Усилитель ламповый

Какова причина написания статьи? Возможно это моё излишнее сердобольное желание объяснить телезрителям то, чего они слушать не хотят. Следовательно — это пустая затея. Однако желание написать этот текст существует, поэтому строчки будут написаны. И если нескольким людям эта писанина пригодится, то уже хорошо. В статье есть рациональные сведения для новичков и здравый смысл присутствует.

Вначале напишу несколько житейских наблюдений. Возникновение темы построения и темы специфического звучания ламповых усилителей в 21 веке мною было воспринято как анекдот. Более 40 лет назад ко мне пришел первый опыт конструирования этого чуда. И с тех пор значительно расширен кругозор, освоено новое знание, получена квалификация, накоплены умения и опыт. Однако всеобщий интерес оказался заразительной штукой. Поэтому окунаясь в эту тему на новом жизненном витке могу лишь заключить, это стало мне интересно. Природа интереса скорее в экзотике, скорее в удивительном зрелище, в большом тепловыделении оживающего стекла. Отдавая себе отчёт, в том, что тема эта надуманная, и напичкана она в основном маркетинговыми ходами, для расширения продаж, тем не менее я взялся за постройку серии усилителей, фотографии образцов которых позднее будут размещены на этом сайте. В том числе и для продажи. Довольно неожиданным для меня оказался факт, что пара усилителей из представленных на сайте уже продана, а на некоторые из оставшихся образцов усилителей уже получена предоплата, осталось найти время для завершающих штрихов по отделке.

Смею уверить, внешний вид моих самоделок будет выше среднего и любителям эстетики будет на что посмотреть. Мои образцы конечно не блещут фабричными формами изготовления, однако сделаны они со вкусом, в единой манере. Учитывая кустарный характер производства, и копеечную себестоимость железок, стекляшек и деревяшек они всё же заслуживают внимания. Изначально я ориентировался на поиск схемных решений для построения достаточно мощных усилителей. А поскольку звуковые мощности 25-120 ватт обеспечивают преимущественно двухтактные схемы, здесь вообще не будет однотактной схемотехники. Ценников демократичных здесь тоже не будет. Практически все цены начинаются от 30k. Пример показан ниже.

Убеждён, однотактная схемотехника — это простовато. Подмагничивание постоянным током заставляет снижать эффективность выходного трансформатора, бороться с насыщением, увеличивать массу и габариты «железа». Далее начинается борьба с чётными гармониками и прочий гемморой, называемый преодолением трудностей. Уважаю людей творческих, у кого в мозгу удивительное заблуждение, особого качества звучания однотактных схем. Это примерно как ходить с одним яичком в убеждении, что это естественно и красиво. Дешевизна однотактных конструкций подкупает. Видимо идея получить из полукомплекта деталей, достойный усилитель захватывает многих. Фанатики пусть хоть из золота мотают однотактные трансформаторы, смысла в этом мало. Солидарен с позицией Юрия Игнатенко и других здравомыслящих людей по поводу лидерства двухтактных усилителей.

Наблюдение и оценка распространенности схемотехники ламповых усилителей в сети подтвердили мое первоначальное предположение, что однотактные схемы — это отстой. Везде и всюду на поверхности Интернета лежат однотактные ламповые схемы. Каких только SE-монстров любители «качественного» звука не придумали! Причем, как дешёвого исполнения, так и самого дорогого. Однако всё, что валяется под ногами я склонен отнести скорее к мусору. Драгоценности под ногами не валяются.

Совсем наоборот обстоит дело в отношении законченных и лаконичных двухтактных схем. По запросу на конкретные типы ламп найти не удаётся практически ничего. Несколько ссылок уводят на форумы, где царит словоблудие, а все схемы закрыты от доступа. Только после регистрации (иногда платной) доступ на форум возможен и схемы бывают читаемы. Нужно заметить, что схемотехника ламп не отличается разнообразием. Это объективный факт, поскольку усложнение схемы неизбежно приводит к усложнению выходного трансформатора. Выходной трансформатор и есть «камень преткновения» ламповой схемотехники. Типовые схемы на сайтах конечно же есть. Но как только в схему внесена «штучка», этой схеме сразу присваивают имя собственное. Иногда доработки стоящие, а иногда — шелуха. Обращаю внимание телезрителя на принципиальную важность выделенного текста. Если вам попадается материал, где изложение начинают с выбора ламп, с рассуждений об особенностях звучания конкретных ламп, просто выбросьте заметку на помойку, даже если это заметка моя. Указанное изложение имеет сокрытую информацию, может содержать ложь или преследует лукавую цель. Либо автор просто не совсем компетентен. Обыкновенная логика подсказывает, что построение лампового усилителя начинают с выбора выходного трансформатора, либо с удачной находки готового или купленного трансформатора (пары трансформаторов). Будьте внимательнее, определяющим фактором выступает бюджет проекта. Хороший трансформатор может слопать 80% всего бюджета усилителя. Именно под фиксированные параметры трансформатора выбирают лампы. Под низкоомную нагрузку применяют триоды, под высокоомную — пентоды или тетроды. Здесь размышления снова упираются в бюджет или глупую влюблённость (если мозг уже поражён «аудиофильской» бациллой от гуру или другого «авторитета»). Гоняться за стеклянными баллонам с иностранными буковками и платить за них бешенные деньги такая же глупость, как покупать мотор от Роллс-Ройса для собственного Москвича во дворе. Ценник на импортный вакуум с рекламными примочками неразумный. А совдеп-вакуум чаще всего ничем зарубежным стекляшкам не уступает. В этой теме больше понтов, чем здравого смысла.

Бестрансформаторные схемы я пока вовсе не рассматриваю, поскольку есть опасность поражения электротоком в отсутствии гальванической развязки с сетью.

Сокрытие даже известной схемотехники, а также незаметная подмена ценностей и приоритетов, на мой взгляд, является прямым следствием того, что двухтактные схемы имеют коммерческий потенциал. Это обыкновенные манипуляции сознанием. А раз так, то никакие смягчающие обстоятельства не могут ослабить хватку сетевых коммерсантов, которые любыми путями постараются превратить информацию в монету. На плаву же болтается шлак, вроде однотактной схемотехники. Вместе с ней следует куча словестного мусора от наивного телезрителя или лукавого администратора. Вместо признания, что однотакные схемы предназначены для начинающих радиолюбителей, идет распускание слюней по поводу особо тонкого качества звука, воспроизводимого однотактными пукалками. А по сути однотактные SE-схемы годятся для пацанов, а также для престарелых пацанов, которые так и не повзрослели. Сказанное вовсе не означает, что в сети невозможно найти ничего путного. Древние двухтактные схемы иногда встречаются. Однако лодырю старые журналы Радио из библиотеки конечно же невдомёк. Кроме того, давние технические решения зачастую уже морально устарели. А используемые трансформаторы иногда озадачивают сложностью и трудоемкость изготовления. Большинство же радиолюбительского народа интересуют готовые схемы с известными номиналами, чтобы не нужно было думать. А такие решения для распространённого железа и сравнительно простой элементной базы опытные авторы не показывают.

В этом отношении у меня нет иллюзий. Автору свойственно охранять схемные решения, дающие хороший результат за небольшие деньги. Это нормально для человеческого общества. Человек зачастую не задумываясь крадет чужое, он так устроен. Проблема здесь в ментальности обывателя-совка и вороватости человека вообще. Кстати ламповая схемотехника не так сложна, как транзисторная, и рассчитать элементарные узлы довольно просто. А в ходе макетирования допущенные ошибки будут поправлены безо всякого опасения спалить материальную часть. Лампы сами по себе — дубовые и спалить их довольно сложно, это не транзисторы с микросхемами. С лампами можно много экспериментировать, регулировать и настраивать без опасения повреждений. Но люди справедливо рассуждают, что «тяпуть» готовое всё равно проще.

Про трансформаторы выходные у меня есть что сказать, и про типовые и про рукопашные. Однако тему эту детализировать пока не хочу. Возможно позднее, некоторые секреты станут более доступными, тогда они будут преданы огласке. Мои двухтактные усилители, нередко построены с параллельным включением выходных ламп. Иногда применяются 3-4 штуки в плече впараллель, но это уже экстрим. Ниже по ходу изложения показаны случайные фотографии, на примере которых можно понять, где есть рациональное зерно, и в какой момент чувство меры оказывается выключенным и начинаются излишества. Перечислю основные названия ламп, интересных для меня в настоящее время. Это 6п3с, 6п6с, 6п13с, 6П44С, ГУ-50, ГИ-30, Г807, 6п18п, 6н13с, 6С19П, 6С41С, 6С33С, ГМ70, ГУ13, ГК71, ГУ80 и некоторые другие. Мелкие прямонакальные лампы я пока не рассматриваю. Для многих типов ламп у меня разработаны собственные или адаптированы уже известные схемные решения. В железе реализовано еще не всё, поскольку просто не хватает времени. Изготовлены и опробованы 4 комплекта оконечных стереоусилителей. На подходе еще 4 комплекта.

Определенные интерес представляет направление модификации схемотехники цепей питания ламповых усилителей в область применения импульсных источников. Для накала такое питание приемлемо однозначно. Есть смысл пробовать применять импульсное питания и для анодных цепей. При этом очень существенно меняются условия экранирования лампочек, а также силовых и сигнальных цепей. Фильтры цепей питания тоже можно делать электронными. Интересно применение разных полупроводниковых штучек в цепях смещения и обратных связей. Однако это дело вкуса. Если вы упали от этих слов в обморок, то это не моя проблема. Читайте статью Александра Торреса про усь на лампах 6С33С. Торресу удалось пострить неплохой однотактный усилитель, но двухтактный у него получился бы лучше. А в статье той достаточно сарказма, хотя и излишне культурного.

Ни предубеждений, ни особых предпочтений у меня здесь нет. В ламповой технике важны только конкретные расчетные и измеренные параметры, безопасность, а также цена. Принципиальным соображением следует считать необходимость точной настройки режимов ламп по приборам. Важны только минимальные искажения при максимальной мощности. Наплевать на ощущения аудифилов и любителей настройки на слух. Пусть они руководствуются своими соображениями и рассуждают как «играет» та или иная лампочка. Дуракам придется сообщать, что они такие. Применять можно любые технические или схемные решения при наличии точного обоснования их назначения и достоинства. Например можно применять импульсные источники питания, их достоинства несомненны. Отличные массогабаритные показатели, небольшое тепловыделение, высокая стабильность. Однако есть помехи, вот их и нужно тщательно давить. В ламповой технике применять возможно всё.

В качестве альтернативы импульсным источникам иногда можно ставить в блок питания анодные трансформаторы, хорошего качества, с небольшим рассеянием и мелким током холостого хода. Тороидальные силовые трансформаторы также возможно применять, если позволяет бюджет конкретного проекта. В качестве выходных двухтактных трансформаторов следует применять стержневые трансформаторы на ленточных ПЛ-сердечниках. Это обусловлено их высокой симметрией. Готовые трансформаторы из серий ТС, ТАН, ТН, ТП, ТПП и др. могут быть рассмотрены как вариант выходного трансформатора для применения с распространёнными лапочками, но нужно предварительно просчитать, а далее подбирать. Иногда для собственного удовольствия можно намотать пару выходных трансформаторов на готовых ТС-каркасах или Ш-образном железе, но в этом случае нужно ориентироваться уже на конкретные лампы, на заданное сопротивление в аноде. Определенного внимания заслуживает применение дифференциального включения броневых трансформаторов в двухтактных схемах. Однако дифференциальная схемотехника имеет очень серьёзные подводные камни в виде трудности подбора дифференциальной пары. Очевидной, проблема практической несимметрии станет тогда, когда человек разберется в простоте схемных решений для дифференциального включения. Трудности возникнут тогда, когда человек начнёт практически заниматься вопросом комплектования проекта усилителя железом.

Ниже для примера показаны картинки усилителей из интернета. На мой взгляд, можно считать оправданным применение в усилителе сдвоенных ламп, в случае необходимости повышения мощности двухтактного каскада. Наверное даже 3-4 штуки можно запареллелить. Но лучшим, более эффективным и более рациональным решением будет пререход на следующий габарит стеклянных баллонов, с увеличением уровня анодного напряжения. Не очень удачная идея строить грузоподъёмный БЕЛАЗ или быстроходный БУГАТТИ из большого числа моторчиков от ВАЗ 2101.

Очень сомнительной и довольно дорогой затеей является применение параллельного включения десятка ламп. Окружающая среда весьма разнообразна, поэтому аномалии в природе встречаются, и отнестись к этому нужно уважительно и с пониманием.

Поскольку однотактные схемы — говнище (мопед в сравнении с автомобилем) следовательно наибольшее, что позволительно, — сказать про ЭТО пару слов. Обучалки и ликбез схемотехники можно освоить по журналам радио и пособиям для начинающих. В практической работе тратить на это время нельзя. В отношении двухтактных схем нужно понимать, что наиболее важным узлом является выходной трансформатор. Если это рукопашное изделие, то сердечник лучше использовать Ш-образный. Если типовое, без переделки — то склоняюсь к мысли, что стержневые трансформаторы в ламповых схемах применять ловчее. Использование дифференциальной схемотехники отчасти снимает головную боль обеспечения надлежащего качества УМЗЧ. Однако возникает другая проблема — поиска двух пар симметричных выходных трансформаторов. Массогабаритные показатели дифференциальных конструкций зачастую получаются пугающими. Кроме того, применение типовых корпусов становится затруднительным, да и дешевизной построения усилителя при удвоенном количестве трансформаторов «не пахнет».

Импортные выходные трансформаторы, как и зарубежный вакуум, применять не следует. Ценник на них неразумный и ничем не обоснован. Только крайняя необходимость может послужить основанием для применения фирмовых изделий. Лучше обратиться к отечественным компаниям. Хорошие выходники есть в продаже, но дороговато.

Среди моих приятелей есть персоны, у которых сформировано устойчивое представление о нормальности концепции конструирования и применения однотактных усилителей. Мощности в 3 ватта им вполне достаточно, остальное компенсируется галюцинациями. Акустика типа высокочувствительная. Ну да и флаг им в руки. Важно здесь простое обстоятельство. Некоторая часть населения получает от звуков середины частотного диапазона удовольствие. И это пожалуй главное. Вот и пусть получают удовольствие, раз их мозги и уши так заточены. Возможно позднее у меня хватит времени, чтобы показать некоторые приёмы борьбы со сложностями, создаваемыми однотактными схемами. А нагромождение словестного бреда о тонкости и изяществе однотактного звука, а также особости (накатывании волной, широкой сцене, прозрачности, звонкости, вкусности и т.п.) пусть останется внутри их субъективного восприятия. Количественной оценки нужной совокупности разных компонент качества звука во взвеси перечисленных эпитетов люди почти всегда указать не в состоянии.

Среди населения есть немногочисленные индивиды, которые до старости готовы ходить в походы, сидеть у костра, вспоминая юность и тепло от коленки 16-летней подружки, петь жалостные песни под гитару. Это хорошие люди со специфическим мировозрением. Хорошо при этом, если у них есть благоустроенное место, в которое они смогут отнести дряхлеющую задницу по мере её старения. Хуже, если такого нету, а в качестве пристанища их ждёт общага или приют. Нередко такие граждане не смогли научиться управлять в своей жизни ничем более существенным, чем мопед или велосипед. Совершенно аналогично можно оценить привязанность столь же специфической части населения к однотактным усилителям. Эта привязанность зафиксирована на подкорке. Прошивка выполнена с применением какого-нибудь НЛП-фактора или авторитета. И это вовсе не плохо, это факт, это явление существует. Автомобили ВАЗ вполне пригодны для жизни. Поэтому не нужно расценивать моё изложение, как агрессию. Лучше попытаться услышать и понять подобие. Ведь даже дилетанту понятно, что Гранта лучше «копейки», а Ларгус полезнее, чем ВАЗ2104. Выходит, что более фундаментальным здесь является простое отсутствие личностного роста. И если удастся догадаться об этом, то можно делать вывод. Коль скоро стареющего человека такое устраивает, то молодым людям станет понятнее, на что стоит тратить драгоценное, уходящее от них ежеминутно время их жизни.

Евгений Бортник, июнь 2014, Красноярск, Россия

  • Главная страница
  • Усилители
  • Транзисторы или лампы?

Современный транзистор

Современная лампа

За всю историю создания усилителей мощности звуковой частоты разработано огромное количество схемотехнических решений.

Как показывает практика, транзисторные усилители при их правильном использовании по объективным техническим характеристикам значительно превосходят ламповые. Тем не менее, многие специалисты отдают предпочтение ламповым усилителям, несмотря на их заоблачную стоимость.

Принято считать, что ламповый усилитель имеет более правильное звучание, характеризуемое терминами «прозрачность», «четкость», «детальность» и т.д. Строго говоря, такое мнение не совсем субъективно.

Чтобы предугадать разницу в звучании ламповых и транзисторных усилителей необходимо рассмотреть на физическом уровне различия между транзисторами и лампами.

Показатели Лампа — триод Полевой транзистор Биполярный транзистор
Тип проводимости Электронная(через вакуум) Электронная или дырочная (через канал в кристалле кремния) Электронная или дырочная (через 2 барьера: эмиттер – база и база — коллектор)
Входная нелинейность Отсутствует Отсутствует на НЧ Пропорциональна величине тока коллектора и обусловлена нелинейностью ВАХ база — эмиттер
Выходная нелинейность Пропорциональна корню третей степени из величины тока анода Пропорциональна квадратному корню величины тока стока Пропорциональна величине тока коллектора
Термочувствительность Отсутствует Ток стока и крутизна зависят от мгновенной температуры кристалла Ток коллектора и коэффициент усиления по току зависят от мгновенной температуры кристалла
Выходное сопротивление В два раза меньше сопротивления нагрузки Как правило, больше сопротивления нагрузки Больше сопротивления нагрузки

Биполярный транзистор отличается от лампы термочувствительностью основных параметров, большей нелинейностью входных и выходных характеристик. Кроме этого, лампа превосходит транзистор удобством согласования своего внутреннего сопротивления с сопротивлением громкоговорителя. Полевой транзистор занимает среднее положение между биполярным транзистором и лампой-триодом.

На первый взгляд, в качестве усилительных элементов, предпочтительнее использовать лампы. Несмотря на кажущуюся очевидность, такое решение не является взвешенным.

На помощь транзисторам приходит схемотехническая хитрость – «отрицательная обратная связь» (ООС). Практически все усилители мощности охвачены местными и общими обратными связями. Они линеаризуют усилитель, уменьшают его выходное сопротивление, расширяют диапазон частот, делают его работу стабильной и независимой от колебаний температуры кристаллов. В итоге, транзисторные усилители обладают великолепными техническими характеристиками. Кроме того, применение биполярных и полевых транзисторов обеспечивает более высокий КПД, массогабаритные показатели и, что немало важно, существенно меньшую стоимость.

Однако не стоит забывать, что в каждом явлении имеются как положительные, так и отрицательные стороны. Интермодуляционные искажения в выходном сигнале, его размывание по времени и разрушение «фазовой картины» – плата за использование отрицательной обратной связи. Присутствие в музыкальном сигнале даже небольших по величине продуктов интермодуляции высших порядков вызывает у слушателя ощущение «металличности», «жесткости». Чаще всего такое звучание характеризуют как ненатуральное. Обилие реактивностей в усилительных каскадах приводит к «многопутевому» распространению сигнала и фазовой деструктуризации.

Размывание сигнала вызвано тем, что через цепь обратной связи он многократно возвращается на вход усилительного каскада. В результате, на выходе, помимо самого сигнала, появляется множество откликов задержанных по времени и смещенных по фазе. Время размывания сигнала для общей обратной связи может достигать 100мс и более. В итоге, наиболее заметным последствием действия на звук общей ООС является ухудшение динамики и ослабление энергичности музыкального звучания.

Необходимо отметить, что в транзисторном усилителе без ООС не обойтись, так как для того чтобы обеспечить даже скромные значения нелинейных искажений и приемлемое выходное сопротивление, усилитель на транзисторах должен иметь, как минимум, глубокие местные ООС. Местные ООС лучше чем общие ведут себя на звуке, и обеспечивают меньшие по величине задержки и более короткий период размывания сигнала. Применение качественных «звуковых» транзисторов позволяет отказаться от общей ООС и получить от усилителя «четкость», «прозрачность», «динамичность» и «энергичность» воспроизведения.

Современные ламповые и транзисторные усилители

Ламповые усилители мощности с ООС, по изложенным выше причинам, практически не используются. Тем не менее, и в них есть элемент, ухудшающий качество звучания – выходной трансформатор, который предназначен для согласования выходного сопротивления усилителя и сопротивления нагрузки. Но вред от ООС оказывается большим, чем от применения выходного трансформатора.

Причина «натурального» звучания лампового усилителя заключается в его «гениальной» простоте. При этом его стоимость может достигать нескольких сотен тысяч долларов. В силу высокой стоимости, низкого КПД и низкой выходной мощности ламповые усилители звуковой частоты сегодня интересны только истинным ценителям музыки и занимают почетное место только среди прочего Hi-End оборудования в звуковых студиях. А транзисторные усилители широко используются, поскольку имеют высокую надежность, большую выходную мощность и удобство в эксплуатации.

В настоящее время ведущими производителями усилителей мощности звуковой частоты по праву считаются Pass Labs, Unison Research, McIntosh, Accuphase, Denon, NAD, Marantz, Pioneer, Yamaha, Arcam и др.

В ряде статей на страницах журналов, посвященных аудиотехнике, часто обсуждается вопрос: что для усилителей лучше — лампы или транзисторы? При этом описываются как конструкции ламповых (в которых и выпрямители иногда выполнены на кенотронах), так и транзисторных УМЗЧ. Редакция решила познакомить читателей с кратким описанием особенностей комбинированного УМЗЧ, выполненного на усилительных приборах разных поколений: лампах, транзисторах, интегральных микросхемах.

Параметры комбинированного усилителя весьма необычны для ламповых УМЗЧ. Достаточно указать, что для двухтактного трансформаторного УМЗЧ на двух выходных пентодах EL84 достигнута выходная мощность 32 Вт с полосой полной мощности 5…55 000 Гц (на уровне -3 дБ). Коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц при выходной мощности 20 Вт не превышает 0,07%. Выходное сопротивление усилителя составляет 0,6 Ом. Каким же образом достигнуты такие параметры, если устройство (рис. 1) содержит, кроме выходных ламп, лишь два высоковольтных транзистора и пару операционных усилителей?

В отличие от транзисторных усилителей мощности, ламповым УМЗЧ необходим выходной согласующий трансформатор, оптимизирующий нагрузочную характеристику ламп для получения максимальной выходной мощности. При этом сопротивление громкоговорителя трансформируется в нагрузочное сопротивление ламп.

Применение трансформатора неизбежно ограничивает полосу эффективно усиливаемых частот, причем низкочастотная граница АЧХ обусловлена фильтром ВЧ, образованным выходным сопротивлением ламп каскада и индуктивностью первичной обмотки, шунтирующей нагрузку. Высокочастотная граница определена фильтром НЧ, состоящим из того же выходного сопротивления и паразитной индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток, что также приводит к уменьшению сигналов в нагрузке. Следовательно, чем меньше выходное сопротивление ламп каскада, тем шире диапазон пропускаемых частот сигнала.

Отрицательная обратная связь (ООС), применяемая для уменьшения гармонических и частотных искажений как ламп, так и трансформаторов, в таких каскадах имеет ограниченное применение из-за сложной фазовой характеристики трансформатора. Фазовые сдвиги, образуемые его паразитными индуктивностями рассеяния и емкостями обмоток, а отчасти и проходной емкостью самих ламп, приводят к тому, что на высоких частотах связь становится положительной и возникает ухудшение параметров или даже самовозбуждение. Для получения широкой полосы частот, кроме применения высококачественного трансформатора, необходимо снизить выходное сопротивление ламп. Этого можно достичь параллельным включением ламп, использованием ламповых триодов (или многосеточных ламп, включенных триодом). Применение ламп в режиме катодного повторителя очень не экономично ввиду низкого коэффициента передачи по напряжению (меньше единицы).

Оптимальным путем снижения выходного сопротивления ламп является применение в каскаде параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, образующей источник напряжения, управляемый током (в отечественной литературе используется аббревиатура ИНУТ — ред.), а в качестве источника сигнала для него целесообразно применять эффективный в этом режиме транзисторный каскад в виде источника тока, управляемого напряжением (ИТУН). Таким устройством является каскад на транзисторе (Tri, Tr2), управляемый операционным усилителем (A1, А2) с охватом их общей последовательной обратной связью по току. В результате без общей обратной связи получена высокая линейность и значительно снижено выходное сопротивление ламп: приведенное к вторичной обмотке, оно составляет 0,6 Ом! Противофазность управления двухтактного лампового каскада достигается использованием сигнала обратной связи для возбуждения другого плеча усилителя, выполненного с инверсией фазы сигнала.

Благодаря полной симметрии плеч усилитель малочувствителен к пульсациям питающих напряжений, поэтому ОУ питаются от однополупериодных выпрямителей: схема блока питания усилителя показана на рис. 2. Здесь напряжение для этих выпрямителей (D1C7, D2C8) получают от двух шестивольтовых обмоток трансформатора питания для ламповой аппаратуры. Анодная обмотка этого трансформатора должна обеспечивать напояжение около 280 В.

В конструкции УМЗЧ использован согласующий выходной трансформатор с коэффициентом трансформации 20:1, индуктивность его первичной обмотки не менее 8 Гн при индуктивности рассеяния не более 10 мГн. Допустимые отклонения номиналов резисторов — не более ±1%, мощность резисторов, если она не обозначена на схеме, — 0,5 Вт.

По материалам журнала «Electronics Word + Wireless Word», 1995,№ 10, p. 856

Примечание редакции. В этом комбинированном УМЗЧ, как и во многих транзисторных усилителях, выходной каскад охвачен достаточно глубокой обратной связью по напряжению, поэтому при перегрузке выходного каскада отсечка сигнала сравнительно резкая, она дает гармоники более высокого порядка, чем в ламповых усилителях без обратной связи. Кроме того, если при перегрузке появляется сеточный ток лампы выходного каскада, он приводит к перезарядке разделительного конденсатора (C1, С2) в цепи сетки и, следовательно, к динамической нелинейности. Лучшими решениями этой проблемы могут быть исключение разделительного конденсатора и обеспечение режима лампы по постоянному току соответствующим смещением рабочих напряжений транзисторной части усилителя.

Недостатком предложенного варианта схемы является применение оксидного конденсатора, которому необходимо поляризующее напряжение. В этом случае поляризация достигается разделением сопротивления резистора R11 на две половины и встречно-последовательным включением (с общим минусом) двух одинаковых конденсаторов удвоенной емкости (С4) с подсоединением этой общей обкладки к шине питания -Ve через резистор сопротивлением несколько сотен килоом.

В конструкции УМЗЧ можно использовать отечественные элементы: лампы 6П14П, диоды КД226Г, КД226Д (для моста BR1), конденсаторы C1, С2 — К73-17, К78-2, С3, С4 — К50-16, К50-35 или оксидно-полупроводниковые (для С4 — например. К53-18). Транзисторы 2SC2547E заменимы на КТ605А, КТ605Б. КТ604, КТ969. Микросхемы ОУ TL072 допустимо заменить отечественными К140УД25, К140УД26, К140УД18, К544УД1 с любым буквенным индском.

Резисторы — МЛТ соответствующей мощности. Из-за значительной величины напряжения на резисторах R7, R8 сопротивление 220 кОм получают последовательным соединением двух резисторов сопротивлением по 110 кОм (МЛТ-0,5).

История

Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересуют лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.

Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год

Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.

В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.

Строение триода

С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.

Принцип работы

Все вышеупомянутые типы ламп в том или ином виде нашли применение в аудиотехнике. При этом пытливые умы аудиоинженеров постоянно искали пути наиболее эффективного их использования. Довольно быстро они пришли к выводу, что место включения экранирующей сетки пентода в схему усилителя — это инструмент, с помощью которого можно принципиально изменить режим его работы. При подключении сетки к катоду мы имеем классический пентодный режим, если же переключить сетку на анод — пентод начинает работать в режиме триода. Это позволяет объединить два типа усилителя в одном с возможностью смены режима с помощью простого переключателя.

Так работает тетрод

Но и этим дело не ограничилось. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили подключать сетку пентода совершенно иным способом: к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Такое подключение является чем-то средним между чистым триодным и чистым пентодным включением, давая возможность комбинировать свойства обоих режимов.

Таким образом, с режимами ламп произошла та же история, что и с классами усиления, когда вслед за «чистыми» классами А и В появился комбинированный класс АВ, сочетающий сильные стороны двух предыдущих.

Обозначение разных типов ламп по ГОСТу

В том, что касается сочетания режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться произвольным образом, что приводит к изрядной путанице и даже жарким спорам в рядах неофитов. Не добавляет ясности и тот факт, что разработчики ламповых усилителей в большинстве случаев указывают не класс усилителя, а принцип схемотехники: однотактный — SE (Single Ended) или двухтактный — PP (Push-Pull). В итоге, пентоды и тетроды нередко ассоциируют исключительно с классом АВ и двухтактной схемой в целом, а триод, напротив, считают синонимом класса А и сугубо однотактного включения. На самом же деле, ни что не препятствует переключить усилитель, работающий в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, а на паре триодов можно собрать двухтактный усилитель, работающий в классе В или АВ.

Предпосылкой к неверным ассоциациям является частота использования тех или иных режимов в различных классах усиления. Триоды чаще используют в однотактных схемах и классе А. В свою очередь, пентоды и тетроды лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим — реальная опция, встречающаяся на усилителях, работающих в классе АВ, и не имеющая ровным счетом никакого отношения к классу А.

Плюсы

Традиционный триодный режим работы лампы имеет как минимум одно значимое преимущество: способность работать без обратной связи. Пентодный режим имеет свои плюсы: большую линейность работы и возможность достигать более высокой мощности. Ультралинейный режим дает возможность отказаться от общей обратной связи и при этом сохранить мощность, близкую к пентодному включению. При этом триод при прочих равных обходит оба варианта по уровню собственного шума лампы.

Минусы

Слабые места одних режимов ламп вполне закономерно можно обнаружить там, где проявляются сильные места других. Триодный режим имеет меньший КПД и меньшую линейность, хуже переносит динамические нагрузки. Пентодный и ультралинейный режимы проигрывают по уровню шумов, к тому же на практике оказываются более зависимы от качества выходных трансформаторов. Пентодный усилитель невозможен без общей обратной связи, и она может понадобиться в некоторых вариантах ультралинейного режима.

Особенности

С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.

Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.

Практика

Ламповая схемотехника — дело тонкое, поэтому большинство производителей упражняются в совершенствовании какого-то одного сочетания режима работы ламп и класса усиления. Стремление разработчиков получать идеальный (согласно их представлениям) звук и следующий за этим отказ от любых альтернативных способов включения ламп вполне понятны, но при поиске испытуемого наша задача состояла как раз в обратном: иметь возможность сравнить один и тот же набор ламп как минимум в двух вариантах включения.

Это существенно сократило выбор кандидатов, однако, подходящий вариант был найден. Им стал Cayin CS-100A — аппарат, буквально созданный для разного рода экспериментов. Его конструкция допускает использование выходных ламп двух типов: тетродов KT88 и пентодов EL34. При этом есть возможность выбора между триодным и ультралинейным режимом с выходной мощностью 50 или 80 Вт на канал, соответственно. При этом схемотехника усилителя в обоих случаях двухтактная, и работает он в классе АВ.

Кроме прочего, Cayin CS-100A является хорошим примером современной реализации традиционного лампового усилителя. Он имеет классическую компоновку со съемной решеткой закрывающей лампы, несет на борту выходные трансформаторы солидных размеров, обеспечивающие не только достаточную мощность, но и широкий диапазон воспроизводимых частот. Комплектующие соответствуют современным требованиям качества: в усилителе применяются угольные резисторы, аудиофильские конденсаторы, тороидальный трансформатор питания и проводка серебряным кабелем. Монтаж при этом реализован навесным способом — так же, как это делали более полувека назад. Это является не столько данью истории, сколько способом сокращения путей сигнала. В целом, Cayin CS-100A — это аппарат, в полной мере попадающий под определение лампового High End.

Звук

Когда речь идет о High End-компонентах, особенно ламповых, не всегда удается четко провести грань между «усилитель не справился» и «так и было задумано». В конце концов, аудиоинженер в мире High End — это тоже в некотором роде художник и он имеет право на свое собственное представление о том, как должна звучать система. Избежать такого рода недоразумений помогло использование в процессе тестирования двух пар акустических систем, обладающих принципиально разными характеристиками. Специфические признаки недостатка мощности и роста искажений можно было заметить на тяжелой нагрузке и на громкости выше средней, что в общем соответствует заявленным характеристикам. С крупными полочниками или напольниками средних размеров со столь же среднестатистическими параметрами мощности, импеданса и чувствительности Cayin CS-100A вполне справится.

В триодном режиме усилитель выдает красивое, тембрально насыщенное звучание с богатым верхним и средним басом. Лучше всего звучала спокойная медленная музыка, вокал, аудиофильский джаз, камерная классика малых составов. Вполне можно было получить удовольствие от ранних Beatles и Led Zeppelin. При этом попытки послушать современный рок и металл не увенчались успехом. Звучание гитар было очень густое, тягучее, округлое и не особенно агрессивное. Самый злющий металл подавался так, словно его записывали в начале семидесятых.

Переключение в ультралинейный режим производится одним нажатием кнопки и меняет картину полностью: рок, металл, танцевальная электроника сбрасывают налет винтажности и начинают звучать не менее энергично, чем на транзисторных усилителях, работающих в классе АВ. В характере остается некоторая теплота и приятная округлость басовых нот, но в весьма умеренных количествах. На медленной музыке и малых составах ультралинейный режим не столь красив и выразителен, как триодный, музыка подается более спокойно и ровно.

Выводы

Каждый режим работы лампы в усилителе имеет свои плюсы и минусы, которые дают хорошо различимые на слух отличия в звучании. Учитывая, что ламповая техника — это всегда техника с характером, выбор усилителя, работающего в том или ином режиме (или переключение режимов на самом усилителе), является инструментом пользователя, позволяющим подобрать усилитель согласно индивидуальным предпочтениям.

Другие материалы цикла:

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Как работает усилитель класса «АВ», или Практичность правит миром

Как работает усилитель класса «G» и «H», или На ступень выше

Как работает усилитель класса XD и XA, или Немного экзотики

Как работает усилитель класса D, или Не такой как все

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

• Как IT-компания боролась за право продавать музыку

• Как выбрать наушники для домашней Hi-Fi-системы?

• Пластинка в подарок или бесплатная музыка для любителей колы и готовых завтраков

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *