'un autre coté, Une charge de 5 kohms fournira ue puissance maximum de 7,0 watts avec seulement une distorsion de seconde harmonique de 2,9%.

As a compromise I chose the load impedance 3.0 kohms. This load will give a maximum 8.7 watts at 5.3 % second harmonic distortion. At 1 watt output power, the distortion is 1.5 %.
Comme compromis, j'ai choisi une impédance de 3,0 kohms. Cette charge donnera un maximum de 8,7 watts avec 5,3% de distorsion de seconde harmonique. Pour 1 watt en sortie, la distorsion est de 1,5%.

Output stage circuit / Le circuit de l'étage de sortie

Fig. 2 shows the output stage schematic diagram. As is obvious, the static plate current is controlled using fixed bias. Although is an accepted fact that ac-heated filaments will produce better sound, I have chosen dc heating. Separate power supplies to provide bias voltage and filament power are required.
La figure 2 montre le schéma de l'étage de sortie. Il est évident que le courant statique d'anode est contrôlé par une polarisation fixe. Bien qu'il soit de notoriété que le chauffage en alternatif des filaments produisent un meilleur son, j'ai opté pour le chauffage en continu. Des alimentations séparées fournissent les tensions requises pour la polarisation fixe et les filaments.

Capacitors C8 – C13 in Fig. 2 are all optional. The different power supplies used are sufficiently decoupled and have low impedance, but adding C8 – C13 will lower power supply impedance even further, especially at higher frequencies. I tried the circuit with and without these capacitors, and found that the difference is indeed audible. I would thus recommend anyone looking for truly emotional music reproduction to install them. They do pay off.
Les condensateurs C8 - C13 sur la figure 2 sont tous optionnels. Les différentes alimentations utilisées sont suffisamment découplées et ont une impédance basse, mais l'ajout de C8 - C13 abaissent encore plus cette impédance, spécialement en hautes fréquences. J'ai essayé ce circuit avec et sans ces condensateurs et je trouve que la différence est nettement audible. Je recommande donc à ceux qui recherche l'émotion musicale de les installer. Ils en auront pour leur argent.

Figure 2 - Output stage design
Figure 2 - Output stage design

Design de l'étage driver

This page describes in brief the design and performance of the Leonardo combined input and driver stage. The basic theory can be found in most vacuum tube amplifier design textbooks. For those of you interested, a more thorough treatment can be found in my theory corner: [ detailed driver stage design]
Cette page décrit brièvement l'étude et la performance de l'étage d'entrée et du driver du Leonardo. La théorie de base peut être trouvée dans la plupart des ouvrages portant sur l'étude des amplificateurs à tube. Pour ceux d'entre vous qui sont intéressés, un traitement approfondi peut être trouvé dans ma page théorie : [ detailed driver stage design
(NDR : ce lien ne fonctionne pas)

Operating point / Point de fonctionnement

The operating point for the Leonardo driver tube is chosen at power supply voltage 200 V, plate quiescent current 20 mA and an interstage transformer load. The grid voltage to control the operating point is -2.10 V. The tube operates in pure class A1, e.g. no grid current is allowed.
Le point de fonctionnement pour le driver Leonardo est choisi avec une alimentation de 200 V, un courant d'anode de 20 mA et une charge du transformateur inter-étages. La tension de grille qui contrôle le point de fonctionnement est -2,1 V. Le tube fonctionne en pure Classe A, ce qui signifie qu'il n'y a aucun courant dans la grille.

Plate load / Charge d'anode

The dc plate load in this configuration is limited to the copper resistance of the transformer primary winding and the plate dissipation is 3.86 W. Maximum plate dissipation for the 5842WA is 4.5 W, so the operating point is rather close to the maximum rating. I want the tube to work with high current, however, since the sound gets more free and natural.
Dans cette configuration la charge en courant continu est limitée par la résistance du cuivre de l'enroulement primaire du transformateur et sa dissipation est de 3,86 watts. La dissipation d'anode maximum du tube 5842WA est de 4,5 watts, le point de fonctionnement est donc assez proche du maximum. Je voulais que le tube fonctionne avec un courant élevé car le son obtenu est plus libre et naturel.

Since the secondary winding is virtually unloaded, the AC impedance reflected to the primary is very high. Thus, the load line in the plate diagram is nearly horizontal and the tube is working in a very linear operating area and distortion is low.
Etant donné que l'enroulement secondaire est virtuellement non chargé, l'impédance en alternatif vu du primaire est très élevée. Ainsi, la ligne de charge de la courbe d'anode est presque horizontale et le tube fonctionne dans une zone très linéaire avec une distorsion basse.

Driver stage circuit / Le circuit de l'étage driver

Fig. 3 shows the driver stage schematic diagram. The static plate current is controlled using the cathode resistor for self bias. I chose to use dc heating also in the driver stage, although there may be argument against doing so.
La figure 3 montre le schéma de l'étage driver. Le courant statique d'anode est contrôlé par la résistance de cathode en polarisation automatique. J'ai également choisi le chauffage en courant continu pour cet étage, bien qu'il puisse y avoir des arguments contre ça.

Capacitors C3 – C7 are all optional. The plate power supply is sufficiently decoupled and has low impedance, but adding C6 and C7 will lower power supply impedance even further, especially at higher frequencies.
Les condensateurs C3 - C7 sont tous optionnels. L'alimentation de l'anode est suffisamment découplée et a une impédance basse, mais l'ajout de C6 et C7 abaisse encore plus cette impédance, spécialement en hautes fréquences.

Capacitor C5 closes the signal path directly to the cathode. This technique is stolen from the parafeed designs and rather unusual in designs like this. The effect is audible, however, depending on the quality of your power supply design and wiring skills. High frequency impedance of the supply line is a crucial factor here.
Le condensateur C5 ferme le passage du signal directement à la cathode. Cette technique est empruntée au design Parafeed et plutôt inhabituelle dans un circuit comme celui-ci. L'effet est cependant audible et dépend de la qualité de la conception de l'alimentation et du savoir-faire en termes de câblage.

Capacitors C3 and C4 also belong to the optional, overkill kind of components. C1 and C2 must be of good sonic quality, but usually are electrolytics. I have successfully used the organic OS-CON type of caps here. The addition of C3 and C4 is aimed at bringing the high-frequency impedance even lower.
Les condensateurs C3 et C4 sont aussi optionnels et sont peut-être exagérés. C1 et C2 doivent être de bonne qualité (à l'oreille), mais sont généralement électrolytiques. J'ai utilisé ici avec succès des condensateurs de type organiques OS-CON. L'ajout de C3 et C4 a pour but d'abaisser l'impédance aux hautes fréquences.

The effect of C5 is audible in Leonardo, but I did not yet perform listening tests with respect to C3 and C4.
L'effet de C5 est audible sur le Leonardo, mais je n'ai pas encore fait de tests d'écoute avec C3 et C4.

Figure 3 - Driver stage design
Figure 3 - Driver stage design

Plate power supplies / Alimentations des anodes des tubes de puissance

This page describes the plate power supplies. The design objective has been to create a heavy, well regulated power supply that is really quiet. Since power supplies in single-ended amplifiers are part of the signal path, I would say that the power supply design and construction is equally important as for the grid, cathode and plate circuit paths. Thus, Leonardo is given a plate supply with quite some weight and LCLC filtering.
Cette page décrit les alimentations de puissance pour les anodes. Le but de l'étude a été de créer une alimentation solide, bien régulée et  réellement silencieuse. Etant donné que les alimentations de puissance dans les amplificateurs single-ended sont sur le passage du signal, je dirai que le design de l'alimentation de puissance et sa construction sont également important pour la grille, la cathode et l'anode. Ainsi, le Leonardo est pourvu d'une alimentation d'anode avec exactement le même poids et filtrage LCLC.

The driver tubes are also fitted with their own plate supplies. While this may be considered qualified overkill, I maintain the experience that it is vital in a transformer coupled design that the gain stages are fully independent. While it certainly can be questioned whether the difference is audible or not, the ability for each tube to fully develop its own distortion characteristic is facilitated by separate supplies.
Les tubes driver sont aussi équipés de leurs propres alimentations. Bien que l'on puisse considéré cela très exagéré, Je maintien que cela est essentiel dans un étage à couplage par transformateur de façon à ce que le gain des étages soit complètement indépendant. Bien qu'il soit certain qu'on puisse se poser la question de savoir si c'est audible ou pas, la capacité pour chaque tube de développer pleinement sa propre caractéristique de distorsion est facilitée par des alimentations séparées.

The prototype shown on the photos uses dual mains transformers and rectifiers. This page presents a design where the mains transformer, the rectifier and the first LC filter is shared between the two channels. The purpose of this is to provide at least some saving in weight, space and cost. The second LC filter is implemented once for each tube, though
Le prototype montré sur les photos utilise des transformateurs et redresseurs en double. Cette page présente un design ou les transformateurs principaux, le redresseur et le premier filtre LC est partagé par les deux canaux. Le but de cela est de faire quelques économies sur le poids. Un second filtre LC est implémenté pour chaque tube.

Output tube supply / Alimentation du tube de sortie

The high tension power supply uses a bridge concept after a Fulvio Chiappetta paper published by the Italian Magazine “Costruire HiFi”. The vacuum tube rectifiers are connected in series with semiconductor diodes. Since the tubes are very slow, when compared to the diodes, switch characteristics are governed by the tubes. Thus, the sonics will depend on the rectifier tubes and the silicon will be practically inaudible. A full bridge using vacuum tubes would be nice, of course, but the cost is not deemed justified for this project. The circuit diagram is shown in Fig. 4.
L'alimentation haute tension utilise un pont conçu d'après un papier publié dans le magazine italien "Costruire HiFi" par Fulvio Chiappetta. Les redresseurs à vide sont connectés en série avec les diodes. Comme les tubes sont très lents, lorsque comparés aux diodes, les caractéristiques de commutation sont sous le contrôle des tubes. Ainsi, le son dépendra des redresseurs à tubes et le silicon des diodes sera pratiquement inaudible. Un pont complet utilisant seulement des tubes serait parfait, naturellement, mais le coût de cette solution n'est pas justifié pour ce projet.. Le schéma de ce circuit est présenté en figure 4.

The mains transformer, Lundahl LL1651, provides filament power to the tube rectifiers and high voltage supplies the amplifier tubes. The 0.56 ohm resistors reduce filament voltages to about 5 volts and, at the same time, limit inrush current to the tubes when they are cold. The resistor values might need adjustment.
Les transformateurs, Lundahl LL1651, fournissent les tensions pour les filaments des tubes redresseurs et la haute tension pour les tubes amplificateurs. Les résistances de 0,56 ohms réduisent les tensions pour les filaments à environ 5 volts et participent à limiter le courant d'appel lorsque les tubes sont froids. La valeur de ces résistances peuvent nécessiter un ajustement.

The rectifier tubes are of the shoulder bulb type, the good old 5U4G. There are a number of types to choose from, but the shoulder type bulbs look very nice. The semiconductor diodes must be heavy duty and withstand 1000 volts or more. BY 255 are recommended, but two of them series connected in each leg is even better.
Les tubes redresseurs sont du type "shoulder bulb" (NDR : intraduisible, fait référence à la forme du tube), la bonne vieille 5U4G. Il en existe plusieurs, mais celle qui ont un forme "shoulder bulb" ont un très bon look. Les diodes à semi-conducteur doivent être robustes et soutenir 100 volts ou plus. Des BY255 sont recommandées, mais en mettre deux en série dans chaque patte est encore mieux.

400 volts are provided separately for each output power tube. Although the mains transformer, the rectifier and the first LC filter are shared, separate LC filter sections will provide sufficient isolation between the two channels.
400 volts sont fournis séparément pour chacun des tubes de puissance. Bien que les principaux transformateurs, le redresseur et le premier filtre LC soient partagés, les sections de filtrage LC séparées procurent une isolation suffisante entre les deux canaux.

Inductors for the 400 volt supplies are Lundahl LL1638/150 mA.
Les selfs de filtrage pour le 400 volts sont des Lundahl LL1638/150 mA.

Filter capacitors, 470µF 400V, are of the RIFA PEH200 type. For safety reasons, each capacitor is made up from two capacitors in series with bleeder resistors connected in parallel to distribute the high tension equally. Without load, the power supply output voltage will approach 700V, and we don’t want our 400V caps to generate gas and explode, do we?
Les condensateurs de filtrage, 470µF 400V, sont des RIFA PEH200. Pour des raisons de sécurité, chaque condensateur est constitué de deux condensateurs en série avec des résistances de fuite connectées en parallèle afin de répartir la haute tension également. Sans charge, la tension d'alimentation approcherait 700V, et nous ne voulons pas que nos condensateurs de 400V génèrent des gaz et explosent, n'est-ce-pas ?

There are 800 to 1000V capacitors on the marked, but at quite a substantial cost. Paper in oil capacitors will most probably give the amplifier an even more pleasant sound, but this again is deemed outside the scope of this project. The RIFAs give excellent sonic results and can easily be justified as a start in this extraordinary amplifier.
Il existent des condensateurs de 800 à 1000V sur le marché, mais à un coût très important. Les condensateurs "Paper In Oil" donnerait probablement un son encore plus plaisant à l'amplificateur, mais, là encore cela sort du projet. Les RIFAs donnent d'excellents résultats et sont entièrement justifiés pour un début dans cet extraordinaire amplificateur.

The bleeder resistors should be specified for 2 watts or more. Metal film resistors are recommended.
Les résistances de fuite seront des 2 watts ou plus. Des résistances à film métalliques sont recommandées.

Driver tube supply / Alimentation du tube driver

200 volts are provided for each driver stage tube. There is no separate mains transformer or rectifier for the driver tube supplies. Rather, a 225 VAC supply is provided at the main winding center tap. This voltage is full-wave rectified by the BY 255 diodes, and thus lends itself for filtering and use as a 200 VDC supply. This technique for providing dual supplies, where one voltage is one half of the other, is described early in the literature, but not very often seen in practical circuits.
200 volts sont fournis pour chaque tube driver. Il n'y a pas de transformateurs ni de redresseurs séparés pour l'alimentation des tubes driver. une tension de 225V est disponible. Cette tension est un redressement double alternance  réalisé par les diodes BY255 qui se prête ainsi au filtrage et à l'utilisation comme une alimentation 200V continus. Cette technique qui fourni une alimentation double, ou l'une est la moitié de l'autre fut décrite il y a longtemps, mais pas souvent vue en pratique dans des circuits.

After the first shared LC filter, separate LC filter sections provide power the two driver tubes. Inductors for the 200 volt supplies are of the Hammond open bracket type, and the filter capacitors are of the same type as in the 400V supply.
Après le premier filtre LC partagé, des sections séparées de filtrage LC alimentent les deux tubes drivers. Les selfs utilisées ici sont des Hammond sans capots, et les condensateurs sont du même type que ceux utilisés dans l'alimentation 400V.

Figure 4 - Plate power supplies
Figure 4 - Plate power supplies

Filament power supplies / Alimentation des filaments

One of the most difficult decisions in this project was whether the 300B filaments should be heated with AC or with DC. Again, requirements are conflicting and compromises must be searched. It is maintained by many that the sound of AC heated filaments is more effortless and natural. This has always made me curious and wanting to try AC for filament heating. On the other hand, there is almost a fact that AC heated filaments will introduce hum in the circuit. And this is where I hesitate.
Une des plus difficiles décisions pour ce projet fut de choisir si l'alimentation des filaments des 300B devait être en courant alternatif ou continu. Il y a conflit et des compromis doivent être recherchés. Beaucoup soutiennent que le son obtenu avec des filaments chauffés en alternatif est plus naturel. Ceci m'a toujours étonné et j'ai voulu essayer le chauffage en alternatif. D'un autre coté, c'est presqu'une évidence que des filaments chauffés en alternatif introduira un bruit dans le circuit. Et c'est là ou j'hésite.

My guess would be that the level of hum can be fully controlled with skilled layout and wiring, and maybe some extra means for balancing the filament with respect to ground. There are numerous articles on the Internet describing various ways of mastering AC heated filaments.
Mon idée serait que le niveau de bruit pourrait être complètement maitrisé par la disposition des composants et un câblage correct, et peut-être aussi par un système d'équilibrage par rapport à la masse. Il y a de nombreux articles sur Internet décrivants la façon de maîtriser le chauffage des filaments en alternatif.

I have chosen to use DC, however, and for two reasons. The first reason is that using DC enables me to create a circuit with no audible hum at all – which is what I want. The other reason is that I think the circuit is easier to reproduce for any DIYer wanting to try this amplifier.
J'ai choisi d'utiliser le chauffage des filaments en continu pour deux raisons. La première est que l'utilisation du continu permet de créer un circuit sans bruit audible, ce que je veux. L'autre raison est que je pense que le circuit est facile à reproduire par n'importe quel DIYeur voulant réaliser cet amplificateur.

Circuit design / Design du circuit

The heater circuit as shown in Fig. 5 is very simple. The AC source is rectified by a Schottky full wave bridge and stabilised with a standard three-terminal regulator. Since the current drawn by the filament is constant, the main design goals are low ripple and noise.
Le circuit de chauffage montré en figure 5 est très simple. Le courant alternatif est redressé en double alternance par un pont de diodes Schottky et stabilisé par un régulateur standard à trois pattes. Comme le courant consommé par le filament est constant, les buts principaux du design sont faible ondulation et faible bruit.

When the power is switched on the filaments are cold and have virtually no resistance. Thus, a current surge of several amps will occur. To give these precious tubes a longer life, a current limiter is a wise addition. Some designers add current limiters or even current sources, but in this case I have selected a voltage regulator that limits the current at 1.5 A. Since the 300B requires 1.2 A at 5.0 V in operation, I believe this gives sufficient protection.

Quand l'alimentation est mise en route les filaments sont froids et présentent une résistance très faible. Une surcharge en courant de plusieurs ampères se produit. Pour assurer une logue vie à ces précieux tubes, un limiteur de courant est un ajout prudent. Quelques concepteurs ajoutent des limiteurs de courant ou même des sources de courant, mais dans ce cas j'ai sélectionné un régulateur de tesion qui limite le courant à 1,5A. Comme le 300B consomme 1,2A en 5V, je crois que cela offre une protection suffisante.

A 7 VAC transformer winding for each tube supplies the power. The 7 V(rms) source will theoretically give 9.9 VDC after rectification. The bridge rectifiers always have two diodes in series in the circuit, and will thus give a drop of 1.2 V. This brings the voltage down to 8.7 VDC.
Un secondaire de 7V par tube fourni le courant requis. Les 7V rms de la source donneront théoriquement 9,9V continus après redressement. Le pont de redressement a toujours deux diodes en série dans le circuit ce qui entraine une chute de tension de 1,2V. La tension tombe donc à 8,7V.

To prevent regulation to drop out at 1.5 A, I want a minimum of 2.5 V across the regulator. The minimum voltage we can allow after rectification is thus 5.0 + 2.5 = 7.5 V. As a result, the maximum ripple we can tolerate is 9.9 – 7.5 = 2.4 V(pk-pk).
Pour empêcher la régulation de chuter à 1,5A, j'ai besoin d'une tension minimum de 2,5V aux bornes du régulateur. La tension minimum dont nous avons besoin après redressement est donc : 5,0 + 2,5 = 7,5V. En résultat, l'ondulation maximum que nous pouvons tolérer est 9,9 - 7,5 = 2,4V (CC).

Ripple voltage is related to current via the equation I = C (dV/dt). At a mains frequency of 50 Hz, this equation requires 5,000 µF for the reservoir capacitor. Although 10,000 µF may be a good choice to give some margin, a 6,800 µF capacitor is suggested in the schematics.
La tension d'ondulation est relative au courant via l'équation I = C (dV/dT). A la fréquence de 50 Hz, cette équation demande un condensateur réservoir de 5000 µF. Bien qu'un condensateur de 10000 µF puisse être un bon choix pour donner une certaine marge, un condensateur de 6800 µF est suggéré sur le schéma.

Common mode noise / Bruit de mode commun

A more unusual feature in this circuit is the bifilar choke and balanced capacitor pair added after the regulator. Vacuum tubes are normally not sensitive to differential-mode noise on the heaters, but they are sensitive to common-mode noise. This is especially true regarding direct-heated cathode tubes.
Une caractéristique moins habituelle de ce schéma est la self de filtrage bifilaire et les condensateurs en mode symétrique ajoutés après le régulateur. Les tubes à vide ne sont normalement pas sensible au bruit de mode différentiel sur les filaments, mais ils sont sensibles au bruit de mode commun. Ceci est tout spécialement vrai en ce qui concerne les tubes à chauffage direct.

Since the plate current is a direct function of the voltage difference between control grid and cathode, the cathode is as sensitive an input electrode as the grid! It is thus extremely important that the cathode circuit is as quiet as the grid.
Comme le courant d'anode est une fonction directe de la différence de tension entre la grille et la cathode, la cathode est aussi sensible qu'une électrode sur la grille ! Il est extrêmement important que le circuit de cathode soit aussi calme que celui de la grille.

Voltage regulators are very good against differential-mode noise; they are designed to do that. This means that our 5 volt supply has very little noise between the filament terminals - which is a good thing in itself. But the regulator is not efficient against common-mode noise, i.e. noise making both filament terminals jumping up and down. And this noise will definitely modulate the plate current.
Les régulateurs de tension sont très bons contre le bruit en mode différentiel; ils sont étudiés pour ça. Cela signifie que notre alimentation 5V a très peu de bruit entre les extrémités du filament - ce qui est bon en soi. Mais le régulateur n'est pas efficace contre le bruit en mode commun, c-à-d, le bruit des deux extrémités du filament sautant en haut et bas, Et ce bruit modulera le courant d'anode.

This ends up in the conclusion that common-mode noise is an issue, whereas differential-mode noise is not. Efficient common-mode rejection requires, however, radio-frequency techniques, series chokes and shunt capacitors, which would take us on a completely different journey.
Ceci amène à la conclusion que le bruit en mode commun est un problème, alors que le bruit en mode différentiel ne l'est pas. La réjection du mode commun demande cependant des techniques radio-fréquences, selfs de choc et condensateurs shunts, ce qui nous entrainerait dans une aventure complètement différente.

Let us try, in spite of that, to implement a common-mode filter using the components suggested. Although no scientific investigation on its performance has been performed, suffice it to say that the audible results are very encouraging. There is absolutely no hum to hear, even with the ear close to the speaker diaphragm.
Essayons, malgré cela, d'implémenter un filtre de mode commun utilisant les composants suggérés. Bien qu'aucune investigation scientifique sur sa performance n'est été réalisée, il suffit de dire que les résultats audible sont très encourageants. Il n'y a absolument aucun bruit à entendre, même avec l'oreille collée au diaphragme du haut-parleur.

Figure 5 - Filaments power supplies
Figure 5 - Filaments power supplies

Heater and bias supplies / Alimentation des filaments (tube d'entrée) et de la polarisation

Driver heaters / Chauffage du driver

The driver tube are heated with DC. Although it can be argued whether this is really necessary, I chose to use the same kind of heater supply as for the power tube filaments, see Fig. 6.
Les tubes driver sont chauffés en continu. Bien qu'on puise se demander si cela est réellemnt nécessaire, j'ai choisi d'utilser le même type d'alimentation que pour les filaments des tubes de puissance, voir figure 6.

My prototype amplifier uses a dropping resistor in place of the voltage regulator. It works very well and is still in service. To avoid the need to empirically find the correct value for the dropping resistor, however, I decided to include the regulator for subsequent versions of the amplifier. The same supply is used to heat both driver tubes.
Mon prototype utilisait une résistance chutrice au lieu d'un régulateur. Ca fonctionne très bien est c'est toujours en service. Pour éviter le besoin de trouver empiriquement la valeur correcte de cette résistance, j'ai cependant décidé d'inclure un régulateur pour des versions ultérieurs de l'amplificateur. La même alimentation est utilisée pour chauffer les deux tubes driver.

A common-mode filter is included also here. Since the current is much lower than in the power tube filaments, a larger inductance is used.
Un filtre de mode commun est inclus ici aussi. Comme le courant est beaucoup plus faible que pour les filaments des tubes de puissance, une plus grosse self est utilisée

Power tube bias / Polarisation du tube de puissance

As previously mentioned the output tube is controlled using fixed grid bias. The bias voltage supply which is fairly straightforward is also depicted by Fig. 6.
Comme mentionné précédemment le tube de sortie est contrôlé par une polarisation fixe. Le circuit d'alimentation de la tension de polarisation est visible en figure 6.

In order to achieve a very quiet supply, an L-C-R-C filter is used after rectification. The dropping resistor offers an opportunity to adjust the output voltage, although that has proven unnecessary.
Afin de parvenir à une alimentation très silencieuse, un filtre L-C-R-C est utilisé après redressement. Une résistance (NDR : 2,1 kOhms sur le schéma) offre l'opportunité d'ajuster la tension de sortie, bien que cela n'ait pas été nécessaire.

A bleeder resistor is added to ensure that the current through the choke is always higher than its required minimum value. The two adjustable bias voltages are then provided by 15-turn potentiometers.
Une résistance (NDR : 10 kOhms sur le schéma) a été ajoutée pour s'assurer que le courant traversant la self est toujours plus élevé que la valeur minimum requise. Les deux tensions de polarisation sont ajustées au moyen de potentiomètres 15 tours.

Figure 6 - Heater and bias supplies
Figure 6 - Heater and bias supplies


Valid HTML 4.01 Transitional


compteur de site