Моя Система 2024. Усилитель The Final Cut

Схемотехническая идея этого двухтактного усилителя без общей ООС в том или ином виде периодически появлялась на моем сайте – “Усилитель Буратино” (2007 год) и “Последнее путешествие…” (2015 год). Название конструкции симптоматично 🙂 – после прослушивания становится непонятно – куда, собственно двигаться дальше? Да и надо ли вообще куда-то двигаться… 無為

Схема усилителя The Final Cut

Как и в случае с предусилителем, схема усилителя мощности проста, интуитивно-понятна и не требует особых пояснений. Два каскада с трансформаторной связью, в первом каскаде – фиксированное батарейное смещение, во втором каскаде – фиксированное регулируемое смещение. Контроль тока покоя ламп выходного каскада производится по падению напряжения на сопротивлении полуобмоток выходного трансформатора. 🙂 Контроль тока покоя лампы первого каскада производится по падению напряжения на резисторе фильтра питания R7. Так же, как и в предусилителе Zen Guru – в первом каскаде я применил батарейное смещение на литий-тионилхлоридных батарейках с гибкими выводами 14250 (2шт по 3.6V). Их саморазряд – не более 1% в год, гарантированный срок хранения – не менее 10-ти лет. С лампой 6AG7 коэффициент усиления первого каскада ~=20, так что предусилитель в системе очевидно необходим. Конструктивно усилитель выполнен в виде двух моноблоков. Вместо 6AG7 (6P9P, 6П9) можно применить С3g, 6AC7, 6Ж43П в триодном включении (напряжение смещения в этом случае можно взять -3.6V – достаточно одной таблетки батарейки 🙂 ), или триоды 6С45П, 6С15П, 5842, WE417 или даже двойные триоды 7N7, 6SN7, 6Н8С в параллельном включении. Во всех вариантах ток покоя ламп(ы) первого каскада должен быть не более 12 mA. Выходной каскад – обычный двухтактный, на прямонакальных триодах 4300В. По характеристикам они идентичны “легендарным” 300В, но отличаются по конструкции – в этих лампах применено титановое покрытие (напыление) анодов и позолоченные сетки, что существенно уменьшило паразитный термоток сетки и улучшило долговременную стабильность рабочей точки. Решение применить фиксированное регулируемое смещение ламп выходного каскада являтся прямым следствием упомянутых конструктивных особенностей.

Важно, что “звук” и спектральный состав гармонических искажений этого усилителя в основном определяется первым каскадом, так как при точной балансировке выходной каскад довольно успешно компенсирует четные гармоники, а при тщательном выборе рабочей точки уровень нечетных гармоник очень мал. Очень важно, что как и в случае с предусилителем, несмотря на кажущуюся простоту схемы, повторение конструкции и ее правильная настройка неподготовленным аудиоэнтузиастом может быть затруднительной.

Основные технические характеристики усилителя

  • Входное сопротивление = 10 кОм
  • Выходное сопротивление =<~ 1,1 Ом (На выходе для подключения нагрузки 4 Ом)
  • Номинальная нагрузка = 4, 8, 16 Ом. Для подключения нагрузки 16 Ом необходима коммутация выходных разъемов и выводов выходного трансформатора.
  • Номинальное входное напряжение = 2.5V RMS
  • Максимальное выходная мощность на нагрузке 4 (8) Ом = 20W RMS
  • Полоса воспроизводимых частот, на нагрузке = 8 Ом при выходном напряжении = 0.7 от максимального = 25Гц….35 кГц.
  • Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц на нагрузке 8 Ом при выходном напряжении = 0.9 от максимального <= 1.5%, в основном 2-я гармоника. Уровень третьей гармоники относительно уровня второй <= -25dB.

Несколько фото

PS Если в аудиосистеме нет предусилителя с балансным выходом, то принципиальной необходимости в применении входного трансформатора – нет. В этом случае батарейка смещения монтируется непосредственно в сеточной цепи (aka “батарейка в сетке”).

Сентябрь 2024 г. Владивосток

Двухтактный усилитель с SIPP выходным каскадом. Часть 1 – “Первоисточники”

Первое известное упоминание о SIPP (Self Inverted Push Pull) выходном каскаде можно найти в патенте 1938 года. Собственно, идея логична и (вроде как) проста – зачем добавлять в двухтактный усилитель еще один (фазоинверторный) каскад, когда можно особым образом “доработать” выходной каскад? Дальнейшее развитие идеи можно найти в патенте 1941 года. И, наконец первая более-менее широко известная практическая реализация идеи была опубликована в июне 1961 года. (“Compact Hi-Fi Power Amplifier” Melvin Leibowitz, Electronics World, June 1961)

Вот схема усилителя из этой статьи –

Если память мне не изменяет, эта (или очень похожая) 🙂 схема была напечатана в одном из номеров журнала “Радио”.

Собственно, “фишка” в том, что в качестве выходных ламп применены именно тетроды-пентоды, то есть лампы с высоким внутренним сопротивлением. Это значит, что нижняя по схеме лампа фактически работает как управляемый источник тока, что и обеспечивает хорошую симметрию сигнала на выходе двухтактного каскада. В свою очередь, это значит что с триодами такой “фокус” напрямую не cработает, симметричного усиления сигнала (вроде как) не получится.

Вот вариант “промышленного” применения такого каскада в одной из радиол Phillips. Обратите внимание на очень остроумную схему подачи напряжения смещения на сетки выходных ламп и на использование вторичной обмотки выходного трансформатора для организации местной ОС.

Шли годы. И вот, в 2007 году некто Bruce Heran опубликовал вот такую схему –

Примерно в то же время John Broskie в своем tube CAD блоге довольно подробно разобрал эту схему “по частям”. Лампы выходного каскада в ультралинейном включении, динамическое внутренее сопротивление ламп в таком включении существенно ниже, чем в тетродном (пентодном) включении, поэтому для лучшей симметрии каскада в качестве элемента смещения, задающего рабочий режим применен источник тока. Из очевидных недостатков – применение источника тока на интегральном стабилизаторе напряжения LM317 ограничивает возможность применения других выходных ламп, требующих большего напряжения смещения (максимальное допустимое напряжение между входом и выходом LM317 = 37V), источник тока на LM317 перестает быть таковым, если падение напряжения на нем меньше примерно 3V, плюс его динамическое внутренее сопротивление сильно падает с ростом частоты, то есть – с ростом амплитуды входного сигнала и в области высоких частот симметрия каскада существенно ухудшается. При этом характерными особенностями двухтактного SI каскада на теродах (пентодах) с объединенными катодами и источником тока являются – высокое (от нескольких десятков до нескольких сотен ом (в зависимости от примененных ламп и типа их включения)) выходное сопротивление, примерно в два раза (по сравнению с “традиционным” каскадом) меньший коэффициент усиления, примерно в два раза большее требуемое напряжение для полной “раскачки” и работа каскада в “чистом” классе А.

Немного более подробно о последних двух особенностях. Первая сетка “нижней” лампы присоединена на сигнальный “общий”. Динамическое внутреннее сопротивление источника тока очень велико, можно считать что напряжение сигнала через него (почти) не “утекает” на общий. Следовательно, сигнал подается не между сеткой и катодом каждой из ламп, как в обычном каскаде, а между сетками верхней и нижней ламп, то есть для полной “раскачки” требуется сигнал с амплитудой, примерно равной удвоенному значению напряжения смещения. “Чистый” класс А работы каскада получается “автоматически” – так как катоды ламп объединены, а ток “верхней” лампы управляет током “нижней”, то ситуация, когда одна лампа уже закрыта, а вторая все еще продолжает окрываться – невозможна – то есть ток, потребляемый каскадом постоянен и только пропорционально перераспределяется между лампами. Соответственно, в качестве “бонуса” получаем самый что ни на есть “правильный” аудиофильский режим выходного каскада 🙂

Вот еще один вариант схемы – с “длинным хвостом”. В этой схеме отсутствуют межкаскадный конденсатор и источник тока (что хорошо), но требуется повышенное (примерно на 100V) напряжение источника питания.

И еще один вариант схемы усилителя с SIPP выходным каскадом от известного российского разработчика. Схема взята с общедоступного форума, copyright (с) соблюден 🙂

Что я могу сказать – очень интересная схема. Во-первых, выходной каскад выполнен на триодах, что позволяет получить более-менее низкое выходное сопротивление усилителя. Во-вторых, вместо LM317 применен лучший по характеристикам источник тока на полевом транзисторе. В-третьих – как и в усилителе от Bruce Heran, входной каскад выполнен по схеме SRPP, что позволяет с минимальной настройкой добиться близкой к максимально возможной амплитуды сигнального напряжения на сетках выходных ламп. Для лучшей стабильности и меньшего тепловыделения на транзисторе в источнике тока применен “задающий” резистор довольно большого номинала.

Можно ли улучшить эту схему? Да, можно. Но об этом – чуть позже. 🙂

Апрель 2022 г.Владивосток