Функции транзисторных и ламповых усилителей одинаковы. Ламповый усилитель вместо транзисторов в каскадах усиления имеет лампы. Он может иметь одну лампу на входном каскаде и одну на выходном. Бывают модели, в которых аж 16 ламп устанавливаются на двухтактном выходном каскаде.
Гибридные усилители функционируют на лампах во входном и управляющем каскадах и транзисторах на выходном каскаде.
На фото вверху вы можете видеть ламповые усилители мощности, которые имеют выходные трансформаторы (коробы на корпусе). Это является одной из отличительных черт ламповых усилителей от транзисторных.
Выходной трансформатор работает как устройство согласования импедансов между выходным каскадом усилителя и динамиками.
Таким образом, выходной каскад лампового усилителя «видит» высокое входное сопротивление трансформатора, а не низкое входное сопротивление динамика.
Высоковольтный слаботочный выходной сигнал выходного каскада, посредством трансформатора, «трансформируется» в сигнал более низкого напряжения и более высокого тока, необходимого для работы с динамиками.
Трансформатор на выходе устраняет гармонические искажения, смешивая анодные токи, генерируемые обеими половинками сигнала (синусоиды) от двухтактного выходного каскада (одна половинка синусоиды обрабатывается одной лампой, а второй полупериод сигнала – второй лампой, пока первая отдыхает).
И еще, выходной трансформатор в ламповом усилителе отсекает прямой ток и предотвращает его появление в динамиках (трансформаторы не могут пропускать постоянный ток в силу своей конструкции).
Выходной трансформатор должен быть достаточно большим, чтобы не достигать насыщения при пропускании низких частот. Насыщение – это состояние трансформатора, когда он не в состоянии более накапливать магнитную энергию и его мощность падает: басы начинают звучать мягко и вяло.
Некоторые трансформаторы в ламповых усилителях мощности имеют возможность подключать/отключать дополнительные (вторичные) обмотки, что работает как селектор значения выходного импеданса. Данная опция даёт возможность более эффективно настроить работу усилителя с акустическими системами.
Редкие модели ламповых усилителей не имеют в своих схемах выходных трансформаторов. Такие модели называются OTL-усилителями (Output-TransformerLess ). Эти усилители, как правило, не очень мощные и плохо работают с низкочастотными динамиками. Они большие в размерах, имеют много ламп и привередливы в выборе динамиков.
OTL-усилители, которые я слышал, обладали посредственными басами и не очень сильной динамикой, но эффектной звуковой сценой и прекрасной передачей тембральных окрасов.
OTL-усилитель не всем подойдёт, но при правильном подборе акустической системы, он звучит волшебно.
Большое влияние на звучание лампового усилителя оказывает выходной трансформатор. Этот факт подтверждается историей, связанной с легендарной моделью Marantz Model 9 (см.фото), которая была представлена в 1960 году инженером компании Marantz Сидом Смитом (Sid Smith).
Он сам делал трансформаторы для этой модели, наматывая вручную проволоку на обмотки. С увеличением продаж компания решила отдать производство трансформаторов для Model 9 сторонней компании, которая производила обмотки заводским способом.
Когда Смит и Саул Маранц (Saul Marantz) отслушали первый усилитель с заводским трансформатором, то они, к своему удивлению, обнаружили, что волшебное звучание усилителя исчезло.
Маранц принял решение вернуться к старой схеме: «Этот человек мотал обмотки сам для каждого усилителя, точно зная количество витков, плотность намотки и натяжение проволоки. Люди, которые говорят, что можно производить трансформаторы заводским способом для Model 9, обманывают сами себя», - говорил Маранц, указывая на Смита.
Американский разработчик усилителей Дэвид Бернинг (David Berning) изобрёл схему, в которой нет традиционного мощного выходного трансформатора. Вместо этого схема Бернинга, которая называется ZOTL (Zero-Hysteresis Output-Transformer-Less) использует несущую высокую частоту (460Гц) для усиления аудиосигнала.
Аудиосигнал «накладывается» на эту частоту и усиливается лампами. После этого высокочастотная несущая удаляется преобразователем импеданса с воздушным сердечником, который согласовывает высокий импеданс ламп с низкоимпедансными динамиками, обеспечивая ровную частотную характеристику в диапазоне 8Гц – 50кГц.
Данный процесс устраняет потерю энергии и искажения (hysteresis), присущие обычным трансформаторам из-за насыщения сердечника. Усиление осуществляется полностью лампами без транзисторов (это не гибридная схема). Лампы в ZOTL схеме работают с меньшими токами, сильно не нагреваются, имеют длительный ресурс работы (10 000 – 20 000 часов).
Звучание ZOTL усилителя нейтральное и прозрачное без теплого лампового окраса: хорошо прорабатываются все частоты. Усилители воспроизводят точную звуковую картину без ламповой «дымки». Кроме того, данная схема одинаково хорошо работает с акустическими системами сопротивлением 2 Ом, 4 Ом, 8 Ом и даже 16 Ом.
Поскольку эксплуатационные характеристики ламп изменяются со временем, их необходимо периодически регулировать. Ток, который протекает через лампу (от катода через управляющую сетку к аноду) должен иметь чётко заданное производителем лампы значение.
Процесс регулировки тока в лампе для оптимальной работы усилителя и называется смещением (biasing или bias), цель этого процесса – достижение максимального качества звучания и обеспечение долговременной работы лампы.
Смещение – это небольшая величина тока, обычно от 20 до 70мА, подаваемая на управляющую сетку в лампе для её включения. Оптимальное значение тока указывается производителем. В усилителе имеются подстрочные потенциометры, которые можно подкрутить маленькой отверткой.
Необходимость смещения (подстройки тока) нужно проверять на ламповых усилителях ежемесячно. Чтобы отрегулировать смещение необходимо приложить один щуп тестера к контрольной точке на плате, а второй заземлить. Далее нужно вращать отверткой потенциометр для подстройки нужной силы тока в лампе. Обратитесь к специалисту, если вы новичок в этом деле.
Каждая из ламп стареет по-разному, даже, если они были подобраны друг к другу перед покупкой. Время делает свое дело. Если ток ослабевает до такой степени, что смещение не помогает (потенциометр вывернут в крайнее положение), то значит настало время замены лампы.
Некоторые ламповые усилители оснащены функцией автоматической калибровки смещения, которая все делает сама без вашего вмешательства, подстраивая нужное значение тока для каждой лампы. Есть даже модели, которые выводят на переднюю панель усилителя индикаторы уровня смещения.
Покупайте лампы, электрические характеристики которых согласованы. Эти лампы будут работать одинаково долгое время. Однако, будьте готовы затратить большую сумму за согласованные пары или квартеты ламп.
Ламповые усилители часто называют по типу лампы, которая используется в его выходном каскаде: триодный или пентодный.
Триодные усилители мощности, как правило, звучат лучше пентодных, но они не очень мощные, а стоят намного дороже.
Триодные усилители могут быть двухтактными (класс А/В – одна лампа усиливает одну половину синусоиды сигнала, а вторая- другую половину синусоиды) или однотактными (класс А – усиливается вся синусоида одной лампой сразу).
Триод – это лампа, которая состоит из трех основных элементов: катода, который излучает электроны, анода – пластина, которая принимает электроны и управляющей сетки, расположенной между катодом и анодном, и предназначенной для управления потоком электронов (то есть, силой тока).
Пентод – лампа, состоящая из пяти основных элементов. В отличие от триода, пентод имеет три сетки с различным функционалом между катодом и анодом.
Пентод значительно мощнее и эффективнее триода. Существуют ламповые усилители, которые могут переключаться между режимом пентода и триода, используя одну и ту же лампу в выходном каскаде.
Вы можете сами выбрать режим: триод для камерной музыки на низкой громкости или режим пентода для более громкой фонограммы, требующей большей выходной мощности. Переключаемая опция также позволяет выбрать оптимальный режим для ваших громкоговорителей. Высокочувствительные динамики могут прекрасно работать в триодном режиме, а динамикам с низкой чувствительностью может оптимально подойти более мощный пентодный режим.
Есть еще один тип лампового выходного каскада, называемый ультралинейным (ultralinear), который был разработан в 1951 году Дэвидом Хафлером и Гербертом Кероесом. Ультралинейное управление – это метод подключения пентода, при котором он работает больше как триод. В частности, часть напряжения на аноде возвращается в экранирующую сетку пентода.
Данная ультралинейная схема работы была доминирующей в ламповых усилителях на протяжении десятилетий, поскольку она обеспечивала большую выходную мощность, как у пентодов, а уровень искажений оставался низким, как у триодов.
Некоторые ламповые усилители мощности, особенно однотактные, имеют опцию варьирования уровнем обратной связи. Таким образом, вы можете, например, уменьшить обратную связь для более чистого тембра, но в ущерб резкости басов. Вы идете на определенный компромисс, но у вас есть выбор в музыкальных предпочтениях.
Обратите внимание, что ламповые усилители не увеличивают свою выходную мощность при снижении сопротивления нагрузки (импеданса динамиков), как это происходит у транзисторных усилителей.
Выходной трансформатор лампового усилителя действует как источник тока, а не как источник напряжения, уменьшая доступное выходное напряжение, если уменьшается сопротивление нагрузки.
Это одна из причин, по которой ламповые усилители обладают менее плотными и протяженными басами, чем усилители на транзисторах.
И наконец, источники питания ламповых усилителей мощности отличаются от транзисторных аналогов тем, что напряжение на шине питания выходного каскада составляет многие сотни вольт, а не десятки вольт (от 60V до 100V), как у транзисторных.
Из-за этого очень высокого напряжения накопительные конденсаторы ламповых усилителей накапливают значительно больше энергии, по сравнению с конденсаторами в транзисторных моделях. Это так называемое очень высокое напряжение «В+», которое может нанести вред вашему здоровью.
Накопленная энергия в конденсаторе измеряется в джоулях и является функцией ёмкости, измеряемой в фарадах, помноженной на квадрат напряжения. При той же ёмкости, но в десять раз большем напряжении, источник питания лампового усилителя может накапливать гораздо больше энергии.
Этим фактором можно объяснить субъективно большую громкость ламповых усилителей по сравнению с транзисторными при той же номинальной мощности.
Нити накала в лампах работают на постоянном напряжении, которое равно 6V или 12V. В лампах с низким уровнем сигнала первая цифра на корпусе обозначает напряжение накала, например, 6DJ8, 12AX7 и тому подобное. Часто нити накала называют «нагревателями» (heaters).
С точки зрения схемотехники, ламповые усилители обладают рядом неотъемлемых преимуществ. Во-первых, они просты: они содержат меньше компонентов в сигнальном тракте по сравнению с транзисторными аналогами, что обычно приводит к улучшению звучания.
При перегрузке (клиппинге (https://t.me/daxxcables/946)) лампы «мягче» сглаживают синусоиду сигнала, округляют её, а не резко режут, как транзисторы. Кроме того, клиппинг в лампах создает искажения второй и третьей гармоники, которые с точки зрения звука довольно незначительны.
Транзисторный усилитель в режиме клиппинга немедленно выдает целую серию гармоник неприятных нечетных верхнего порядка (пятая, седьмая, девятая). На самом деле, 10% искажений второй гармоники раздражают слух меньше, чем 0,5%-ные искажения седьмой гармоники.
Окончание главы 5.
📑R.H.©
