Классы усиления — вполне логичный и понятный способ отличить одну типовую схему от другой. Однако, применительно к ламповой схемотехнике такого подхода оказалось недостаточно. В зависимости от типа, лампы способны работать в различных режимах, которые при этом одинаково применимы в усилителях разных классов. Этот факт кратно увеличивает количество возможных сочетаний, не говоря уже о том, что режимы работы ламп можно модифицировать, комбинировать и объединять. Столь глубоко в схемотехнику мы, конечно, погружаться не будем, но постараемся разобраться в базовых понятиях.
История
Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересуют лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.
Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год
Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.
В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.
Строение триода
С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.
↑ Конструкция и монтаж
Конструкция, дизайн — тут кто как сможет. Я заказал распил элементов из ламинированного МДФ в магазине «Дизайн-мебель», это конечно не массив дорогой породы дерева, но для нас, «начинающих хайэндщиков», вполне себе подходит.
Клеммы акустики на задней панели. На передней панели регуляторы громкости, входные «тюльпаны» и стрелочные приборы контроля токов покоя. Потенциометр установки токов покоя на плате УЗЧ, должен быть легкодоступен. Индикатор включенного состояния — свечение накалов ламп.
Плата УЗЧ (шасси) – нефольгированный стеклотекстолит 5 мм. Нефольгированный для уменьшения ёмкости монтажа, всё «висит в воздухе» (как на макете) и конструкция «легко дышит».
Проводники: одножильный, медный, лужёный или даже посеребрённый монтажный провод (проволока). Цепи переменного тока: витые пары гибких многожильных проводов. Монтаж на контактах ламповых панелей, выводах электролитических конденсаторов и стойках, установленных «по месту» в процессе сборки.
Кожух трансформаторов склеен из пластика, покрашен матовой эмалью из баллончика.
Принцип работы
Все вышеупомянутые типы ламп в том или ином виде нашли применение в аудиотехнике. При этом пытливые умы аудиоинженеров постоянно искали пути наиболее эффективного их использования. Довольно быстро они пришли к выводу, что место включения экранирующей сетки пентода в схему усилителя — это инструмент, с помощью которого можно принципиально изменить режим его работы. При подключении сетки к катоду мы имеем классический пентодный режим, если же переключить сетку на анод — пентод начинает работать в режиме триода. Это позволяет объединить два типа усилителя в одном с возможностью смены режима с помощью простого переключателя.
Так работает тетрод
Но и этим дело не ограничилось. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили подключать сетку пентода совершенно иным способом: к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Такое подключение является чем-то средним между чистым триодным и чистым пентодным включением, давая возможность комбинировать свойства обоих режимов.
Таким образом, с режимами ламп произошла та же история, что и с классами усиления, когда вслед за «чистыми» классами А и В появился комбинированный класс АВ, сочетающий сильные стороны двух предыдущих.
Обозначение разных типов ламп по ГОСТу
В том, что касается сочетания режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться произвольным образом, что приводит к изрядной путанице и даже жарким спорам в рядах неофитов. Не добавляет ясности и тот факт, что разработчики ламповых усилителей в большинстве случаев указывают не класс усилителя, а принцип схемотехники: однотактный — SE (Single Ended) или двухтактный — PP (Push-Pull). В итоге, пентоды и тетроды нередко ассоциируют исключительно с классом АВ и двухтактной схемой в целом, а триод, напротив, считают синонимом класса А и сугубо однотактного включения. На самом же деле, ни что не препятствует переключить усилитель, работающий в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, а на паре триодов можно собрать двухтактный усилитель, работающий в классе В или АВ.
Предпосылкой к неверным ассоциациям является частота использования тех или иных режимов в различных классах усиления. Триоды чаще используют в однотактных схемах и классе А. В свою очередь, пентоды и тетроды лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим — реальная опция, встречающаяся на усилителях, работающих в классе АВ, и не имеющая ровным счетом никакого отношения к классу А.
↑ Акустические системы
Примеров акустического оформления громкоговорителей множество, как выбрать лучшее? Нам нужна высокая отдача по звуковому давлению в широком диапазоне на малых «ламповых» мощностях. Исходить будем из доступности приобретения и изготовления комплектующих, простоты реализации конструкции и приличного внешнего вида.
После сопоставления разных вариантов, оценки положительных и отрицательных сторон того или иного оформления («Лабиринт», «Рупор», «ОРТО», «TQWN» и т.д.) и вопреки массе противоречий я остановился на «экзотике»: «обратный, ломано–экспоненциальный рупор». Несколько громоздко, но реализовать принцип рупора (экспоненциальное расширение сечения «трубы») иначе не представляется возможным. Рисунок, также, выкладываю «рабочий, заряженный».
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Длина «обратного рупора» (от диффузора динамика до порта) порядка 2,2 метра (если рассматривать как четвертьволновой лабиринт, то частота резонанса = 40Гц). Расширение сечения рупора (ломано-экспоненциальное) даёт прирост отдачи на низких частотах. Начальное сечение рупора несколько меньше, чем эффективная (излучающая) площадь задней стороны диффузора динамика, что даёт небольшую «компрессию» в пред-рупорной камере, увеличивая демпфирование системы в районе основного резонанса.
Выбор динамических головок.
НЧ звено — 6ГД-2РРЗ, 10-дюймовые отечественные «басовики», винтаж и раритет, но приобрести ещё можно. ВЧ звено — тут я изменил своей идеологии в части шёлковых «купольников», ведь цена настоящего шёлка не вписывается в бюджет «начинающего». Применим автомобильные ВЧ-головки «TEAC TE-T100»: литой дюралевый рупор и титановая мембрана.
Никаких сложных фильтров, ВЧ головка подключена через конденсатор К73-16 на 1 мкФ и резистор 3,9 Ом 5 Вт последовательно для согласования с 8-омным НЧ динамиком по чувствительности. Для защиты диффузора НЧ-динамика приобрёл 10-дюймовые «грили», крепятся на фланцы динамиков посредством двухстороннего, автомобильного скотча.
Особенности
С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.
Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.
↑ Итоги
Вот такой «огород», вернее «хайэнд» у нас получился. Лично сам я здесь ничего нового не придумал, выбрал лучшее и простое, оптимизировал и вот результат.
«Совершенство достигнуто не тогда, когда нечего добавить, а когда нечего убрать.» С. Экзюпери.
Применительно к данной конструкции: улучшать нечего, кроме, пожалуй, одного: можно увеличить напряжения питания до 370 — 420 Вольт в плече. Потребуется применить другой анодно-накальный трансформатор и соответственно увеличить номиналы резисторов R4, R7 для сохранения режима драйверной лампы.
Практика
Ламповая схемотехника — дело тонкое, поэтому большинство производителей упражняются в совершенствовании какого-то одного сочетания режима работы ламп и класса усиления. Стремление разработчиков получать идеальный (согласно их представлениям) звук и следующий за этим отказ от любых альтернативных способов включения ламп вполне понятны, но при поиске испытуемого наша задача состояла как раз в обратном: иметь возможность сравнить один и тот же набор ламп как минимум в двух вариантах включения.
Это существенно сократило выбор кандидатов, однако, подходящий вариант был найден. Им стал Cayin CS-100A — аппарат, буквально созданный для разного рода экспериментов. Его конструкция допускает использование выходных ламп двух типов: тетродов KT88 и пентодов EL34. При этом есть возможность выбора между триодным и ультралинейным режимом с выходной мощностью 50 или 80 Вт на канал, соответственно. При этом схемотехника усилителя в обоих случаях двухтактная, и работает он в классе АВ.
Кроме прочего, Cayin CS-100A является хорошим примером современной реализации традиционного лампового усилителя. Он имеет классическую компоновку со съемной решеткой закрывающей лампы, несет на борту выходные трансформаторы солидных размеров, обеспечивающие не только достаточную мощность, но и широкий диапазон воспроизводимых частот. Комплектующие соответствуют современным требованиям качества: в усилителе применяются угольные резисторы, аудиофильские конденсаторы, тороидальный трансформатор питания и проводка серебряным кабелем. Монтаж при этом реализован навесным способом — так же, как это делали более полувека назад. Это является не столько данью истории, сколько способом сокращения путей сигнала. В целом, Cayin CS-100A — это аппарат, в полной мере попадающий под определение лампового High End.
↑ Настройка
Если номиналы выдержаны, лампы исправны и выходные лампы попарно подобраны, настраивать практически нечего. Без Л3 (Л4), R5-R6 в положении наибольшего сопротивления. По очереди проверяем токи драйверных ламп = 1,5 мА (±0,1 мА), при необходимости подбираем номиналы катодных резисторов (R14, R15). Устанавливаем на место Л3 (Л4), по миллиамперметру «оперативным» резистором R5-R6 выставляем ток выходных ламп 50-70 мА. Резисторы R16 подобраны заранее, до монтажа, на ток полного отклонения индикаторной головки = 100 мА.
Звук
Когда речь идет о High End-компонентах, особенно ламповых, не всегда удается четко провести грань между «усилитель не справился» и «так и было задумано». В конце концов, аудиоинженер в мире High End — это тоже в некотором роде художник и он имеет право на свое собственное представление о том, как должна звучать система. Избежать такого рода недоразумений помогло использование в процессе тестирования двух пар акустических систем, обладающих принципиально разными характеристиками. Специфические признаки недостатка мощности и роста искажений можно было заметить на тяжелой нагрузке и на громкости выше средней, что в общем соответствует заявленным характеристикам. С крупными полочниками или напольниками средних размеров со столь же среднестатистическими параметрами мощности, импеданса и чувствительности Cayin CS-100A вполне справится.
В триодном режиме усилитель выдает красивое, тембрально насыщенное звучание с богатым верхним и средним басом. Лучше всего звучала спокойная медленная музыка, вокал, аудиофильский джаз, камерная классика малых составов. Вполне можно было получить удовольствие от ранних Beatles и Led Zeppelin. При этом попытки послушать современный рок и металл не увенчались успехом. Звучание гитар было очень густое, тягучее, округлое и не особенно агрессивное. Самый злющий металл подавался так, словно его записывали в начале семидесятых.
Переключение в ультралинейный режим производится одним нажатием кнопки и меняет картину полностью: рок, металл, танцевальная электроника сбрасывают налет винтажности и начинают звучать не менее энергично, чем на транзисторных усилителях, работающих в классе АВ. В характере остается некоторая теплота и приятная округлость басовых нот, но в весьма умеренных количествах. На медленной музыке и малых составах ультралинейный режим не столь красив и выразителен, как триодный, музыка подается более спокойно и ровно.
↑ Распилы и материалы АС
Распил заказан в мебельном салоне. Передняя панель из ламинированного МДФ 16 мм, всё остальное ДСП 16 мм.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Жёсткость конструкции очень высокая за счёт малой ширины «фронта» и многочисленных перегородок внутри. Всё свинчено мебельными евро-шурупами, с посадкой на силиконовый герметик.
От демпфирования внутренних поверхностей и наполнения «кармана» пред-рупорной камеры звукопоглотителем отказался, чтобы не превращать энергию звуковой волны в тепло и не делать звучание «ватным».
↑ А теперь неожиданный бонус, выросший из нашей удачной универсальной концепции
Для драйвера на 6Н9С
(Uc1 = -3,5 В, Ia = 0,75+0,75 = 1,5 мА) сделал переходники из ламповых панелей и цоколей + два резистора. Устанавливается вместо
6Ж8
. Послушал, результат ожидаемый: звучит!
Вместо
6Ж8
пробовал
6Ж4
(прямым «перетыком»), разница почти не ощутима, но требуется отбор ламп по максимальному (и одинаковому) току анода.
Александр (aleks8845
) подкинул мысль и два дросселя большой индуктивности на т.н. «нано-ториках». Я домотал сверху «первички» для Ктр = 10, разломал две ненужные лампы, на цоколях соорудил «нано-лампо-трансформаторы», добавил два резистора, два конденсатора, два разъёма RCA и получил ещё две конфигурации для источников с собственным регулятором громкости: звуковая карта ПК, плеер с выходом на телефоны, ПК + ЦАП. Устанавливается эта штуковина вместо
6Г2
. Получаем самый короткий тракт: повышающий трансформатор + выходная лампа.
Результат прослушивания с ЦАПа превзошёл все ожидания! Звучание динамичное, высокая детализация и прозрачность, никаких «окрасов». Рок, «противопоказанный» для однотактных усилителей, зазвучал убедительно и полноценно. Откуда взялся напор — непонятно (клиппинг наступает при 5 Ваттах мощности).
Вместо EL-34
опробованы
лампы КТ-88 и 6П3С
, результат положительный. Не скажу, что звучание этих ламп с разницей в цене на порядок кардинально отличаются. На
КТ-88
с «нано-лампо-трансформатором» получаем всего 1,5-2 Ватта звука, но какого!
Итого ВОСЕМЬ+ конфигураций включения ламп в одной конструкции!
Спасибо за внимание! Спасибо Игорю (Datagor) за помощь в публикации статьи.
↑ Питание
Аноды ламп запитаны от электронного дросселя на полевом транзисторе IRF830. Эту схему я пояснял в своих предыдущих статьях. Накалы ламп 6Н2П и 6П14П запитаны от постоянного тока через регулируемый стабилизатор LD1084V нагрузочной способностью до 5 А.
Опытным путём мною было установлено, что в цепи регулировки необходим резистор (R20) номиналом 1К, для того чтобы добиться выходного напряжения 6,3 В под нагрузкой (6,5В на холостом ходу). На вход диодного моста необходимо подать не менее 7 В переменного тока, для этого я соединил последовательно обмотки 11-12 и 15-16.
↑ Две компоновки корпуса
Дело дошло до корпуса. У заказчика был раздербаненый виниловый проигрыватель «Мелодия-103 стерео», не подлежащий восстановлению, и со сдохшим внутри тараканом. Тут-то меня и посетила мысль использовать его корпус как основу. Начертил макет расположения элементов внутри корпуса.
В задней части располагаются два силовых трансформатора ТН-56 и ТА-199, экранированные от выходов и основной платы. Напротив них располагаются все навесные элементы, связанные с сетевым питанием — гнездо питания и предохранителя, выключатель. С левого бока крепятся платы предусилителя и блока питания предусилителя. Вход расположен на передней панели.
Показал заказчику. — Нет-нет, все коммутации мне нужны сзади и выходы и вход. А в остальном всё норм. — Но это чревато проблемами в виде наводок. — Ну, ведь можно что-то с этим сделать? — Можно экранировать, но это дополнительные проблемы.
Новый и конечный макет расположения элементов имел следующий вид.
Выходы расположены на задней панели над входом.
Приступил к реализации макета корпуса. Забрал у заказчика пустой корпус от «Мелодии-103», разобрал на детали, выкинул лишнее. Отпилил заднюю и переднюю панели под размеры заказчика. Собрал воедино, получился прямоугольник, состоящий лишь из задней, передней панели и боковых стенок. Нижняя крышка оригинальной «Мелодии-103» выполнена из ДСП и вся в технологических отверстиях, мне такое не подходит и она отправляется на помойку. Новую нижнюю крышку решил сделать из ламината, он намного прочнее.
В целях экранирования проклеил дно металлизированным скотчем, предварительно промазав суперклеем для надёжности. Боковые стенки для прочности стянул тремя крепёжными полотнами, на которые установил 4 штифта для крепления основной платы. Просверлил отверстия под навесные элементы и зачистил всё шкуркой под грунтовку.
Прогрунтовал.
Первая грунтовка показала все не устранённые изъяны поверхности.
Пришлось более тщательно обрабатывать поверхность шкуркой и зашлифовывать шлифовальным полотном. Прогрунтовал второй раз. Всё получилось хорошо. На место предполагаемого входа на задней панели запаял лужёный кусок текстолита, на который будет запаян экран.
Экран входного гнезда решил так же сделать из текстолита. Нарезал заготовки, пролудил их с внутренней стороны и спаял всё воедино.
Просверлил отверстие под провод и пролудил заднюю стенку. Провод предполагалось использовать экранированный, а экран наглухо опаять вокруг выходного отверстия. Покрасил корпус чёрной матовой краской и установил силовые трансформаторы.
Прикрутил крепеж верхней крышки. Их сделал из мебельных уголков, на которые при помощи паяльной кислоты запаяны шайба и гайка диаметром 4 мм. Для наилучшей симметрии над отверстием перед пайкой следует скрепить шайбу и гайку к уголку при помощи болта. Только во время пайки надо быть аккуратнее, чтобы не припаять ещё и болт. После того как уголок остыл, болт выкручивается.
Закрепил предусилитель и блок питания предусилителя на корпусе.
Плату предусилителя закрыл экраном.
Поставил разделительный экран между силовыми трансформаторами и основной платой. На штифты установил плату, закрепил всю недостающую фурнитуру передней и задней панели. Провёл монтаж проводов.
В таком виде повёз заказчику на предварительное прослушивание. — Всё круто звучит. — Точно? — Точно, доделывай верхнюю крышку и привози окончательно.
Верхнюю крышку сделал из металла. Силовые трансформаторы выше основного корпуса, так что додумывал порожек.
Кусок металла был не первой свежести, и пришлось постараться, чтобы снять с него всю ржавчину. После прогрунтовал и покрасил. Отверстия под панельки сверлил изначально сверлом на 16 и рассверливал стоматологическим буром до диаметра 20 мм. Распечатал свой лейбл на фотобумаге, вырезал и приклеил к верхней крышке на суперклей.
