Технические характеристики усилителя звука Valve

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Сентябрь 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

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

Схема и производительность [ править ]

Характеристики клапанов [ править ]

Клапаны (также известные как вакуумные лампы) - это устройства с очень высоким входным импедансом (почти бесконечным в большинстве схем) и устройствами с высоким выходным импедансом. Это также высоковольтные / слаботочные устройства.

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

Другое следствие заключается в том, что, поскольку выход одного каскада часто смещен на ~ 100 В относительно входа следующего каскада, прямая связь обычно невозможна, и каскады необходимо соединять с помощью конденсатора или трансформатора. Конденсаторы мало влияют на характеристики усилителей. Межкаскадная трансформаторная связь является источником искажений и фазового сдвига, и ее избегали с 1940-х годов для высококачественных приложений; трансформаторы также увеличивают стоимость, объем и вес.

Основные схемы [ править ]

Следующие ниже схемы представляют собой только упрощенные концептуальные схемы, для реальных схем также требуется сглаженный или регулируемый источник питания, нагреватель для нитей (детали в зависимости от того, нагреваются ли выбранные типы клапанов напрямую или косвенно), а катодные резисторы часто обходятся. и Т. Д.

Общий каскад усиления катода [ править ]

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

В конфигурации с автоматическим смещением "рабочая точка" достигается установкой постоянного напряжения входной сети на нулевое напряжение относительно земли через резистор "утечки в сеть" большого номинала. Анодный ток задается значением напряжения сетки относительно катода, и теперь это напряжение зависит от значения сопротивления, выбранного для катодной ветви схемы.

Анодный резистор действует как нагрузка для схемы и обычно в 3-4 раза превышает анодное сопротивление используемого типа клапана. Выходной сигнал схемы - это напряжение на стыке анода и анодного резистора. Этот выходной сигнал изменяется в зависимости от изменений входного напряжения и является функцией усиления напряжения клапана «mu» и значений, выбранных для различных элементов схемы.

Практически все схемы предусилителей звука построены с использованием каскадных каскадов с общим катодом.

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

Катодный резистор можно или нельзя обойти с помощью конденсатора. Обратная связь также может подаваться на катодный резистор.

Несимметричный триодный усилитель мощности [ править ]

Простой усилитель мощности SET может быть построен путем каскадного соединения двух каскадов с использованием выходного трансформатора в качестве нагрузки.

Дифференциальные ступени [ править ]

Два триода с катодами, соединенными вместе, образуют дифференциальную пару . Эта ступень имеет возможность отменять синфазные (одинаковые на обоих входах) сигналы, и, если она работает в классе А, также имеет то преимущество, что имеет возможность в значительной степени отклонять любые изменения питания (поскольку они одинаково влияют на обе стороны дифференциальной ступени), и, наоборот, общий ток, потребляемый каскадом, почти постоянен (если одна сторона потребляет более мгновенно, а другая потребляет меньше), что приводит к минимальному отклонению прогиба шины питания и, возможно, также к межкаскадным искажениям.

Два силовых клапана (могут быть триодами или тетродами), приводимые в действие по-разному, чтобы сформировать двухтактный выходной каскад, управляя нагрузкой двухтактного трансформатора. Этот выходной каскад намного лучше использует сердечник трансформатора, чем несимметричный выходной каскад.

Пара с длинным хвостом [ править ]

Длинный хвост является постоянным ток (CC) нагрузками в качестве общей подачи катода к дифференциальной паре. Теоретически более постоянный ток линеаризует дифференциальный каскад.

CC может быть аппроксимирован резистором, понижающим большое напряжение, или может быть сгенерирован активной схемой (на основе клапана, транзистора или полевого транзистора ).

Длинный хвост пара также может быть использована в качестве фазового расщепителя . Он часто используется в гитарных усилителях (где его называют «фазоинвертором») для управления силовой частью.

Фазовый делитель гармошки [ править ]

В качестве альтернативы паре с длинным хвостом гармошка использует один триод в качестве переменного сопротивления внутри делителя потенциала, образованного Ra и Rk с каждой стороны клапана. В результате напряжение на аноде изменяется точно и противоположно напряжению на катоде, обеспечивая идеально сбалансированное разделение фаз. Недостатком этого каскада (см. дифференциальную пару длинных хвостов) является то, что он не дает никакого усиления. Использование двойного триода (обычно восьмеричного или нового) для формирования входного буфера SET (обеспечивающего усиление) для последующего питания фазоделителя гармонической формы - это классический двухтактный входной каскад, за которым обычно следуют драйвер (триод) и (триод или пентод) выходной каскад (во многих случаях сверхлинейный) для формирования классической двухтактной схемы усилителя.

Двухтактный усилитель мощности [ править ]

Двухтактный выходной цепи показана упрощенная вариация топологии Williamson , который включает четыре стадии:

• входной каскад SET для буферизации входа и получения некоторого прироста напряжения.
• фазоделитель, как правило, катодного типа или типа «гармошка». Это генерирует точно равные, но противоположные управляющие сигналы для следующей двухтактной схемы, но не дает усиления. Обратите внимание, что, как показано, фазоделитель-гармошка с топологией Williamson напрямую соединен (с резистором) с входным каскадом. Это требует тщательного проектирования входного каскада, поскольку номинальное напряжение анода входного клапана также будет определять рабочую точку гармошки. Другие топологии включают парафазу, плавающую парафазу и дифференциальную (длиннохвостую пару).
• водительский этап. Это дает дополнительный выигрыш по напряжению для каждого из двухтактных сигналов, и в зависимости от требований выходного каскада, тип клапана может быть выбран для более высокого напряжения или более низкой способности возбуждения Z.
• Выходной каскад, где нагрузкой является трансформатор, а не анодный резистор. Первоначальный Williamson использовал пентоды KT66 "триодные обвязки " (работающие как триоды). В большинстве более поздних двухтактных усилителей вместо этого использовалось ультралинейное соединение.

Каскод [ править ]

Каскода (сокращение от фразы каскада к катоду ) является двухстадийный усилитель состоит из крутизны усилителя , за которым следует текущего буфера . В схемах клапана каскод часто состоит из двух последовательно соединенных триодов , один из которых работает как общая сеть и, таким образом, действует как регулятор напряжения , обеспечивая почти постоянное анодное напряжение для другого, который работает как общий катод . Это улучшает изоляцию ввода-вывода (или обратную передачу) за счет устранения эффекта Миллера и, таким образом, способствует гораздо более высокой пропускной способности., более высокий входной импеданс , высокий выходной импеданс и более высокое усиление, чем у однотриодного каскада.

Этапы тетрода / пентода [ править ]

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

Пентод имеет дополнительную защитную сетку (g3) , чтобы устранить Тетрод излом . Это используется для повышения производительности, а не для дополнительного усиления и обычно недоступно извне. В некоторых из этих клапанов используются выровненные сетки для минимизации тока сетки и пластины луча вместо третьей сетки, они известны как « тетроды пучка ».

Было реализовано (и многие пентоды были специально разработаны для этого), что, привязав экраны к сетке / аноду, тетрод / пентод снова стал триодом, что сделало эти клапаны поздней конструкции очень гибкими. Тетроды с «триодными перевязками» часто используются в современных конструкциях усилителей, которые оптимизированы по качеству, а не по выходной мощности.

Ультралинейный [ править ]

В 1937 году Алан Блюмлейн создал конфигурацию между тетродом с «перевязкой триода» и обычным тетродом, которая соединяла 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% анодного напряжения, в выходном каскаде возникло оптимальное состояние, которое они назвали ультралинейным . К концу 1950-х годов эта конструкция стала доминирующей конфигурацией высококачественных усилителей PP.

Бестрансформаторный выход [ править ]

Юлиус Футтерман первым изобрел усилитель, известный как « бестрансформаторный выход » (OTL). В них используются параллельные клапаны для согласования с импедансом динамиков (обычно 8 Ом). Эта конструкция требует наличия большого количества клапанов, работающих в горячем состоянии, и поскольку они пытаются согласовать импедансы способом, принципиально отличным от трансформатора ^{[ необходима цитата ]} , они часто имеют уникальное качество звука. ^{[ необходима цитата ]} 6080 триодов, разработанных для регулируемых источников питания, были типами с низким импедансом, иногда использовавшимися без трансформатора.

Усилители мощности с несимметричным триодом (SET) [ править ]

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

Этот тип конструкции приводит к чрезвычайно простому спектру искажений, состоящему из монотонно затухающей серии гармоник. Некоторые считают, что эта характеристика искажения является фактором привлекательности звука, производимого такими конструкциями. По сравнению с современными конструкциями, наборы SET используют минималистский подход и часто имеют всего два каскада: одноступенчатый триодный усилитель напряжения, за которым следует триодный каскад мощности. Однако используются вариации с использованием некоторого активного источника тока или нагрузки, которые не считаются каскадом усиления.

Типичным клапаном, использующим эту топологию в (редко) текущем коммерческом производстве, является клапан 300B , который дает около 5 Вт в режиме SE. В редких усилителях этого типа используются такие лампы, как 211 ​​или 845 , мощностью около 18 Вт. Эти клапаны представляют собой передающие клапаны с ярким излучателем и имеют нити из торированного вольфрама, которые при подаче питания светятся, как лампочки.

См. Параграфы ниже относительно мощных имеющихся в продаже усилителей SET, предлагающих без труда до 40 Вт, после разработки выходных трансформаторов для преодоления вышеуказанных ограничений.

На фотографиях ниже показан коммерческий усилитель SET, а также прототип усилителя для любителей.

• Коммерческий усилитель SE

• Опытный любитель сконструировал усилитель SET

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

Двухтактные (PP) / дифференциальные усилители мощности [ править ]

Использование дифференциальных («двухтактных») выходных каскадов устраняет постоянный ток смещения, протекающий через выходной трансформатор каждым из выходных клапанов по отдельности, что значительно снижает проблему насыщения сердечника и, таким образом, облегчает создание более мощных усилителей одновременно. как использование меньшей, более широкой полосы пропускания и более дешевых трансформаторов.

Отмена дифференциальных выходных клапанов также в значительной степени устраняет (доминирующие) продукты гармонических искажений четного порядка выходного каскада, что приводит к меньшему THD, хотя теперь преобладают гармоники нечетного порядка и больше не монотонны.

В идеале подавление искажений четного порядка идеально, но в реальном мире это не так, даже с близко подобранными клапанами. PP OPT обычно имеют зазор для предотвращения насыщения, хотя и меньший, 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 получения наименьшего Z _out и лучшей линейности, но часто используются тетроды или пентоды, которые дают большее усиление и мощность. Многие выходные клапаны, такие как KT88, EL34 и EL84, были специально разработаны для работы в режиме триода или тетрода, и некоторые усилители могут переключаться между этими режимами. После Вильямсона большинство коммерческих усилителей использовали тетроды в «ультралинейной» конфигурации.

Класс А [ править ]

Каскады PP на чистом триоде класса A достаточно линейны, чтобы работать с ними без обратной связи, хотя может быть желательным умеренный NFB для уменьшения искажений, уменьшения Z _out и усиления управления. Однако их энергоэффективность намного ниже, чем у класса AB (и, конечно, класса B); значительно меньшая выходная мощность доступна при том же анодном рассеивании.

Конструкции PP класса A не имеют кроссоверных искажений, и искажения становятся незначительными при уменьшении амплитуды сигнала. Результатом этого является то, что усилители класса A очень хорошо работают с музыкой с низким средним уровнем (с незначительными искажениями) с мгновенными пиками.

Недостатком работы силовых клапанов класса А является сокращенный срок службы, поскольку клапаны всегда полностью включены и все время рассеивают максимальную мощность. На клапаны усилителя сигнала, не работающие на высокой мощности, это не влияет.

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

Класс AB и B [ править ]

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 кроссоверных искажений более или менее постоянной амплитуды независимо от амплитуды сигнала. Это означает, что усилители классов AB и B производят самый низкий процент искажений при почти максимальной амплитуде с более низкими характеристиками искажений на низких уровнях. По мере перехода схемы от чистого класса A через AB1 и AB2 к B искажения кроссовера разомкнутого контура ухудшаются.

Усилители классов AB и B используют NFB для уменьшения искажений разомкнутого контура. Измеренные спектры искажений от таких усилителей ^{[ необходима цитата ]} показывают, что процент искажений резко уменьшается за счет NFB, но остаточные искажения смещаются в сторону более высоких гармоник.

В двухтактных усилителях класса B выходной ток клапана, который должен обеспечивать источник питания, находится в диапазоне от почти нуля для нулевого сигнала до максимума при максимальном сигнале. Следовательно, для линейного отклика на переходные изменения сигнала источник питания должен иметь хорошее регулирование.

В несимметричном режиме можно использовать только класс A, иначе часть сигнала будет отключена. Управляющий каскад для клапанных усилителей классов AB2 и B должен быть способен подавать некоторый ток сигнала на сети силовых клапанов («мощность привода»).

Смещение [ править ]

Смещение двухтактного выходного каскада может быть отрегулировано (на этапе проектирования, обычно не в готовом усилителе) от класса A (дает лучшую линейность разомкнутого контура) через классы AB1 и AB2 до класса B (дает наибольшую мощность и КПД от данного источника питания, выходных клапанов и выходного трансформатора).

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

Топология цепи [ править ]

Типичная топология для усилителя ПП имеет входной каскад, а фазовый разделитель, драйвер и выходной каскад, хотя существует множество вариаций входного каскада / фаза разветвителя, а иногда два из перечисленных функций объединены в одну стадии клапана. Сегодня преобладающими топологиями фазоделителей являются гармошка , плавающая парафаза и некоторые вариации пары с длинным хвостом .

В галерее показан современный самодельный полностью дифференциальный усилитель чистого класса A с выходной мощностью около 15 Вт без отрицательной обратной связи, использующий маломощные двойные триоды 6SN7 и силовые тетроды KT88.

Выходные трансформаторы [ править ]

Из-за своей неспособности напрямую управлять нагрузками с низким импедансом, ламповые усилители звука должны использовать выходные трансформаторы для понижения импеданса для согласования 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 не выходить за рамки критериев стабильности Найквиста на высоких частотах и ​​избегать колебаний. Однако в последние годы разработка усовершенствованных конструкций трансформаторов и методов намотки значительно снижает эти нежелательные эффекты в пределах желаемой полосы пропускания, перемещая их еще дальше в крайность.

Отрицательный отзыв (NFB) [ править ]

Вслед за изобретением Гарольда Стивена Блэка отрицательная обратная связь (NFB) была почти повсеместно принята в усилителях всех типов, чтобы существенно уменьшить искажения, сгладить частотную характеристику и уменьшить влияние вариаций компонентов. Это особенно необходимо для усилителей, не относящихся к классу А.

Обратная связь очень сильно снижает процент искажений, но спектр искажений становится более сложным, с гораздо более высоким вкладом более высоких гармоник; ^[1] высокие гармоники, если они находятся на слышимом уровне, гораздо более нежелательны, чем более низкие, ^[1] так что улучшение за счет более низких общих искажений частично нейтрализуется по своей природе. Сообщается, что при некоторых обстоятельствах абсолютная амплитуда высших гармоник может увеличиваться с помощью обратной связи, хотя общие искажения уменьшаются. ^[1]

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

• Громкоговорители, у которых есть зависимости импеданса от частоты, которые существенно отклоняются от плоской, будут иметь существенно неплоские частотные характеристики при использовании с усилителями High Z _out .

Шум клапана и коэффициент шума [ править ]

Как и любое усилительное устройство, клапаны добавляют шум к сигналу, который необходимо усилить. Шум возникает из-за дефектов устройства и неизбежных температурных флуктуаций (обычно предполагается, что системы находятся при комнатной температуре, T  = 295 K). Температурные флуктуации вызывают мощность электрического шума, равную , где - постоянная Больцмана, а B - ширина полосы частот. Соответственно, шум напряжения сопротивления R в разомкнутой цепи составляет, а шум тока в цепи короткого замыкания составляет .${\ displaystyle k_ {B} TB}$${\ displaystyle k_ {B}}$${\ Displaystyle {\ sqrt {4k_ {B} \ cdot T \ cdot B \ cdot R}}}$${\ Displaystyle {\ sqrt {4k_ {B} \ cdot T \ cdot B / R}}}$

Коэффициент шума определяется как отношение мощности шума на выходе усилителя к мощности шума, который присутствовал бы на выходе, если бы усилитель был бесшумным (из-за усиления теплового шума источника сигнала). Эквивалентное определение: коэффициент шума - это коэффициент, на который вставка усилителя ухудшает отношение сигнал / шум. Часто выражается в децибелах (дБ). Усилитель с коэффициентом шума 0 дБ был бы идеальным.

Шумовые свойства вентилей на звуковых частотах можно хорошо смоделировать с помощью идеального бесшумного клапана, имеющего источник шума напряжения, подключенный последовательно с сеткой. Для малошумящего звукового пентодного клапана EF86, например, этот шум напряжения указан (см., Например, спецификации Valvo, Telefunken или Philips) как 2 микровольта, интегрированных в диапазоне частот приблизительно от 25 Гц до 10 кГц. (Это относится к интегрированному шуму, см. Ниже частотную зависимость спектральной плотности шума.) Это равняется шуму напряжения резистора 25 кОм. Таким образом, если источник сигнала имеет импеданс 25 кОм или более, шум клапана на самом деле меньше, чем шум источника. Для источника 25 кОм шум, создаваемый клапаном и источником, одинаков,Таким образом, общая мощность шума на выходе усилителя является корнем квадратным из двукратной мощности шума на выходе идеального усилителя. Оно не просто двойное, потому что источники шума случайны, и в комбинированном шуме есть некоторое частичное подавление. Тогда коэффициент шума составляет 1,414 или 1,5 дБ. Для более высоких импедансов, таких как 250 кОм, шум напряжения EF86 составляет 1/10^{На 1/2} ниже собственного шума источников, а коэффициент шума составляет ~ 1 дБ. С другой стороны, для источника с низким импедансом 250 Ом вклад клапана в шум в 10 раз больше, чем у источника сигнала, а коэффициент шума составляет примерно десять или 10 дБ.

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

Плотность шумового напряжения данного клапана является функцией частоты. На частотах выше 10 кГц он в основном постоянный («белый шум»). Белый шум часто выражается эквивалентным шумовым сопротивлением, которое определяется как сопротивление, которое создает такой же шум напряжения, как и на входе клапана. Для триодов это примерно (2-3) / г _м , где г _м - коэффициент проводимости. Для пентодов она выше, около (5-7) / г _{м 2} . Таким образом, клапаны с высоким g _m имеют более низкий уровень шума на высоких частотах.

В диапазоне звуковых частот (ниже 1–100 кГц) преобладающим становится шум «1 / f », который возрастает как 1 / f . Таким образом, клапаны с низким уровнем шума на высокой частоте не обязательно имеют низкий уровень шума в диапазоне звуковых частот. Для специальных малошумящих аудиоклапанов частота, на которой преобладает шум 1 / f, снижается, насколько это возможно, возможно, примерно до килогерц. Его можно уменьшить, выбрав очень чистые материалы для катодного никеля и запустив клапан при оптимизированном (обычно низком) анодном токе.

Микрофония [ править ]

В отличие от твердотельных устройств, клапаны представляют собой сборки механических частей, расположение которых определяет их функционирование, и которые не могут быть полностью жесткими. Если клапан встряхивается из-за перемещения оборудования или акустических вибраций от громкоговорителей или любого источника звука, он будет производить выходной сигнал, как если бы это был какой-то микрофон (эффект, следовательно, называется микрофоном ). Все клапаны в той или иной степени подвержены этому; Клапаны усилителя низкого напряжения для аудио спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к этому эффекту, с дополнительными внутренними опорами. EF86 упоминается в контексте шума также предназначен для низкого микрофонного, хотя его высокий коэффициент усиления делает его особенно восприимчивым.

Современное аудиофильское Hi-Fi усиление [ править ]

Для высококачественного звука , где стоимость не является основным фактором, ламповые усилители оставались популярными и действительно в 1990-х годах получили коммерческое возрождение.

Схемы, разработанные с тех пор, в большинстве случаев остаются подобными схемам эпохи клапанов, но выигрывают от достижений в качестве вспомогательных компонентов (включая конденсаторы), а также общего прогресса в электронной промышленности, что дает разработчикам все более глубокое понимание работы схем. Твердотельные блоки питания более компактны, эффективны и могут иметь очень хорошее регулирование.

Полупроводниковые усилители мощности не имеют жестких ограничений на выходную мощность, налагаемых термоэлектронными устройствами; соответственно конструкция громкоговорителей эволюционировала в сторону меньших размеров. более удобные, громкоговорители, компромисс между энергоэффективностью и небольшим размером, что дает громкоговорители аналогичного качества, но меньшего размера, которые требуют гораздо большей мощности для той же громкости, чем раньше. В связи с этим многие современные клапанные двухтактные усилители более мощные, чем более ранние конструкции, что отражает необходимость управления неэффективными динамиками.

Современные ламповые предусилители [ править ]

Когда ламповые усилители были нормой, использовались настраиваемые пользователем «регуляторы тембра» (простой двухполосный неграфический эквалайзер ) и электронные фильтры, чтобы позволить слушателю изменять частотную характеристику в соответствии со вкусом и акустикой комнаты; это стало редкостью. Некоторое современное оборудование использует графические эквалайзеры, но ламповые предусилители, как правило, не предоставляют эти возможности (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 эквализации. Обычно ламповые усилители мощности управляются напрямую от такого источника, используя пассивную регулировку громкости и входного источника, встроенную в усилитель, или минималистичный управляющий усилитель «линейного уровня», который представляет собой немного больше, чем пассивный регулятор громкости и переключения, плюс каскад буферного усилителя. управлять межкомпонентными соединениями.

Однако существует небольшая потребность в ламповых предусилителях и схемах фильтров для студийных микрофонных усилителей, эквалайзерных предусилителей для виниловых дисков и, в исключительном случае, для активных кроссоверов.

Современные ламповые усилители мощности [ править ]

Коммерческие несимметричные триодные усилители [ править ]

Когда ламповые усилители были нормой, SET более или менее исчезли из западных продуктов, за исключением конструкций с низким энергопотреблением (до 5 Вт), когда нормой стали двухтактные триоды с косвенным нагревом или триодные клапаны, такие как EL84 .

Однако дальний восток никогда не отказывался от клапанов, особенно от контура SET; действительно, чрезвычайный интерес ко всему аудиофилу в Японии и других дальневосточных странах поддерживал большой интерес к этому подходу.

• Одним из ключевых звеньев между этим дальневосточным отношением к SET и западом был Жан Хирага, давний редактор l'audiophile во Франции (и на французском). ^[2]
• Очень яркий пример почти «дзен» или «поэтической» подход к усилителю дизайна на Дальнем Востоке, очень отличается от западного инженерно под руководством подход, является работа Сусуму Sakuma , ^[3] , хотя конструкции Sakuma далеки от мейнстрима

С 1990-х годов на западе снова возник нишевый рынок для маломощных коммерческих усилителей SET (до 7 Вт), в частности, с использованием в последние годы клапана 300B, который стал модным и дорогим. Также производятся усилители меньшей мощности на основе других старинных типов ламп, таких как 2A3 и 45.

Еще реже, более мощные наборы производятся коммерчески, обычно с использованием передающих клапанов 211 или 845, которые могут выдавать 20 Вт при напряжении 1000 В. Известными усилителями этого класса являются усилители корпорации Audio Note (разработанные в Японии), включая "Ongaku", признанный усилителем года в конце 1990-х годов. Очень небольшое количество изделий этого класса ручной работы продается по очень высоким ценам (от 10 000 долларов США). Wavac 833 может быть самым дорогим усилителем Hi-Fi в мире, вырабатывая около 150 Вт при использовании клапана 833A .

Помимо этого Wavac и очень немногих других мощных комплектов SET, усилители SET обычно необходимо тщательно сопрягать с очень эффективными динамиками, особенно с рупорными корпусами и корпусами линий передачи, а также с широкополосными драйверами, такими как те, что сделаны 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 маломощные комплекты с клапанами, отличными от 300B, например KT90 (развитие KT88) и до более мощной сестры 845, 805ASE, с выходной мощностью 40 Вт во всем звуковом диапазоне от 20 Гц. Это стало возможным благодаря конструкции выходного трансформатора, который не насыщается на высоких уровнях и имеет высокий КПД.

Коммерческие двухтактные (PP) усилители [ править ]

Широко распространенные современные громкоговорители обеспечивают хорошее качество звука при компактных размерах, но они намного менее энергоэффективны, чем старые конструкции, и для их работы требуются мощные усилители. Это делает их непригодными для использования с ламповыми усилителями, особенно с несимметричными конструкциями малой мощности. С 1970-х годов конструкции клапанных усилителей мощности Hi-Fi 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 в промышленных масштабах. Некоторые усилители можно переключать между классами A и AB; некоторые можно переключить в триодный режим.

Основные производители на рынке клапанов из полипропилена:

• Аудио исследования
• Кэри Аудио Дизайн
• Джадис
• Мин Да
• Лаборатория Макинтоша

Конструкция усилителя для любителей [ править ]

Простота ламповых усилителей, особенно несимметричных, делает их пригодными для домашнего строительства. У этого есть некоторые преимущества:

• Возможность использовать хорошо зарекомендовавшие себя клапаны, произведенные много лет назад и выпускаемые только по одному или по два;
• Домашний конструктор может экспериментировать с разными типами компонентов или разными образцами компонентов.

Строительство [ править ]

Ручная двухточечная проводка, как правило, используется, а не печатные платы в небольших коммерческих зданиях высокого класса, а также любителями. Этот стиль конструкции является удовлетворительным из-за простоты конструкции, адаптированной к количеству физически больших компонентов, установленных на шасси (гнезда клапанов, большие конденсаторы питания, трансформаторы), необходимости скручивать проводку нагревателя для минимизации шума и, как побочный эффект, получать выгоду от тот факт, что «летающая» проводка сводит к минимуму емкостные эффекты.

На одном рисунке ниже показана схема, построенная с использованием «стандартных» современных промышленных компонентов (конденсаторы 630 В MKP / металлопленочные резисторы). Одно из преимуществ, которое имеет любитель по сравнению с коммерческим производителем, - это возможность использовать детали более высокого качества, которые не всегда доступны в больших объемах (или по коммерчески приемлемой себестоимости). Например, «серебристый верхний геттер» Sylvania с коричневой базой 6SN7s, использованный на внешней картинке, датируется 1960-ми годами.

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

Схема подключения коммерческого усилителя также показана для сравнения.

• Внешний вид

• Схема

• Внутри используются детали нормального промышленного качества.

• Внутренние компоненты с использованием тефлоновых колпачков улучшенной спецификации и планарных резисторов.

• Внутренняя конструкция коммерческого усилителя PP

Необычный дизайн [ править ]

Наборы очень высокой мощности [ править ]

Очень редко клапаны очень большой мощности (обычно предназначенные для использования в радиопередатчиках) десятилетней давности вводятся в эксплуатацию для создания разовых конструкций SET (обычно по очень высокой цене). Примеры включают клапаны 211 и 833.

Основная проблема с этими конструкциями - создание выходных трансформаторов, способных выдерживать ток пластины и результирующую плотность потока без насыщения сердечника по всему спектру звуковых частот. Эта проблема увеличивается с увеличением уровня мощности.

Другая проблема заключается в том, что напряжения для таких усилителей часто превышают 1 кВ, что является эффективным препятствием для коммерческой продукции этого типа.

Параллельные двухтактные (PPP) усилители [ править ]

Многие современные коммерческие усилители (и некоторые конструкции для любителей) размещают несколько пар выходных ламп легко доступных типов параллельно для увеличения мощности, работая от того же напряжения, которое требуется для одной пары. Положительный побочный эффект заключается в том, что выходной импеданс клапанов и, следовательно, необходимое соотношение витков трансформатора уменьшается, что упрощает создание трансформатора с широкой полосой пропускания.

Некоторые мощные коммерческие усилители используют массивы стандартных ламп (например, EL34, KT88) в параллельной двухтактной (PPP) конфигурации (например, Jadis, Audio Research, McIntosh, Ampeg SVT).

В некоторых самодельных усилителях используются пары передающих вентилей большой мощности (например, 813), чтобы обеспечить выходную мощность 100 Вт или более на пару в классе AB1 (ультра-линейный).

Выходные бестрансформаторные усилители (OTL) [ править ]

Выходной трансформатор (OPT) является основным компонентом всех основных клапанных усилителей мощности, что требует значительных затрат, размеров и веса. Это компромисс, уравновешивающий потребности в низкой паразитной емкости, низких потерях в железе и меди, работе без насыщения при необходимом постоянном токе, хорошей линейности и т. Д.

Один из способов избежать проблем с OPT - полностью отказаться от OPT и напрямую подключить усилитель к громкоговорителю, как это делается с большинством твердотельных усилителей. Некоторые конструкции без выходных трансформаторов (OTL) были произведены Юлиусом Футтерманом в 1960-х и 1970 -х годах, а в последнее время в различных вариантах воплощения другие.

Клапаны обычно имеют гораздо более высокие импедансы, чем у громкоговорителей. Требуются типы клапанов с низким сопротивлением и специально разработанные схемы. Может быть достигнута разумная эффективность и умеренный Z _out (коэффициент демпфирования).

Эти эффекты означают, что OTL предъявляют избирательные требования к нагрузке на громкоговорители, как и любой другой усилитель. Обычно требуется динамик с сопротивлением не менее 8 Ом, хотя большие OTL часто вполне удобны при нагрузке 4 Ом. Электростатические динамики (которые часто считаются сложными для вождения) часто особенно хорошо работают с OTL.

В более поздних и более успешных схемах OTL используется схема вывода, известная как Circlotron . Цирклотрон имеет примерно половину выходного сопротивления схем Футтермана (тотемных полюсов). Circlotron полностью симметричен и не требует большого количества обратной связи для уменьшения выходного импеданса и искажений. В удачных вариантах используются силовые триоды 6AS7G и российские 6C33-CB.

Распространенным мифом является то, что короткое замыкание в выходном клапане может привести к тому, что громкоговоритель будет подключен непосредственно к источнику питания и разрушен. На практике известно, что старые усилители в стиле Футтермана повреждают динамики не из-за короткого замыкания, а из-за колебаний. Усилители Circlotron часто имеют выходы с прямой связью, но надлежащая инженерия (с несколькими правильно размещенными предохранителями) гарантирует, что повреждение динамика не более вероятно, чем с выходным трансформатором.

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

Усилители с прямой связью для электростатики и наушников [ править ]

В некотором смысле эта ниша является подмножеством OTL, однако она заслуживает отдельного рассмотрения, потому что, в отличие от OTL для громкоговорителя, которая должна подталкивать крайности способности схемы клапана передавать относительно высокие токи при низких напряжениях в нагрузку с низким сопротивлением, некоторые наушники Типы имеют достаточно высокий импеданс для нормальных типов клапанов, которые могут работать в качестве OTL, и в частности электростатические громкоговорители и наушники, которые могут приводиться в действие непосредственно при сотнях вольт, но при минимальных токах.

Еще раз, есть некоторые проблемы безопасности, связанные с прямым приводом для электростатических громкоговорителей, которые в крайнем случае могут использовать передающие клапаны, работающие при напряжении более 1 кВ. Такие системы потенциально смертельны.

См. Также [ править ]

• Звук клапана

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

• Колломс, Мартин. Будущее без обратной связи? в Stereophile , январь 1998 г.
• Стекло Аудио . Давний журнал, посвященный конструкции ламповых усилителей, издаваемый Audio Amateur Corporation, Питерборо, Нью-Гэмпшир.
• Джонс, Морган. Клапанные усилители , третье издание, 2003 г. ISBN  0-7506-5694-8
• Кавсек, Пауль Г. Рёренверстеркер: Klang und Form . Вена: Allegro Verlag, 1995. ISBN 3-901462-00-7 
• Лэнгфорд-Смит, Ф. Справочник разработчика радиотронов . 4-е издание, 1952 г., Wireless Press (первое издание вышло в 1934 г.). Перепечатано как Справочник дизайнера радиостанций Newnes 1999, ISBN 0-7506-3635-1 
• Анонимные любители трубок. 6C33C-B OTL Усилитель - Фон и схемы OTL