"High-End" разделил любителей высококачественного звучания на два лагеря. Представители одного из них отдают предпочтение транзисторной усилительной технике, другого - ламповой. Стороннику первого направления уже была предоставлена возможность высказать свои соображения на страницах "Радио" (см. №2 за 1997 г.). Сегодня редакция знакомит читателей с мнением одного из энтузиастов лампового направления в "High-End" Валентина Николаевича Костина. Старые подписчики журнала, видимо, помнят его статью "Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ". Тогда она вызвала многочисленные и весьма разноречивые отклики. В. Костин считает, что с помощью ламповой усилительной техники легче удается наиболее полно воссоздать музыкальный образ, задуманный композитором, исполнителем и звукорежиссером. Поскольку схемотехника ламповых усилителей многими уже основательно подзабыта, а молодое поколение ее всерьез и не изучало, автор начинает с рассказа о принципах работы и построения таких усилителей.

     Что такое "High-End"? Однозначно ответить на этот вопрос вряд ли кто-то сможет. Дело в том, что это понятие сугубо эмоциональное. Создать такой электроакустический тракт, который бы удовлетворял абсолютно всех, просто невозможно.
     Одна из характерных особенностей нового направления в развитии высококачественного звуковоспроизведения - возрождение интереса к использованию электронных ламп в усилителях ЗЧ. Связано это с тем, что при проведении сравнительных прослушиваний звучания ламповой и транзисторной аппаратуры эксперты все чаще стали отдавать предпочтение первой из них.
     В статье "Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ" автор этих строк впервые попытался установить связь между объективными характеристиками электронных ламп и субъективным восприятием звучания, обеспечиваемого ламповыми усилителями ЗЧ. Остановимся на этом более подробно.
     Прежде всего напомним читателям об основных особенностях использования ламп в усилителях ЗЧ. Известны три схемы их включения: с общим катодом (рис. 1 ,а), с общим анодом (рис. 1 ,б) и общей сеткой (рис. 1,в). Четырехполюсниками U1 и U2 условно обозначены входные и выходные цепи каждого из показанных на рис. 1 каскадов. Причем четырехполюсники должны быть построены таким образом, чтобы через анодные цепи ламп мог протекать постоянный ток, а на сетку относительно катода можно было бы подать необходимое постоянное напряжение смещения.
     Наибольшее распространение получил усилительный каскад, построенный по схеме с общим катодом. В простейшем виде он показан на рис. 2. Известно, что свойства лампы, как элемента электрической схемы, определяются зависимостями между токами и напряжениями в цепях ее электродов. При расчете ламповых усилителей принято пользоваться статическими анодно-сеточными характеристиками:
I_a = f(Uc) при U_a = сonst и
I_a = f(Ua) при U_c = const
     Семейства этих характеристик взаимосвязаны, так что имея одни из них, можно построить другие. Примеры таких характеристик триода и пентода показаны соответственно на рис. 3 и 4.
     Основные параметры лампы легко установить по статическим характеристикам. Коэффициент усиления определяют как отношение приращения напряжения на аноде к приращению напряжения на сетке при постоянном анодном токе:
µ = ∆U_a /∆ U_c при I_a = const.
Внутреннее сопротивление определяется как отношение приращения напряжения на аноде к приращению тока анода при постоянном напряжении на сетке:
R_i = ∆U_a /∆ I_a при U_c = const.
Крутизна лампы представляет собой отношение приращения тока анода к приращению напряжения на сетке при постоянном напряжении на аноде:
S = ∆ I_a /∆ U_c при U_a = const.

     Подобные сведения для транзисторных каскадов были указаны в статье автора, опубликованной в "Радио" № 12 за 1987 г. Следует иметь в виду, что изменение режима в обоих случаях ведет за собой перераспределение уровней гармонических составляющих.
     Теперь поговорим о факторах, влияющих на качество звучания, обеспечиваемое выходными каскадами усилителей на электронных лампах. Начнем с источника питания, поскольку, как показывает практика, от него в значительной мере зависит работа любого усилительного устройства.
     В связи с тем что установка стабилизатора напряжения в ламповом усилителе неэкономична, повышаются требования ко всем элементам его источника питания.
     Чтобы устранить потери 8 сетевом проводе, его токовая нагрузка не должна превышать 2,5 А/мм² сечения. Перед первичной обмоткой сетевого трансформатора нужно установить заграждающий фильтр, подавляющий проникающие в усилитель высокочастотные и импульсные помехи. Он, правда, не спасает от "щелчков", проникающих в усилитель при включении и выключении бытовых приборов с реактивной нагрузкой (холодильников, пылесосов и т. д.), но защищает от помех, создаваемых источниками мощных радиоизлучений.
     На трансформаторе питания следует остановиться особо. Его конструкция должна обеспечивать подавление помех, прошедших через заграждающий фильтр.
     Существуют три основные конструкции трансформаторов - броневые, стержневые и тороидальные. Наиболее широкое распространение получили броневые трансформаторы на Ш-образных магнитопроводах. Они дешевы, технологичны, но имеют большие поля рассеяния. К тому же на таких трансформаторах очень трудно добиться устранения наводок и помех, а значит, и подавления "щелчков" при работе бытовых приборов. Трансформаторы на тороидальных магнитопроводах не имеют указанных недостатков, однако они слишком дорогие.
     Весьма важны выбор сечения магнитопровода сетевого трансформатора и расположение на нем его обмоток. Для повышения качества звучания нужно стремиться к снижению индуктивности рассеяния и собственной емкости трансформатора. Особое внимание нужно обратить на изоляцию, экранировку и расположение сетевой обмотки на магнитопроводе, так как любые паразитные связи способствуют проникновению в усилитель помех из сети. Выбирая сечение магнитопровода и диаметр проводов обмоток трансформатора, необходимо учитывать, что ток, проходящий через вторичную обмотку, нагруженную на мостовой выпрямитель, может достигать трехкратной величины выпрямленного тока. Практика разработки усилителей ЗЧ показывает, что реальный сетевой трансформатор должен иметь двух - трехкратный запас по сечению стали магнитопровода и меди провода обмоток относительно общепринятых методик расчета.
     К выпрямителям источников питания ламповых усилителей мощности никаких особых требований, отличных от требований к аналогичным устройствам транзисторных усилителей, не предъявляется. Разве что для ламповых должны использоваться более высоковольтные выпрямительные приборы, поскольку анодное напряжение ламп значительно превосходит напряжение, необходимое для питания транзисторов.
     В последнее время, правда, стало модным вместо кремниевых диодов использовать в выпрямителях кенотроны. Действительно, кенотрон открывается более плавно, и выпрямленный им ток содержит меньше высокочастотных составляющих, однако хорошие сглаживающие фильтры и правильно выбранная топология монтажа позволяют сконструировать отличный выпрямитель и на кремниевых диодах. Иными словами, при правильно сделанном выпрямителе на кремниевых диодах у кенотронного выпрямителя нет перед ним никаких преимуществ.
     Третьим основным элементом источника питания усилителя является сглаживающий фильтр. В источниках питания высококачественных усилителей ЗЧ желательно применять фильтры на фторопластовых или полипропиленовых конденсаторах. Однако такие конденсаторы имеют малую удельную емкость и недостаточно сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. В связи с этим приходится устанавливать в фильтрах оксидные конденсаторы. Наиболее подходят К50-27. Вместо одного конденсатора большой емкости рекомендуется использовать несколько параллельно включенных конденсаторов меньшей емкости и шунтировать оксидный конденсатор полипропиленовым небольшой емкости. Впрочем, в последнее время появились полипропиленовые  конденсаторы К78-12, К78-17 и К78-20 емкостью порядка десятков микрофарад, рассчитанные на рабочее напряжение 500В.
     Теперь - о факторах, определяющих зависимость звучания от самого усилителя. При выборе однотактной или двухтактной схемы усилителя мощности обычно учитывают следующие их преимущества и недостатки. Гармоники, содержащиеся в выходных сигналах однотактных усилителей, менее заметны при субъективном восприятии; такие каскады обеспечивают более мягкое звучание высокочастотного регистра, они проще по схемотехнике и конструкции. Из недостатков однотактных каскадов можно отметить низкий (15...20 %) КПД и, как следствие, малую выходную мощность, высокие требования к уровню пульсаций и стабильности напряжения источника питания, трудности воспроизведения низших звуковых частот. Последний из названных недостатков связан с наличием постоянного подмагничивания магнитопровода выходного трансформатора однотактного усилителя мощности. Это приводит к снижению магнитной проницаемости магнитопровода, а значит, и к уменьшению индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора и повышению частоты среза его частотной характеристики.
     Попытки повысить индуктивность увеличением числа витков первичной обмотки мало что дают, так как при этом растет подмагничивание и реальное увеличение индуктивности будет незначительным. К тому же при увеличении сопротивления обмотки возрастет теряющееся на ней напряжение и снизится КПД. Улучшить ситуацию с воспроизведением низших звуковых частот можно, увеличивая сечение магнитопровода, на что и идут многие конструкторы однотактных ламповых усилителей.
     Двухтактные усилители мощности лучше воспроизводят низшие звуковые частоты, так как постоянное подмагничивание магнитопроводов в их выходных трансформаторах отсутствует. Такие усилители имеют более высокий КПД и выходную мощность, они менее требовательны к параметрам источника питания, им необходим более простой выходной трансформатор. Однако двухтактные усилители с меньшей точностью воспроизводят высшие звуковые частоты и имеют более сложную схемотехнику.
     Для получения неискаженного звучания очень важна идентичность характеристик ламп двухтактного выходного каскада. Обычно их подбирают по крутизне и напряжению закрывания, но, как показывает опыт, подбор только по этим параметрам бывает недостаточен. Так, при разбалансе токов выходных ламп возникает амплитудная модуляция гармоник выходного сигнала частотой 100 Гц, т. е., например, при усилении сигнала частотой 1000 Гц на выходе усилителя будут присутствовать составляющие частотой 900 и 1100 Гц. А это приводит к появлению дополнительных и, смеем вас уверить, слышимых искажений. При разбалансе растет, разумеется, и общий коэффициент нелинейных искажений.
     Последние исследования показали, что пары ламп необходимо подбирать по совпадению вольт-амперных характеристик с точностью не хуже 5 % во всем диапазоне рабочих токов.
     Вопрос об использовании в усилителе мощности ООС можно решить, учитывая известные ее достоинства и недостатки. Полагая, что достоинства ООС хорошо известны читателям, скажем только, что усилитель без ООС, например, лучше воспроизводит высшие и хуже низшие звуковые частоты. Его характеристики сильно зависят от стабильности параметров как ламп, так и других элементов схемы, а также свойств источника питания. Он требует более тщательного продумывания монтажа.
     Параметры выходного каскада усилителя в большой степени определяются работающими в нем лампами. В первую очередь, учитывая особенности ламп, следует решить, какие из них целесообразнее всего применить в усилителе - триоды или пентоды (тетроды). Скажем, по сравнению с пентодами триоды обеспечивают лучшую линейность усиления и имеют меньшее внутреннее сопротивление, однако у них более низкое усиление, и из-за худшего использования анодного напряжения они не позволяют получить большую выходную мощность.
     Как уже отмечалось, лампы более индивидуальны с точки зрения обеспечиваемого ими качества звучания. Приведем (табл. 2) спектр гармоник выходного сигнала однотактного усилителя мощности без ООС на лампе EL-34, работающей в режиме А при амплитуде выходного сигнала, соответствующего мощности 1 Вт. Уровень первой гармоники принят за 0 дБ.  

     Как видно из таблицы, усилительные каскады на однотипных лампах даже одного производителя имеют различные спектры гармоник выходного сигнала, а значит, будет неодинаковым обеспечиваемое ими звучание.
     Выбор режима работы усилителя мощности обычно не представляет затруднений. Целесообразнее всего использовать режим А, как обеспечивающий получение меньших искажений и лучшее звучание.
     Гораздо сложнее решить вопрос о схемотехническом построении выходного каскада усилителя, но об этом пойдет речь в следующей статье.

В. Костин, г. Москва, «Радио» №1/1998, стр. 16-18. 

ЛИТЕРАТУРА

1. Войшвилло Г. Усилители низкой частоты на электронных лампах. - М.: Энергоиздат, 1959.
2. Эрглис К., Степаненко И. Электронные усилители. - М.: Наука, 1964.

Статьи

Ламповый звук Тайны лампового звука Волшебство лампового звука [1] [2] Когда лампа лучше, чем транзистор [1] [2] Почему вакуумный триод звучит музыкально Схемотехника ламповых усилителей Лампы или транзисторы? Лампы! Однотактный ламповый усилитель для начинающих Двухтактные ламповые усилители Оконечный пушпульный усилитель - схема Уильямсона-Хафлера-Кероеса Рекомендации по повторению реплики схемы Уильямсона-Хафлера-Кероеса Однотактный усилитель с непосредственной связью. Схема Loftin-White [1] [2] Трехламповый усилитель Губина Однотактник на 300В Усилители низкой частоты Расчет каскада с нагрузкой в аноде Однотактный усилитель на лампе 807 [1] [2] Циклотрон. Мощный усилитель с выходными лампами ГУ-50 SE на RB300 Однотактный усилитель мощности на 300В. Модель WE91 для 90-х годов [1] [2] Как улучшить звучание HI-FI системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] Лампы и звук: назад, в будущее [1] [2] [3] [4] [5] Однотактный ламповый ... [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Апгрейд усилителя XD845MKIII [1] [2] "Усилитель" для наушников на SRPP [1] [2] [3] [4] [5] [6] Ламповый High-End [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [...] Обзор журнала Glass Audio за 1998 год [1] [2] Обзор журнала Glass Audio за 1999 год Корректор для винила Компенсированные регуляторы громкости Усилитель НЧ Даешь ONGAKU! Tubesaurus Rex Усилитель НЧ с комбинированной обратной связью Прибор для измерения напряжения накала высоковольтных кенотронов George Ohm живет в Харькове Ревизия однотактного усилителя с межкаскадным трансформатором Усилитель мощности НЧ с высоким КПД Двухканальный усилитель НЧ Усилитель НЧ с клавишным переключателем Радиотрансляционные установки ТУ-50 и ТУ-100 Портативный проигрыватель Усилитель НЧ Усилитель без выходного трансформатора Усилители без выходного трансформатора Лампово-полупроводниковый УМЗЧ Акустика Бытовые акустические системы [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Там, где живут басы [1] [2] [3] [4] [5] [6] The Onken Enclosure Категории слухового восприятия [1] [2] Три взгляда на акустику помещений [1] [2] Акустика в которой мы живем [1] [2] Акустика офисов Мифы звукоизоляции Акустика отделочных материалов Акустический агрегат с объемным звучанием Акустические свойства домашней мебели Акустические линзы для громкоговорителей Акустические измерения в практике радиолюбителя Акустический фазоинвертор Акустика студий [1] [2] Полезные советы разработчиков Hi-End Триод против пентода. Что выбрать? [1] [2] SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Одноламповые усилители низкой частоты Как пользоваться характеристиками электронных ламп Многоламповые усилители НЧ на импортных лампах Контактно-резисторный коммутатор входов Как проверять аппаратуру в салоне Что лучше: 4 или 8 Ом акустика? Выходной трансформатор для однотактника. Быть или не быть линейным Простая и быстрая проверка трансформаторов Десять способов усовершенствовать вашу аудиокомнату Испытатель ламп Понижение уровня фона в усилителях Evolution Пять правил рационального питания Трансформаторы в однотактных усилителях Выходные трансформаторы Измерение характеристик выходного трансформатора [1] [2] Однотактный «Magnum» Какая лампа нам нужна Какая лампа нам нужна и будет ли она? Улучшенная конфигурация листов трансформаторной стали Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? [1] [2] Звук: интересные наблюдения Вся правда об акустике ProAc Немного теории лампового звука О заметности искажений История лампы 300B Краткая история возникновения Hi-Fi Возможен ли "виниловый ренессанс?" [1] [2] [3] Hi-End: Мифы и реальность [1] [2] Как не заблудиться в кабельных джунглях? Побалуйте свои уши! [1] [2] Ограничение сигнала усилителем – можно ли работать в клиппинге? "Хай-Энд" умер, да здравствует "Хай-Энд"! [1] [2] Блестящие звукозаписи [1] [2] [3] Семь слов об ошибках аудиоэкспертизы Частотные, нелинейные и фазовые искажения Внешние факторы, влияющие на восприятие звука Многоканальный окружающий звук [1] [2] [3] [4] Магнитная запись: мифы и реальность Теория схемотехники и звукотехники Для начинающих. Как работает усилитель [1] [2] Принципы схемотехники электронных ламп [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Хрестоматия радиолюбителя, 1963г. [1] [2] [3] [4] [5] Конструктивный расчет входных и выходных трансформаторов [1] [2] Как работают звуковые трансформаторы Элементарная теория схем с обратной связью [1] [2] [3] Теория звукотехники Двухтактно-параллельный усилитель НЧ Особенности стандартов, описывающих мощность в звукотехнике Отрицательная обратная связь в усилителях Классы усилителей мощности Элементарная теория триода [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Как работает лучевой тетрод О мощности, ваттах, децибелах... [1] [2] Теория звука [1] [2] [3] [4] Звук и цифровые технологии [1] [2] [3] [4] [5] [6] Проектирование абсолютно устойчивых усилителей [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Звуковые форматы Описание стандарта MP3 Правильная мощность Начинающим. Радиолампа Высококачественный усилитель низкой частоты Объемный звук [1] [2] [3] Парадоксы электрона Вибратор к гитаре Ламповый авометр Старая и популярная 12АХ7/ЕСС83 Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов Двухэлектродные лампы Трехэлектродные лампы Рабочий режим триода Многоэлектродные и специальные лампы Электронно-лучевые трубки Газоразрядные и индикаторные приборы Фотоэлектронные приборы Собственные шумы электронных ламп Особенности работы электронных ламп на СВЧ Специальные электронные приборы для СВЧ Надежность и испытание электровакуумных приборов Основы схемотехники ламповых усилителей Искажения в усилителях, их измерение, меры по снижению искажений Основные сведения о радиокомпонентах Источники питания Каскады усиления мощности Каскады предварительного усиления Широкополосные усилители Усилительный каскад с катодной нагрузкой [1] [2] Life in Vacuum. EL34 Life in Vacuum. 6H8C, 6H9C Life in Vacuum. SV572 SV6550 6C5C 6C3П/6C4П Двойной триод 6Н3П Пентод 6Ж5П 6П42С / 6П45С Лучевой тетрод 6П1П Пентод 6П14П в оконечном каскаде Двойной триод 6Н14П Кенотрон 1Ц11П Демпферный диод 6Ц10П Что и как мы слышим

     Много людей любит говорить о качестве, однако никто не получают больше чем запудривания мозгов особенно в специализированном HI-END аудио.
     Заслуживающее качество ламповых усилителей продаваемых на рынке сегодня получено в результате использования старых схем и старой литературы. Некоторые из пользующихся спросом современных полупроводниковых усилителей имеющиеся в настоящее время на рынке спроектированы слишком сложно, с применением интегральных схем, а также скомплектованы посредственными по качеству трансформаторами. При этом средства массовой информации, другие издания массового аудио бизнеса не рекламируют воистину высококачественные изделия.
     Целью статьи является опубликование схемы, которая бы произвела самое жесткое соревнование с любой другой опубликованной схемой. Короче говоря, этот проект усилителя  без компромиссов.
     В декабре 1955 года в Radio Electronics magazine - радиоэлектронном журнале, авторитетным Дэвидом Хафлером (David Hafler) сотрудником компании Dynaco, был опубликован вариант схемы усилителя Уильямсона (D.T.N.Williamson) с выходным каскадом, выполненным на лучевых тетродах 6550 фирмы Tung-Sol.
     В то время для воплощения в жизнь принципов высокой верности звучания (HI-FI) стали появляться новые типы акустических систем с так называемым акустическим подвесом, обладающих низкой чувствительностью, например модель AR-1, фирмы Acoustic Research, и ранние модели фирмы KLH. Для возбуждения таких акустических систем требовалось не менее 30 ВАр. Появление же на рынке лучевых тетродов 6550 фирмы Tung-Sol было очень своевременным, так как они позволяли получить от двух тетродов более 40 Ватт с низким искажением и без излишней установки дополнительных ламп.
     Лучевой тетрод 6550 фирмы Tung-Sol предназначался именно для аудио применения и был первым вариантом лучевого тетрода с усиленным анодом. Расчетные значения выходной мощности тетродов 6550 фирмы Tung-Sol в двухтактной схеме и триодном включении позволяли достичь 28 Вт. И 100 ватт в тетродном включении при питании анодов напряжением в 600 В.
     В схеме Уильямсона опубликованной в статье 1955 года, впервые было предложено применить этот новый тетрод, используя для раскачки выходных ламп драйвер, составленный из двух 6SN7s (6Н8С)**, с кенотроном 5U4GB (5Ц3С)** в качестве выпрямителя. Также в статье 1955 года было рекомендовано использовать лучшие из доступных на то время выходные аудио трансформаторы A–430 фирмы Dynaco (Raa=4300 Ом)** или ещё лучший на тот момент суперсолидный Acrosound ТО–330 (Raa=3800 Ом)** производства Acro Products Company.
     Так как очевидно, что схемы двухтактных ламповых усилителей в значительной мере сформировались под влиянием схемы Уильямсона, и уже явно, что двухтактные усилители, сколько ни будь значительно, не улучшились с тех пор, то соответственно эта новая реплика схемы Уильямсона, версии XXI века относиться к лучшим классическим стандартам двухтактных усилителей. Лучший из доступных выходных трансформаторов для данной реплики был выбран, Plitron 4142. Он не только имеет практически идеальную в нашем случае нагрузку между анодами (Raa) равную 3960 Ом**, но и позволяет применять ультралинейное подключение лучевых тетродов (34%)**, которое, и использовано в этой схеме нами специально.

      После достаточно длительных испытаний и исследований, стало ясно, что этот выходной тороидальный трансформатор фирмы Plitron равен по качеству дорогостоящему и дефицитному трансформатору ТО–330 фирмы Acro, а то и лучше. Возможно некоторые любители старины, некие «ретро снобы» не согласятся со мной, но они не будут иметь никаких фактических обстоятельств, чтобы базировать на них, и аргументировано возражать.
Частотный диапазон в малосигнальном режиме трансформатора Plitron легко превышает 100 кГц, при этом оригинальные ТО–330 фирмы Acro только иногда приближаются к такому частотному диапазону, и то далеко не всегда!
     В новой реплике схемы Уильямсона, применены тетроды производства НПО «Светлана» KT88SV по простой причине - они лучшие лучевые тетроды, в настоящее время из доступных. В отличие от других современных 6550 или KT88, мы заметили, что никакие значения напряжений смещение тетродов KT88SV производства НПО «Светлана» не вызывает дрейфа тока анода, в то же время они мало отличаются от спецификации оригинальных KT88.
     Также в этой новой реплике схемы Уильямсона не используются ни одного электролитического конденсатора, и исключительно только высококачественные заполненные маслом или полимерные пленочные. Если схема достаточно консервативна, а данная схема именно такая, то анодное напряжение выходных каскадов в этом случае уже вполне достаточно эффективно отфильтровано. Электронная стабилизация анодного напряжения здесь не нужна, и только добавляет недостатки и неудобства, снижает надежность. Правда, как всегда опять найдутся снобы, которые будут требовать электронной стабилизации анодного напряжения.
     Эта реплика схемы Уильямсона, была собрана на массивном алюминиевом шасси со встроенным амперметром для измерения тока катодов выходных тетродов. Анодное напряжение KT88SV - 515 Вольт, ток покоя каждого тетрода 45 мA...
     Далее...