Ренессанс ламповых усилителей состоялся! Есть довольно большая масса приверженцев данной техники. Но в последнее время набирают популярность как среди радиолюбителей, так и в промышленных конструкциях гибридные усилители. Неудивительно, ведь лампа гораздо лучше подходит для усиления напряжения, чем транзистор. Ну а для усиления тока и согласования выходного сопротивления усилителя с довольно низкоомной нагрузкой транзисторы оказываются как нельзя кстати. Они помогают избавится от такого дорогого, трудоёмкого, габаритного элемента как выходной трансформатор, качество изготовления которого может свести «на нет» все усилия по сборке усилителя.
Именно гибридная схемотехника позволяет довольно просто получить максимально короткий тракт усиления и отказаться от так нелюбимой многими аудиофилами общей отрицательной обратной связи.
Известный любитель гибридных усилителей Андреа Чуффоли, работая над очередным своим проектом, провел интересное исследование. Перебрав больше десятка различных радиоламп для входного каскада усилителя, он остановил свой выбор на лампе D3A (производство Siemens, американский аналог 7721). Лампа имеет высокий коэффициент усиления ( около 77) при довольно низком сопротивлении анода 1,9кОм. Кстати, на второе место он поставил российскую лампу 6С45П обладающую ещё меньшим сопротивлением 1,2кОм при коэффициенте усиления в 56.
Исследовав лампу в классическом каскаде с резистивной нагрузкой:
Андреа получил следующие результаты:
Не удовлетворившись высокими искажениями, он начал искать пути повышения линейности каскада.
Первое, что он проверил — каскад с индуктивной нагрузкой. Именно такой вариант (ещё лучше, когда используется межкаскадный трансформатор. И нагрузка индуктивная, и разделительный конденсатор не нужен) почему-то у ламповиков считается чуть ли не идеальным.
Результаты измерений такого каскада:
Искажения каскада, как и следовало ожидать, стали значительно меньше. НО! Обнаружилась интересная особенность. Если посмотреть на АЧХ каскада, то на низких частотах наблюдается подъём, вызванный резонансом контура, образованным индуктивностью дросселя и конденсатором в цепи катода:
Для линеаризации АЧХ пришлось увеличить емкость конденсатора в 3 раза. Кроме того, как отмечает Андреа, качество звуковоспроизведения такого каскада очень сильно зависит от качества изготовления дросселя (межкаскадного трансформатора). В достойном ламповом усилителе стоимость моточных изделий может составлять более половины стоимости всего усилителя.
Наилучшим вариантом по мнению автора является усилительный каскад с генератором тока в нагрузке:
Линейность такого каскада не хуже, чем у каскада с индуктивной нагрузкой, а побочные резонансы отсутствуют:
Обращаю внимание ярых сторонников чистой концепции лампового звука: активный источник тока для звукового сигнала имеет ооочень большое внутреннее сопротивление! Поэтому через него звуковой сигнал не проходит, транзисторы не участвуют в усилении сигнала. Источник тока только задаёт рабочий режим лампы.
Можно, конечно, поставить SRPP-каскад, но в нём не всё так хорошо, как хочется, да и лишние лампы, цепи накала, дополнительное тепло нам не очень-то нужно. Здесь же довольно простым и дешёвым способом получаются очень хорошие результаты.
Не останавливаясь на достигнутом, Андреа проверил каскад с иcточником тока, выполненном на полевых транзисторах. Он использовал модуль Two Terminal Constant Curent Sourse фирмы K&K Audio:
Результаты измерений каскада:
Результаты Андрея Чуффоли подтверждают исследования десятилетней давности, проведённые Евгением Карповым и опубликованные в работе «Спектры 2» (кому интересны подробности — Гугл в помощь). Евгений также исследовал более десятка ламп в каскадах с резистивной нагрузкой и активным источником тока в качестве нагрузки и пришёл к выводам:
1. применение источника тока существенно сужает спектр гармоник каскада. Гармоники высших порядков исчезают, спектр становится более благоприятным.
2. уровень гармоник в спектре сигнала снижается на порядок!
3. при увеличении амплитуды выходного сигнала эти преимущества выражаются ещё сильнее — рост гармоник и появление гармоник высших порядков наблюдается гораздо слабее, чем в каскаде с резистивной нагрузкой.
Результаты измерений представлены в таблице:
В таблице представлен спектр и уровень гармоник лампы, её оптимальный режим работы (минимум искажений): напряжение анода, ток лампы и напряжение смещения (последнее ориентировочно, так как лампы имеют большой разброс).
Колонка «Чувствительность» показывает зависимость искажений каскада от режимов работы. Для ламп со значением чувствительности «Высокая» наблюдается существенный рост уровня гармоник и расширение их спектра даже при незначительных (10-20%) отклонениях режима от оптимального. Поэтому при использовании таких ламп рекомендуется применять стабилизированные блоки питания, вовремя менять состарившиеся лампы и следить за режимом работы.
Лампы со значением чувствительности «Низкая» слабо реагируют на отклонения режимов работы от оптимальных, поэтому такие лампы часто прощают новичкам-ламповикам просчёты в их конструкциях (в пределах разумного, конечно).
Так как продукцию фирмы K&K Audio, скорее всего, будет найти проблематично, привожу пример каскада на лампе 6Н23П с генератором тока в нагрузке построенном по каскодной схеме, так как амплитуда сигнала на аноде лампы достаточно высока. Такая реализация по параметрам идентична приведенной выше схеме с источником тока на полевых транзисторах.
Обращаю внимание на то, что транзистор VT2 работает в достаточно напряжённом режиме и для повышения надёжности рекомендуется соорудить для него небольшой радиатор.
Для получения минимальных искажений в представленных выше входных каскадах их нагрузка должна быть высокоомной. Отличный вариант — катодный или истоковый повторители.
Главный редактор «РадиоГазеты».
Удачного творчества!