Технические характеристики усилителя звука Valve

Технические характеристики и подробная информация о ламповом усилителе звука , включая историю его разработки.

Схема и производительность

Характеристики клапанов

Лампы (также известные как электронные лампы) имеют очень высокий входной импеданс (почти бесконечный в большинстве схем) и устройства с высоким выходным импедансом. Они также являются высоковольтными/слаботочными устройствами.

Характеристики ламп как устройств усиления имеют прямое значение для их использования в качестве усилителей звука , в частности, усилителям мощности необходимы выходные трансформаторы (OPT) для преобразования высоковольтного слаботочного сигнала с высоким выходным сопротивлением в сильноточный низковольтный сигнал. сигнал, необходимый для управления современными громкоговорителями с низким импедансом (ср. Транзисторы и полевые транзисторы , которые являются устройствами с относительно низким напряжением, но способны напрямую проводить большие токи).

Другим последствием является то, что, поскольку выход одного каскада часто смещен на ~ 100 В от входа следующего каскада, прямая связь обычно невозможна, и каскады необходимо соединять с помощью конденсатора или трансформатора. Конденсаторы мало влияют на работу усилителей. Межкаскадная трансформаторная связь является источником искажений и фазового сдвига, и с 1940-х годов ее избегали для высококачественных приложений; Трансформаторы также увеличивают стоимость, объем и вес.

Основные схемы

Следующие схемы представляют собой только упрощенные концептуальные схемы, реальные схемы также требуют сглаженного или регулируемого источника питания, нагревателя нитей накала (детали зависят от того, нагреваются ли выбранные типы клапанов напрямую или косвенно), а катодные резисторы часто обходятся. и т. д.

Стадия усиления с общим катодом

Триодный каскад усиления с общим катодом

Базовым каскадом усиления лампового усилителя является каскад с общим катодом с автоматическим смещением, в котором анодный резистор, ламповый и катодный резистор образуют делитель потенциала на шинах питания. Сопротивление клапана меняется в зависимости от напряжения на сетке относительно напряжения на катоде.

В конфигурации с автоматическим смещением «рабочая точка» достигается путем установки потенциала постоянного тока входной сетки на уровне 0 В относительно земли через резистор «утечки в сети» высокого номинала. Анодный ток задается значением напряжения сетки относительно катода, и это напряжение теперь зависит от значения сопротивления, выбранного для катодной ветви схемы.

Анодный резистор действует как нагрузка в цепи и обычно в 3-4 раза превышает анодное сопротивление используемого типа клапана. Выходной сигнал схемы представляет собой напряжение на соединении между анодом и анодным резистором. Этот выходной сигнал изменяется в зависимости от изменений входного напряжения и является функцией усиления напряжения клапана «mu» и значений, выбранных для различных элементов схемы.

Почти все схемы аудиопредусилителей построены с использованием каскадных каскадов с общим катодом.

Сигнал обычно передается от ступени к ступени через разделительный конденсатор или трансформатор, хотя в необычных случаях осуществляется прямая связь.

Катодный резистор может быть зашунтирован с помощью конденсатора, а может и не быть зашунтирован. Обратная связь также может быть подана на катодный резистор.

Усилитель мощности на несимметричном триоде (SET).

Простой усилитель мощности SET можно сконструировать путем каскадного соединения двух каскадов с использованием выходного трансформатора в качестве нагрузки.

Дифференциальные ступени

Два триода с катодами, соединенными вместе, образуют дифференциальную пару . Этот каскад имеет возможность подавлять синфазные сигналы (одинаковые на обоих входах), а при работе в классе А также имеет то преимущество, что он способен в значительной степени подавлять любые изменения напряжения питания (поскольку они одинаково влияют на обе стороны дифференциального каскада). и наоборот, общий ток, потребляемый каскадом, почти постоянен (если одна сторона потребляет больше мгновенно, другая потребляет меньше), что приводит к минимальным изменениям в провисании шины питания и, возможно, также к межкаскадным искажениям.

Два силовых клапана (могут быть триодами или тетродами) с дифференциальным управлением образуют двухтактный выходной каскад, управляющий двухтактной нагрузкой трансформатора. Этот выходной каскад гораздо лучше использует сердечник трансформатора, чем несимметричный выходной каскад.

Пара с длинным хвостом

представляет Длинный хвост собой нагрузку постоянного тока (CC) в качестве питания общего катода для дифференциальной пары. Теоретически более постоянный ток линеаризирует дифференциальную ступень.

CC может быть аппроксимирован резистором, сбрасывающим большое напряжение, или может быть сгенерирован активной схемой (на основе лампового, транзисторного или полевого транзистора ).

Пара с длинным хвостом также может использоваться в качестве фазоделителя . Он часто используется в гитарных усилителях (где его называют «фазоинвертором») для управления силовой частью.

Фазоделитель «гармошка»

В качестве альтернативы паре с длинным хвостом в гармошке используется одиночный триод в качестве переменного сопротивления внутри делителя потенциала, образованного Ra и Rk по обе стороны от лампы. В результате напряжение на аноде меняется точно и противоположно напряжению на катоде, обеспечивая идеально сбалансированное разделение фаз. Недостатком этой стадии (ср. с дифференциальной парой с длинным хвостом) является то, что она не дает никакого выигрыша. Использование двойного триода (обычно восьмеричного или нова) для формирования входного буфера SET (дающего усиление) для последующего питания фазоделителя гармошкой представляет собой классический двухтактный входной каскад, за которым обычно следуют драйвер (триод) и (триод или пентод). выходной каскад (во многих случаях ультралинейный) для формирования классической схемы двухтактного усилителя.

Двухтактный усилитель мощности

схема Показанная двухтактная выходная представляет собой упрощенную вариацию топологии Уильямсона , которая состоит из четырех каскадов:

входной каскад SET для буферизации входа и некоторого усиления по напряжению.
фазоделитель, обычно катодинного типа или типа «концертина». Это генерирует точно равные, но противоположные сигналы возбуждения для следующей двухтактной схемы, но не дает никакого усиления. Обратите внимание, что, как показано, фазоделитель «гармошка» топологии Уильямсона напрямую связан (с помощью резистора) с входным каскадом. Это требует тщательного проектирования входного каскада, поскольку номинальное напряжение анода входного клапана также будет определять рабочую точку гармошки. Другие топологии включают парафраз, плавающий парафраз и дифференциальную (длиннохвостую пару).
водительская ступень. Это дает дополнительный прирост напряжения для каждого из двухтактных сигналов, и в зависимости от требований выходного каскада тип лампы может быть выбран для более высокого напряжения или более низкой способности управления Z.
Выходной каскад, в котором нагрузкой является трансформатор, а не анодный резистор. В оригинальном Williamson использовались пентоды КТ66 , «связанные с триодами» (работающие как триоды). Вместо этого в большинстве более поздних двухтактных усилителей использовалось ультралинейное соединение.

Каскод

Каскод состоящий (сокращение фразы «каскад» до «катод» ) представляет собой двухкаскадный усилитель, из усилителя крутизны, за которым следует токовый буфер . В ламповых схемах каскод часто состоит из двух триодов , соединенных последовательно, причем один из них работает как общая сетка и, таким образом, действует как регулятор напряжения , обеспечивая почти постоянное анодное напряжение для другого, который работает как общий катод . Это улучшает изоляцию входа-выхода (или обратную передачу) за счет устранения эффекта Миллера и, таким образом, способствует гораздо более широкой полосе пропускания , более высокому входному сопротивлению , высокому выходному сопротивлению и более высокому коэффициенту усиления , чем у каскада с одним триодом.

Тетрод/пентодные каскады

Тетрод имеет экранную сетку (g2), которая находится между анодом и первой сеткой и обычно служит, как и каскод , для устранения эффекта Миллера и, следовательно, также обеспечивает более высокую полосу пропускания и/или более высокий коэффициент усиления, чем триод, но при за счет линейности и шумовых характеристик.

Пентод перегиба имеет дополнительную супрессорную сетку (g3) для устранения тетрода . Это используется для повышения производительности, а не для дополнительного усиления, и обычно недоступно извне. В некоторых из этих клапанов используются совмещенные сетки для минимизации тока сетки и лучевые пластины вместо третьей сетки, они известны как « лучевые тетроды ».

Было осознано (и многие пентоды были специально разработаны для такой возможности), что, привязывая экраны к сетке/аноду, тетрод/пентод просто снова становится триодом, что делает эти лампы поздней конструкции очень гибкими. Тетроды с «триодной связкой» часто используются в современных конструкциях усилителей, которые оптимизированы по качеству, а не по выходной мощности.

Ультралинейный

В 1937 году Алан Блюмлейн разработал конфигурацию между тетродом с «триодной связкой» и обычным тетродом, которая соединяет дополнительную сетку (экран) тетрода с отводом от OPT на полпути между анодным напряжением и напряжением питания. Этот электрический компромисс дает усиление и линейность, равные лучшим характеристикам обеих крайностей. В инженерной статье 1951 года, опубликованной Дэвидом Хафлером и Гербертом Кероэсом , они определили, что, когда отвод экрана был установлен примерно на 43% от анодного напряжения, в выходном каскаде возникало оптимизированное состояние, которое они назвали ультралинейным . К концу 1950-х годов эта конструкция стала доминирующей конфигурацией высококачественных усилителей PP.

Выходной бестрансформаторный

Юлиус Футтерман был пионером в создании усилителя, известного как « выходной бестрансформаторный » (OTL). В них используются параллельные лампы для согласования с импедансом динамиков (обычно 8 Ом). Эта конструкция требует большого количества ламп, перегревается и пытается согласовать импедансы способом, принципиально отличающимся от трансформатора. ^{[ нужна ссылка ]}, они часто имеют уникальное качество звука. ^{[ нужна ссылка ]} Триоды 6080, предназначенные для регулируемых источников питания, представляли собой низкоомные типы, которые иногда приходилось использовать без трансформатора.

Усилители мощности на несимметричном триоде (SET)

В некоторых ламповых усилителях используется топология несимметричного триода (SET), в которой используется устройство усиления класса A. SET чрезвычайно просты и имеют малое количество деталей. Такие усилители дороги из-за необходимости использования выходных трансформаторов.

Этот тип конструкции приводит к чрезвычайно простому спектру искажений, состоящему из монотонно затухающей серии гармоник. Некоторые считают, что эта характеристика искажений является фактором привлекательности звука, производимого такими конструкциями. По сравнению с современными конструкциями SET используют минималистский подход и часто имеют всего два каскада: однокаскадный триодный усилитель напряжения, за которым следует триодный каскад мощности. Однако используются варианты, в которых используется какой-либо источник активного тока или нагрузка, не считающаяся ступенью усиления.

Типичным лампом, использующим эту топологию в (редком) современном коммерческом производстве, является 300B , который выдает около 5 Вт в режиме SE. В редких усилителях этого типа используются лампы, такие как 211 или 845 , мощностью около 18 Вт. Эти лампы представляют собой передающие лампы с ярким эмиттером и имеют торированные вольфрамовые нити, которые при включении светятся, как лампочки.

См. нижеследующие параграфы, посвященные мощным коммерчески доступным усилителям SET, обеспечивающим без труда мощность до 40 Вт, после разработки выходных трансформаторов для преодоления вышеуказанных ограничений.

На рисунках ниже изображен коммерческий усилитель SET, а также прототип усилителя для любителей.

Коммерческий усилитель SE
Любитель сконструировал прототип усилителя SET.

Одной из причин того, что SET (обычно) ограничены малой мощностью, является чрезвычайная сложность (и, как следствие, затраты) создания выходного трансформатора, который мог бы выдерживать анодный ток без насыщения, избегая при этом чрезмерно больших емкостных паразитных помех.

Двухтактные (ПП)/дифференциальные усилители мощности

Использование дифференциальных («двухтактных») выходных каскадов устраняет постоянный ток смещения, проходящий через выходной трансформатор каждым из выходных ламп в отдельности, что значительно снижает проблему насыщения сердечника и, таким образом, одновременно облегчает создание более мощных усилителей. как использование меньших, более широких полос пропускания и более дешевых трансформаторов.

Отмена дифференциальных выходных ламп также в значительной степени устраняет (доминирующие) продукты гармонических искажений четного порядка выходного каскада, что приводит к меньшему коэффициенту нелинейных искажений, хотя теперь в нем доминируют гармоники нечетного порядка и он больше не является монотонным.

В идеале подавление искажений четного порядка является идеальным, но в реальном мире это не так, даже при использовании близко подобранных ламп. PP OPT обычно имеют зазор для предотвращения насыщения, хотя и меньше, чем требуется для несимметричной схемы.

С 1950-х годов подавляющее большинство высококачественных ламповых усилителей и почти все ламповые усилители большей мощности были двухтактного типа.

Двухтактные выходные каскады могут использовать триоды для обеспечения наименьшего Z- _выхода и лучшей линейности, но часто используются тетроды или пентоды, которые обеспечивают больший коэффициент усиления и мощность. Многие выходные лампы, такие как КТ88, EL34 и EL84, были специально разработаны для работы в триодном или тетродном режиме, и некоторые усилители можно переключать между этими режимами. После Вильямсона в большинстве коммерческих усилителей использовались тетроды в «ультралинейной» конфигурации.

Класс А

Чистые триодные каскады PP класса A достаточно линейны, чтобы их можно было использовать без обратной связи, хотя может быть желателен умеренный NFB для уменьшения искажений, уменьшения Z _out и усиления управления. Однако их энергоэффективность намного ниже, чем у класса AB (и, конечно же, класса B); при том же рассеивании анода доступно значительно меньшая выходная мощность.

В конструкции PP класса A отсутствуют перекрестные искажения , и искажения становятся незначительными при уменьшении амплитуды сигнала. Результатом этого является то, что усилители класса А очень хорошо работают с музыкой с низким средним уровнем (с незначительными искажениями) с кратковременными пиками.

Недостатком работы силовых клапанов класса А является сокращение срока службы, поскольку клапаны всегда полностью включены и постоянно рассеивают максимальную мощность. На лампы усилителя сигнала, не работающие на высокой мощности, это не влияет.

Регулирование источника питания (изменение доступного напряжения в зависимости от потребляемого тока) не является проблемой, поскольку средний ток практически постоянен; Усилители AB, потребляющие ток в зависимости от уровня сигнала, требуют внимания к регулированию питания.

Класс AB и B

Усилители классов B и AB более эффективны, чем усилители класса A, и могут обеспечивать более высокие уровни выходной мощности от данного источника питания и набора ламп.

Однако цена за это состоит в том, что они страдают от перекрестных искажений более или менее постоянной амплитуды независимо от амплитуды сигнала. Это означает, что усилители классов AB и B производят самый низкий процент искажений при амплитуде, близкой к максимальной, с худшими характеристиками искажений на низких уровнях. По мере того, как схема переходит от чистого класса A через AB1 и AB2 к B, кроссоверные искажения в разомкнутом контуре ухудшаются.

Усилители классов AB и B используют NFB для уменьшения искажений в разомкнутом контуре. Измеренные спектры искажений таких усилителей ^{[ нужна ссылка ]} показывают, что процент искажений резко снижается при использовании NFB, но остаточные искажения смещаются в сторону более высоких гармоник.

В двухтактном усилителе класса B ток выходного клапана, который должен обеспечиваться источником питания, колеблется от почти нуля при нулевом сигнале до максимального при максимальном сигнале. Следовательно, для линейной реакции на переходные изменения сигнала источник питания должен иметь хорошее регулирование.

В несимметричном режиме можно использовать только класс А, так как в противном случае часть сигнала будет отрезана. Задающий каскад ламповых усилителей класса AB2 и B должен быть способен подавать некоторый сигнальный ток на сетки силовых ламп («приводная мощность»).

Смещение

Смещение двухтактного выходного каскада можно регулировать (на этапе проектирования, обычно не в готовом усилителе) между классом A (обеспечивающим наилучшую линейность разомкнутого контура), классами AB1 и AB2, классом B (обеспечивающим максимальную мощность и эффективность от данного источника питания, выходных ламп и выходного трансформатора).

Большинство коммерческих ламповых усилителей работают в классе AB1 (обычно пентоды в ультралинейной конфигурации), жертвуя линейностью разомкнутого контура более высокой мощностью; некоторые работают в чистом классе А.

Топология схемы

Типичная топология усилителя ПП имеет входной каскад, фазоделитель , драйвер и выходной каскад, хотя существует множество вариаций входного каскада/фазоделителя, а иногда две из перечисленных функций совмещаются в одном ламповом каскаде. Доминирующими топологиями фазоделителей сегодня являются гармошка , плавающая парафаза и некоторые вариации пары с длинным хвостом .

В галерее представлен современный самодельный полностью дифференциальный усилитель чистого класса А с выходной мощностью около 15 Вт без отрицательной обратной связи, в котором используются маломощные двойные триоды 6СН7 и мощные тетроды КТ88.

Выходные трансформаторы

Из-за своей неспособности напрямую управлять нагрузками с низким импедансом, ламповые аудиоусилители должны использовать выходные трансформаторы для понижения импеданса в соответствии с громкоговорителями.

Выходные трансформаторы не являются идеальными устройствами и всегда будут вносить в выходной сигнал нечетные гармонические искажения и изменение амплитуды в зависимости от частоты. Кроме того, трансформаторы вводят частотно-зависимые фазовые сдвиги, которые ограничивают общую отрицательную обратную связь, которую можно использовать, чтобы соответствовать критериям устойчивости Найквиста на высоких частотах и избегать колебаний. Однако в последние годы разработка улучшенных конструкций трансформаторов и технологий намотки значительно уменьшила эти нежелательные эффекты в пределах желаемой полосы пропускания, переместив их дальше к границам.

Отрицательный отзыв (NFB)

После изобретения Гарольдом Стивеном Блэком отрицательная обратная связь (NFB) стала почти повсеместно применяться в усилителях всех типов, чтобы существенно уменьшить искажения, сгладить частотную характеристику и уменьшить влияние изменений компонентов. Это особенно необходимо для усилителей, не относящихся к классу А.

Обратная связь значительно снижает процент искажений, но спектр искажений становится более сложным, с гораздо более высоким вкладом высших гармоник; ^[1] высокие гармоники, если они находятся на слышимом уровне, гораздо более нежелательны, чем низкие, ^[1] так что улучшение, обусловленное меньшим общим искажением, частично компенсируется его природой. Сообщается, что при некоторых обстоятельствах абсолютная амплитуда высших гармоник может увеличиваться при наличии обратной связи, хотя общее искажение уменьшается. ^[1]

NFB уменьшает выходное сопротивление (Z _out ) (которое в некоторых схемах может меняться в зависимости от частоты). Это имеет два важных последствия:

Громкоговорители, у которых зависимость импеданса от частоты существенно отклоняется от плоской, будут иметь существенно неплоские частотные характеристики при использовании с усилителями с высоким Z- _{выходом} .

Шум клапана и коэффициент шума

Как и любое усилительное устройство, лампы добавляют шум к усиливаемому сигналу. Шум возникает из-за несовершенства устройства, а также неизбежных температурных колебаний (обычно предполагается, что системы имеют комнатную температуру, T = 295 K). Тепловые флуктуации вызывают электрический шум мощностью $k_{B}TB$ , где $k_{B}$ — постоянная Больцмана, а B — полоса пропускания. Соответственно, шум напряжения сопротивления R в разомкнутой цепи равен ${\sqrt {4k_{B}\cdot T\cdot B\cdot R}}$ и текущий шум при коротком замыкании равен ${\sqrt {4k_{B}\cdot T\cdot B/R}}$ .

Коэффициент шума определяется как отношение мощности шума на выходе усилителя к мощности шума, которая присутствовала бы на выходе, если бы усилитель был бесшумным (за счет усиления теплового шума источника сигнала). Эквивалентное определение: коэффициент шума — это фактор, на который включение усилителя ухудшает соотношение сигнал/шум. Часто выражается в децибелах (дБ). Усилитель с коэффициентом шума 0 дБ был бы идеален.

Шумовые свойства ламп на звуковых частотах можно хорошо смоделировать с помощью идеальной бесшумной лампы, имеющей источник шума напряжения, включенный последовательно с сеткой. Например, для малошумящего пентодного звукового клапана EF86 этот шум напряжения указывается (см., например, технические данные Valvo, Telefunken или Philips) как 2 микровольта, интегрированные в диапазоне частот примерно от 25 Гц до 10 кГц. (Это относится к интегральному шуму; частотную зависимость спектральной плотности шума см. ниже.) Это соответствует шуму напряжения резистора сопротивлением 25 кОм. Таким образом, если источник сигнала имеет сопротивление 25 кОм или более, шум лампы фактически меньше шума источника. Для источника с сопротивлением 25 кОм шум, генерируемый лампой и источником, одинаков, поэтому общая мощность шума на выходе усилителя равна квадратному корню из удвоенной мощности шума на выходе идеального усилителя. Это не просто двойной эффект, поскольку источники шума случайны и в комбинированном шуме происходит некоторая частичная компенсация. Тогда коэффициент шума составит 1,414, или 1,5 дБ. Для более высоких импедансов, например 250 кОм, шум напряжения EF86 составляет 1/10. ^1/2 ниже собственного шума источников, а коэффициент шума составляет ~1 дБ. С другой стороны, для источника с низким импедансом 250 Ом шумовой вклад лампы в 10 раз больше, чем у источника сигнала, а коэффициент шума составляет примерно десять, или 10 дБ.

Чтобы получить низкий коэффициент шума, полное сопротивление источника можно увеличить с помощью трансформатора. В конечном итоге это ограничивается входной емкостью клапана, которая устанавливает предел того, насколько высоким может быть достигнуто сопротивление сигнала, если требуется определенная полоса пропускания.

Плотность шумового напряжения данного клапана является функцией частоты. На частотах выше 10 кГц или около того он практически постоянен («белый шум»). Белый шум часто выражается эквивалентным шумовым сопротивлением, которое определяется как сопротивление, создающее тот же шум по напряжению, что и на входе клапана. триодов она составляет примерно (2-3)/ гм _Для , где гм _— крутизна. У пентодов она выше, около (5-7)/ г· _м . Таким образом, клапаны с высоким значением g _m обычно имеют меньший шум на высоких частотах.

В диапазоне звуковых частот (ниже 1–100 кГц) преобладающим становится шум «1/ f », который возрастает как 1/ f . Таким образом, лампы с низким уровнем шума на высоких частотах не обязательно имеют низкий уровень шума в звуковом диапазоне частот. Для специальных малошумящих аудиоламп частота, на которой берет верх шум 1/ f, снижается насколько возможно, примерно до килогерца. Его можно уменьшить, выбрав очень чистые материалы для катодного никеля и запустив клапан при оптимизированном (как правило, низком) анодном токе.

Микрофон

В отличие от полупроводниковых устройств, клапаны представляют собой совокупность механических частей, расположение которых определяет их функционирование и которые не могут быть полностью жесткими. Если клапан сотрясается либо из-за перемещения оборудования, либо из-за акустических вибраций громкоговорителей или любого источника звука, он будет производить выходной сигнал, как если бы это был своего рода микрофон (поэтому этот эффект называется микрофонией ). В той или иной степени этому подвержены все клапаны; Лампы усилителя низкого напряжения для звука устойчивы к этому эффекту и оснащены дополнительными внутренними опорами. EF86 , упомянутый в контексте шума, также предназначен для слабого микрофонного шума, хотя его высокий коэффициент усиления делает его особенно восприимчивым.

Современное аудиофильское усиление Hi-Fi

Для высококачественного аудио , где стоимость не является основным фактором, ламповые усилители оставались популярными и действительно в 1990-е годы получили коммерческое возрождение.

Схемы, разработанные с тех пор, в большинстве случаев остаются похожими на схемы времен ламповой эпохи, но выигрывают от улучшения качества вспомогательных компонентов (включая конденсаторы), а также от общего прогресса в электронной промышленности, который дает разработчикам все более глубокое понимание работы схем. Твердотельные источники питания более компактны, эффективны и могут иметь очень хорошее регулирование.

Полупроводниковые усилители мощности не имеют серьезных ограничений на выходную мощность, налагаемых термоэмиссионными устройствами; соответственно конструкция громкоговорителей изменилась в сторону меньших размеров. более удобные громкоговорители, достигается в которых энергоэффективность за счет небольшого размера, что дает динамики аналогичного качества, но меньшего размера, которым требуется гораздо большая мощность для той же громкости, чем раньше. В ответ на это многие современные ламповые двухтактные усилители стали более мощными, чем более ранние конструкции, что отражает необходимость управления неэффективными динамиками.

Современные ламповые предусилители

Когда ламповые усилители были нормой, использовались настраиваемые пользователем «регуляторы тембра» (простой двухполосный неграфический эквалайзер ) и электронные фильтры , позволяющие слушателю изменять частотную характеристику в соответствии со вкусом и акустикой помещения; это стало редкостью. В некотором современном оборудовании используются графические эквалайзеры, но ламповые предусилители, как правило, не обеспечивают этих возможностей (за исключением RIAA и аналогичного эквалайзера, необходимого для виниловых и шеллаковых дисков).

Современные источники сигнала, в отличие от виниловых дисков, подают сигналы линейного уровня без необходимости выравнивания. Обычно ламповые усилители мощности питаются непосредственно от такого источника, используя пассивную громкость и переключение источника входного сигнала, встроенное в усилитель, или с помощью минималистского усилителя управления «линейным уровнем», который представляет собой не что иное, как пассивную громкость и переключение, а также каскад буферного усилителя. для управления межсоединениями.

Однако существует небольшой спрос на ламповые предусилители и схемы фильтров для студийных микрофонных усилителей, выравнивающие предусилители для виниловых дисков и, в исключительных случаях, для активных кроссоверов.

Современные ламповые усилители мощности

Коммерческие усилители на несимметричном триоде

Когда ламповые усилители были нормой, SET более или менее исчезли из западной продукции, за исключением конструкций малой мощности (до 5 Вт), а двухтактные триоды с непрямым нагревом или лампы с триодным подключением, такие как EL84, стали нормой.

Однако Дальний Восток никогда не отказывался от клапанов, и особенно от схемы SET; действительно, чрезвычайный интерес ко всему, что касается аудиофилии в Японии и других странах Дальнего Востока, поддержал большой интерес к этому подходу.

Одной из ключевых связей между этим дальневосточным отношением к SET и Западом был Жан Хирага, давний редактор журнала l'audiophile во Франции (и на французском языке). ^[2]
Крайним примером почти «дзен» или «поэтического» подхода к проектированию усилителей на Дальнем Востоке, сильно отличающегося от западного инженерного подхода, является работа Сусуму Сакумы , ^[3] хотя проекты Сакумы далеки от мейнстрима

С 1990-х годов на западе снова возникла ниша рынка коммерческих усилителей SET малой мощности (до 7 Вт), в частности, в последние годы с использованием лампы 300B, которая стала модной и дорогой. Также производятся усилители меньшей мощности на основе других старинных типов ламп, таких как 2A3 и 45.

Еще реже SET с большей мощностью производятся коммерчески, обычно с использованием передающих ламп 211 или 845, которые способны выдавать 20 Вт при напряжении 1000 В. Известными усилителями этого класса являются усилители корпорации Audio Note (разработаны в Японии). включая «Ongaku», признанный усилителем года в конце 1990-х. Очень небольшое количество изделий этого класса ручной работы продается по очень высоким ценам (от 10 000 долларов США). Wavac 833, возможно, самый дорогой в мире усилитель Hi-Fi, выдающий около 150 Вт при использовании лампы 833A .

Помимо этого Wavac и очень немногих других мощных SET, усилители SET обычно необходимо тщательно сочетать с очень эффективными динамиками, особенно с рупорными и линейными корпусами, а также с полнодиапазонными динамиками, такими как те, которые производятся Klipsch и Lowther , которые неизменно имеют свои особенности, нивелирующие их преимущества очень высокой эффективности и минимализма.

Некоторые компании, такие как китайская компания « Ming Da », производят комплекты малой мощности, используя лампы, отличные от 300B, такие как КТ90 (развитие КТ88), и вплоть до более мощного аналога 845, 805ASE, с выходной мощностью 40 Вт во всем звуковом диапазоне от 20 Гц. Это стало возможным благодаря конструкции выходного трансформатора, которая не насыщается при высоких уровнях и имеет высокий КПД.

Коммерческие двухтактные (PP) усилители

Современные громкоговорители массового спроса обеспечивают хорошее качество звука при компактных размерах, но они гораздо менее энергоэффективны, чем старые модели, и для их работы требуются мощные усилители. Это делает их непригодными для использования с ламповыми усилителями, особенно с несимметричными конструкциями малой мощности. В конструкции ламповых усилителей мощности Hi-Fi с 1970-х годов пришлось перейти в основном на двухтактные (PP) схемы класса AB1. Тетроды и пентоды, иногда в ультралинейной конфигурации, со значительной отрицательной обратной связью, являются обычной конфигурацией.

Некоторые двухтактные усилители класса А производятся коммерчески. Некоторые усилители можно переключать между классами A и AB; некоторые можно переключить в триодный режим.

Основными производителями на рынке клапанов из ПП являются:

Конструкция усилителя для любителей

Простота ламповых усилителей, особенно несимметричных, делает их пригодными для домашнего строительства. Это имеет некоторые преимущества:

Возможность использовать высоко оцененные клапаны, произведенные много лет назад и доступные только в единичных и попарных вариантах;
Домашний конструктор может экспериментировать с различными типами компонентов или разными образцами компонентов.

Строительство

Ручная проводка «точка-точка» обычно используется вместо печатных плат в небольших коммерческих конструкциях высокого класса, а также среди любителей. Этот тип конструкции является удовлетворительным из-за простоты конструкции, адаптированности к количеству физически больших компонентов, установленных на шасси (гнезда клапанов, большие питающие конденсаторы, трансформаторы), необходимости скручивания проводов нагревателя для минимизации шума, а также, в качестве побочного эффекта, выгоды от тот факт, что «летающая» проводка сводит к минимуму емкостные эффекты.

На рисунке ниже показана схема, построенная с использованием «стандартных» современных промышленных деталей (конденсаторы МКП 630 В/металлопленочные резисторы). Одним из преимуществ любителя перед коммерческим производителем является возможность использовать детали более высокого качества, которые не всегда доступны в объемах производства (или по коммерчески жизнеспособной себестоимости). Например, 6SN7 Sylvania с коричневой базой «серебряный топ-геттер», используемые на внешнем изображении, датируются 1960-ми годами.

На другом изображении показана точно такая же схема, построенная с использованием тефлоновых конденсаторов российского военного производства и неиндуктивных планарных пленочных резисторов тех же номиналов.

Для сравнения также показана проводка коммерческого усилителя.

Внешний вид
Схематическое изображение
Внутри используются обычные детали промышленного качества.
Во внутреннем оборудовании используются тефлоновые колпачки улучшенной спецификации и планарные резисторы.
Внутренняя конструкция коммерческого усилителя PP

Необычные дизайны

Комплекты очень высокой мощности

Очень редко лампы очень высокой мощности (обычно предназначенные для использования в радиопередатчиках), изготовленные несколько десятилетий назад, используются для создания одноразовых конструкций SET (обычно по очень высокой цене). Примеры включают клапаны 211 и 833.

Основная проблема этих конструкций заключается в создании выходных трансформаторов, способных выдерживать анодный ток и результирующую плотность потока без насыщения сердечника во всем спектре звуковых частот. Эта проблема увеличивается с уровнем мощности.

Другая проблема заключается в том, что напряжение таких усилителей часто превышает 1 кВ, что является эффективным препятствием для коммерческих продуктов этого типа.

Параллельные двухтактные (PPP) усилители

Любитель сконструировал усилитель Mono PPP, используя 813/QB2/250. ~65Вт в классе А. Масса 48 кг, рассеиваемая мощность 1 кВт.

Многие современные коммерческие усилители (и некоторые конструкции для любителей) размещают несколько пар выходных ламп легкодоступных типов параллельно для увеличения мощности, работая от того же напряжения, которое требуется для одной пары. Полезным побочным эффектом является то, что выходное сопротивление ламп и, следовательно, необходимый коэффициент трансформации трансформатора уменьшается, что упрощает создание широкополосного трансформатора.

В некоторых коммерческих усилителях высокой мощности используются массивы стандартных ламп (например, EL34, KT88) в параллельной двухтактной (PPP) конфигурации (например, Jadis, Audio Research, McIntosh, Ampeg SVT).

В некоторых усилителях домашнего изготовления используются пары передающих ламп высокой мощности (например, 813), обеспечивающие выходную мощность 100 Вт или более на пару в классе AB1 (ультралинейный).

Выходные бестрансформаторные усилители (ОТЛ)

Выходной трансформатор (OPT) является основным компонентом всех основных ламповых усилителей мощности, на него приходится значительная стоимость, размер и вес. Это компромисс, уравновешивающий потребности в низкой паразитной емкости, малых потерях в железе и меди, работе без насыщения при необходимом постоянном токе, хорошей линейности и т. д.

Один из способов избежать проблем OPT — полностью отказаться от OPT и напрямую соединить усилитель с громкоговорителем, как это делается в большинстве твердотельных усилителей. Некоторые конструкции без выходных трансформаторов (OTL) были созданы Джулиусом Футтерманом в 1960-х и 70-х годах, а в последнее время в различных вариантах - другими.

Обычно лампы имеют гораздо более высокие импедансы, чем громкоговорители. Требуются клапаны с низким импедансом и специально разработанные схемы. Могут быть достигнуты разумная эффективность и умеренный Z _out (коэффициент затухания).

Эти эффекты означают, что OTL имеют избирательные требования к нагрузке динамиков, как и любой другой усилитель. Обычно требуется динамик сопротивлением не менее 8 Ом, хотя более крупные OTL часто вполне удобны при нагрузке 4 Ом. Электростатические динамики (часто считающиеся трудными в управлении) часто особенно хорошо работают с OTL.

В более поздних и более успешных схемах OTL используется выходная схема, известная как Circlotron . Цирлотрон имеет примерно половину выходного сопротивления схем типа Футтермана (тотемный полюс). Цирлотрон полностью симметричен и не требует большой обратной связи для снижения выходного импеданса и искажений. В удачных вариантах используются силовые триоды 6АС7Г и российские 6С33-СВ.

Распространенным мифом является то, что короткое замыкание выходного клапана может привести к тому, что громкоговоритель будет подключен напрямую к источнику питания и выйдет из строя. На практике известно, что старые усилители типа Futterman повреждают динамики не из-за короткого замыкания, а из-за колебаний. Усилители Circlotron часто имеют выходы с прямой связью, но правильная конструкция (с несколькими удачно расположенными предохранителями) гарантирует, что повреждение динамика не более вероятно, чем повреждение выходного трансформатора.

Современные OTL часто более надежны, лучше звучат и дешевле, чем многие ламповые решения с трансформаторной связью.

Усилители с прямой связью для электростатики и наушников

В каком-то смысле эта ниша является подмножеством OTL, однако она заслуживает отдельного рассмотрения, поскольку в отличие от OTL для громкоговорителя, который должен доводить до крайности возможности ламповой схемы подавать относительно большие токи при низком напряжении на нагрузку с низким импедансом, некоторые наушники типы имеют импеданс, достаточно высокий, чтобы обычные типы ламп могли работать в качестве OTL, и, в частности, электростатические громкоговорители и наушники, которые могут напрямую управляться сотнями вольт, но минимальными токами.

Опять же, существуют некоторые проблемы безопасности, связанные с прямым приводом электростатических громкоговорителей, которые в крайних случаях могут использовать передающие клапаны, работающие при напряжении более 1 кВ. Такие системы потенциально смертельны.

Двухтактные усилители класса А

Двухтактный усилитель с шунтовым регулированием (SRPP) и Mu-повторитель — это семейство двухтактных усилителей класса А с двумя лампами. Они образуют инвертирующий каскад с высоким коэффициентом усиления и низким выходным сопротивлением, обеспечивая очень низкие нелинейные искажения и высокий PSRR .

См. также

Звук клапана

Примечания

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Стереофил: Отрицательная обратная связь не всегда уменьшает искажения усилителя!
^ Олсон, Линн (2005). Путешествие в Европу и фестиваль Триод (Часть 3)
^ Сусуму Сакума. Откройте для себя чудеса ПРЯМОГО ОТОПЛЕНИЯ

Ссылки

Колломс, Мартин. Будущее без обратной связи? в журнале Stereophile , январь 1998 г.
Стеклянный звук . Многолетний журнал, посвященный конструкции ламповых усилителей, издаваемый Audio любительской корпорацией, Питерборо, Нью-Гэмпшир.
Джонс, Морган. Ламповые усилители , третье издание, 2003 г. ISBN 0-7506-5694-8
Кавсек, Пол Г. Ламповые усилители: звук и форма . Вена: Аллегро Верлаг, 1995. ISBN 3-901462-00-7
Лэнгфорд-Смит, Ф. Справочник конструктора радиотрона . 4-е издание 1952 г., Wireless Press (первое издание вышло в 1934 г.). Перепечатано как Справочник радиоконструктора Newnes, 1999 г., ISBN 0-7506-3635-1
Анонимные любители трубок. Усилитель OTL 6C33C-B — общие сведения и схемы OTL

[highharm-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Стереофил: Отрицательная обратная связь не всегда уменьшает искажения усилителя!

[2] Олсон, Линн (2005). Путешествие в Европу и фестиваль Триод (Часть 3)

[3] Сусуму Сакума. Откройте для себя чудеса ПРЯМОГО ОТОПЛЕНИЯ

[1]

[2]

[3]