Audiophile Viet Nam nghe nhạc chất lượng cao

Thời gian gần đây, Nghe Nhin Việt Nam nhận được nhiều thắc mắc, chia sẻ của bạn đọc liên quan đến ampli chạy đèn điện tử.

>> Kết cấu & Nguyên lý của ampli đèn – Phần 2

Trong đó, sự quan tâm của độc giả tập trung vào nguyên lý hoạt động, nguồn khai thác linh kiện chất lượng cao và cách ráp ampli đèn cho âm thanh hay… Chúng tôi sẽ lần lượt giải đáp những vấn đề trên cho bạn đọc. Trong số này, chúng tôi gửi đến bạn đọc những thông tin, kiến thức cơ bản về kết cấu và nguyên lý hoạt động của ampli bóng đèn. Hy vọng, qua bài viết này, những người đang và sẽ sở hữu ampli đèn có thể “sử dụng” thiết bị này hiệu quả hơn.

Có thể coi việc khám phá ampli đèn như hoạt động “khảo cổ” bởi chúng ra đời rất lâu (có lẽ từ Thế chiến thứ I) khi đèn điện tử được sử dụng cho công nghệ phát thanh. Dạng đơn giản nhất của ampli đèn là bộ khuech âm trong các máy thu thanh điện tử. Theo thời gian, với nhu cầu tăng âm trong các không gian lớn, ampli chuyên dụng ra đời với công suất lớn hơn: từ vài chục W đến kW. Khi kỹ thuật bán dẫn phát triển, ampli đèn dần rơi vào quên lãng do kích thước lớn, nặng nề, chi phí cao và hiệu suất thấp. Tuy nhiên, khoảng 10 năm trở lại đây, trào lưu chơi ampli đèn lại được khơi dậy và phát triển mạnh mẽ. Bởi sau thời gian trải nghiệm, các audiophile đều cảm nhận được ở ampli đèn vẻ đẹp của âm thanh rất đặc trưng mà ampli bán dẫn không thể tái hiện.

ĐÈN ĐIỆN TỬ LÀ GÌ?
Đèn điện tử xuất hiện không lâu sau sự ra đời của bóng đèn chiếu sáng chân không do nhu cầu thu phát các dao động điện tử cao tần vào không gian để truyền tin. Kết cấu điển hình của bóng điện tử là 3 cục đặt trong vỏ thủy tinh đã rút không khí (gần) hết ra ngoài. Việc tạo môi trường chân không để các cục không bị oxy hóa khi đèn hoạt động ở nhiệt độ cao và tránh hiện tượng các phân tử khí va chạm với các chùm điện tử chuyển động trong đèn. Cực đầu tiên và quan trọng nhất là catot. Nó phát xạ ra các điện tử chạy qua đèn. Năng lực phát xạ điện tử của catốt được tăng cường nhờ lớp phủ bề mặt làm bằng các hợp chất của họ, nguyên tố gọi là đất hiếm. Ở trạng thái hoạt động, catốt được nung nóng bằng sợi nung điện di chuyển trong lòng cực này. Việc nung nóng có mục đích đã tăng khả năng phát xạ điện tử của cực, khiến các điện tử dễ bút ra. Cực thứ hai là anốt có nhiệm vụ thu gom các điện tử phát ra từ catốt. Để hút các điện tử từ catốt, anốt phải được đặt một điện thế dương so với catốt. Với 2 cực như vậy, khi hoạt động sẽ có dòng điện tử bay qua khoảng chân không trong đèn từ catốt đến anốt. Độ lớn của dòng điện tử phụ thuộc vào độ chênh điện áp anốt – catốt, nhiệt độ nung catốt, chất lượng lớp phủ bề mặt catốt, diện tích bề mặt catốt (và anốt tương ứng). Nếu 3 yếu tố sau đã cố định, thì độ lớn dòng chỉ phụ thuộc vào mức chênh điện áp anốt – catốt.

Trước đây, đèn điện tử 3 cực thường dùng để chỉnh lưu hoặc tách sóng gọi là đèn van. Về bản chất, chỉnh lưu và tách sóng như nhau: khi có điện áp xoay chiều đặt giữa catốt và anốt, đèn sẽ dẫn điện khi điện áp anốt dương so với catốt, đồng thời cho phép cắt đi một bán kỳ của điện xoay chiều. Sự khác nhau là đèn chỉnh lưu chịu áp cao, dòng lớn để có thể dùng chỉnh lưu điện lưới (AC) thành áp một chiều (DC) làm điện áp nguồn DC cho máy, còn tách sóng thì không cần áp cao, dòng lớn bởi nó chỉ dùng để cắt đi một bán kỳ của sóng vô tuyến điều chế biên độ (AM) trong phát thanh nhằm phục hồi âm thanh phát đi. Để cắt triệt để một bán kỳ của sóng, đèn tách sóng phải có điện dung giữa anốt và catốt rất bé nhằm tránh điện xoay chiều cao tần của sóng dẫn chạy qua nó như qua một tụ điện.

Muốn dùng đèn điện tử để khuech đại, cần đưa thêm một cực có vai trò điều khiển gọi là cực lưới G (grid) nằm trong khoảng catốt – anốt, nhưng gần catốt hơn. Cực G không kín như anốt hay catốt mà có dạng lò xo quấn quanh catốt. Do cực G được đặt một điện áp hơi âm so với catốt, nên các điện tử từ catốt phát ra không bám vào nó. Nếu đặt chồng lên áp một chiều ở lưới G một điện áp xoay chiều có biên độ vừa đủ để không bao giờ G dương so với catốt (chỉ biến đổi âm ít hoặc nhiều so với catốt) thì dòng điện tử chạy từ catốt đến anốt sẽ lớn hơn hay nhỏ tùy theo G âm ít hay nhiều so với catốt. Điều đó có nghĩa là điện áp ở G có thể điều khiển độ lớn dòng điện qua đèn tương tự cửa đập có thể điều khiển dòng nước qua đập bằng độ mở của cửa. Công suất để đóng/mở cửa đập nhỏ hơn rất nhiều công suất dòng nuosc. Ở đây có su khuech đại công suất: dùng yếu để điều khiển mạnh. Do điện áp luôn âm so với catốt, nên cực G không bị “dính” điện tử. Sự điều khiển dòng qua đèn điện tử là điều khiển bằng áp, trong khi điều khiển dòng qua transistor lưỡng cực là điều khiển bằng dòng.

Nhiều loại đèn điện tử có số cực lớn hơn 3. Các cực thêm vào không phục vụ cho cơ chế khuếch đại mà nâng cao tính năng đèn cho mục đích cụ thể nào đó như: tần số làm việc hiệu suất của đèn…

KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU ĐIỆN VÙNG TẦN SỐ ÂM THANH BẰNG ĐÈN ĐIỆN TỬ
Bất kỳ bộ khuếch đại âm thanh nào cũng gồm 2 phần: phần khuếch đại và phần tiền khuếch. Phần tiền khuếch đại có vai trò nâng mức tín hiệu vào từ khá nhỏ đến đủ lớn để điều khiển tầng khuếch đại công suất. Yêu cầu quan trọng nhất của tầng tiền khuếch đại là tạp âm riêng phải rất nhỏ. Sở dĩ phải như vậy là do tín hiệu âm thanh đi vào tầng này rất nhỏ. Nếu tạp âm riêng của tầng gần cùng cỡ với nó thì chúng sẽ cùng được khuếch đại  ở các tầng sau và khi phát ra loa tạp âm sẽ lộ rõ. Phần khuếch đại công suất có vai trò biến tín hiệu âm thanh thành đủ mạnh và phù hợp cho việc đặt công suất vào tải. Nói thật đúng thì tầng công suất âm thanh phải gần đạt yêu cầu của nguồn áp âm thanh.

TIỀN KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦN
Do tầng công suất cũng dùng đèn điện tử, điều khiển bằng áp nên tầng tiền khuếch đại điện áp. Có thể hiểu, tầng khuếch áp là tầng khuếch đại tín hiệu có điện áp nhỏ ở đầu vào và trở thành tín hiệu điện áp lớn ở đầu ra khi tải nối vào đầu ra (hầu như) không lấy dòng điện từ nó. Nếu tải ở đầu ra lấy dòng, thì điện áp ra bị giảm rất nhiều, gần như đoản mạch, tức là tầng chỉ có thể cấp áp mà không thể cấp dòng. Như vậy, tầng khuếch đại tín hiệu áp rồi đặt vào tầng công suất dùng đèn điện tử. Do cửa vào của tầng công suất chính là tuyến lưới G – catốt, mà qua lưới G không có dòng điện do các điện tử phát ra từ catốt không bao giờ bám vào lưới G. Lưới G đã điều khiển dòng qua đèn bằng điện trường thuần túy.

Ở Liên Xô (trước đây), các đèn dùng làm tiền khuếch đại âm tần thường la 6H1 hay 6H2. Đó là đèn 3 cực chân không với dòng qua đèn nhỏ, nhưng hệ số khuếch đại lớn do kết cấu đèn có tác dụng làm điện trường gây ra bởi cực lưới G ảnh hưởng mạnh đến độ lớn dòng qua đèn. Thêm nữa, vì trở thuần catốt – anốt rất lớn nên có thể đấu nối tiếp với đèn vào cực anốt một điện trở lớn đến hàng trăm hoặc hàng nghìn kohm rồi đấu lên dương nguồn mà anốt vẫn đủ dương nhiều so với catốt để hút điện tử về nó. Điện áp sau khuếch đại chính là thành phần xoay chiều rơi trên điện trở này. Giả sử điện trở anốt là 220kohm, mức biến động dòng qua đèn (tức thành phần xoay chiều) cỡ 0.1 mA, thì mức biến động áp trên anốt đèn là 220*0.1= 22 (V). Như vậy, chỉ với biến động nhỏ của dòng đã lấy ra được biến động lớn về áp để đặt vào cực G tầng sau. Để tách riêng phần biến động của áp, người ta thực hiện nối tầng bằng tụ điện. Vì tầng sau có trở kháng vào cực lớn, nên giá trị tụ nối tầng chỉ cần vài chục nF vẫn không cắt tần số trầm của âm. Lưu ý rằng: hầu hết đèn điện tử 3 cực tiền khuếch đại của Liên Xô (trước đây) hay của Châu Âu, Mỹ là đèn kép (2 đèn trong một vỏ), do đó chỉ cần một đèn (kép) là đủ cho phần tiền khuếch đại.

Để giảm tạp âm riêng của đèn do sự chuyển động hỗn loạn của điện tử gây ra, người ta nung nóng catốt đèn chỉ với nhiệt độ vừa đủ hỗ trợ phát xạ, không nung nóng quá mức để gây ra sự tăng cao động năng nhiệt của điện tử.

Để chống nhiễu triệt để, ngoài các dây tín hiệu ở tầng này phải bọc kim kỹ thì bóng đèn cũng phải nằm trong chụp kim loại chống nhiễu. Sở dĩ thiết kế như vậy là do các bộ khuếch đại điều khiển bằng điện áp rất nhạy với nhiễu trường.

TẦNG KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT
Tầng này chịu tải ra loa nên phải có khả năng cấp dòng đủ cho loa hoạt động, dòng cấp có thể tới cỡ ampe. Muốn có dòng đủ lớn qua loa, cần đặt vào nó điện áp âm tần đủ lớn. Như vậy tầng khuếch đại điện áp, vừa có khả năng cấp dòng. Catốt của những bóng công suất có khả năng phát xạ nhiều điện tử hơn (diện tích bề mặt lớn, chất phủ catốt thích hợp, công suất nung lớn hơn) như 6P14 của Liên Xô (trước đây)… Tuy nhiên, dù đã tăng cường khả năng phát xạ của Catốt, thì rất ít đèn điện tử công suất dùng trong khuếch đại âm tần có thể có dòng qua đèn lớn tới cỡ ampe, vì vậy không thể đấu loa trực tiếp vào đèn mà phải qua biến áp.

Chẳng hạn: loa có trở kháng 8 ohm, cần cho ra 8W, dòng qua loa phải là SQR(8/8) = 1(A) và điện áp âm tần trên loa phải là 8V. Giả sử cuộn sơ cấp của loa nối vào mạch Anốt của đèn, khi khuếch đại dòng qua đèn, sẽ tăng giảm quanh giá trị ban đầu đó. Để có 8V ở phía thứ cấp ra loa, phía sơ cấp phải có biến đổi điện áp 160V và hệ số giảm áp của biến áp là 20, tức số vòng của cuộn sơ cấp phải gấp 20 lần số vòng của cuộn thứ cấp. Nhưng giá trị cụ thể số vòng là bao nhiêu lại tùy thuộc chất liệu của lõi và diện tích của lõi biến áp, để khi đèn làm việc biến đổi dòng trên cuộn sơ cấp là 1(A)/20 = 50(mA), tức ở mức dòng mà đèn điện tử công suất (nhỏ) có thể phát xạ. Việc đưa biến thế vào để lấy công suất ra loa gọi là phối hợp trở kháng.

Theo Nghe Nhìn Việt Nam