Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Принцип работы

В далеком 1916 году шведский ученый Эрнст Александерсон, работавший в американской компании General Electric, получил патент на схему усилителя, которая известна всему миру как класс А. Принцип действия усилителя класса А предельно прост, а для создания усилителя такого типа достаточно одного транзистора или одной лампы. Для того, чтобы понять, как он работает, рассмотрим более классическое решение: лампу.

Непосредственно в процессе усиления звукового сигнала в радиолампе участвуют три конструктивных элемента: анод, катод и сетка. При подаче питания в схему между катодом и анодом возникает поток электронов, а сетка, располагающаяся между ними, выполняет роль регулирующего клапана.

Специфика усилителя, работающего с аудиосигналом, состоит в том, что звуковая волна имеет симметричную форму с положительной и отрицательной составляющими, равными по амплитуде.

При подаче такого сигнала на вход усилителя произойдет следующее: в момент прохождения положительной полуволны лампа будет открываться и закрываться так, что сигнал на выходе будет повторять форму звуковой волны на входе. Но в тот момент, когда на вход поступит отрицательная часть полуволны, сетка уже будет полностью заперта, и вместо воспроизведения звука на выходе усилителя мы получим тишину.

В момент прохождения положительной полуволны входящего сигнала лампа открывалась еще сильнее, а при воспроизведении отрицательной полуволны закрывалась, но частично, не доходя до минимальной отметки.

Плюсы

На первый взгляд, схема довольно симпатична и имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, она проста, лаконична и является отличным примером предельно короткого звукового тракта. Во-вторых, лампа или транзистор, работающие в классе А, постоянно находятся в рабочем состоянии и мгновенно реагируют на изменения входящего сигнала — у них нет временных задержек, возникающих в момент выхода из полностью закрытого состояния.

В-третьих, середина рабочего диапазона электронного компонента — это та зона, в которой он работает максимально эффективно и без искажений. Значит, если не увеличивать амплитуду до предельных значений (не выкручивать особенно сильно ручку громкости и не подключать к усилителю тяжелую нагрузку), усилитель будет работать исключительно в комфортном режиме, и сигнал на выходе будет иметь практически идеальный вид.

К сожалению, все эти плюсы без побочных эффектов можно реализовать только в слаботочных цепях предварительного усилителя. А когда речь заходит о работе на мощностях, необходимых для взаимодействия с акустическими системами, класс А проявляет свои не менее очевидные минусы.

Минусы

Главные минусы класса А так же, как и плюсы, вытекают из выбранного создателем принципа работы. Нулевой уровень входного сигнала приходится на середину рабочего диапазона электронного компонента, а это значит, что, когда на входе тишина — транзистор или лампа уже открыты наполовину и работают вполовину своей мощности, расходуя вхолостую много энергии. Реальный же КПД усилителей класса А оказывается существенно ниже теоретических 50%. Из 100% энергии, потребляемой усилителем, акустика получает не более 20–25%, а вся остальная энергия преобразуется в тепло.

Повышение рабочей температуры может негативно сказываться на режиме работы усиливающего элемента, поэтому транзисторные усилители класса А, выдающие хоть сколько-нибудь существенную мощность, обладают огромными радиаторами.

Если же вы хотите получить на выходе не десятки, а сотни ватт мощности, сохранив при этом режим работы усилителя в классе А, готовьте комнату побольше и вентиляцию для отвода тепла помощнее, ведь вследствие низкого КПД сам усилитель будет огромным, а его блок питания и вовсе колоссальным.

За всем этим следует целый ряд сопутствующих проблем. Прежде чем счастливый обладатель усилителя класса А получит свой первый огромный счет за электричество, ему придется потратить немало денег на сам усилитель, ведь большие блоки питания, тяжелые выходные трансформаторы ламповых и массивные радиаторы транзисторных усилителей сами по себе стоят денег.

В ходе эксплуатации вслед за увеличившимися расходами на электроэнергию аудиофил рано или поздно столкнется с еще одной проблемой усилителей класса А — повышенным износом активных элементов схемы. Особенно эта проблема касается ламп. Работая в классе А, они постоянно находятся под большой нагрузкой, что сокращает их и без того малый ресурс работы.

Особенности

Понимая как работает усилитель в классе А, мы можем рассмотреть его и с аудиофильской точки зрения. Ситуация с искажениями на малых уровнях громкости вполне понятна: пока амплитуда сигнала не высока, усилитель работает в идеальных условиях и обеспечивает на выходе если не абсолютно совершенный сигнал, то что-то к нему максимально приближенное. Но возникает вопрос: что же происходит когда мы делаем музыку погромче?

До определенного момента — ничего страшного, но, как только пики сигнала приближаются к пороговым значениям (максимально открытому и закрытому состоянию лампы или транзистора), искажения будут расти существенно, как и у любого другого усилителя, после чего произойдет компрессия с выходом искажений за все мыслимые границы нормы.

Кто-то заметит, что любой усилитель можно перегрузить и загнать в искажения. Это справедливо. Но тонкость момента состоит в том, что усилители класса А по определению маломощны, а значит довести их до предельной нагрузки не составляет труда. Именно это происходит в те моменты, когда усилитель, только что воспроизводивший тихую камерную музыку с невероятным уровнем детализации, вдруг сваливает в неразборчивую кашу более громкое звучание симфонического оркестра.

Следующая специфическая особенность схемотехники касается блока питания. Это, кстати, один из важнейших компонентов любого усилителя, ведь энергия поступающая в акустику — это энергия блока питания, модулированная входящим сигналом. Выражаясь в более понятной автомобильной терминологии, блок питания — двигатель, а схема усилителя — руль.

Так вот, низкий КПД усилителя класса А и высокий ток покоя загоняет блок питания в довольно сложные условия: он должен иметь солидный запас мощности, чтобы, выдавая постоянно высокий ток, быть готовым мгновенно отдать в разы больше. После резкого всплеска сигнала конденсаторам блока питания необходимо зарядиться, т. е. взять дополнительную энергию от трансформатора, который и без того постоянно озадачен тем, чтобы поддерживать высокий ток покоя усилителя.

Далеко не все блоки питания способны справиться с такой задачей без побочных эффектов, поэтому, если звучание мощного усилителя, работающего в классе А, кажется вам медлительным, быстрая музыка смазывается, а бас получается неизменно гулким и размазанным во времени, — не удивляйтесь и не спешите обвинять в этом акустику или ее неудачное расположение в помещении.

Практика

Несмотря на все недостатки и технические особенности, усилители класса А по-прежнему производятся разными производителями и образуют весьма заметную нишу на рынке Hi-Fi техники, а если быть точным — в сегменте High End, где габаритами, энергопотреблением, сложностью эксплуатации и даже ценой можно пренебречь в угоду его величеству звуку.

Кроме того, с 1916 года и по настоящий момент времени на свет родилось немало талантливых инженеров, которые нашли способы существенно компенсировать вышеупомянутые проблемы.

Для того, чтобы взбодрить классическую схемотехнику и приблизить эксплуатационные характеристики усилителя к современным реалиям, разработчики Octave воплотили в жизнь сразу несколько оригинальных решений, корректирующих режим работы. Адаптивная трехступенчатая настройка режима работы усилителя управляет величиной тока смещения сообразно максимальной амплитуде входящего сигнала, чтобы не держать схему усилителя в режиме высокого энергопотребления без необходимости.

За качество звучания разработчики боролись не меньше, чем за энергоэффективность, поэтому использовали высокотехнологичные трансформаторы с компенсацией магнитного поля, усовершенствованные каскады предварительного усиления, расширяющие диапазон воспроизводимых частот, а также самые совершенные схемы стабилизации, избавляющие от шумов и гула, которые усилители класса А с удовольствием демонстрируют даже при небольшом отклонении от рабочих параметров.

Читая это, самое время вдохновиться и решить, что абсолютно все проблемы уже решены современными инженерами. Но не спешите, ведь нужно заглянуть в паспортные данные. А там картина вырисовывается крайне специфическая. При низких показателях шумов и искажения, имея без малого два десятка килограмм живого веса и потребляя от сети до 200 Вт, Octave V16 Single Ended выдает на акустике импедансом 4 Ом не более 8 Вт на канал при использовании самых мощных ламп. Для наушников этого вполне хватит, но где искать подходящие колонки?

Звук

Поскольку данный текст является частью большого цикла публикаций, посвященного различным типам усилителей, в процессе его подготовки было проведено одно большое сравнительное прослушивание, в котором участвовали усилители различных классов. Для придания прослушиванию достаточной степени объективности было выбрано две модели напольных колонок.

Одна из них была заведомо тяжелой нагрузкой с низкой чувствительностью — крупным тугим басовиком, и требовала высокой подводимой мощности. Вторая же была призвана стать обратной стороной медали: предельно легкой нагрузкой, способной сработаться с любым, даже маломощным усилителем. И во всех случаях эта схема тестирования была вполне рабочей до того момента пока на сцене не появился Octave V16 Single Ended с его 8 Вт на канал.

С колонками, которым по паспорту требуется не менее 25 Вт, Octave V16 Single Ended сработался на удивление неплохо. Если не злоупотреблять громкостью, можно в полной мере оценить живой, открытый и чистый звук, который на спокойных аудиофильских записях просто превосходен.

Если же попытаться уменьшить нагрузку на усилитель, понизить громкость, а затем подсесть поближе, чтобы не потерять в звуковом давлении — картина исправляется. И грязи нет, и деталей больше, и компрессия не ощущается. Здесь я замечу, что по габаритам этот усилитель совсем небольшой, его можно поставить не только в стойку, но даже на стол, для использования с наушниками и полочными мониторами ближнего поля.

Выводы

Усилитель класса А имеет немало плюсов. Проще говоря — его есть, за что любить. Но в современном мире он занимает особое место. Это тот краеугольный камень, вокруг которого придется выстраивать всю остальную систему и под который, в некотором смысле, даже придется подстраивать свой образ жизни.

В первую очередь, речь идет, конечно, о правильном подборе акустики. Тут самое время вспомнить о рупорной акустике с её высокой чувствительностью, да и о винтаже задуматься не грех. Все же в прошлом у разработчиков было больше понимания, как обеспечить много звука, имея на руках маломощные усилители. Ну и при всем вышесказанном надо понимать, что система неизбежно получится жанровой. Бороться с этим фактом бессмысленно, убеждать себя в обратном глупо. Остается просто получать от этого удовольствие.

Если же мы говорим о применении схемотехники класса А в схемах предусилителя или в усилителях для наушников — ситуация в корне меняется. Там, где от усилителя не требуется выделения высокой мощности, класс А показывает исключительно свои положительные стороны, не пытается заставить пользователя жить по своим правилам и не демонстрирует каких-либо жанровых пристрастий.

Продолжение следует…

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

• Про мощность колонок и усилителей [видео]

• Праздник, который всегда с тобой: как выбрать портативный аудиопроигрыватель

• От критиков к алгоритмам: лейблы, корпорации и музыкальная культура XX века

Люди, которые любят хорошую музыку, наверное, знают о ламповом усилителе Hi-End. Его можно сделать самостоятельно, если вы умеете пользоваться паяльником и имеете какие-нибудь знания по работе с радиотехникой.

Уникальный аппарат

Ламповые усилители Hi-End – это особый класс бытовой техники. С чем это связано? Во-первых, у них есть довольно интересный дизайн и архитектура. В этой модели человек может увидеть все, что ему нужно. Это делает аппарат поистине уникальным. Во-вторых, характеристики лампового усилителя Hi-End отличаются от альтернативных моделей, в которых используют транзисторно-интегральные схемы. Отличие Hi-End в том, что во время монтажа используется минимальное количество деталей. Также, оценивая звучание данного аппарата, люди больше доверяют своим ушам, чем измерениям нелинейных искажений и осциллографу.

Выбор схем для сборки

Предварительный усилитель довольно просто собрать. Для него вы можете выбрать любую подходящую схему и начать сборку. Другой случай – выходной каскад, то есть усилитель мощности. С ним, как правило, возникает множество различных вопросов. Выходной каскад имеет несколько типов сборки и режимов работы.

Первый тип – однотактная модель, которая считается стандартным каскадом. При работе в режиме «А» он имеет небольшие нелинейные искажения, но, к сожалению, имеет довольно плохой КПД. Также следует отметить среднюю выходную мощность. Если вам необходимо полностью озвучить довольно большое помещение, необходимо будет применять двухтактный усилитель мощности. Эта модель может работать в режиме «АВ».

В однотактной схеме для хорошей работы устройства достаточно всего двух частей: усилителя мощности и предварительного усилителя. В двухтактной модели уже используется фазоинверсный усилитель или драйвер.

Конечно, для двух типов выходного каскада, чтобы комфортно работать с акустической системой, необходимо согласовать высокое межэлектродное сопротивление и низкое сопротивление самого прибора. Это можно сделать с помощью трансформатора.

Если вы являетесь ценителем «лампового» звучания, то должны понимать, что необходимо использовать выпрямитель, который произведен на кенотроне, для достижения такого звука. При этом нельзя использовать полупроводниковые детали.

Разрабатывая ламповый усилитель Hi-End, можно не применять сложные схемы. Если вам нужно озвучить достаточно небольшое помещение, то можно применить простую однотактную конструкцию, которую проще сделать и настроить.

Ламповый усилитель Hi-End своими руками

Перед началом монтажа необходимо разобраться с некоторыми правилами для сборки такого рода приборов. Нам необходимо будет применить основной принцип монтажа ламповых приборов – минимизацию креплений. Что это значит? Вам нужно будет отказаться от монтажных проводов. Конечно, это не везде получится сделать, но их количество необходимо свести к минимуму.

В хорошем ламповом усилителе Hi-End применяются монтажные лепестки и планки. Они используются в виде дополнительных точек. Такая сборка называется навесной. Также вам нужно будет распаивать резисторы и конденсаторы, которые находятся на ламповых панелях. Крайне не рекомендуется использовать печатные платы и собирать проводники так, чтобы получились параллельные линии. Таким образом сборка будет выглядеть хаотичной.

Устранение помех

Позже нужно устранить низкочастотный фон, если, конечно, он присутствует. Также важным пунктом является выбор точки заземления. В этом случае можно применить один из вариантов:

• Тип соединения – звезда, при котором все «земляные» проводники соединяются в одну точку.
• Второй способ – прокладка толстой медной шины. На нее необходимо распаивать соответствующие элементы.

Вообще, лучше самостоятельно найти точку заземления. Это можно сделать, определив уровень низкочастотного фона на слух. Чтобы это сделать, нужно постепенно замкнуть все сетки ламп, которые расположены на земле. Если при замыкании последующего контакта снижается уровень низкочастотного фона, то вы нашли подходящую лампу. Чтобы добиться желаемого результата, необходимо экспериментально устранять нежелательные частоты. Также нужно применить следующие меры, чтобы улучшить качество своей сборки:

• Чтобы сделать цепи накала радиоламп, нужно применить скрученный провод.
• Лампы, которые используются в предварительном усилителе, нужно закрывать заземленными колпаками.
• Также заземлить необходимо корпусы с переменных резисторов.

Если вы хотите питать накал ламп предварительного усилителя, можно применить постоянный ток. К сожалению, это требует подключения дополнительного блока. Выпрямитель будет нарушать стандарты лампового усилителя Hi-End, так как это полупроводниковый прибор, который мы использовать не будем.

Трансформаторы

Еще один важный момент – использование различных трансформаторов. Как правило, применяются силовой и выходные, которые необходимо подключать перпендикулярно. Таким образом вы сможете уменьшить уровень низкочастотного фона. Трансформаторы следует располагать в заземленных кожухах. Необходимо помнить, что сердечники каждого из трансформаторов также следует заземлить. Не нужно применять экранированный провод, когда будете устанавливать приборы, чтобы не появились дополнительные проблемы. Конечно, это не все особенности, связанные с монтажом. Их довольно много, и все рассмотреть не получится. При установке Hi-End (лампового усилителя) нельзя использовать новые элементные базы. Их сейчас применяют для подключения транзисторов и интегральных микросхем. Но в нашем случае они не подойдут.

Резисторы

Качественный ламповый усилитель Hi-End – это ретроприбор. Конечно, детали для его сборки должны быть соответствующие. Вместо резистора может подойти углеродный и проволочный элемент. Если вы не жалеете средств на разработку этого прибора, следует применить прецизионные резисторы, которые довольно дорого стоят. В ином случае применимы МЛТ-модели. Это довольно неплохой элемент, о чем свидетельствуют отзывы.

Ламповые усилители Hi-End также применимы с ВС-резисторами. Их изготавливали около 65 лет назад. Отыскать такой элемент довольно просто, достаточно всего лишь прогуляться по радиорынку. Если вы применяете резистор с мощностью больше 4 Ватт, нужно выбирать проволочные эмалированные элементы.

Конденсаторы

В установке лампового усилителя следует использовать различные типы конденсаторов для самой системы и блока питания. Они, как правило, применяются для регулировки тембра. Если вы хотите получить качественный и естественный звук, следует применять разделительный конденсатор. В этом случае появляется малый ток утечки, который позволяет изменить рабочую точку лампы.

Такой вид конденсаторов подключается к анодной цепи, по которой течет большое напряжение. При этом необходимо подключать конденсатор, который поддерживает напряжение больше 350 вольт. Если вы хотите применять качественные элементы, нужно использовать детали от компании Jensen. Они отличаются от аналогов тем, что их цена превышает 3 000 рублей, а цена самых качественных радиоэлементов доходит до 10 000 рублей. Если применить отечественные элементы, лучше выбирать между моделями К73-16 и К40У-9.

Однотактный усилитель

Если вы хотите применить однотактную модель, необходимо сначала рассмотреть ее схему. В нее входит несколько компонентов:

• блок питания;
• оконечный каскад;
• предварительный усилитель, в котором можно регулировать тембр.

Сборка

Начнем сборку с предварительного усилителя. Монтаж его происходит по довольно простой схеме. Также необходимо предусмотреть регулировку мощности и разделитель на регулировку тембра. Он должен быть настроен на низкие и высокие частоты. Чтобы повысить срок годности, нужно применить многополосный эквалайзер.

В смехе предварительного усилителя можно увидеть сходства с распространенным двойным триодом 6Н3П. Необходимый для нас элемент можно собирать аналогичным способом, но использовать оконечный каскад. Это также повторяется в стереофоническом варианте. Помните, что конструкция должна быть собрана на монтажной плате. Сначала ее необходимо отладить, а потом можно установить на шасси. Если вы все правильно установили, то прибор должен сразу включиться. Дальше следует перейти к настройке. Величина анодного напряжения для разных типов ламп будет отличаться, поэтому нужно будет подбирать ее самостоятельно.

Составляющие

Если вы не хотите использовать качественный конденсатор, то можно применить К73-16. Он подойдет, если рабочее напряжение будет больше 350 вольт. Но качество звука будет заметно хуже. Также для такого напряжения подойдут электролитические конденсаторы. К усилителю нужно подключить осциллограф С1-65 и подать сигнал, который пройдет от генератора звуковой частоты. При начальном подключении нужно установить входной сигнал около 10 мВ. Если вам нужно узнать коэффициент усиления, нужно будет использовать выходное напряжение. Чтобы подобрать среднее соотношение между низкими и высокими частотами, необходимо подобрать емкость конденсатора.

Фото лампового усилителя Hi-End вы можете увидеть ниже. Для этой модели были использованы 2 лампы с октальным цоколем. К входу подключен двойной триод, который включен параллельно. Оконечный каскад для этой модели собран на лучевом тетроде 6П13С. В этом элементе вмонтирован триод, который позволяет получить хорошее звучание.

Чтобы настроить и проверить работоспособность собранного устройства, необходимо использовать мультиметр. Если вы хотите получить более точные значения, то следует применять звуковой генератор с осциллографом. Когда вы взяли соответствующие приборы, можно переходить к настройке. На катоде Л1 указываем напряжение около 1,4 Вольт, это получится сделать, если будете использовать резистор R3. Ток выходной лампы необходимо указывать 60 мА. Чтобы сделать резистор R8, необходимо установить параллельно пару резисторов МЛТ-2. Другие резисторы можете применять разных типов. Следует отметить довольно важный компонент – разделительный конденсатор С3. Он не зря был упомянут, поскольку данный конденсатор оказывает сильное влияние на звук прибора. Поэтому лучше использовать фирменный радиоэлемент. Другие элементы С5 и С6 – пленочные конденсаторы. Они позволяют увеличить качество передачи различных частот.

Блок питания, построенный на кенотроне 5Ц3С, стоит найти. Он соответствует всем правилам построения прибора. Самодельный ламповый усилитель мощности класса Hi-End будет иметь качественный звук, если вы найдете данный элемент. Конечно, в ином случае стоит искать альтернативу. В этом случае вы можете использовать 2 диода.

Для лампового усилителя Hi-End можно использовать соответствующий трансформатор, который применялся в старой ламповой технике.

Заключение

Чтобы сделать ламповый усилитель Hi-End своими руками, необходимо выполнять последовательно и аккуратно все действия. Для начала подключается блок питания с усилителем. Если вы правильно настроите эти приборы, то можно монтировать предварительный усилитель. Также с помощью соответствующей техники можно все элементы проверять, чтобы не допустить поломку акустической системы. После сборки всех элементов воедино можно приступать к оформлению прибора. Для корпуса хорошо может подойти фанера. Чтобы создать стандартную модель, необходимо сверху расположить радиолампы и трансформаторы, а на передней стенке уже можно вмонтировать регуляторы. С помощью них вы сможете усилить тембр и посмотреть индикатор питания.

Ламповый или транзисторный усилитель? Этот вопрос в конце прошлого века часто рассматривался в различных “аудиофильских” изданиях. В настоящее время он, по сути, уже не актуален, так как оба варианта пользуются спросом на рынке и прочно занимают свои места в различных “нишах” звукотехники.

Например, для домашнего аудиокомплекса в ряду современных стереофонических усилителей класса High End предлагается ламповый усилитель “Houston Mini-1998SE”, собранный на лампах 12АХ7 и EL84 по двухтактной ультралинейной схеме с трансформатором. Несмотря на ограниченную выходную мощность (около 10 Вт на канал), качество и динамика звучания усилителя с различной акустикой, по оценкам экспертов, не уступает высококачественным транзисторным УЗЧ, развивающим гораздо большую мощность.

Интерес к Hi-Fi ламповым усилителям в настоящее время вызван не только ностальгией аудиофилов по какому-то особенному “прозрачному’, “мягкому”, “ламповому” звучанию, но и реальными достоинствами ламповых УЗЧ. Для практических целей выбор чаще всего делают, исходя из реальных возможностей усилителя, отвечающего конкретным требованиям.

Например, постройка и эксплуатация высококачественного лампового усилителя с однотактным выходным каскадом, работающим в режиме класса “А”, по всем показателям, в том числе и по экономическим, во многих случаях не оправдана. Поэтому многие аудиофилы и музыканты по-прежнему отдают предпочтение классическому двухтактному ламповому выходному каскаду с трансформатором, который, собственно, и является важнейшим элементом, определяющим параметры и качество работы усилителя в целом.

Изготовить трансформатор для лампового усилителя в домашних условиях

Сделать хороший выходной трансформатор в домашних условиях достаточно сложно, а приобрести или заказать выполненный по всем правилам — недешево. В последнее время появились предложения использовать для ламповых УЗЧ в качестве выходных стандартные унифицированные трансформаторы типа ТАН или ТН. И хотя в этом случае не стоит рассчитывать на получение максимально возможных параметров, такой вариант заслуживает внимания благодаря доступности и практичности.

В настоящее время еще сохранились ламповые усилители, используемые музыкантами и выпущенные более 30 лет назад. Эта аппаратура, как правило, “гоняется” до полного физического износа. Многолетний опыт ее эксплуатации свидетельствует о надежности ламповых усилителей. Многие экземпляры, произведенные, например, такими фирмами как BEAG, TESLA, MARC HAL и другие, хорошо сохранились. Их ремонт чаще всего ограничивался заменой ламп и электролитических конденсаторов.

В более сложных случаях приходилось заменять элементы, от которых могли зависеть параметры усилителей. Некоторые элементы, например, резисторы, при неисправности разрушались. При этом их номинал по надписи определить было невозможно. Его подбирали опытным путем, лишь бы ламповый усилитель заработал, так как не все владельцы и ремонтники имели схемы аппаратуры.

По этим причинам, а также в связи с повышенным интересом к ламповой схемотехнике читателей, возможно, заинтересуют схемы наиболее популярных в конце прошлого века эстрадных усилителей. Эти схемы могут служить классическими образцами высококачественных ламповых УЗЧ, которые совместно с хорошей акустикой как раз и обеспечивают то качество звучания, по которому многие аудиофилы и музыканты испытывают ностальгию.

Простая схема лампового усилителя высокой мощности

На рис.1 показана схема усилителя “Marchal super 100РА”. Ламповый усилитель обеспечивает выходную мощность 100 Вт на 8-омной нагрузке. При этом коэффициент нелинейных искажений не превышает 3% (регуляторы тембров установлены в среднее положение). Музыканты используют ламповый усилитель чаще всего как инструментальный.

УЗЧ имеет 4 высокоомных входа, то есть по два параллельных: Вх1 и Вх2, соединенные через резисторы R1, R2; ВхЗ и Вх4, соединенные через резисторы R7 и R8. Смешанные сигналы попарно усиливаются отдельными предварительными усилителями на сдвоенном триоде VL1 (ЕСС83) и через регуляторы уровня R10 и R13 подаются на следующий каскад усиления лампу VL2 (ЕСС83), который также выполняет роль смесителя.

При этом частотная характеристика по входам 1 и 2 (на выходе катодного повторителя второго триода VL2) линейна, а по входам 3 и 4 имеет подъем в области высоких частот, что достигается элементами пассивной частотной коррекции С5, С7, R12. Эффект звучания, получаемый в результате такой коррекции, называют “бриллиант”.

Кроме того, в предварительном усилителе имеются три регулятора тембра раздельно по низким, средним и высоким частотам. Низкое выходное сопротивление, которое обеспечивает катодный повторитель, позволяет уменьшить взаимозависимость пассивных регуляторов тембров, собранных по простой схеме с минимальным количеством деталей (переменные резисторы R19, R20, R21; постоянный R18; конденсаторы С9, С11, С12).

Следующий каскад фазоинвертор (VL3) также собран на двойном триоде ЕСС83 и имеет регулируемую частотную коррекцию (переменный резистор R30, конденсатор С14) в цепи отрицательной обратной связи (ООС), позволяющую получить так называемый “эффект присутствия”, т.е. подъем усиления в области средних частот (примерно от 2 до 5 кГц) на 6…8 дБ.

Следует учитывать, что при выбранном способе регулировки за счет ослабления действия ООС возрастают нелинейные искажения, которые при максимальном усилении на частоте 3 кГц могут составить 15%, что является приемлемым для инструментального звучания и даже нравится некоторым музыкантам, создавая определенную тембровую окраску. Если УЗЧ, собранный по данной схеме, предполагается использовать в составе аудиокомплекса для воспроизведения музыки или вокала, указанные элементы лучше вообще не устанавливать.

Двухтактный выходной каскад собран на 4-х лампах VL4…VL7 типа EL34 (аналог 6П27С), включенных по две параллельно в каждом плече. Выбранный вариант схемы на лучевых тетродах является наиболее простым, в связи с чем для надежной работы с минимальным коэффициентом нелинейных искажений требуется подбор ламп с идентичными параметрами. На практике это осуществить сложно. Можно ограничиться выбором ламп из одной партии (по году и месяцу выпуска), если они ранее не были в эксплуатации.

Как уже отмечалось, параметры усилителя во многом зависят от правильного расчета и качественного выполнения выходного трансформатора Т2. Для данной модели усилителя удалось найти лишь краткое описание трансформатора: магнитопровод — пластины Ш32х65: анодная обмотка состоит из 4-х секций, каждая секция содержит по 660 витков, намотанных проводом ПЭЛ диаметром 0,27 мм (лучше использовать ПЭВ диаметром 0,32мм).

Секции 1 и 3, а также 2 и 4 соединены параллельно, а их пары меду собой — последовательно. Вторичная обмотка также состоит из 4-х секций по 160 витков провода ПЭЛ диаметром 0,67 мм. Все секции соединены параллельно. Для тех, кто не имеет опыта самостоятельного изготовления выходных трансформаторов, этих данных может оказаться недостаточно, так как неправильное расположение и соединение какой-либо из обмоток может стать причиной ухудшения параметров и даже самовозбуждения усилителя.

Более подробное описание конструкции выходного трансформатора, рекомендации по выбору материалов и его изготовлению для усилителя фирмы Marchal. который по основным параметрам близок к описанному, даны в [4, 5]. Дроссель L1 выполнен на магнитопроводе Ш20х40 и имеет 200 витков провода ПЭЛ диаметром 0.41 мм. Данные силового трансформатора Т1: магнитопровод Ш40х55; первичная обмотка для напряжения сети 220 В 450 витков провода ПЭЛ диаметром 0.62 мм; вторичная обмотка для питания анодов ламп состоит из двух половин по 410 витков в каждой, намотанных проводом ПЭЛ диаметром 0,41 мм.

Каждая половина при номинальной нагрузке должна обеспечивать переменное напряжение не менее 200 В. Специальная обмотка, предназначенная для получения сеточного смещения (38 В), имеет 78 витков провода ПЭЛ диаметром 0,25 мм. Накальная обмотка содержит 15 витков провода ПЭЛ диаметром 1,8 мм. При номинальном напряжении сети она должна обеспечивать напряжение накала не менее 6,3 В.

Налаживание усилителя наминают с установки напряжения смещения (-38 В) подстроечным резистором R47. Чтобы не вызвать значительный перегрев выходных ламп из-за большого тока покоя, перед началом регулировки движок резистора устанавливают так, чтобы напряжение смещения было максимальным. Подстраивая резистор R45, добиваются минимального уровня фона, при этом входы 1-4 временно соединяют с общим проводом.

Несмотря на мировую популярность ламповых эстрадных усилителей фирмы Marchal, для большинства наших музыкантов они так и остались несбыточной мечтой. По понятным причинам гораздо большее распространение у нас получила эстрадная аппаратура, производимая в странах СЭВ. Большой популярностью в свое время пользовались комплекты эстрадной аппаратуры венгерской фирмы BEAG.

Обычно комплекты состояли из трех ламповых усилителей: двух инструментальных, один из которых предназначался специально для бас-гитары, и одного голосового. Каждый ламповый усилитель комплектовался акустической системой, соответствующей его предназначению.

Выходные каскады усилителей строились по идентичным двухтактным схемам на двух лучевых тетродах EL34 с трансформатором и могли развивать выходную мощность до 60 Вт на активной нагрузке 8 Ом. На рис.2 показана схема оконечной ступени инструментального усилителя “АЕХ25СГ фирмы BEAG.

Она включает в себя:

1. предварительный ламповый усилитель (левая половина двойного триода VL3), на катод которого подается напряжение общей ООС;
2. фазоинвертор (правая половина VL3);
3. двухтактный выходной каскад на лампах VL4, VL5 (EL34) с фиксированным смещением (-42 В).

Резисторы R26 и R27 — антипаразитные, устраняют самовозбуждение выходного каскада в области высоких частот, а делитель R29-R30-R36-R37 способствует выравниванию токов ламп. При эксплуатации фирменных усилителей эти резисторы, а также R34 чаще всего выходили из строя. Поэтому рекомендуется устанавливать резисторы с мощностью, больше указанной. К части вторичной обмотки трансформатора Т2 через резистор R41 подключена индикаторная лампа HL2.

При отключенной акустической системе эта цепочка выполняет роль балластной нагрузки.Для питания анодов ламп усилителя используется выпрямитель (диоды VD1, VD2), собранный по схеме с удвоением напряжения. При этом обмотка силового трансформатора Т1, обеспечивающая анодное напряжение (+480 В), должна быть рассчитана на ток, в несколько раз больший потребляемого при номинальной выходной мощности усилителя.

Обмотка Т1, предназначенная для получения напряжения смещения, должна обеспечивать переменное напряжение около 32В лучше не менее 40. Тогда можно ввести регулировку напряжения смещения, заменив резистор R35 подстроенным с сопротивлением несколько десятков килоом. К накальным обмоткам подключены подстроенные резисторы RP5 и RP6, предназначенные для установки минимального уровня фона.

Предварительный ламповый усилитель на двойном триоде

На рис.3 показана схема предварительных каскадов усилителя “АЕХ250”. В них используются два двойных триода ЕСС808. Ламповый усилитель имеет два идентичных входа с раздельными предварительными усилителями на лампе VL1 и регуляторами уровня RP1 и RP2, после которых сигналы смешиваются и усиливаются общим двухкаскадным усилителем на лампе VL2.

Между его каскадами установлены пассивные регуляторы тембра низких (RP3) и высоких (RP4) частот. Каких-либо иных особенностей схема не имеет Для некоторых конденсаторов указано рабочее напряжение, рекомендуемое производителем. Модель голосового усилителя “АЕХ650”, предназначенного для усиления сигналов от 4-х микрофонов, отличается, в основном, построением предварительных каскадов.

При этом в нем имеется раздельная регулировка тембров по низким и высоким частотам для каждого входа. К усилителю можно подключить ревербератор “АКХ200” фирмы BEAG, построенный по принципу магнитной звукозаписи на кольцевую ленту. Данные выходных трансформаторов, подходящих по параметрам для выходного каскада усилителя “АЕХ250”, можно найти в указанной литературе.

Читайте также статьи: Усилитель своими руками

Используемые источники:

• https://stereo.ru/to/ayyzw-kak-rabotaet-usilitel-klassa-a-ili-istinnyy-high-end-i-mnogo-tepla
• https://fb.ru/article/321399/kak-sdelat-lampovyie-usiliteli-hi-end-svoimi-rukami
• https://www.radiochipi.ru/hi-fi-lampovyj-usilitel-svoimi-rukami/