Технические характеристики усилителя звука Valve - Valve audio amplifier technical specification - Wikipedia

Основная статья: Клапанный усилитель звука

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

Схемотехника и производительность

Характеристики клапанов

Клапаны (также известные как вакуумные лампы) очень сопротивление (почти бесконечное число в большинстве схем) и устройства с высоким выходным сопротивлением. Это также высоковольтные / слаботочные устройства.

Характеристики вентилей как устройств усиления имеют прямое значение для их использования в качестве усилители звука, в частности, что усилители мощности нужен вывод трансформаторы (OPT) для преобразования высоковольтного слаботочного сигнала с высоким выходным сопротивлением в сильноточный сигнал низкого напряжения, необходимый для управления современными громкоговорителями с низким импедансом (см. транзисторы и Полевые транзисторы которые являются устройствами с относительно низким напряжением, но могут напрямую пропускать большие токи).

Другое следствие заключается в том, что, поскольку выход одного каскада часто смещен на ~ 100 В относительно входа следующего каскада, прямая связь Обычно это невозможно, 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

Следующие схемы представляют собой только упрощенные концептуальные схемы, реальные схемы также требуют сглаженного или регулируемого источника питания, нагревателя для нитей (детали в зависимости от того, нагреваются ли выбранные типы клапанов напрямую или косвенно), и катодные резисторы часто обходятся. и Т. Д.

Стадия усиления с общим катодом

Триодный каскад с общим катодом

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 ноль вольт относительно земли через резистор «утечки в сеть» большого номинала. Анодный ток устанавливается 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.

Почти все схемы звуковых предусилителей 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

Несимметричный триодный усилитель мощности

Простой НАБОР Усилитель мощности может быть построен путем каскадирования двух каскадов с использованием выходного трансформатора в качестве нагрузки.

Дифференциальные ступени

Основная статья: Дифференциальный усилитель

Два триода с катодами, соединенными вместе, чтобы сформировать дифференциальная пара. 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

Пара с длинным хвостом

А длинный хвост представляет собой нагрузку с постоянным током (CC) в качестве подачи общего катода на дифференциальную пару. Теоретически более постоянный ток линеаризует дифференциальный каскад.

CC может быть аппроксимирован резистором, понижающим большое напряжение, или может быть сгенерирован активной схемой (вентилем, транзистором или FET основан)

В длиннохвостая пара также может использоваться как фазоделитель. Часто используется в гитарные усилители (где он упоминается как «фазоинвертор») для привода силовой части.

Фазовый делитель гармошки

В качестве альтернативы паре с длинным хвостом концертина использует один триод в качестве переменного сопротивления внутри делителя потенциала, образованного Ra и Rk по обе стороны от 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

Двухтактный усилитель мощности

В двухтактный выход Показанная схема представляет собой упрощенный вариант Топология Вильямсона, который состоит из четырех этапов:

• 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 на то, 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 дополнительное усиление 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 низкого Z-привода.
• Выходной каскад, где нагрузкой является трансформатор, а не анодный резистор. Оригинальный Уильямсон использовал KT66 пентоды "триодные обвязки" (работающие как триоды). В большинстве более поздних двухтактных усилителей вместо этого использовалось ультралинейное соединение.

Каскод

Стек триода

В каскод (сокращение фразы каскад на катод) является двухступенчатым усилитель мощности состоит из крутизна усилитель, за которым следует текущий буфер. В схемах клапана каскод часто состоит из двух триоды соединены последовательно, причем один работает как общая сетка и таким образом действуя как регулятор напряжения, обеспечивая почти постоянное анодное напряжение для другого, который работает как общий катод. Это улучшает изоляцию ввода-вывода (или обратную передачу), устраняя Эффект Миллера и, таким образом, способствует более высокому пропускная способность, выше входное сопротивление, высоко выходное сопротивление, и выше прирост чем однотриодный каскад.

Этапы тетрода / пентода

Тетрод имеет сетка экрана (g2), который находится между анодом и первой решеткой и обычно служит, как и каскод, чтобы устранить эффект Миллера и, следовательно, также обеспечивает более широкую полосу пропускания и / или более высокое усиление, чем у триода, но за счет линейности и шумовых характеристик.

А пентод имеет дополнительную подавляющую сетку (g3) для устранения тетрод кинк. 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 "лучевые тетроды ".

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 «триодной связкой» часто используются в современных конструкциях усилителей, которые оптимизированы по качеству, а не по выходной мощности.

Ультра-линейный

Основная статья: Ультра-линейный

В 1937 г. Алан Блюмлейн возникла конфигурация между тетродом с триодной связкой и обычным тетродом, который соединяет дополнительную сетку (экран) тетрода с ответвлением от OPT на полпути между анодное напряжение и напряжение питания. Этот электрический компромисс дает усиление и линейность, равные лучшим характеристикам обеих крайностей. В инженерной статье 1951 г., опубликованной Дэвид Хафлер и Герберт Кероэс, они определили, что, когда отвод экрана был установлен примерно на 43% анодного напряжения, возникло оптимизированное состояние в выходном каскаде, которое они назвали ультра-линейный. К концу 1950-х годов эта конструкция стала доминирующей конфигурацией высококачественных усилителей PP.

Бестрансформаторный выход

Юлиус Футтерман впервые разработал тип усилителя, известный как "выходной бестрансформаторный "(OTL). В них используются параллельные клапаны для согласования с импедансом громкоговорителей (обычно 8 Ом). Эта конструкция требует большого количества клапанов, работающих в горячем состоянии, и потому, что они пытаются согласовать импедансы способом, принципиально отличным от трансформатора.^{[нужна цитата ]}, они часто обладают уникальным качеством звука.^{[нужна цитата ]} Триоды 6080, разработанные для регулируемых источников питания, были типами с низким импедансом, иногда использовавшимися без трансформатора.

Несимметричные триодные усилители мощности

Немного ламповые усилители использовать несимметричный триод (SET) топология, 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, комплекты SET используют минималистский подход и часто имеют всего два каскада: однокаскадный триодный усилитель напряжения, за которым следует триодный силовой каскад. Однако используются вариации с использованием некоторой формы активного источника тока или нагрузки, которые не считаются каскадом усиления.

Типичный клапан, использующий эту топологию в (редко) текущем промышленном производстве, - это 300B, что дает около 5 Вт в режиме SE. В редких усилителях этого типа используются лампы, такие 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 рисунках ниже изображен 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

Использование дифференциальных («двухтактных») выходных каскадов устраняет постоянный ток смещения, протекающий через выходной трансформатор каждым из выходных клапанов индивидуально, что значительно снижает проблему насыщение керна и, таким образом, облегчая создание более мощных усилителей при одновременном использовании 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 в нем 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.

Двухтактный выход ступени могут использовать триоды для наименьшего Z_из и лучшая линейность, 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

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

Конструкции ПП класса А не имеют кроссовер искажение и искажение становится незначительным 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 A 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

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^{[нужна цитата ]} показывают, что процент искажений резко уменьшается с помощью NFB, но остаточные искажения смещены в сторону более высоких гармоник.

В двухтактных усилителях класса B ток выходного клапана, который должен обеспечивать источник питания, находится в диапазоне от почти нуля для нулевого сигнала до максимума при максимальном сигнале. Следовательно, для линейной реакции 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

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 схемы

Типичная топология усилителя PP имеет входной каскад, фаза разветвитель, драйвер и выходной каскад, хотя существует множество вариаций входного каскада / фазоделителя, а иногда две из перечисленных функций объединены в одном каскаде клапана. Сегодня преобладающими топологиями фазоделителей являются концертина, плавающий парафаза, и некоторые вариации длиннохвостая пара.

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

Выходные трансформаторы

Поскольку ламповые усилители звука не могут напрямую управлять нагрузками с низким сопротивлением, они должны использовать выходной сигнал. трансформаторы для уменьшения импеданса в соответствии с громкоговорителями.

Выходные трансформаторы не являются идеальными устройствами и всегда будут вносить в выходной сигнал нечетные гармонические искажения и изменение амплитуды в зависимости от частоты. Кроме того, трансформаторы вводят частотно-зависимые фазовые сдвиги, которые ограничивают общую отрицательную обратную связь, которую можно использовать, чтобы не выходить за рамки критериев стабильности Найквиста на высоких частотах и ​​избежать колебаний. Однако в последние годы разработка усовершенствованных конструкций трансформаторов и технологий намотки значительно снижает эти нежелательные эффекты в пределах желаемой полосы пропускания, отодвигая их еще дальше на край.

Отрицательная обратная связь (NFB)

Основная статья: Усилитель отрицательной обратной связи

После его изобретения Гарольд Стивен Блэк отрицательная обратная связь (NFB) почти повсеместно применяется в усилителях всех типов для существенного уменьшения искажений, выравнивания частотной характеристики и уменьшения влияния 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 слышны, гораздо более нежелательны, чем более низкие,^[1] так что улучшение из-за более низкого общего искажения частично отменяется его природой. 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_из) (которая может изменяться 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 High Z_из усилители.

Шум клапана и коэффициент шума

Как и любое усилительное устройство, клапаны добавляют шум к сигналу, который необходимо усилить. Шум возникает из-за несовершенства устройства и неизбежных температурных флуктуаций (обычно предполагается, что системы находятся при комнатной температуре, Т = 295 К). Температурные колебания вызывают электрический шум мощностью ${\displaystyle k_{B}TB}$, куда ${\displaystyle k_{B}}$ - постоянная Больцмана и B пропускная способность. Соответственно, шум напряжения сопротивления р в разрыв цепи ${\displaystyle {\sqrt {4k_{B}\cdot T\cdot B\cdot R}}}$ и текущий шум при коротком замыкании равен ${\displaystyle {\sqrt {4k_{B}\cdot T\cdot B/R}}}$.

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 включение 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. Например, для малошумящего звукового пентодного клапана EF86 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, поэтому общая мощность шума на выходе усилителя является корнем квадратным из двух значений 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 1/10^1/2 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 приблизительно 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) /грамм_м, куда грамм_м - крутизна. Для пентодов она выше, примерно (5-7) /грамм_м. Клапаны с высоким грамм_м таким образом, они имеют более низкий уровень шума на высоких частотах.

В диапазоне звуковых частот (ниже 1–100 кГц) "1 /ж"преобладает шум, который нарастает как 1 /ж. 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 1 /ж уровень шума снижен, насколько это возможно, может быть, до килогерц. Его можно уменьшить, выбрав очень чистые материалы для катодного никеля и запустив клапан при оптимизированном (обычно низком) анодном токе.

Микрофон

Основная статья: Микрофон

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, акустических колебаний громкоговорителей или любого источника звука, он будет производить выходной сигнал, как если бы это был какой-то микрофон (эффект, следовательно, называется микрофон ). 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. В EF86 упомянутый в контексте шума, также разработан для слабой микрофона, хотя его высокое усиление делает его особенно чувствительным.

Современное аудиофильское Hi-Fi усиление

За высококачественный звук Там, где стоимость не является главным соображением, ламповые усилители остались популярными и действительно в 1990-х годах получили коммерческое возрождение.

Схемы, разработанные с тех пор, в большинстве случаев остаются подобными схемам из 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. удобнее, громкоговорители, размен энергоэффективность для небольшого размера, что дает динамикам 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 клапанные предусилители

Когда ламповые усилители были нормой, настраиваемые пользователем «регуляторы тембра» (простой двухполосный неграфический эквалайзер ) и электронные фильтры использовались, чтобы позволить слушателю изменять частотную характеристику в соответствии со вкусом и акустикой помещения; это стало редкостью. Некоторое современное оборудование использует графические эквалайзеры, но ламповые предусилители, как правило, не поддерживают эти возможности (за исключением RIAA и аналогичный эквалайзер, необходимый для виниловых и шеллаковых дисков).

Современные источники сигнала, в отличие от виниловых дисков, питаются линейный уровень сигналы без необходимости уравнивания. 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

Коммерческие несимметричные триодные усилители

Когда ламповые усилители были нормой, SET более или менее исчезли из западных продуктов, за исключением конструкций с низким энергопотреблением (до 5 Вт), с двухтактными триодами с косвенным нагревом или триодными клапанами, такими как EL84 становится нормой.

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 журнала аудиофил во Франции (и на французском).^[2]
• Очень ярким примером почти «дзенского» или «поэтического» подхода к проектированию усилителей на Дальнем Востоке - очень отличного от западного подхода, основанного на инженерном подходе, - является работа Сусуму Сакума,^[3] хотя проекты Сакумы 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 класса Hi-Fi в мире, вырабатывая около 150 Вт при использовании 833A клапан.

Помимо этого Wavac и очень немногих других высокомощных SET, усилители SET обычно должны быть тщательно сопряжены с очень эффективными динамиками, особенно с рупорными корпусами и корпусами линии передачи и полнодиапазонными драйверами, такими как Клипш и Lowther, которые неизменно имеют свои особенности, нивелирующие их преимущества в виде очень высокой эффективности и минимализма.

Некоторые компании, такие как китайская компания "Мин Да «создавать маломощные комплекты с использованием клапанов, отличных от 300B, таких как 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, которая не насыщает на высоких уровнях и имеет высокий КПД.

Коммерческие двухтактные (PP) усилители

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

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

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

Комплекты очень высокой мощности

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

Основная проблема с этими проектами - создание выходных трансформаторы способен поддерживать ток пластины и результирующую плотность потока без насыщения сердечника во всем спектре 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 усилители (PPP)

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

Many modern commercial amplifiers (and some hobbyist constructions) place multiple pairs of output valves of readily obtainable types in parallel to increase power, operating from the same voltage required by a single pair. A beneficial side effect is that the output impedance of the valves, and thus the transformer turns ratio needed, is reduced, making it easier to construct a wide bandwidth transformer.

Some high-power commercial amplifiers use arrays of standard valves (e.g. EL34, KT88) in the parallel push–pull (PPP) configuration (e.g. Jadis, Audio Research, McIntosh, Ampeg SVT).

Some home-constructed amplifiers use pairs of high-power transmitting valves (e.g. 813) to yield 100 watts or more of output power per pair in class AB1 (ultra-linear).

Output transformerless amplifiers (OTL)

The output transformer (OPT) is a major component in all mainstream valve power amplifiers, accounting for significant cost, size, and weight. It is a compromise, balancing the needs for low stray capacitance, low losses in iron and copper, operation without saturation at the required direct current, good linearity, etc.

One approach to avoid the problems of OPTs is to avoid the OPT entirely, and directly couple the amplifier to the loudspeaker, as is done with most solid-state amplifiers. Some designs without output transformers (OTLs) were produced by Julius Futterman in the 1960s and '70s, and more recently in different embodiments by others.

Valves normally match much higher impedances than that of a loudspeaker. Low-impedance valve types and purpose-designed circuits are required. Reasonable efficiency and moderate Z_из (damping factor) can be achieved.

These effects mean that OTLs have selective speaker load requirements, just like any other amplifier. Generally a speaker of at least 8 ohms is required, although larger OTLs are often quite comfortable with 4 ohm loads. Electrostatic speakers (often considered difficult to drive) often work especially well with OTLs.

The more recent and more successful OTL circuits employ an output circuit generally known as a Circlotron. The Circlotron has about one-half the output impedance of the Futterman-style (totem-pole) circuits. The Circlotron is fully symmetrical and does not require large amounts of feedback to reduce output impedance and distortion. Successful embodiments use the 6AS7G and the Russian 6C33-CB power triodes.

A common myth is that a short-circuit in an output valve may result in the loudspeaker being connected directly across the power supply and destroyed. In practice, the older Futterman-style amplifiers have been known to damage speakers, due not to shorts but to oscillation. The Circlotron amplifiers often feature direct-coupled outputs, but proper engineering (with a few well-placed fuses) ensures that damage to a speaker is no more likely than with an output transformer.

Modern OTLs are often more reliable, sound better, and are less expensive than many transformer-coupled valve approaches.

Direct coupled amplifiers for electrostatics and headphones

In a sense this niche is a subset of OTLs however it merits treating separately because unlike an OTL for a loudspeaker, which has to push the extremes of a valve circuit's ability to deliver relatively high currents at low voltages into a low impedance load, some headphone types have impedances high enough for normal valve types to drive reasonably as OTLs, and in particular electrostatic loudspeakers and headphones which can be driven directly at hundreds of volts but minimal currents.

Once more there are some safety issues associated with direct drive for electrostatic loudspeakers, which in extremis may use transmitting valves operating at over 1 kV. Such systems are potentially lethal.

Смотрите также

• Valve sound

• Electronics portal

Примечания

1. Stereophile: Negative feedback doesn't always decrease amplifier distortion!
2. Olson, Lynn (2005). Travels to Europe and the Triode Festival (Part 3)
3. Susumu Sakuma. Explore the Wonders of DIRECT HEATING

Рекомендации

• Colloms, Martin. A Future Without Feedback? в Стереофил, January, 1998
• Glass Audio. A long-running journal devoted to valve amplifier construction, published by Audio Amateur Corporation, Питерборо, Нью-Гэмпшир
• Jones, Morgan. Valve Amplifiers, Third Edition, 2003. ISBN  0-7506-5694-8
• Kavsek, Paul G. Röhrenverstärker: Klang und Form. Vienna: Allegro Verlag, 1995. ISBN  3-901462-00-7
• Langford-Smith, F. Radiotron Designer's Handbook. 4th edition 1952, Wireless Press, (first edition was published in 1934). Печатается как Radio Designer's Handbook Newnes 1999, ISBN  0-7506-3635-1
• Tube Lovers Anonymous. 6C33C-B OTL Amplifier - Background and OTL Circuits