Это интересно

В 3О-е - 50-е годы (прошлого века), расчет любого лампового каскада было делом совершенно плевым. Радиолюбитель или инженер шел в ближайшую (сельскую, районную, институтскую) библиотеку, брал любую книгу со словами "Усилители" на обложке, открывал на нужной страничке и считал, считал... Что из этого выходило - многие знают, взять хотя бы легендарный зенитно-ракетный комплекс С-75, до сих пор стоящий на вооружении во многих странах, и с помощью которого в Иране в 1991 г. был сбит один из хваленых американских самолвтов-"невидимок" F19 "Стэлс", несмотря на чудовищные помехи и заявленную "невидимость" для радаров. В 70-х годах из-за нашествия транзисторной микроэлектронной техники книги по лампам были убраны на дальние полки библиотек, а в 80-х - 90-х и вовсе списаны и в большинстве своем уничтожены. Сохранившиеся крохи тех колоссальных знаний "золотого века ламп" разбросаны по всей матушке-России в единичных экземплярах, и сегодняшнему самодельщику зачастую бывает сложно найти подходящую методику расчета лампового каскада.
    Я постараюсь в доступной и несложной форме без теоретических "изворотов" изложить основы расчета и проектирования каскада усиления напряжения с резистивной анодной нагрузкой, а тем, кто заинтересуется теоретическими тонкостями, могу посоветовать обратиться к книге Г.В. Войшвилло "Усилители низкой частоты на электронных лампах". Копии с этой, а также многих других книг по ламповой тематике и справочные данные на лампы всех типов можно заказать в редакции нашего журнала.
    Итак, реостатный каскад усиления с анодной нагрузкой...
    Самым наглядным, простым и удобным, но в то же время и весьма точным методом расчета лампового каскада, является графический метод с использованием динамической характеристики (ДХ). Для лампы, работающей в усилительном каскаде ДХ -это зависимость анодного тока от напряжения на сетке при наличии сопротивления нагрузки в анодной цепи и постоянстве напряжения анодного питания. Вид динамической характеристики зависит, в частности, от характера нагрузки, но в целях упрощения будем рассматривать случай, когда нагрузка чисто активная, а скорость изменения напряжения на сетке очень мала по сравнению со скоростью протекания процессов в лампе [1].
    Для расчета каскада удобнее всего использовать выходную динамическую характеристику.
    На Рис. 1 приведено семейство выходных статических характеристик триода 6С5С. Для построения динамической характеристики необходимо задать два исходных параметра - напряжение источника анодного питания и сопротивление анодной нагрузки. Напряжение анодного питания, в принципе, может быть весьма высоким, важно лишь, чтобы в рабочем режиме разность потенциалов между анодом и катодом не превосходила максимального значения, указанного в справочниках. Сопротивление анодной нагрузки определя-ется несколькими условиями: усилением каскада, допустимыми искажениями, максимальным выходным напряжением и максимальным током анода лампы.
    Отложив на оси напряжений величину напряжения источника питания (А), на оси токов величину (В) и соединив эти точки прямой линией, получим динамическую характеристику.
    Рабочая точка лампы выбирается, исходя из необходимого смещения на сетке, которое зависит от требуемого неискаженного выходного напряжения. Следует, однако, помнить, что чем ниже напряжение на сетке относительно катода, тем в более нелинейной области характеристик мы работаем и тем выше искажения. Из опыта конструирования усилительной техники можно сделать вывод о минимально необходимом смещении, т.е. таком, при котором максимальная амплитуда сигнала на сетке не превысит величину Uco -0,5А.
    В каскадах предварительного усиления сопротивление анодной нагрузки я, обычно, стараюсь уложить в диапазон (3-10)Rj, где Rj - внутреннее сопротивление лампы. При этом искажения не велики [1], а коэффициент усиления достаточно высок.
    Схема реостатного каскада на триоде 6С5С приведена на Рис. 2, а динамическая характеристика, рассчитанная для значений Ua=300 В и Ra=30 кОм, приведена на Рис. 1 (прямая АВ).
    Напряжение смещения на сетке выбрано равным -4 В, при этом в точке покоя 0 ток анода равен 5,1 mА, а напряжение на аноде 147 В. Эта характеристика верна для бесконечно малых частот в звуковом же диапазоне сопротивление разделительного конденсатора Сp пренебрежимо мало (т.е. используется относительно большая емкость, иначе получите спад АЧХ на низах) и, поэтому по переменному току каскад нагружен не только на Ra, но и на параллельное ему Rc -сопротивление сетки последующего каскада. Величина этого сопротивления может быть разной (от десятков Мом для маломощных ламп до десятков кОм для мощных выходных). Его максимальная величина обычно указана в справочных данных мощных ламп и превышать ее ни в коем случае нельзя - из-за термоэмиссии сетки, нагреваемой излучением катода, может развиться лавинообразный процесс нарастания анодного тока и лампа выйдет из строя. Небольшая величина этого сопротивления снижает ЭДС термоэмиссии, не позволяя возрастать по-тенциалу сетки и, тем самым ограничивая саморазогрев лампы. Получается, что сопротивление анодной нагрузки будет равно величине
    При расчете каскада не будет излишним проверить в насколько тяжелом режиме работает лампа.
    Про максимальное напряжение на аноде я уже упоминал, т.о. Uao должно быть меньше, чем Ua max, указанное в справочниках. Правда, здесь есть одна тонкость. Если в вашем выпрямителе питания применены полупроводниковые диоды, то полное напряжение питания появляется практически сразу после включения устройства в сеть. Катод лампы, в особенности подогревный, не успевает разогреться до нормальной температуры и в первый момент после включения внутреннее сопротивление лампы очень высоко. А это значит, что все напряжение источника питания будет приложено к аноду лампы, еще не прогретой. Такое "жестокое обращение с животным" резко сокращает срок службы прибора.
    Поэтому, если у вас в устройстве не предусмотрена задержка включения анодного питания на 1-2 мин. после включения накала, не выбирайте анодное питание выше максимального анодного напряжения примененных ламп. Иначе, по отношению к лампам, это будет просто варварством.
    Мощность рассеяния на аноде можно определить по формуле:
    Эта величина ни коем случае не должна превышать максимум, обязательно указываемый в справочных данных. Даже незначительное превышение ведет к резкому росту температуры анода и баллона, газоотделению из стекла и внутренней арматуры и, в результате, к отравлению катода и гибели лампы.
    Желательно также проверить тепловые режимы резисторов каскада. Мощность рассеяния на анодном резисторе составляет:
    Для звуковой техники желательно применять резисторы с 2-5 кратным запасом по мощности, поскольку дополнительный нагрев увеличивает наведенный шум резисторов и нелинейность сопротивления от приложенного напряжения. Эти эффекты в наибольшей степени характерны для металлопленочных резисторов, в наименьшей - для проволочных и бороуглеродных.
    Если реостатный каскад применяется в качестве драйвера для мощного выходного каскада на современных модуляторных лампах типа RB300-3CX, обладающих высокими значениями коэффициента усиления ц и крутизны S, то для оценки способности работы драйвера на сеточную цепь такой лампы на верхних частотах необходимо при построении ДХ, при расчете максимальной амплитуды выходного напряжения учесть следующее: высокая динамическая входная емкость такой лампы (от 80 до 120 пФ для различных экземпляров) создает дополнительную нагрузку для анодной цепи.
    Далее...

Информация

SINGLE-ENDED VS PUSH-PULL

ЧАСТЬ 1

Scott Frankland, Stereophile, 12/96

Являясь музыкантом по призванию и образованию, в колледже Скотт Франкланд увлекался философией, чтобы в конце концов полнлстью переключиться на электронику и прикладную математику. С 1983 г. он занимается разработкой техники для Moor, Frankland Assotiates (MFA) и для Wavestream Kinetics. В марте 1996-го он получил патент на свой триодный усилитель мощности. Является независимым автором во многих аудиоизданиях со статьями технического и философского характера.

На обложке январского выпуска Stereophile за 1994 г. показаны двухтактный Krell и однотактный Сагу. Надпись гласит: "Если один из этих усилителей ПРАВИЛЬНЫЙ... другой должен быть НЕПРАВИЛЬНЫМ". Данная статья является попыткой разрешить эту загадку, а заодно ответить на риторику Дж. Аткинсона в декабрьском/95 Stereophile (стр. 17), когда он задался вопросом - звук однотактников хорош из-за слышимых или измеряемых проблем, либо вопреки им.

Что есть звучание однотактников (SE)? Чем он соблазнителен для столь многих опытных слушателей? Есть ли ему хоть какая-то альтернатива? Эти вопросы появились в High-End'e несколько лет назад. В этой трехчастевой статье я стану обсуждать механизм появления искажений нечетного порядка, уделяя особое внимание следующему. 1) Всегда ли они неприятны? 2) Каким образом они маскируются при однотактном усилении? 3) Как они возникают в двухтактном? 4) Что можно с этим поделать?

Здесь не обойтись только указанными вопросами, тем не менее, каждому из них будет дана обязательная оценка. Хотя пассивные элементы могут 'созидать" или "разрушать" звук по некоторому конструкторскому замыслу(*1) (Refs.1, 2 о влиянии на качество пассивных элементов, включая сюда различные лампы от разных изготовителей), с целью упрощения дискуссии, эта тема не будет обсуждаться.

ЗАМЕЧАНИЯ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ

Хорошо известно, что искажения становятся менее терпимы по мере роста их порядка (3, 4), даже очень небольшая величина продуктов искажений высших порядков хорошо различима (5). Однако, когда спектр становится комплексным, влияние их на звук становится плохо предсказуемым. Спектр искажений для обывателя выглядит подобно туманным испарениям. Тем не менее, возможно разглядеть характерные особенности спектров и сделать наглядные выводы.

В контексте данной статьи я пытаюсь измерениями не подменить прослушивание, но дать оценку и расширить диапазон измерений, имеющих корреляцию со слуховым опытом. Допускаю, что эти измерения более полезны для разработчиков, но и аudioфилы и ревьюеры смогут отыскать полезные корреляции, если осмелятся взглянуть на них. Перед тем, как двинуться в дорогу, неплохо бы окинуть взглядом перспективу данного вопроса.

ТРИОДЫ И ТЕЛЕФОННЫЕ ЛИНИИ

Изобретение триода, как электронной лампы, принято считать точкой отсчета современной электроники(*2). Подобно кристаллу микросхемы в наше время, триод пришпорил усилия армии физиков, химиков, материаловедов во всем мире. Новые патенты, споры за приоритеты и лицензионные соглашения все тянутся с начала века до наших дней.

Историческая ценность триода не может быть излишне завышена. Вот как А. Харлоу описывает триод в своей книге "Old Wires and New Waves": "Для непосвященных он мало что значит, но этот миниатюрный баллончик был на самом деле "крошкой-гигантом" во всей истории и возможно, квинтэссенцией разума человеческого. Он придал невиданные мощности антеннам, а с усилением голоса человека радиотелефония стала законченным продуктом. Добавляя к одной лампе еще одну, затем еще одну, усиление росло в громадной степени - миллионы, миллиарды раз".

Этот факт не прошел мимо Ли Де Фореста, который в 1912 г. изобрел первый в мире многокаскадный усилитель (7). Выражаясь технически, это был трехкаскадный однотактный усилитель напряжения. Усилитель едва дышал, однако, благодаря присутствию газа в баллонах. Как и большинство ученых того времени, Де Форест полагал, что молекулы газа способствуют усилению. Позднее стало понятно, что это справедливо лишь при низких анодных напряжениях. При высоких, положительные ионы препятствуют нормальной работе лампы(*3).

В тот же год Де Форест представил свой усилитель фирме The American Telephone & Telegraph Company. Люди от телефонии заинтересовались этой новинкой, но совершенно не знали, что с ней делать. Из Чикагского университета был приглашен Harold Arnold, чтобы осознать смысл всего этого. Из теоретических работ, проведенных совместно с нобелевским лауреатом Robert'ом Millikan'ом Arnold сделал предположение, что электронный разряд способен создать электрический ток только при отсутствии ионов газа (неизвестное "голубое свечение"). Химик-исследователь living Langmuir из General Electric Company (GE) был близок к догадкам Arnold'a, предполагая чистую термоионную эмиссию, однако, вплоть до 1912 г. (появления высоковакуумного насоса) ни один не мог подтвердить это на деле.

Вооруженный лишь собственными предположениями, Arnold создал лампу с высоким вакуумом на Western Electric - производственном отделении AT&T. Его упорство было вознаграждено - в 1915 г. состоялся выпуск триода 101В. Это был прорыв, ибо средний ресурс лампы был 4000 часов - в 10 раз больше, чем у любого предшественника (*4). С этого момента WE начала установку ламповых усилителей, работающих как "ретрансляторы" на трансконтинентальных телефонных линиях. Это было первым опытом использования электронных усилителей в коммерческих целях (8).

В Штатах большинство пионерских разработок ламповых технологий связано с фирмами либо WE, либо GE. Наиболее сложно было откачать воздух из баллона, когда вся начинка уже была установлена, а затем "запечатать" созданный вакуум. Второй задачей было создание прочного массивного катода с высокой эмиссией. Третьей проблемой стал анализ общих характеристик триодов, чтобы целенаправленно вести разработки для различных целей (*5). После решения первых трех можно было приступить к оценке факторов, влияющих на срок жизни лампы.

Эволюция усилителей шла параллельно разработкам новых ламп. Но она происходила только исходя из задач WE - передача голоса, либо иных сигналов на значительные расстояния, сначала по кабелю, затем по воздуху. Необходимо сказать, что усилители проектировались с минимальными искажениями, насколько возможно, чтобы чисто усиливать голосовые сигналы и затем передавать их внятно по длинным линиям.

Следует отметить, в этой связи, сколько новшеств появилось в audio благодаря исследованиям в коммуникациях, осуществленных AT&T. К примеру, двухтактный трансформатор был изобретен в 1912 г. спустя только пять лет после изобретения триода (9). Удивительно, что это случилось в тот же год, когда Де Форест изобрел однотактный усилитель! Двухтактная схема была предложена Е.Н. Colpits'eM, главой отдела разработок на WE. Для меня остается мистикой, почему WE, имея изобретение двухтактного усилителя и владея правами на триод Де Фореста, не приступила сразу же к реализации двухтактного принципа с целью уменьшения искажений в телефонных трансляторах. Ясное дело, что эти трансляторы были однотактными. Будет неправдой, однако, заключить, что инженеры WE находили однотактники более качественными по сути. Наоборот, специалисты фирмы бились за уменьшение искажений все двадцатые годы и еще в тридцатые.

Человеком, способным решить проблемы искажений, стал H.S.BIack. Начав работать на WE в 1921 г., он принялся за разработку средств, с помощью которых, несколько звуковых каналов (голосовых, как правило) можно было подать на усилитель, а на выходе получить их несмешанными и чисто усиленными. К тому моменту стало понятно, что искажения, создаваемые каждым усилителем, размещаемым на равных интервалах по длинной линии для компенсации потерь, вносимых милями медного провода, на выходе "накапливались". Вдобавок присутствовала взаимная модуляция каналов между собой. Black выяснил, что подачей инвертированного выходного сигнала на вход, можно добиться уменьшения искажений (10). Тогда, рассчитывая усилитель с "избыточным усилением", можно добиться снижения искажений посредством "обратной связи", оставив при этом требуемое усиление полезного сигнала на выходе. Это обманчивое своей простотой решение пришло ему в голову во время переправы через Гудзон.

Спустя много лет, в 1957 году, Харальд Блэк был награжден Золотой медалью Американского Института электроинженерии (AIEE). Вот что сказал в этой связи M.J. Kelly, президент Bell Labs: "Наряду с изобретением аудиона Де Фореста, работа Блэка является самой значительной в электронике и связи за последние 50 лет... Без стабильного усиления, свободного от искажений, достигнутого благодаря изобретениям Блэка, современные многоканальные коммуникации на континенте и через океан не были бы возможны (11)".

ПЕРВЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

В 1924 г. появилась статья с расчетом оптимальной нагрузки триода с целью получения максимальной мощности (12). В1925 г. уже появилась обобщающая теория электронного усиления мощности (13). Она была написана ни кем иным, как Эдвардом Келлогом (Ed. Kellogg - вместе с Rice'oм изобрел динамик электродинамического типа с подвижной катушкой, остающийся и по сей день самым популярным). В статье Kellogg предположил, что 5% искажений являются предельно допустимыми в звуковых усилителях. Он показал при этом, что данная величина приемлема только в том случае, если кривизна характеристики передачи является "непрерывной и однородной, даже если сама характеристика резко обрывается на концах". Под этим подразумевалось, что продукты искажений должны быть низкого порядка, т.е. второго, третьего, четвертого и вероятно пятого.

В Британском еженедельнике Wireless World (14) появился исчерпывающий анализ работы двухтактного усилителя. Примерно в то же время фирма Thordarson предложила свои усилительные конструкции (КIТы) на рынок Штатов. В журнале Radio и подобных ему реклама гордо гласила: "Это даст шанс вашему радио воспроизвести реальную музыку. Построй усилитель мощности Thordarson". Компания предлагала и однотактные и двухтактные усилители. Потребность в усилителях с большой мощностью и высоким КПД обнаружилась в кинотеатрах еще в самом начале 30-х (15). В результате двухтактные усилители с трансформаторной связью получили признание в РА (Public Adress - озвучание больших площадок, вещание на широкую аудиторию). Они работали в классе-В, с целью получения максимальной мощности на выходе (16). Сразу же были выяснены проблемы с качеством в этом режиме и подобный подход больше не возникает в hi-fi кругах (17,18).

Весьма заметным продуктом в тот период явился однотактный усилитель WE Model 91-А. Рассчитанный на озвучание малых кинотеатров, он использовал на выходе один триод 300В, дававший 3,5 ватта. Для больших театров был предназначен двухтактный Model 86-А. Пара ЗООА на выходе давала 15 ватт. Так обстояло дело до эры hi-fi, чьи проблески уходят в ранние 30-е.

THE HIGH-FIDELITY УСИЛИТЕЛЬ

В 1934 году в Wireless World (19) появилась статья, давшая начало новой эре. Ее автор W.T. Cocking предположил, что 5% искажений слишком много для качественного усилителя. Он заявил, что целью воспроизведения является создание в домашних условиях того звука, который мог быть услышан в студии.

Этой декларацией отмечено концептуальное рождение эры high-fidelity, насколько верно я могу отыскать его корни. Считать Cocking'a предвестником следует не потому только, что он был влиятелен и авторитетен, но и оттого, что его усилитель постепенно эволюционируя, привел к знаменитому усилителю Уильямсона (D.T.N. Williamson).

Подход Cocking'a заостряет три момента: уменьшение частотных искажений, амплитудных искажений и, наконец, - фазовых искажений. Частотный диапазон был расширен до 10 кГц посредством емкостной (гальванической) связи между каскадами, а не межкаскадными трансформаторами, как было принято в то время (20). Это также вело к уменьшению фазовых искажений в верхнем диапазоне, улучшая, таким образом, отклик на скоростные сигналы с крутыми фронтами.

После этого он сравнил триоды с пентодами и пришел к выводу о предпочтительности триода за его лучшую способность демпфировать колебания подвижной системы на резонансе. Далее последовало сравнение SE и РР включений и сделан вывод, что последний (РР) объективно создает меньше искажений второго порядка. По поводу искажений Cocking заявил: "Отсутствие амплитудных искажений оказалось наиболее заметным при проведении тестов (прослушиваний), а повышенная ясность и чистота выявили тот факт, что хотя искажения, вносимые обычной техникой усиления и не велики, они имеют неблагоприятное воздействие. В итоге: отсюда должно быть ясно, что идеальным выходным каскадом для существующего типа громкоговорителей является пара триодов в двухтактном включении" (*6).

Этот концептуальный разбор получил хождение по всей Британии вплоть до Австралии. Cocking упорно "добивал" начатое дело, завершив его серией статей в Wireless World'. В самом деле, эти работы оказали в 30-е годы такое же влияние на умы публики, как впоследствии статьи Уильямсона, опубликованные в 40-х. "The Wireless World Push-Pull Quality Amplifier" - качественный двухтактный усилитель WW. Он стал как бы семенным фондом, неким законодателем, на который оглядывались последующие 20 лет.

РОЖДЕНИЕ УСИЛИТЕЛЯ WILLIAMSON'A.

В августовском номере за 1938 г. (22) в редакционной статье WW был дан способ адаптирования усилителя Cocking'a для использования в связном приемопередатчике (22). Доработка содержала фазоинвертор с разделенной нагрузкой по входу с тем, чтобы принять обычный сигнал (усилитель Cocking'a имел балансный вход). В январе 1946-го появилась статья - продолжение довоенной, где в схему была введена обратная связь (23). Год спустя D.T.N. Williamson опубликовал свою статью "Конструирование высококачественного усилителя"'.

Он не только добавил инвертор (впрочем, уже известный), но и ввел дополнительный каскад усиления по напряжению. По его замыслу каскад должен был компенсировать потерю усиления из-за введения обратной связи, оставляя чувствительность по входу неизменной. Уильямсон был сосредоточен главным образом на "эффективном усилении", т.е. максимальном продлении полосы вверх, так как раннее падение усиления могло подействовать на "точное воспроизведение скоростных, транзитных сигналов". Дополнительный каскад имел непосредственную связь с инвертором по входу, что давало некоторый плюс по уменьшению фазового сдвига на крайних низких частотах.

В своей статье он перекликается с идеями Cocking'a, суммируя требования при конструировании высококачественного усилителя: "... Тогда выходит, что расчет усилителя для воспроизведения звука, дающего высшее качество, должен быть основан на применении триодов в двухтактном включении с использованием отрицательной обратной связи".

Он уделил особое внимание следующим выдающимся постулатам:

1) Выходной импеданс усилителя должен быть "много меньше", чем у громкоговорителя. "Чтобы избежать высокого резонансного выброса, жесткость подвеса в качественных головках должна быть малой и, очевидно, потери (энергии) в таком подвесе не должны быть велики. Таким образом, электромагнитное демпфирование является важным моментом в управлении колебаниями диффузора". Уильямсон полагал, что коэффициент демпфирования усилителя при работе с динамическими громкоговорителями должен быть порядка 20-30.

2) Отрицательная обратная связь должна быть оптимизирована в районе 20 дБ.

3) С целью минимального влияния фазового сдвига на краях слышимого диапазона, частотная характеристика усиления должна быть не уже 3,3 Гц-60 кГц по уровню -3 дБ.

4) Фазовый набег не должен превышать 20(*8) во всем диапазоне, чтобы тем самым не ухудшать переходные характеристики и эффективность обратной связи.

5) Достаточный запас по мощности, чтобы выдерживать высокие динамичные выбросы на музыкальной программе.

6) Выходной трансформатор должен быть рассчитан под определенные требования, задаваемые линией нагрузки.

Вот так, длинный эволюционный путь, начатый в 1934 г. Cocking'oM, вышел в точку кульминации в 1947-м. Родовая особенность усилителя Уильямсона во всех его инкарнациях -триоды в двухтактном включении(*9). Им было отдано предпочтение, так как, не глядя на снижение выходной мощности, производимые ими искажения были менее заметны. Предположения, сделанные автором в том же 47-м, получили поддержку Харри Олсона (25) (Harry F. Olson - руководитель лаборатории электроакустических исследований фирмы RCA).

ВОЗВРАТ К ПЕНТОДУ

На волне успеха, продолжавшегося уже 13 лет (с момента появления усилителя Cocking'a), усилитель Уильямсона въехал в американский рынок. Сам автор ввел окончательные доработки в обратную связь, с которой он испытал затруднения при добавлении еще одного каскада с низким усилением до инвертора. В своей статье-продолжении он показал, как добиться устойчивости усилителя посредством введения фазовой компенсации (коррекции) по выходу первого каскада (26) (*10). В 1949-м его схема становится мировым прототипом усилителя с обратной связью. В своих статьях Уильямсон часто указывал на тесную взаимосвязь между линейностью фазовой характеристики и переходной. Эта тема усиленно разрабатывалась дизайнерами усилителей с обратной связью (27, 28, 29) (*11).

За спиной громадного интереса к усилителю Уильямсона (30, 31) стало расти новое поколение пентодных усилителей, бросая вызов двухтактно-триодным традициям. Движение в сторону применения пентодов, поначалу считавшихся пригодными для РА, получило новые стимулы после того, как были найдены методы, позволявшие зазвучать пентодам подобно триодам.

Как хорошо известно, ахиллесовой пятой триодов является их высокая входная емкость. Она определяет спад характеристики на высоких частотах. Тетрод имеет вторую сетку, назначение которой уменьшить величину проходной емкости. Пентод содержит еще один элемент, работающий для усиления напряжения, и в конечном случае, - выходной мощности. Это может быть либо третья сетка, либо лучеобраэующие пластины. В последнем случае лампа называется "лучевым тетродом" или "kinkless tetrode" - то есть тетрод без излома характеристики (имеется в виду отсутствие жесткого динатронного эффекта).

Отрицательной стороной многосеточных ламп стал тот факт, что продукты искажений имеют диссонансный характер восприятия в сравнении с триодами. Диссонанс возникает из-за того, что характеристика передачи имеет "резкий перелом" по обе стороны (используя терминологию Kellogg'a). Перед разработчиками встала проблема подавления этих неблагозвучных составляющих спектра искажений. В особенности отличились три компании в достижении этой цели:

1) В 1945 г. глава фирмы Acoustical Manufacturing (с продукцией под маркой Quad) Peter J. Walker (в русской транскрипции - Питер Уолкер) нашел метод значительного прдавления искажений пентода путем включения небольшого числа витков в цепь катода выходной лампы (Рис.1).

Рис. 1 Верхнее плечо выходного каскада QUAD. Частичное включение катода в первичную обмотку (Уильямсон и Уолкер).

Это позволило распределить нагрузку, приведенную в первичную обмотку, между анодом и катодом лампы, в соответствии с числом витков в каждой части. Как только нагрузка подключена ко вторичке, так эти обмотки включаются в параллель. Это уменьшает внутреннее сопротивление каскада, тем самым, расширяя диапазон (32, 33). Более широкая полоса затем транслируется в меньшие фазовые сдвиги, что в свою очередь обеспечивает более эффективное действие ОС на высоких частотах (вследствие того, что сигнал обратной связи остается даже на высоких частотах близким к идеальному фазовому углу -180°).

Более того, здесь осуществлена местная ОС благодаря импедансу катодной обмотки по переменному току. Такой вид обратной связи имеет тот же эффект, что и общая петля ОС, но с одним огромным преимуществом: здесь всего лишь один высокочастотный полюс, формирующий фазовый набег (*12). Таким образом, в усилителе Quad II искажения высших порядков, связанные с работой пентодов, заметно подавлены и при этом не ценой выходной мощности, что имело место с триодами (*13).

2) В 1949 г. Frank Mclntosh и Gordon Gow в своем усилителе 50W-1 предприняли еще один шаг в развитие концепции разделенной нагрузки - посредством выходного каскада с "единичной связью" (unity-coupled). По их замыслу, теперь катодная обмотка имеет витков столько же, сколько имеет анодная (Рис. 2), что приводит к более сильной локальной обратной связи (*14).

Рис. 2 Одно плечо выходного каскада Mc Intosh (no Кроухерсту)..

Сверх того, анодная и катодная обмотки выполнены бифилярной намоткой. Тогда это действительно получается "единичная связь" между двумя обмотками. Индуктивность рассеяния в таком трансформаторе уменьшена втрое, полоса соответственно расширилась, а фазовый сдвиг тем самым уменьшился (34). Так как ток сигнала через каждую половину обмотки протекает полный период (т.е. от 0° до 360°, а не от 0° до 180° как в классе-В), искажения типа "ступенька" отсутствуют, как это происходит в классе-А и, по той же причине - здесь нет резкой отсечки тока при переходе от одной полуволны к другой в точке их встречи (18, 35).

Редакция журнала Audio Engineering поздравила Фрэнка Макинтоша с "первым основательным изменением за годы существования концепции "распределенной нагрузки" (34).

3) В 1951 г. David Hafler и Herbert Keroes подошли к проблеме применения пентода под иным углом: они вернули часть переменного анодного напряжения на вторую сетку (Рис. 3).

Рис. 3 Половина ультралинейного (UL) выходного каскада (Хафлер и Кврос).

Эта петля местной ОС стала известна под названием "ультралинейного" включения. Оно стало основой для усилителя Aero Ultra Linear. Хотя Keroes, являвшийся специалистом по трансформаторам, знал, что действие экранной сетки нелинейно при подаче на нее прямого сигнала, равно как и при подаче сигнала обратной связи (36,37)(*15), он нашел, что существует точка отвода в анодной обмотке, когда действие ОС линейно (33,38,39). Этот узкий просвет в рабочих характеристиках и был искомым, чтобы обеспечить "ультралинейность"". По его собственному выражению: "Мы добились нового типа лампы без конструирования и создания самой лампы. Это не триод и не тетрод, но его улучшенная линейность выше того и другого, оправдывая свое название "ультралинейной" (39).

F. Langford-Smith " в своей оценке (33) аргументировано подтвердил решение, найденное Хафлером, в то же время как Уильямсон и Уолкер отнеслись к ней с пренебрежением. Уолкер заявил, что его схема может делать все то же, что делает ультралинейная схема и даже больше. Лангфорд-Смит не согласился. Cocking наблюдал за развитием конфликта и в результате математического анализа устроил разнос двум У за подобное принижение идеи Хафлера (36). (На тот момент Cocking был главным редактором весьма влиятельного в Британии журнала Wireless Engineer).

Пока различные центры влияния были заняты выяснением деталей, Hafler и Keroes начали публиковать статьи, имевшие целью улучшение усилителя Уильямсона - перевод его в ультралинейное включение (31,40,41)(*18). Это было все, что требовалось, так как производители и аудиофилы были заинтересованы в победе лучшей схемы: ультралинейный усилитель с полнейшей сертификацией со стороны мировой электронной прессы привлекал легионы последователей и противостояние триод/пентод эффективно разрешилось. Ультралинейное включение (UL) было последовательно принято более чем 20-ю различными производителями в Штатах (41), включая Marantz, Harman/Kardon, Fisher, Scott, Eico и Dynaco.

Одной из важнейших причин популярности UL стала экономика. Технология UL была дешевле в исполнении и переделках, чем технология Quad или MAC (Me Intosh), давая большую мощность и меньшие искажения, чем сравнимые с ней триоды тех дней. Больше, чем все другие схемы, такое решение выходного каскада определило рождение золотой эры high-fidelity. Сам по себе знак "Litre-Linear" стал общим местом в технике звукоусиления, а не обозначением определенного усилителя, применяющего подобную схему. Другой вопрос, оправдывал ли он свой экзальтированный статус.

Вестник А.Р.А. №2

Часть [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]

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

Найти на сайте

Информация

Только к середине 80-х возникла новая волна спора между двухтактными усилителями на триодах и пентодных в ультралинейном включении. Противостояние касалось исключительно только РР схем; так что не будем обсуждать этот момент и скажем лишь одно - триоды вернулись, а наряду с ними вся орава усилителей с переключением триод/UL пентод.
    Вторая волна поднялась в начале 90-х, уже с знакомым нам конфликтом - двухтактные триоды против однотактных. Поскольку он так и не разрешен, им мы и займемся. Темы дебатов опять крутятся вокруг фазоинверторов, продуктов искажений, глубины ОС и вдруг всплывшего эффекта под названием "первый ватт".
    Далее...

Это интересно

Одной из наиболее убедительных причин громадной популярности UL был отказ от специального питания экранной сетки. Второй по значимости причиной явилось то, что UL схема стала альтернативой между триодным и пентодным выходным каскадом, не помирив, но разведя соперников по разным углам. В самом деле, схема QUAD с ее перевернутым вверх ногами ультралинейным включением обеспечивала те же достоинства официальной схемы. П. Уолкер пытался отстоять свою правоту (32), но был окончательно повержен, так как у него не было такого завораживающего и мистического элемента, как нелинейная обратная связь, оправдывающая себя в узком промежутке.
    Действительно, в своем обзоре этих двух технологий (Quad и Hafler) Лангфорд-Смит вычислил, что подача нелинейной обратной связи в UL включении уменьшает искажения не пропорционально усилению! Этот феномен буквально проносится перед носом классической теории обратной связи, оставляя в недоумении ее адептов. Общее восприятие рынка и аудиофилов было таково, что усилитель Асго содержал нечто, отсутствовавшее и у Quad II и у Mclntosh.
    При окончательном анализе Mclntosh имел лучшие измеряемые параметры, чем Асго и Quad II. Но Асrо, не будучи технически равным Mclntosh, апеллировал своей ценой к потребителю, не искушенному в технических тонкостях. Обыватель же, со всей тягой к непостижимому и мистическому, голосовал своим $ за Асго.
    Сами же разработчики апеллировали не столько к голове и уму покупателя, сколько к ощущениям аудиофилов. В статье Audio Engineering (39) они писали: "Превосходные объективные показатели необходимы, но недостаточны для качественного звука. Это означает, что тест на прослушивание более важен, он в конце концов, остается наиболее убедительным". Таким образом, усилители Асrо продавались на аудиорынке за их звучание, а не за характеристики (31, 41), встав на пути опасной тенденции - слепо доверять техническим результатам, как мерилу качества.
    Такое отклонение от общепринятой позиции отражало новое, едва родившееся отношение к определению качества. Статьи, дававшие оценки по техническим показателям, стали вызывать недоверие. Этот разрыв стал более заметен, когда аудиофилы стали обсуждать графики и цифры новых транзисторных усилителей, показатели которых были лучше, чем у старых ламповых и, следовательно, звук должен быть лучше.
    Однако любой аудиофил припомнит, что ранние полупроводниковые усилители звучали подобно карманному приемнику, употребляющему стероиды.
    Проблема в том, что транзисторы до сих пор имеют плохо изученные параметры, которые вызывают недовольство самих создателей транзисторной техники. Прямейшим путем попадания на рынок качественного audio казалось проектирование схем по образу и подобию ламповых. Но при таком подходе были обнаружены переходные интермодуляционные искажения (TIM) (42, 43) и поэтому существовавший зазор в качестве между лампами и транзисторами стал настоящей дырой. TIM искажения стали главным фактором "закрытия школы, где учат, что спецификации врать не могут", так как слушатель всегда доказывал, что он прав.
    Вот тогда и случилась занимательная штука - многие слушатели вовсе прекратили доверять характеристикам. Это обусловило нарождение нового класса audioписателей: экспертов-слушателей. Основатель журнала Stereophile J. Gordon Holt, к примеру, на протяжении 60-х оказал большее влияние на вкусы аудиофилов, чем любая из компаний, производивших audioтехнику. В процессе экспроприации audio из безраздельного подчинения инженерам, Холт вывел определение того, как чувствуют музыку аудиофилы(*19). В 70-е Harry Pearson затмил влияние Холта, введя парадигму "абсолютного звука", т.е. звука живой музыки, как в концертном зале, не подвергнутой усилению. Отсюда и название его журнала - Absolute Sound.
    Конечно, если довести эту парадигму/образец до логического предела, как это сделал бы Платон, то у каждого понятия или предмета должен существовать свой идеальный прототип - идеальная скрипка, идеальный концертный зал и прочее. Однако это предполагает и наличие идеальных ушей, способных слышать все это! В этом случае пророчества Hafler'a и Keroes'a сбылись: эти "новые субъективисты" создали особую методику влияния на аудиофилов - влияние, которое впрямую адресовано к эстетическим ощущениям любителей музыки.
    "Новые субъективисты" создали немало поправок в технических спецификациях, которыми буквально завалили производители среднеклассного audio с самого начала транзисторной революции. В технике high-end подобные коррекции также присутствовали, хоть и в меньшей мере: в век Холта и Пирса субъективные оценки работы компонентов стали перевешивать профессиональный взгляд на вещи, при оценке различий. Что в результате? Забытые технологии порой появляются вновь, вооружившись новыми возможностями; новые технологии, полные надежд и обещаний, порой исчезают непризнанными.
    Так как флаг искусства в audio водружен над audioинженерией, мне видится полезным во все времена искать точки соприкосновения одного с другим. К примеру, античные греки не делали различий между подходом творческим и научным, техническим. Их объединило одно слово - techne. Использование этого термина предполагало неразрывную интеграцию искусства и техники. Да, греки полагали, как и другие цивилизации, что архитектура являет образец почти абсолютного альянса творчества и науки. Но можно ли сказать то же самое про audio наших дней? Быть может полезно заново пересмотреть античные взгляды.
    Благодаря огромному влиянию Cocking'a и Уильямсона, однотактные усилители игнорировались аудиофилами до тех пор, пока в Японии не начались эксперименты с ними в середине 70-х. Японцы, и в особенности Нобу Шишидо (Nobu Shishido) - ключевая фигура в однотактном движении, заслуживают уважения за то, что они принесли собственные достижения в технике audio к алтарю SE.
    В самом деле, японцы выказывают больший пиетет перед иконой audioистории Запада, нежели сами американцы. То, что привело японцев к однотактникам, американцам показалось анахронизмом - любовь к своим и английским старым рупорным системам. Согласно японским энтузиастам, в комбинации однотактных усилителей и рупорных систем их привлекли "тональность " и "атака". Существует почти библейская история о том, как Икеда (Ikeda - один из видных японских идеологов однотактного движения) открыл для себя Western Electric 91-А (*20). Этот 3,5 ваттный усилитель со старой системой Lowther обладал ангельским голосом в сравнении с транзисторными усилителями самой последней марки.
    Далее...

Информация