ЧАСТЬ 1

    История, как известно, развивается по спирали. Лишним тому подтверждением является нынешнее положение в High-End аудиотехнике - на рубеже нового тысячелетия наряду с сотовыми телефонами, цифровыми фотокамерами и домашними кинотеатрами вновь особо модны раритетные ламповые усилители и аналоговые проигрыватели виниловых грампластинок. Пролистывая свежие аудиофильско-меломанские журналы, убеждаешься, что колесо истории качнулось резко в сторону от цифровых CD, MD, R-DAT, а радиолюбители со стажем обнаруживают удивительное сходство нынешних журналов с журналами 60-х, когда даже первые транзисторные УНЧ и компакт-кассеты были в диковинку. Ничуть не умаляя транзисторы и «цифру», отдадим дань моде и покажем кратко, но объективно, что стоит за повальным увлечением - «откуда растут ноги» ламповизации УНЧ конца XX века.
    Сначала немного о терминологии. Поскольку новая ламповая волна пришла к нам с англоязычного Запада, этой же волной к множеству дилеров/дистрибьюторов занесло и названия «кланов» - «трех китов» ламповой схемотехники SE-РР-OTL. На самом деле тут нет ничего нового или таинственного:
    SE=Single Ended - это тривиальный однотактный каскад
    PP=Push Pull - всем известный двухтактный
    OTL=Output Transformer Less - бестрансформаторный.
SE. Приверженцы однотактной ламповой схемотехники считают себя самыми последовательными борцами за чистоту звука, утверждая, что только в однотактном каскаде лампа работает в настоящем режиме класса А без всяких там отсечек анодного тока, переключений активных элементов и прочих реальных и мнимых возмутителей монотонности передаточной характеристики. Все вроде бы правильно, однако критерием истины является практика, которая быстренько опускает нас с облаков на землю. Вот только основные недостатки SE:
    -постоянный ток лампы протекает по первичке выходного трансформатора, что приводит к подмагничиванию магнитопровода и резко ухудшает его магнитные свойства - магнитную проницаемость и линейность. Падение магнитной проницаемости снижает индуктивность первичной обмотки, что тут же «режет по живому» низкочастотные сигналы (нижняя граничная частота пропорциональна индуктивности). Попытка восстановить индуктивность первичной обмотки повышением числа витков увеличивает и паразитную индуктивность рассеивания, которая режет уже высшие звуковые частоты - «хвост вытащишь - нос увязнет, нос вытащишь - хвост увязнет».
    -анодные характеристики ламп для положительной полуволны сеточных напряжений длиннее, чем для отрицательной (т.е. при равных по амплитуде, но противоположных по знаку приращениях сеточного напряжения изменение анодного тока будет больше для положительного приращения напряжения на сетке). В результате в передаточной характеристике имеется довольно значительная параболическая составляющая, а в выходном сигнале - вторая и другие четные гармоники.
    -пульсации питающих напряжений практически без ослабления передаются в нагрузку, что выдвигает довольно жесткие требования к качеству (читай - габаритам и стоимости) выпрямителей. Эти требования еще более возрастают в связи с тем, что в SE усилителях через источник питания проходит ток основной частоты (сигнала), и если не предпринять соответствующих мер, то паразитная межкаскадная связь по питанию может нарушить устойчивость усилителя в целом.
    Таким образом, неплохая вроде бы идея обрастает на практике подводными камнями, поэтому даже у дорогих SE усилителей выходная мощность редко достигает 10 Вт (следствие очень низкого КПД-10-20%), а звучание НЧ характеризуется «рыхлостью» и отсутствием настоящей динамики. Значительный уровень четных гармоник способен превратить «прозрачность» в «стеклянность», а ламповую «теплоту» - в «аморфную вялость». Итого от SE-оптимизма остается, пожалуй, только одна привлекательная черта - отсутствие необходимости подбора ламп выходного каскада «по парам».
    Пример практической схемы SE усилителя мощностью 3 Вт показана на рис. 1 (В.Большов). Выходной трансформатор выполнен на магнитопроводе Ш16х16, первичная обмотка содержит 3500 витков ПЭЛ 0,15, а вторичная 165 витков (нагрузка 4 Ома; для 8 Ом число витков больше на 41%) ПЭЛ 0,64. Цепь частотнозависимой ООС C10R14C9R13 и пассивные регуляторы тембра ВЧ (R4C2) и НЧ (C1R2) обеспечивают диапазон регулировок ±14 дБ на частоте 10 кГц и +16 дБ на 100 Гц. Коэффициент гармоник при номинальной мощности не более 1,5%, чувствительность- 100 мВ.
    Схема SE на «аудиофильской» лампе 6СЗЗС, отличающейся большой мощностью анода, высокой линейностью характеристик и низким внутренним сопротивлением, показана на рис.2 (Д. Андронников). УНЧ обеспечивает очень большую для однотактных устройств мощность - 20 Вт. Из-за значительного (200 В) требуемого напряжения раскачки драйвер на 6ПЗС и входные каскады запитаны от отдельного маломощного, но высоковольтного источника.
    SE на мощном модуляторном (ранее сугубо военном, а ныне доступном и для простых смертных на Санкт-Петербургском ПО «Светлана») триоде RB300-CX, имеющем высокую крутизну (25 мА/В), большое анодное напряжение (2200 В) и мощность (300 Вт с обдувом, 30 без), а также низкое внутреннее сопротивление (500 Ом) разработана Д. Андронниковым (рис.3). Выходной трансформатор Тр1 имеет коэффициент трансформации 22,6 , таким образом при сопротивлении нагрузки 8 Ом анод лампы нагружен на эквивалентное сопротивление 4,08 кОм. Благодаря применению во входном каскаде лампы 6С4П, нелинейность характеристик которой близка к нелинейности RB300-CX, а также применению регулируемого фиксированного смещения на сетки обеих ламп, в данной схеме удалось реализовать принцип частичной компенсации квадратичной нелинейности выходной лампы нелинейностью входной. Суть его в том, что входная и выходная лампы работают в «противофазе», поэтому фазы четных гармоник, генерируемых этими каскадами, оказываются противоположными и частично компенсируются. В результате без применения ООС коэффициент гармоник этого УНЧ удается снизить до 2% (при этом собственно RB300-СХ дает примерно 6%). Номинальный диапазон частот усилителя 45Гц-45кГц, чувствительность 0,7 В, выходное сопротивление 1,6 Ом.
    PP. Двухтактные трансформаторные выходные каскады не случайно наиболее распространены в ламповых УНЧ. Благодаря встречному протеканию равных постоянных токов анода в двух половинках первичной обмотки постоянное подмагничивание магнитопровода отсутствует, а пульсации питающих напряжений компенсируются. Кроме того, благодаря противофазной раскачке ламп верхнего и нижнего плеча обеспечивается компенсация четных гармоник.
    То есть в РР усилителях схемотехнически устранены основные ограничения SE усилителей, что на практике выражается меньшими искажениями, более широкой полосой частот, меньшим уровнем шумов и помех - более мощным и выразительным звучанием. Но, к сожалению, все это только в том случае, если:
    -лампы выходного каскада специально отобраны по параметрам
    -число витков, индуктивность и активное сопротивление половинок первичной обмотки идеально совпадают
-фазоинверсный каскад обеспечивает точное равенство амплитуд и противоположность фазы напряжений,подаваемых на управляющие сетки выходных ламп.
    На практике подобрать две одинаковые (с отличием вольтамперных характеристик в рабочем диапазоне токов и напряжений порядка 1%) лампы невозможно, приемлемую симметрию полуобмоток выходного трансформатора удается получить только применяя специальные технологические приемы (многосекционная намотка), а для обеспечения противофазной раскачки приходится вводить ряд подстроечных элементов. Другими словами, изготовление и налаживание РР усилителей - дело трудоемкое и довольно тонкое: небольшая небрежность или надежда на «авось пронесет» почти всегда заканчиваются разочарованием.
    Попарный отбор ламп лучше всего производить на специальном оборудовании, например тестером Теодора Аргириадиса, схема которого опубликована в февральском номере «РХ» на с.10 (рис.12). В крайнем случае можно применить простейший пробник с двумя миллиамперметрами в анодных цепях сравниваемых ламп, все остальные электроды которых соединены параллельно и подключены к источникам номинальных питающих напряжений, а на управляющие сетки подается постоянное напряжение с движка резистора делителя напряжения.
    Изменяя напряжение на сетках от 0 до полностью запирающего, сравнивают анодные токи, которые не должны отличаться более, чем на несколько процентов.
    Одно из решений, избавляющих от головной боли при подборе пар ламп -применить на выходе двойной триод -рис.4 (Е.Зельдин), правда особой мощностью при этом похвалиться не удастся: В данном случае выходная мощность составляет 3,5 Вт при нелинейных искажениях 4% (ООС отсутствует) и АЧХ от 40 до 15000 Гц. Выходной трансформатор собран на магнитопроводе Ш12х20, первичная содержит 2300 витков ПЭВ 0,12, вторичная - 74 витка ПЭЛ 0,74.
    Выходной трансформатор является самым нелинейным звеном лампового УНЧ и от его качества в решающей степени зависит качество усилителя в целом. Недаром говорят, что ламповый усилитель звучит так, как звучит его трансформатор. Остановимся поэтому несколько подробнее на расчете и конструкции трансформатора для двухтактного выходного каскада (расчет других звеньев и каскадов усилителей выполняется по общим для радиотехники законам Ома и Кирхгофа и поэтому здесь не рассматривается).
    Для расчета трансформатора необходимо знать тип ламп выходного каскада и выходную мощность усилителя Рвых. Для наиболее распространенного (в силу наименьших искажений и высокой энергетической эффективности) режима класса АВ можно с приемлемой точностью считать, что рассеиваемая на аноде мощность лампы равна мощности, отдаваемой этой лампой, т.е. Ра.доп = Рвых.л. Тогда, зная выходную мощность усилителя и приняв ориентировочный КПД выходного трансформатора т|тр= 0,85, можно выбрать тип (исходя из Ра.доп) и количество (пл) ламп выходного каскада
    Ра.доп= Рвых/(2m n тр)
    Выбрав тип лампы, из справочных данных необходимо определить ее внутреннее сопротивление Ri. Если этот параметр прямо не указан, его можно вычислить как Ri=n/S, где n - коэффициент усиления лампы, S - крутизна ее характеристики [мА/В] в рабочей точке. Ri можно определить и по нагрузочной прямой (динамической характеристике) на семействе анодных характеристик лампы как Ri=2Uam/(m Iam), где Uam - амплитуда анодного напряжения (для прикидочных расчетов можно принять Uam=Uаm.макс- 50), Iam - амплитуда анодного тока.
    Оптимальное эквивалентное сопротивление между анодами ламп выходного каскада, обеспечивающее передачу в нагрузку максимальной мощности
    Raa.oпт=2Ri.
    Индуктивность первичной обмотки, при которой завал АЧХ на частоте fH не превысит 3 дБ
    L1=Raa.onT/(2 п fн)
    а коэффициент трансформации

    По этим данным можно выполнить приближенный конструктивный расчет выходного трансформатора.
Поперечное сечение магнитопровода S=0,4Pвых/n тр, [см2]
    Число витков первичной обмотки

    где Icp - средняя длина силовой линии магнитного поля (параметр магнитопровода), вторичной.
    W2=nW1.
    Понятно, что все расчеты носят прикидочный характер и для достижения высоких характеристик усилителя требуют корректировки. При единичном изготовлении целесообразно делать обмотки с дополнительными отводами (скажем, через 5% от полного числа витков) для обеспечения возможности оперативного подбора при налаживании.
    Конкретное конструктивное исполнение трансформатора для высококачественного УНЧ призвано обеспечить индуктивность первичной обмотки не ниже заданной при идеальной симметрии ее половинок, минимуме паразитной индуктивности рассеивания (она ограничивает АЧХ на ВЧ) и активного сопротивления обмоток, а также непревышения магнитным потоком предельного (обычно порядка 0,5 Тл) значения, выше которого магнитопровод будет вносить недопустимо большие нелинейные искажения. Выполнение всех этих требований - искусство на грани Страдивари, поэтому приведем лишь краткие рекомендации, позволяющие избежать грубых ошибок.
    Прежде всего нужно учесть, что пластины толщиной 0,5 мм совершенно непригодны, а толщиной 0,35 мм - нежелательны. Лучше, если толщина пластин будет 0,2 мм, что минимизирует потери на вихревые токи (существенные на ВЧ). Каждую пластину индивидуально надо покрыть цапонлаком или иным изоляционным лаком, предварительно тщательно зачистив неровности. При намотке особое внимание следует уделять полной симметрии половинок первички (не только числа витков, но и длины провода и симметрии относительно магнитопровода), для чего целесообразно применять трехсекционный каркас, крайние секции которого отводятся под половинки первичной, а средняя - под вторичную обмотку. Для минимизации индуктивности рассеивания часто вторичную обмотку также секционируют, располагая несколько частей вторички между подсекциями первичек по типу слоеного пирога или гамбургера (рис.5). После намотки и сборки пропитайте весь трансформатор парафином, воском или стеарином.

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]

Николай Сухов, Владимир Широков, статья из журнала Радиохобби №4, 1998, с.4-13

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