Андрей ВРУБЛЕВСКИЙ, Дмитрий ЧУМАНОВ

Сторонники однотактных усилителей указывают в первую очередь на их субъективно определяемые качества: особая чуткость, певучесть звучания, «музыкальность» (последнее слово приходится взять в кавычки, так как не всегда понятно, что именно под ним подразумевается). Доводы противников, напротив, основываются на самых что ни на есть объективных данных Это, как правило, невысокая мощность, ограниченный (как снизу, так и сверху) частотный диапазон, и высокий уровень измеряемых искажений. Можно, конечно, возразить, что фирма «WAVAC» выпустила 100-ваттный однотактный усилитель; что частотный диапазон усилителя «ML2» фирмы «LAMM Industries» составляет 3-80000 Гц без ООС, но, боюсь, эти аргументы покажутся неубедительными, если вспомнить, какой ценой (30-35 тыс. долларов) это все достигнуто.

На фото модный усилитель фирмы «WAVAC» для тугих кошельков

А потому спустимся с небес на землю и попробуем ответить на вопросы, актуальные для большинства любителей музыки: какая мощность реально необходима для прослушивания в домашних условиях и какой приемлемый уровень нелинейных искажений? Кажется, было бы естественным сказать, что, дескать, мощности чем больше, тем лучше, а искажений, разумеется, наоборот. Увы, на деле все не так просто, Высокая мощность достигается переводом выходного каскада в класс АВ, что вызывает неизбежный рост искажений всех видов, а заметного, начиная с нескольких процентов, уменьшения этих искажений можно добиться, только прибегнув к глубокой отрицательной обратной связи, про которую до нас было написано достаточно, чтобы понять - качество звучания с ее помощью повысить не удастся, можно лишь заменить одни искажения другими. Банальный пример: 0.003% гармоник при 100 Вт мощности - цифры, типичные даже для относительно дешевого транзисторного усилителя. Так с чем же связано бедное, даже убогое, лишенное всякой эмоциональности звучание большинства таких усилителей?! За все в этом мире приходится платить, и я рамках одной ценовой категории вам неизбежно придется выбирать между мощностью и качеством.

Но все не так уж безнадежно. На вопрос о необходимой мощности убедительно ответил А. М. Лихницкий в своей статье «Мощность» . Согласно его выводам, акустическая система чувствительностью 90 дБ в паре с усилителем мощностью 10 Вт способна в комнате площадью 20 м2 создать звуковое давление, необходимое для полноценной передачи forte fortissimo симфонического оркестра. Господа аудиофилы, зачем же больше?

Теперь поговорим об уровне нелинейных искажений. Нам придется обратиться к некоторым выводам психоакустики, утверждающей, в частности, что на слух заметность нелинейных искажений для гармоник разного порядка неодинакова. Большинство исследователей сходятся на том, что 1% второй гармоники не заметят даже профессиональные эксперты, а основная масса испытуемых обнаруживает ее примерно с 1,8-3,5%. К сожалению, не совсем так обстоит дело с гармониками более высокого порядка. Согласно эмпирическим наблюдениям заметность на слух какой-либо гармоники прямо пропорциональна квадрату ее номера. Исходя из этого. 0,1%. скажем, десятой гармоники и 2.5% второй вызовут соизмеримое (хотя и по-разному проявляющееся) ухудшение качества звучания. Более того, одни гармоники могут маскировать присутствие других, так, в частности, третья гармоника становится менее заметной при наличии второй. Спектральное сочетание плавно спадающих по уровню гармоник (вторая наибольшая, третья меньше, четвертая еще меньше и т. д.), является для нашего слуха наиболее благозвучным. Более подробно об особенностях слухового восприятия можно прочитать в . мы же отметим только, что приводимые в паспорте сведения о совокупном уров­не нелинейных искажений без указа­ния спектра этих искажений ровным счетом ничего (!) не говорят о качестве звучания.

Предположим, мы вас убедили, и мощность в несколько ватт при не­скольких процентах гармоник вас устраивает, но почему обязательно при однотактной схеме? Заглянем в старый учебник по ламповой схемотехнике . Там черным по белому прописаны четы­ре основных преимущества двухтактных ламповых выходных каскадов: - отсутствие постоянного подмагничивания в выходном трансформаторе: - увеличенная (в классе А как минимум вдвое) выходная мощность; - компенсация четных гармоник в выходном сигнале; - пониженная чувствительность к пульсациям питающего напряжения.

Учебник был написан около полувека назад, и, хотя законы физики за это время не изменились, стоит задуматься, к чему мы стремимся, применяя эти законы. При внимательном прочтении знакомых еще со студенческих времен страниц можно заметить, что основным стремлением схемотехники в те годы было получение все более высокой мощности при уменьшении габаритов и веса. Сейчас мы ставим перед собой обратную задачу - получение максимально достижимого качества звучания, невзирая на габариты и вес. Так может попробуем пойти обратным путем - от класса В к классу А, от двухтактного каскада к однотактному? Давайте рас­смотрим так называемые недостатки однотактных выходных каскадов.

1. Постоянное подмагничивание в выходном трансформаторе. Оно не только уменьшает индуктивность первичной обмотки, но и заставляет железо рабо­тать по частному циклу гистерезиса (го­воря не вполне технически грамотно, в «чистом классе А»), то есть в режиме с повышенной линейностью, особенно на малых сигналах, без той вроде бы загла­женной, но все-таки присутствующей «ступеньки» при переходе через ноль, что присуща двухтактному режиму работы (может быть, с этим связа­но главное преимущество однотактников - потрясающая микродинамика?). Уменьшение индуктивности компенсировать достаточно просто - увеличив габариты и вес, мы ведь договорились, что они для нас не главное.

2. Выходная мощность двухтактного каскада, работающего в классе А. равна выходной мощности однотактного каскада, построенного на той же паре ламп, но включенных параллельно. Класс АВ мы здесь не рассматриваем ввиду невозможности его реализации без ООС.

3. Компенсация четных гармоник в двухтактном каскаде в силу указанных выше особенностей слуха приводит чаще всего к субъективному ухудшению качества звучания. Не случайно некоторые разработчики, как у нас, так и за рубежом, пытаясь приблизить звучание своих двухтактных аппаратов к звучанию однотактных путем перекоса в фазоинверторном каскаде, подмешивают к сигналу вторую гармонику. Увы, это не решает всех проблем, связанных с двухтактниками.

4. Повышенная чувствительность однотактных каскадов к пульсациям питающего напряжения преодолевается в результате простого увеличения емкости фильтрующих конденсаторов блока питания, что при их нынешних размерах и стоимости не представляет сложности.

Вот мы и пришли к неожиданному выводу: большинство декларируемых недостатков однотактного усилителя при ближайшем рассмотрении оказываются его достоинствами, остальные же на сегодняшний день легко устранимы за счет увеличения габаритов, веса, и, как следствие, стоимости. Небольшая мощность при больших габаритах, весе и стоимости - насколько это приемлемо, пусть каждый решит для себя сам. Нам же представляется вполне естественным, что усилитель высокого класса, способный в соответствующем тракте доставить ни с чем не сравнимое наслаждение любителю музыки, имеет внушительные размеры и вес и стоит больше, чем посредственный аппарат, хотя бы и с мощностью на порядок выше.

Конечно, бывают ситуации, когда без высокой мощности не обойтись, например, при озвучивании дискотеки, но в домашних условиях грамотно спроектированный однотактный триодный усилитель без обратной связи мощностью 5 - 10 Вт с типичным уровнем искажений около 5-6% при полной мощности (и соответственно около 1.0% при мощности 1 Вт), работая на акустическую систему чувствительностью 90 дБ и более, способен обеспечить весьма высокое качество звучания, зачастую не­достижимое для аппаратов, использующих какую-либо другую схемотехнику.

Внимательный читатель может отметить, что большая часть сказанного выше в равной мере относится и к транзисторным однотактным усилителям. Совершенно верно, в мире существует и такое направление, его яркими представителями являются усилители серии «Pass Aleph» Нельсона Пасса. Мы не против транзисторов, но все же заметим, что на сегодняшний день ламповый триод является самым линейным усилительным элементом, и с его помощью получить высокое качество звучания, во всяком случае, проще. Подтверждением этому служит и тот факт, что в самых высоких ценовых категориях мы видим только ламповые однотактники.

Ну, хорошо, скажете вы, допустим. Но какое отношение все это имеет к большинству любителей музыки, а нашей стране, не имеющих возможности приобрести не только готовый усилитель «Саrу» или «Audio Note», но и необходимые для их построения компоненты - лампы 300В производства «Western Electric», трансформаторы «Tango», конденсаторы «Black Gate» и «Multicap», серебряные провода «Kirnber Cable»? А вот какие. Тем из вас, кто знает, за какой конец брать в руку паяльник, мы предлагаем самостоятельно собрать из доступных деталей простой в изготовлении и на­стройке ламповый усилитель, способный, тем не менее, продемонстрировать все преимущества однотактного лампового звука, о которых мы так много говорили.

Схема. Однотактный ламповый усилитель из доступных деталей

Из возможных вариантов мы предпочли усилитель на выходных лучевых тетродах 6ПЗС в триодном включении. Этот аппарат явился прототипом серийной модели «Avant Electric Nostalgia», отличающейся от него некоторыми до­работками, вызванными, в частности, технологическими требованиями серий-нот производства.

Основные технические параметры усилителя:
выходная мощность 7 Вт при коэффициенте нелинейных искажений 6%,
чувствительность 0,4 В,
полоса рабочих частот на полной мощности не хуже 12 Гц - 30 кГц без ООС.

Выходная лампа 6ПЗС была выбрана нами, во-первых, за ее доступность и низкую (около 20 рублей на питерском радио рынке) цену. Во-вторых, за достаточно высокую линейность в триодном включении я многообещающий спектр гармоник (относительно высокая вторая гармоника и низкая третья). Напомним, что эта лампа, точнее ее прототип 6L6, разрабатывалась специально для ис­пользования в звуковых трактах. И в-третьих, за ее теплое (тут самое время вспомнить про спектр гармоник) и - все-таки не обойтись без этого слова - «музыкальное» звучание, даже в сравнении с такими серьезными соперниками, как EL34 и 6550, Два относительных не­достатка этой лампы в триодном вклю­чении - небольшую выходную мощ­ность (3,5 Вт) и достаточно высо­кое внутреннее сопротивление (около 1.5 кОм) - мы преодолели, включив две лампы параллельно. Следует заметить, что среди российских радиолюбителей распространено необоснованное, на наш взгляд, мнение о недопустимости параллельного включения ламп. Не желая углубляться в дискуссию на эту тему, привезем простой пример. Один из самых дорогих (как-никак 330 тысяч долларов) усилителей всеми уважаемой фирмы «Audio Note», а именно «Gaku-Оn», имеет на выходе две включенные параллельно лампы, что вовсе не мешает его счастливым обладателям наслаждаться музыкой. Так или иначе, включив параллельно лампы 6ПЗС, мы полу­чили внутреннее сопротивление 750 Ом и 7 Вт триодной мощности. Ну, чем не «трехсотка»?!

Рассмотрим схему подробнее. Входной каскад, он же драйвер, вы­полнен по схеме с динамической на­грузкой (SRPP) на одном из лучших отечественных малосигнальных триодов 6Н9С, Применение SRPP объясняется не каким-то нашим особым расположением к таким каскадам, а тем, что мы попробовали разные варианты (один триод с анодной нагрузкой, параллельное включение двух триодов и т. п.) и остановились на SRPP. как на обеспечившей наилучшее, по нашему мнению, качество звучания. Выходной каскад, как упоминалось выше, выполнен на двух лучевых тетродах 6ПЗС в триодном включении. Для того чтобы свести к минимуму нелинейные искажения, выходные лампы подобраны парами по анодному току и крутизне с точностью 1,5% и при необходимости заменяются тоже парами. Тем, у кого нет возможности подобрать лампы, советуем не расстраиваться и ис­пользовать те лампы, которые есть (желательно все же из одной партии), так как разброс параметров ламп приводит к росту в основном второй гармоники, что не должно радикально ухудшить звучание. Выбранные нами режимы ра­боты выходных ламп могут, на первый взгляд, вызвать недоумение. В частности - напряжение на второй сетке, почта на 100 В превышает величину, указанную в справочнике, В свое оправдание мы сошлемся на статью , где доказывается возможность применения пентодов и лучевых тетродов в триодном включении с превышением некоторых справочных режимов без существенного снижения ресурса работы ламп.

Наш многолетний опыт работы с лампами это подтверждает, к тому же стоимость 6ПЗС не столь велика (в отличие от, скажем, 300В), и замена даже всего комплекта ламп один раз в несколько лет вряд ли заметно скажется на чьем-то бюджете. Нагрузкой выходного каскада служит трансформатор.

Выходной трансформатор , конечно же, является важнейшим элементом конструкции. От него зависит, пожалуй, не меньше, чем от выходной лампы. В нашем варианте он выполнен на Ш-образном сердечнике из трансформаторной стали толщиной 0,35 мм (вполне подойдет ШЛ-сердечник на стали Э310-330), ширина среднего стержня 25 мм, высота табора 40 мм, Первичная обмотка состоит из четырех секций по 510 + 1190 + 1190 + 510 витков провода ПЭВ или ПЭТВ диаметром 0,28 мм. Между ними расположены три секции вторичной обмотки по 216 витков провода диаметром 0,71 мм. От 130-го витка можно сделать отвод для 4-омной нагрузки. Все секции первичной обмотки соединены последователь­но, вторичной - параллельно. Между обмотками проложена конденсаторная бумага (можно использовать и обычную бумагу) толщиной 0.3 мм. После намотки катушка пропитана техническим воском (смесь парафина и перелина). Сердечник собран: Ш-пластины и I-пластины отдельно, между ними с по­мощью пластины из изолирующего материала выставлен зазор 0.25 мм.

Это не единственно возможная конструкция выходного трансформатора. Вполне допустимо использование других конструкций, например, в последние годы получил распространение двух катушечный вариант па ПЛ-сердечнике, имеющий определенные достоинства (впрочем, как и недостатки), В таком случае рассчитывать трансформатор придется самому. На­помним, что необходимые для расчета сведения вы можете почерпнуть в , а также укажем основные параметры. Прежде всего, это сопротивление первичной обмотки по переменному току 2,5-3.0 кОм, а также ток постоянного подмагничивания не менее 120 мА. Единственное предостережение: не используйте сердечники с площадью среднего стержня менее 10 см2 (габаритной мощностью менее 150 Вт), иначе вряд ли вы получите приемлемые характеристики па низких частотах.

Блок питания собран па кенотроне 5ЦЗС , что не случайно. Практика показывает, что кенотронное питании способно существенно повысить качество звучания усилителя, какие бы полу­проводниковые диоды вы до этого ни использовали. Неслучайно в самых дорогих моделях применяются именно кенотроны. Для силового трансформа­тора мы использовали магнитопровод Ш25×50, первичная обмотка содержит 770 витков провода ПЭВ диаметром 0,63 мм, повышающая обмотка - 1340 - 1340 витков провода диаметром 0,315 мм, накальные обмотки - соответственно 19 витков провода 1,25 мм для питания кенотрона, 24 витка того же провода для питания накала выходных ламп, и 24 витка провода 0,71 мм для питания накала входных ламп, Можно использовать и другой магнитопровод от трансформатора мощностью не менее 150 Вт, произведя расчет самостоятельно.

Все детали установлены на алюминиевом шасси и соединены между собой с помощью навесного монтажа. Старайтесь максимально использовать выводы самих элементов: там, где их не хватает, применяйте провод МГТФ-0.35, особое внимание уделите «земляным» цепям. Основные требования к монтажу: провода должны быть по возможности короткими и ни при каких условиях не допустимы замкнутые контуры, иначе у вас получится не усилитель, а радиоприемник. Собранная без ошибок схема наст­ройки не требует. Желательно только проконтролировать с помощью тестера напряжения и токи в указанных точках. Если измеренные значения отличаются от приведенных на схеме не более, чем на 10%. - все в порядке. Грубые отличия, скорее всего, указывают на ошибку в монтаже или на неисправность какого-либо элемента.

Перед первым включением проверьте монтаж самым тщательным образом. Это избавит вас от острых ощущении. Если при включении ваш усилитель не подал сигналов тревоги (запах гари, искры, громкие щелчки и т. п.), дайте ему прогреться 10-15 минут и приступайте к измерениям.

При правильном монтаже «земляных» цепей уровень фона в ваших АС должен быть достаточно низким. С акустической системой чувствительностью 90 дБ он слышен, только если ухо под­нести вплотную к низкочастотному динамику В противном случае придется поэкспериментировать с расположением деталей и проводов, что иногда может занять даже несколько дней. Но, так или иначе, это решаемая задача, и, следовательно, вы с нею справитесь.

Теперь затронем такой больной вопрос, как типы применяемых элементов . Почему больной? По этому поводу нам приходилось читать и слышать прямо противоположные мнения, начиная с то­го, что наши отечественные компоненты ничем не хуже (а то и лучше) самых дорогих и престижных зарубежных, и кончая тем, что без «Black Gate» и «Multicap» нечего даже пытаться получить приличный звук. Подробное рассмотрение этих вопросов выходит за рамки статьи, и мы ограничимся лишь некоторыми частными рекомендациями, основанными на нашем личном опыте.

Типы элементов, указанные на схеме, гарантируют вам некоторый начальный уровень качества, причем вполне сравнимый с присущим некоторым недешевым зарубежным моделям. А дальше, исходя из ваших вкусов и возможностей, попытайтесь подняться на более высокий уровень. Только не требуйте от этой схемы слишком многого, и она вас не разочарует. Итак, начнем по порядку.

Потенциометр, стоящий на входе, способен радикальным образом повлиять на качество звучания. К сожалению, достойной заменой дорогостоящему «ALPS» может стать разве что ступенчатый аттенюатор, скажем, на основе отечественных герконов с золочеными контактами.

Не меньшее влияние на звук оказывает и замена переходной емкости. Если у нас есть возможность, советуем попробовать «Multicap RTX» или «Jensen», известные не менее, чем «Audio Note». Они звучат весьма по-разному, но каждый из них, на наш взгляд, заслужил свою высокую репутацию (и высокую стоимость). При всем пашем патриотизме мы не можем согласиться с теми, кто утверждает, будто наши К40У-9 (КБГ, ФТ, ФГТИ и многие другие) лучше (как вариант - не хуже), чем выше­названные «Multicap», «Jensen» и т. п., Предполагаем, что заявления такого рода вызваны недостаточно высоким качеством используемых при тестировании звуковых трактов.

В блоке питания прекрасно зарекомендовали себя наши МБГО (МБГВ, МБГН, МБГЧ, еще лучше КБГ-МН и т. п.), если закрыть глаза на то, что они займут полкомнаты. Несмотря на наше бесконечное уважение к «Black Gate» серии «WKZ», язык не повернется рекомендовать их в силу запредельной стоимости. Советуем приберечь их для более продвинутых конструкций, а сю­да поставить что-нибудь попроще, на­пример «Rubicon» или «Nichicon».

И, наконец, если для монтажа вы прибегнете к какому-либо OFC-проводу известной фирмы (на наш вкус) и припою «WBT» или «Audio Note», хуже не станет.

Несколько слов по поводу акустических систем, которые могут использоваться с этим усилителем. Говорят, что только высокочувствительные (95 дБ и выше) акустические системы способны раскрыть возможности маломощных ламповых усилителей. Бесспорно, чем выше чувствительность ваших АС, тем меньшая мощность требуется от усилителя для создания одинакового уровня звукового давления и тем меньше, соответственно, будут искажения. Но вот беда, не всегда более чувствительная акустическая система оказывается лучшей по звуку.
Как же быть? В домашнем комплекте одного из авторов описываемый усилитель длительное время работал с акустическими системами на динамических головках «Peerless» чувствительностью 88 дБ, воспроизводя музыку различных жанров, включая хард-рок на повышенной громкости, и проблем с передачей динамических контрастов не было. На выставке «Российский Hi-End 2000» усилитель «Nostalgia» демонстри­ровался в комплекте с акустическими системами чувствительностью 87 дБ в зале площадью никак не менее 50 м2 и к изумлению многих, к нашему в том числе, на большинстве фонограмм он смог обеспечить необходимую громкость, не заходя в «клиппинг». Так что ес­ли предельная громкость не является для вас главным критерием оценки качества звучания, используйте ту акустическую систему, которая у вас есть, и, возможно, вы будете приятно удивлены. На самом деле удивляться не стоит, субъективное восприятие громкости звучания ламповых усилителей существенно отличается от восприятия громкости транзисторных. Наиболее часто называемая субъективная оценка мощности "Nostalgia"- 35-40 Вт. Надеемся, что развеяли ваши сомнения.

Существует другая проблема, на наш взгляд, не менее важная. Сочетание высокого (3 Ом) выходного сопротивления усилителя с высокой добротностью акустической системы иногда может привести к нежелательному подъему на низких частотах, попросту говоря, к гудению. В подобных случаях обвинение чаще всего падает на усилитель, хотя нам кажется, что акустическая система виновата не меньше. Точнее, это проблема взаимного согласования усилителя и акустической системы. Существует не­сколько способов ее решения. Наиболее простой - введение неглубокой обрат­ной связи, уменьшающей выходное с­противление усилителя до приемлемого уровня. Как же так, скажете вы, ведь мы только что отказались от обратной связи по идейным соображениям. Что ж, в данном случае мы предлагаем пойти на компромисс, учитывая, что в большинстве случаев достаточно глубины ООС в 2-3 дБ. Но для убежденных противни­ков ООС приведем и более радикальное решение - самостоятельно изготовить акустическую систему с пониженной добротностью специально для эксплуатации с усилителями без обратной связи. Если такая перспектива вас не пугает, мы, со своей стороны, готовы опубликовать один из возможных вариантов конструкции подобной системы на страницах журнала.

Литература
1. Лихницкий А. Мощность. Часть 1. "АудноМагазин".N" 2 (7) 96.
2. Frankland S. Single-Ended Vs Push-Pull. Part 1. «Stereophile» 12/1996.
3. Цыкин Г. Усилители электрических сигналив. 1963,
4. Трошкин Н. Триод из подручных материалов. «Клacc А», октябрь 1997.
5. Цыкин Г. Трансформаторы низкой частоты. 1955.

Спецификация
Усилитель
R1 - МЛТ 0,5 470 кОм
С1 - 47 мкФ, 450 В
R2, R3 - МЛТ 0,5 1,5 кОм
С3 - 1000 мкФ, 6ЗВ
R4 - МЛТ 1 20кОм
С2 - 0,15 мкФ, 250В
R5 - МЛТ 0,5 220кОм
С4 - 300 пФ (К78)
R6, R10 - МЛТ 0,5 1,0кОм
R7, R11 - МЛТ 1 100 Ом
R8, R12 - МЛТ 0.5 22 Ом
R9 - ПЭВ 10 240 Ом
R13* - МЛТ 0,5 30-120* кОм
V1, V2 - 6Н9С
V3, V4 - 6ПЗС
С2 (К72 П6, К72 П9)
С1, СЗ (К50-27, К50-37, К50-42, Rubicоn, Nichicоn, Jamicon)

БЛОК питания
VI - 5ЦЗС
L1, L2 - 2,5Гн х 0.14 А
С1, С2, СЗ - 220 мкФ, 450 В
С4 - 47 мкФ, 100 В
R1 - МЛТ 1 300кОм
R2 - МЛТ 1 - 43кОм
C1, C2, СЗ (K50-27, К50-37, К50-42, Rubicon, Nichicon, Jamcon)

Это разработка где-то конца 80-х. За это время показала себя достойно и универсально: годится как для любителей качественного звука (сочинял для себя), так и для музыкантов, которым нужна мощность.

Краткое лирическое вступление. В своё время был очень популярен усилитель, опубликованный в журнале "Радио" 72г. Я тоже повторял эту схему. Недостатки её известны многим, кто её повторял: невысокая линейность, слабая устойчивость на ИНЧ, недостаточная устойчивость по ВЧ (от чего в схему введен корректирующий кондюк), узковатый частотный диапазон, и ещё что-то, чего сейчас не припомню. И главное - звучание оставляло желать лучшего.

Такого у себя дома я терпеть не мог: уши свои - не казённые:) Первое, с чего я начал модернизацию - замена выходного транса. Изменения, внесенные в выходной транс напрашивались сами собой - ужесточить связь обмоток обратной связи (ультралинейных) с остальными обмотками, чем уменьшить Кг на высших частотах, и улучшить частотные и фазовые характеристики выходного каскада. В том варианте, что я применил в новой конструкции удалось расширить частотный диапазон, повысить устойчивость на ВЧ, понизить выходное сопротивление. Звучание заметно улучшилось, но теперь вся схемотехника (клон т.н. "схемы Вильямсона") стала казаться притянутой в Hi-Fi за уши - выполнена как-то "в лоб", слабым звеном оставались слабая устойчивость с ООС на инфранизких частотах, повышенные нелинейные и частотные искажения (особенно на ВЧ).

Дальнейшее усовершенствование вылилось в полному отказу от этой схемы. Было перепробовано много разных схемотехнических решений. Попытки найти оптимальный вариант привели к тому решению, который предлагаю. Hа входе я применил каскодный УН с высокой линейностью, далее - фазоинверсный каскад с разделённой нагрузкой, имеющий наибольшую линейность. При этом связал я их непосредственно, чтобы уменьшить фазовые сдвиги по пути прохождения сигнала. На выходе, правда остался знакомый ультралинейный выходной каскад с небольшими изменениями (с целью удобства наладки и повышения устойчивости), и, как уже говорилось с улучшенным выходным трансом. На схеме я условно разделил предварительные каскады, связка триодов в котором собственно и являются моим ноу-хау;), и выходной каскад, вместо которого можно присоединмть любой подходящий. При правильно изготовленном и налаженном усилке, максимальные амплитуды на управляющих сетках выходных ламп должны быть не менее 80В в нагрузке 47к. А это дало возможность полностью раскачать 6П45С. И что важно, при всех своих достоинствах схема оказалась даже проще той, от которой пришлось уходить.

В результате получился усилитель со звучанием, которое (при должных мерах), вполне может претендовать на hi-end ;) Усилитель абсолютно устойчив, поэтому его можно использовать как с глубокой ООС, так и вообще без неё - линейность всех каскадов обеспечивает малые искажения и с разомкнутой петлёй ООС.

Из двух 6Р3С, мне удавалось получить >150ватт, из двух 6П45С - >220 ;), а в варианте с сеточными токами (специально для музыкантов) - 400ватт пиковой мощности! Но та схема уже заметно отличается от приведённой.

Подробные параметры усилителя я сейчас привести не могу - давно не мерял. Тем, кому нужен звук а не параметры, информации для повторения я дал достаточно, а если очень нужно, могу (хоть и очень в лом) перемерять. Для журнала перемерял бы наверное. А тут и так сойдёт:o)

Что касается наладки, то она проста:

1. собрать стандартную схему измерения параметров;
2. отключить ООС;
3. включить усил и прогреть катоды;
4. резисторами R10 и R11 выставить токи покоя вых. ламп 30...60мА (0,06...0,12В на катодах), но обязательно одинаковыми;
5. без подачи сигнала на вход, регулем R2 выставить на катоде фазоинвертора 105В;
6. подать сигнал на вход до получения напряжения на нагрузке 15 вольт (для 6-омного варанта);
7. резистором R9 выставляется минимум 2-й гармоники на выходе;
8. восстановить ООС (не обязательно).

Пункт 7 можно пропустить, если заменить R8 и R9 на один, сопротивлением 12к (это может на качество даже никак не повлиять, особенно с ООС).

Для питания усилителя понадобились дополнительные напряжения: 410В(10мА/канал) и стабилизированное 68В (б/т). На схеме показан идин из вариантов их получения из имеющихся. Здесь можно сделать по-разному. У меня, например, есть источник стаб. +220В для питания предусилителя, так я +68 получил делителем.

В своё время схема была окутана коммерческой тайной:). Теперь please - пусть кто хочет попробует. Повторюсь, что связка УН-ФИ универсальна, и может быть использована для раскачки различных выходных PP каскадов (триодных, пентодных, класса А, АВ). Для каждого конкретного случая возможно придётся произвести перерасчёт некоторых элементов, что делается очень легко. В этом я могу оказать помощь нуждающимся.

P.S: Подобной переделке хорошо поддаются усилители "Прибой" - качество заметно улучшается.

Список радиоэлементов

Вниманию телезрителей предлагаю статью по теме построения однотактного лампового усилителя. Пожалуй, такая статья здесь единственная. По моему глубокому убеждению, однотактные усилители внимания не заслуживают. Т.е. для меня ответ на вопрос, что представляет собой усилитель, существует. Статья Александра Торреса написана квалифицированно, с пониманием проблематики и технических сторон реализации столь сложного проекта. Автор демонстрирует высокую культуру, лишь слегка обозначая сарказм, в отношении части телезрителей, называемых удифилами. Однако, на мой взгляд, проявление Александром подобной выдержанности и толерантности в адрес явной глупости (про крутость усилителя на 4 Вт), избыточно.

Двухкаскадный однотактный на 6СЗЗС без обратных связей. Усилителей на свете много. Какой из них лучше, какой хуже – однозначного ответа нет. Одни предпочитают транзисторные или микросхемные «мощные операционники», другие – только однотактники, третьи падают в обморок, если в усилителе находят хоть один полупроводниковый элемент (даже если это всего-навсего светодиод индикации – и вместо него норовят поставить неоновую лампочку или «зеленый глаз»). Четверых выворачивает наизнанку, если стоят параллельные лампы, транзисторы, конденсаторы или даже резисторы, но при этом выясняется, что они не понимают, чем отличается трансформатор от дросселя (случай реальный). Пятые – пытаются решить все проблемы подбором правильного направления серебряных сетевых проводов и «правильного» припоя. Описываемый усилитель не претендует на звание «супер-пупер» или «всех времен и народов». Я прекрасно отдаю себе отчет, что лампа 6СЗЗС хотя и хорошая, но не самая-самая. Но было интересно сконструировать усилитель, исходя из некоторых концепций. Хотя «лучшая концепция – это отсутствие всякой концепции» (С) перефразированный А.Клячин, тем не менее, были высказаны следующие пожелания: 1.Обойтись без обратных связей, даже местных. 2.Минимум каскадов усиления. 3.Обойтись без электролитических конденсаторов в цепи сигнала (кроме стоящих по питанию – они ведь тоже находятся в сигнальной цепи). Получить достаточно высокую мощность для однотактника (15-18вт), чтобы обеспечить достаточную перегрузочную способность и малый уровень искажений на обычной для комнаты громкости (4-5Вт на акустике, с чувствительностью 88-92дБ). Обойтись минимумом моточных изделий, а те, без которых нельзя – максимально простые.

Мощный стабилизаторный триод 6СЗЗС отличается от большинства других триодов своим огромным током анода. Это обуславливает большую любовь к построению бестрансформаторных усилителей, или OTL, на этой лампе. К сожалению, ни одного нормально звучащего ОТЛ мне пока услышать не посчастливилось, но возможно повезет в будущем. Однако, его недостатком, кроме большой мощности накала, является большая тепловая инерция, температурная нестабильность, особенно при высоком сопротивлении утечки в цепи сетки. Проявляется это в том, что при использовании фиксированного смещения (рисунок внизу слева) вследствие изменения температуры, напряжений и большой тепловой инерции - при максимальном использовании лампы (т.е. близкой к максимальной мощности на аноде – 55-60Вт) нередко наблюдается лавинный саморазогрев лампы. Встречается много утверждений, типа «все это чепуха, я сделал и ничего не случилось». Но, как правило, или при этом использовалась 6СЗЗС с мощностью на аноде 40-45Вт, или это был Лофтин-Уайт (усилитель с непосредственными связями), или же «просто повезло». Есть также индивидуумы, использующие эту лампу с половиной накала и большим «недогрузом». У них тоже она не идет «вразнос», но мне всегда их хотелось спросить – а зачем вам при этом 6СЗЗС? Есть много других ламп.

Справедливости ради замечу, что и мне попадались нормально живущие с фиксированным смещением ламп (особенно 6СЗЗС-В) даже при мощности 70-80Вт на аноде, но немало попадалось и таких, которые «шли вразнос» уже при 50Вт. Есть у меня одна уникальная лампа, которая уходит в лавинный саморазогрев, как только мощность превышает 63-64Вт. Даже с использованием описываемого ниже «автофикса», эта лампа «улетала» в ток величиной 1 ампер, при смещении на сетке минус 100В! Поэтому наиболее часто используют автоматическое смещение (рисунок справа), которое дает прекрасную стабилизацию режима работы лампы. Но, как и в «Золотом правиле механики» - выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии. Вместе со стабилизацией режима, мы получаем резистор в катоде, на котором рассеивается большая мощность (порядка 20Вт) и местную обратную связь, для устранения которой – резистор необходимо шунтировать конденсатором большой емкости. В случае 6СЗЗС, работающей при токе 300мА и смещении 70В, резистор 230Ом рассеивает 21Вт. И ему требуется электролитический конденсатор, импеданс которого не больше 1/10 от сопротивления резистора на нижней рабочей частоте. В данном случае – это не менее чем 330мкФ на 100 вольт, лучше же использовать 1000мкФ на 100В в сочетании с пленочным конденсатором 1-10мкФ.

Какие еще могут быть варианты? Схемы с непосредственной связью и с переходными трансформаторами могут помочь, но они обладают своими недостатками. Достоинствами фиксированного смещения являются, кроме отсутствия резистора и конденсатора в катоде лампы, еще отсутствие потерь (нагрева) этого резистора и легкость регулировки смещения простым маломощным подстроечным резистором. В случае автосмещения – ток покоя лампы можно изменить только изменением величины мощного резистора в катоде выходного каскада.

Много десятилетий назад, была придумана схема последовательного автосмещения. От обычного автосмещения она отличалась тем, что резистор стоял ДО фильтрующего конденсатора блока питания. Поскольку падение напряжения на нем зависит от тока через лампу, то и происходит стабилизация. Нужно только выделить постоянную составляющую, т.к. через резистор идет пульсирующий ток выпрямителя. Олег Чернышев (Ярославль) предложил брать напряжение с резистора через диод, соорудив, таким образом, пиковый детектор, этим удалось уменьшить сопротивление резистора, выделяемую на нем мощность (примерно в 2-3 раза), и уменьшить пульсации напряжения смещения. Я пошел на небольшое увеличение сопротивления резистора и рассеиваемой на нем мощности до 11-12Вт (но все же – оно меньше чем для обычного автосмещения) для увеличения напряжения, снимаемого с резистора, добавив в схему подстроечный резистор. В итоге, получившаяся схема обладает следующими достоинствами: -отсутствие катодного резистора и конденсатора, - легкость установки желаемого тока лампы обычным мелким подстроенным резистором. Стабилизация режима, поскольку это не фиксированное, а автоматическое смещение (Ucm зависит от тока лампы). Есть еще одно достоинство предлагаемой схемы – резистор автофикса стоит между выпрямителем и электролитом, тем самым ограничивая зарядный ток конденсатора, как во время включения (InRush Current), так и во время работы.

Существует другая возможность – использовать трансформатор тока, установленный в цепи переменного тока (во вторичной обмотке анодного трансформатора, перед выпрямителем. Возможна и его установка в первичной обмотке.) Такая схема еще больше снижает потери мощности во вспомогательных цепях, но требует более сильной фильтрации напряжения смещения, что может привести (и в некоторых случаях я это наблюдал) к самовозбуждению схемы на инфранизких частотах.

Следует заметить, что как схема автофикса, так и схема с трансформатором тока, в случае изготовления стереоусилителя, а не моноблоков, – требуют раздельных анодных обмоток и выпрямителей для каждого канала. Перейдем к рассмотрению полной схемы усилителя. Выходной каскад построен по схеме «автофикс» с регулируемым смещением. Режим работы каскада – 210В на аноде при 0,28А. При желании, можно его изменить подстроенным резистором в обе стороны (зависит от конкретной лампы). При изменении смещения меняется как ток, так и анодное напряжение (из-за изменения падения напряжения на резисторе автофикса). Резистор 1Ом в цепи катода 6СЗЗС служит для измерения тока, после настойки его можно закоротить (хотя он никому не мешает). Выходные трансформаторы секционированные – 4 секции первичной обмотки (790 витков, в сумме, провод 0,85мм), между которым 3 секции вторичной обмотки (по 36 витков в каждой), которая намотана плоским литцендратом большого (2кв.мм) сечения – это позволило обойтись без запаралеленных секций и уйти от уравнительных токов. Во вторичной обмотке сделан отвод от одной секции, это позволяет включать трансформатор тремя различным способами, получая с нагрузкой 8Ом величину Ra – 0,43kОм; 0,96kОм и 3,8кОм. Последнее значение вряд ли имеет практический смысл (хотя целиком вписывается в «концепцию» Юрия Макарова – Ra/Ri=20-30), но может быть интересно в качестве эксперимента, а также при работе с 4-х омной акустикой. Сопротивление 430Ом на первый взгляд мало, но с другой стороны – «соотношение Ra/Ri не следует делать более 4-5, поскольку ухудшается динамика каскада, а нелинейные искажения, при уходе выше этого соотношения уменьшаются незначительно (с) Анатолий Манаков». В реальности – все зависит от акустических систем (АС), как и многие SE без обратной связи, данный усилитель критичен к характеристике импеданса АС.

Сердечник выходного трансформатора – «двойной С-Core» из железа М5, сечение центрального керна 18кв.см., прокладка – 0,3мм. Трансформатор имеет индуктивность 4.5Гн, сопротивление первичной обмотки по постоянному току – 5.5Ом. Линейный участок намагничивания трансформатора простирается вплоть до тока 0,62А. С полным включением вторичной обмотки полоса частот трансформатора 9Гц-75кГц, а всего усилителя – 11Гц-53кГц (по уровню -3dB при напряжении 10В на нагрузке 8Ом), выходное сопротивление – около 2 Ом, искажение синусоиды (по осциллографу) на выходе начинается при мощности на нагрузке 15-18Вт. Коэффициент усиления – 13.

Поскольку целью являлось построение 2-х каскадного усилителя, то первый каскад (драйвер) должен обладать достаточным коэффициентом усиления, и большим запасом по размаху выходного сигнала. Используемая лампа 6Э5П, которую "открыл" для аудиоприменения Анатолий Манаков, при питании 350-400 В позволяет получить, в отсутствие выходного каскада, размах выходного сигнала +120В peak-to-peak.

Это примерно вдвое превышает максимально возможный сигнал +60-70 В р-р, который зависит от напряжения смещения выходного каскада. Эта лампа может быть включена как тетрод или как триод. В первом случае усиление даже избыточно (100-130), во втором – наоборот, недостаточно (30-40). В связи с этим, использована т.н. <ультралинейная> схема включения тетрода, в которой вторая сетка подключена к части анодной нагрузки. При указанных на схеме номиналах, эта схема имеет коэффициент усиления 60-70, что наиболее подходит для данного случая. В оригинальной схеме А.Манакова в аноде стоят одинаковые резисторы, и коэффициент усиления 45-50. Смещение драйвера может быть сделано несколькими способами – традиционное автоматическое смещение (резистор около 100 Ом, зашунтированный конденсатором 2000 мкФ в катоде, сеточный резистор при этом сидит на земле), фиксированное смещение батарейкой в цепи сетки и собственно фиксированное смещение. Последнее и было выбрано, поскольку нужно обойтись без конденсаторов в катодах всех ламп. Откуда брать напряжение (отрицательный источник) для фиксированного напряжения, не имеет большого значения. А поскольку такового не имелось – был и в драйвере использован «автофикс». Здесь его стабилизирующие свойства автоматического смещения не так важны, поэтому смещение выбрано общим для двух каналов. Аналогично питанию выходного каскада, в питании драйвера резистор автофикса также способствует уменьшению пиков зарядного тока электролитов блока питания.

Анодный блок питания входного каскада имеет 3-х ступенчатый фильтр, образованный сначала резистором автофикса и первым электролитическим конденсатором, затем последовательным резистором и вторым конденсатором, и в заключение – «электронным дросселем» на мосфете и большим, установленным параллельно выходному каскаду электролитическим конденсатором, зашунтированным пленочным. В выпрямителе используются быстрые диоды и противопомеховые фильтры (common mode, на схеме не показаны), предотвращающие попадание «мусора» из сети. Аналогичный «электронный дроссель» применен и в анодном питании драйвера. Накалы всех ламп питаются переменным током, для уменьшения фона – все накалы смещены на несколько десятков вольт вверх. Светодиод в цепи делителя смещения накалов использован для индикации. При таком построении блока питания, уровень фона на выходе составляет около 3мВ, что на АС с чувствительностью 90дБ, практически не слышно, даже если «вставить ухо в колонку». Эксперимента ради, я пробовал не меняя ничего в блоке питания, закорачивать электронные дроссели выходных каскадов. При этом в АС появлялся небольшой фон, неслышимый уже с полуметра, но я все же рекомендую не отказываться от них. При повторении усилителя, следует учесть, что некоторые элементы не только лампы, также рассеивают определенное количество тепла – это резисторы автофикса и резисторы в анодной цепи драйвера. Их следует выбирать соответствующей мощности. Мосфеты электронных дросселей греются слабо, радиаторы им не нужны. Более чем достаточно привинтить мосфеты к металлическому шасси, а вот резисторам автофикса может понадобиться и радиатор. Панельки под 6СЗЗС лучше всего керамические, помните – они сильно нагреваются. Звучание усилителя получилось достаточно интересным, чувствуется большой запас мощности. Очень чистые и прозрачные ВЧ, прекрасно передающиеся СЧ и мягкие, ненавязчивые НЧ, но конечно – для передачи «взрывов» в кино этот усилитель годится меньше мощного транзисторного двухтактника. Благодарю Анатолия Манакова, Марка Фельдшера и других за помощь и консультации.

P.S. Уже после выхода статьи, была сделана вторая версия усилителя. Ее основные отличия: Увеличена емкость конденсатора С5 до 2000мкФ. Число витков первичной обмотки выходного трансформатора увеличено до 1200. Использованы раздельные трансформаторы анодного питания (Т2) для двух каналов. Остальные отличия не принципиальны, и связаны с другой механической конструкцией усилителя. Александр Торрес, Гонгконг.

Замечательная статья. Понятная цель, разумные средства. Публикацию подготовил, и немного отредактировал

Евгений Бортник, Красноярск, Россия, 2016

29717

Применение 12 емкостей большого номинала в сглаживающем фильтре стабилизатора напряжения полностью устраняет фон на выходе усилителя JLH

Выходные терминалы обычные недорогие, зато входные высшего класса RCA Neutrik

Веселый авторский вариант - открытый усилитель JLH1969 c активным охлаждением радиаторов выходных транзисторов

Однотактный усилитель JLH класс А подробно

На Рис.1 представлена оригинальная схема усилителя в том виде, в каком она была опубликована в 1969 году:

Общее усиление этой схемы около 600 при разомкнутой цепи отрицательной обратной связи. Когда цепь обратной связи замкнута, усиление определяется отношением сопротивления резисторов (R3 + R4) / R4. Для указанных в схеме номиналов общее усиление около 13, а отрицательная обратная связь имеет глубину около 34 дБ. При этом выходное сопротивление усилителя JLH составляет не более 0,16 Ом.

Полное сопротивление (импеданс) электролитического конденсатора С3 на звуковых частотах крайне мало, если сравнивать его с сопротивлением резистора R4, соответственно, его влиянием можно пренебречь. Для постоянного тока С3 имеет бесконечное сопротивление и благодаря этому через резистор R3 обеспечивается 100% отрицательная обратная связь, жестко стабилизирующая режимы работы транзисторов выходного каскада.

Резисторы R1, R2 совместно с конденсатором C1 образуют источник стабильного тока. Ток покоя выходного каскада, работающего в классе А, изменяется подбором соотношения резисторов R1 и R2. Усилитель чувствителен к изменению сопротивления нагрузки и для получения от него максимальной выходной мощности и минимума искажений для колонок сопротивлением 4, 8 или 16 ом номиналы резисторов R1 и R2 и конденсатора С1 должны быть различными.

Резисторы R6 и R5 задают рабочую точку (смещение) первого каскада. Изменением номинала резистора R5 нужно добиться установлению на выходе (точке Х) усилителя JLH половины напряжения источника питания. При выходном постоянном напряжении равном половине напряжения питания усилитель отдает максимальную мощность с минимальными искажениями.

Топология усилителя JLH очень лаконична и изящна: Первый каскад с общим эмиттером, за ним идет фазоинверсный каскад и потом двухтактный выходной каскад работающий в классе А.

Сопротивление нагрузки и номиналы элементов

Перевод оригинального текста :

(…Кремниевые транзисторы NPN, сделанные по планарной технологии прекрасно работают на высоких частотах, что способствует устойчивой работе усилителя на реактивную нагрузку, которой является акустическая система. (это пишет Джон Линсли Худ в 1969 году про недавно освоенные промышленностью биполярные транзисторы с граничной частотой 4 МГц). Мне не удалось найти комбинацию значения емкости и индуктивности для нагрузки, которые бы привели к возбуждению усилителя. В своих экспериментах я заметил, что нагрузка со значительной индуктивностью может привести к неустойчивости усилителя. Для устранения возможного самовозбуждения усилителя достаточно зашунтировать резистор R3 конденсатором небольшой ёмкости. При этом полоса рабочих частот несколько ограничивается выше 25 кГц…)

Усилитель без проблем работает с нагрузкой сопротивлением от 3 до 16 Ом. Для получения максимальной выходной мощности и минимума искажений номиналы нескольких резисторов и конденсаторов следует изменить. Оптимальные номиналы резисторов и конденсаторов для разных сопротивлений нагрузки указаны в Табл.1:

В таблице указана зависимость необходимого напряжения питания, тока покоя, входного переменного напряжения и номиналов отдельных элементов от сопротивления нагрузки. При напряжении питания свыше 30 Вольт транзистор Tr 3 типа 2n697 нужно заменить на транзистор типа 2n1613, а входные транзисторы Tr1 и Tr2 типа mj480 на тип mj481.

Чтобы усилитель не перегревался, выходные транзисторы должны быть установлены на радиаторы с площадью поверхности не менее 1500 кв.см. на выходной транзистор. Каждый выходной транзистор в постоянном режиме рассеивает мощность от 17 до 25 Ватт. Это плата за простоту схемы, режим работы выходного каскада в классе А и высокое качество звучания.

Усилитель JLH имеет небольшое входное сопротивление и для его согласования с предыдущими устройствами и получения минимальных искажений выходное сопротивление предварительного усилителя или CD плейера должно быть низким, и не превышать нескольких кОм.

Подбор транзисторов

Джон Линсли Худ провел множество экспериментов, чтобы выяснить, как зависят искажения и выходная мощность усилителя от характеристик транзисторов. Автор выяснил прямую зависимость величины искажений от идентичности коэффициентов усиления пары выходных транзисторов. При этом, чем точнее были подобраны транзисторы по коэффициенту усиления и обратному току коллектора в выходном каскаде, тем меньше были нелинейные искажения усилителя. Искажения довольно сильно зависели и от абсолютного значения статического коэффициента передачи тока транзисторов. Чем больше был h21э, тем меньше были искажения.

Минимальные искажения и максимальное качество звучания были достигнуты применением в выходном каскаде тщательно подобранной пары выходных транзисторов с коэффициентом усиления по току не менее 100. В фазоинверсном и первом каскадах усилителя так же потребовался жесткий отбор транзисторов по максимальному значению статического коэффициента усиления.

При этом марка транзисторов и фирма производитель на конечные параметры усилителя влияла намного меньше, чем идентичность характеристик и высокий статический коэффициент усиления.

Замена входного транзистора 2N4058 компании Texas Instruments на 2N3906 от Motorola ни на характеристики, ни на звучание существенного влияния не оказала. Чего нельзя сказать о их статическом коэффициенте усиления. Так со значением этого параметра во входном каскаде = 150 искажения усилителя были на 30 % больше, чем с транзистором, имевшим h21э = 250.

Максимальное влияние на уровень искажений усилителя JLH оказывают транзисторы выходного каскада. В таблицу сведены результаты экспериментов Джона Линсли Худа для транзисторов с разными коэффициентами усиления (h21э) Табл.2:

Согласно таблице, общие нелинейные минимальны, когда коэффициенты усиления базового тока (h21э) транзисторов в выходном каскаде максимальны по абсолютному значению и равны между собой. Если возможность точно подобрать транзисторы отсутствует, то транзистор с наибольшим коэффициентом усиления нужно использовать в нижнем плече в качестве Tr1. Наименьшие искажения были получены при подборе транзисторов с идентичными коэффициентами усиления не в статическом режиме, а при токе коллектора близким к току покоя.