Если почитать интернет-форумы любителей качественного звука, то можно подумать, что усилители на недорогих серийных выходных трансформаторах (типа ТВ3 и им подобных) годятся лишь для самых первых опытов в ламповой технике.
Но не будем торопиться с выводами. Попробуем компенсировать их недостатки самым эффективным путём — схемотехническим. “Не ищите новое, — говорил известный советский киноактёр Донатас Банионис, — ищите вечное”. В аудио-технике подобной “вечностью”, похоже, становится однотактный трансформаторный каскад на одной электронной лампе.
Едва ли инженеры недавнего прошлого могли бы поверить в то, что самые дорогие и престижные усилители в XXI веке, как и сотню лет назад, будут строиться с использованием именно этой простейшей и, казалось бы, давно устаревшей схемы.
Ведь если мы откроем заднюю стенку старинного лампового телевизора, с большой вероятностью и в его звуковом тракте, отнюдь не претендующем на высокую верность звуковоспроизведения, обнаружим всё тот же каскад на пентоде 6П14П с таким же неизменным трансформатором серии ТВ3 на выходе.
С этой нехитрой конструкции начинали свой творческий путь очень многие разработчики. Ведь если подключить к такому усилителю драйверный каскад не на простеньком триоде 6Н1П, а на “аудиофильских” 6С2С или 6Н8С, результат, скорее всего, будет впечатляющим. А если и выходную лампу заменить, например, на октальную 6П6С, то… в общем, здесь открывается широчайший простор для творчества. И это, пожалуй, лучший способ изучения аналоговой электроники. Едва ли где можно увидеть ещё более наглядно, как превращается в гармонию алгебра учебников Войшвилло Г. В. и Цыкина Г. С.
К слову, эти академические книги указывают и на объективные преимущества трансформаторных схем [1]. Например, они достаточно экономичны настолько, насколько это вообще возможно для однотактного каскада, работающего в классе А. Ламповый усилитель с трансформатором может расходовать энергии меньше, чем транзисторные повторители такой же мощности с источником тока, получившие распространение в любительской High-End технике последних лет.
Даже ограниченный частотный диапазон такого усилителя, который редко начинается от привычных 20…25 Гц, далеко не всегда можно считать недостатком. Дело в том, что открытая четвёртая струна бас-гитары или контрабаса колеблется на частоте 41 Гц. Несколько ещё более низких нот можно взять разве что на рояле, в реальных музыкальных произведениях они практически не встречаются.
Передавать такие сигналы на высоких уровнях — значит усиливать низкочастотные искажения. Они, как и гармоники высших порядков, не несут полезной музыкальной информации. А если их не будет, то мы получим возможность услышать то, чем так разительно отличаются ламповые “однотактники” от усилителей других типов — чистую, плотную, певучую “середину”. С точки зрения высокой верности воспроизведения эта часть звукового спектра чрезвычайно важна.
Ведь именно в ней сосредоточены и вокальные партии, и ноты привычных для человеческого уха акустических инструментов, например, скрипки или фортепиано. Эти звуки хорошо узнаваемы, малейшие погрешности здесь будут заметны даже неподготовленному слушателю. Недаром эксперты, оценивающие качество звучания аппаратов высокого уровня, настолько категоричны в данном вопросе: если нет выразительной “середины”, разговаривать просто не о чем.
Впрочем, и расширение частотного диапазона тоже бывает необходимо. Основная проблема недорогих выходных трансформаторов начального уровня — малая индуктивность первичной обмотки. Согласно эквивалентной схеме каскада на НЧ, она включена последовательно с источником сигнала (лампой) и параллельно приведённому к первичной обмотке сопротивлению нагрузки, т. е. самые низкочастотные сигналы будут ею заметно ослаблены.
Какой же выход нам предлагает схемотехника? Если вновь обратиться к учебникам и отбросить радиочастотную экзотику схем с общей сеткой, мы увидим, что нагрузку лампового каскада (например, ту же первичную обмотку трансформатора) можно включить не только в анодную, как обычно, но и в катодную цепь. В последнем случае мы получаем так называемый катодный повторитель.
Его особенности нередко (и прежде всего тогда, когда мы не располагаем дорогими компонентами экстра-класса) могут оказаться очень полезными. Чтобы в этом убедиться. попробуем собрать несложный двухкаскадный однотактный усилитель мощностью около 3 Вт. Его схема показана на рисунке. Благодаря высокой чувствительности (около 250 мВ) его с успехом можно использовать для раскачки АС, подключаемых к настольному компьютеру, ноутбуку, смартфону или планшету.
Но прежде, чем углубиться в конкретную схему, стоит сказать несколько слов о рациональном выборе числа каскадов. В двухтактных усилителях (ламповых или транзисторных) их число может быть самым различным. В лагере любителей однотактного варианта этот вопрос обычно упрощается до крайности: два или три? Второй вариант позволит получить большие размах выходного напряжения и мощность, используя только линейные “аудиофильские” триоды с небольшим собственным усилением.
В двухкаскадной конструкции, скорее всего, потребуются многоэлектродные лампы, дающие более резкий и жёсткий звук. Но на её стороне — целая философия, называемая любителями High-End схемотехническим минимализмом. Суть её в том, что каждый “лишний” элемент (а тем более каскад) на пути сигнала — это помеха, она должна быть устранена. Между прочим, в этой концепции есть рациональное инженерное зерно. Ведь чем проще система, чем меньше в ней элементов, тем лучше она поддается детальному расчету, тем точнее можно предсказать её поведение.
Впрочем, для маломощных усилителей эти выкладки могли бы иметь лишь теоретическое значение — их можно сделать на триодах и двухкаскадными. Если бы не одна, присущая катодному повторителю, принципиальная особенность: он дает усиление только по току. Взгляните на схему, всё выходное напряжение (на первичной обмотке трансформатора Т1) приложено против входного на сетке VL2.
То есть здесь действует 100-процентная отрицательная обратная связь. Все остальные достоинства — лишь продолжение этого “недостатка”, во-первых, такая внутрикаскадная ООС линеаризует и передаточную, и амплитудно-частотную характеристику, а значит, радикально снижает уровень искажений всех видов. Профессионалы-схемотехники, конечно. напомнят про “подводный камень” в виде реактивной составляющей тока первичной обмотки, которая может привести к разрыву петли ООС. Но до тех пор, пока ома работает, мы можем наслаждаться достаточно глубоким басом, используя выходные трансформаторы даже очень посредственного качества.
Во-вторых, и это главное, такой каскад имеет минимальное выходное сопротивление. Чтобы показать важность этого параметра, потребуется не столько теоретический, сколько исторический экскурс. Когда-то очень давно однотактные (и вообще любые) усилители строили только на триодах. Оптимальная для них анодная нагрузка (RA) в разы превышает их собственное внутреннее сопротивление (Rвн), т. е. высокое значение пресловутого демпинг-фактора (коэффициента демпфирования) обеспечивалось автоматически.
Позже в обращение вошли экономичные многоэлектродные лампы (пентоды и лучевые тетроды), имевшие к тому же и более высокое усиление. Но для них необходима Rа, равная (0.1…0.3) Rвн. В этом нет большой проблемы, когда нагрузкой выступает высококачественная, высокочувствительная, максимум двухполосная акустическая система на динамических головках с лёгкими картонными диффузорами и фильтром первого порядка в виде единственного конденсатора — она отлично зазвучит и с пентодным усилителем.
К сожалению, современные АС, как правило, совсем не такие. Их чувствительность невелика, а многополосные кроссоверы рассчитаны на околонулевое выходное сопротивление транзисторного усилителя. И здесь катодный повторитель может оказаться просто незаменимым. Ведь его выходное сопротивление равно 1/S. дальше оно будет разделено выходным трансформатором на квадрат его коэффициента трансформации. Даже при использовании лампы с невысокой крутизной итоговая величина будет малой для “обычного” лампового усилителя без ООС.
Если вернуться к схеме нашего устройства, помимо вышеперечисленных особенностей катодного повторителя, его выходной каскад имеет ещё две: триодное включение лампы (лучевого тетрода VL2) и отсутствующий в явном виде резистор автоматического смещения. Его роль играет активное сопротивление первичной обмотки трансформатора Т1, составляющее около 260 Ом. Это похоже на дань “схемотехническому минимализму, но на деле позволяет “сэкономить” дорогой плёночный конденсатор, которым резистор пришлось бы зашунтировать.
Драйверный каскад, пожалуй, самый сложный для конструирования узел подобного усилителя. Ведь амплитуда его выходного сигнала будет уменьшена сначала катодным повторителем (на несколько процентов), а потом (и на этот раз уже многократно) и выходным трансформатором. Понятно, что амплитуда выходного сигнала драйвера должна быть очень большой.
Если выходное напряжение стандартного резистивного драйвера на одном триоде может показаться привыкшему к микросхемам разработчику просто чудовищным (100 В и больше), то коэффициент усиления на линейных “аудио-фильских” лампах, как уже отмечалось, невелик. Например, у каскада на “половинке” упоминавшегося двойного триода 6Н8С может достигать 13—14, но не более того.
По этой причине пришлось применить лучевой тетрод VL1, включенный по стандартной схеме. Здесь стоит отметить лишь блокировочный конденсатор С4, которым часто пренебрегают даже в промышленной аппаратуре. Его не ставят, если местная ООС, возникающая из-за изменения
напряжения на экранирующей сетке (а оно колеблется противофазно входному сигналу), является желательной. В нашем случае важнее максимальное усиление, так что конденсатор С4 необходим.
К слову, все использованные в усилителе конденсаторы (за исключением С1 и С5) — это обычные лавсановые К73. 8 качестве разделительных С1 и С5 установлены поликарбонатные К78 как более “музыкальные”, по мнению многих аудиофилов. Если на выходе источника сигнала отсутствует значительное (более 10 мВ) постоянное напряжение, конденсатор С1 можно удалить, заменив его проволочной перемычкой. Резисторы — МЛТ и ОМЛТ. Выходной трансформатор ТВ3-1 -1 с коэффициентом трансформации 28 позаимствован от телевизора “Радуга-703”.
Согласно полезному справочнику Гурлева Д. С. [4]. применение лучевого тетрода 6ЖЗП в предварительных каскадах УНЧ даёт хорошие результаты. К сожалению, рекомендованная там же его замена на более массовый пентод 6Ж5П пока не дала желаемого результата — возможно, следует изменить режим. Зато на месте VL2 успешно поработали четыре лампы. Мощные (и совершенно разные по конструкции) октальные 6ПЗС и EL34 сходу вышли на одинаковый катодный ток 56 мА при напряжении питания 230 В.
Несколько более “прозрачный” звук EL34 едва ли окупает многократную разницу в цене. Самой “громкой” в данном квартете неожиданно оказалась старенькая 6П14П саратовского производства, что говорит о высокой реальной крутизне этого пентода А самое точное (практически идеальное!) попадание в справочные режимы продемонстрировала любимая многими 6П1П. Возможно, поэтому заслуженная “единичка” порадовала самым нейтральным и красивым звучанием.
Остаётся лишь добавить, что усилитель не предъявляет особых требований к конструкции блока питания, сохраняет работоспособность при изменении питающего напряжения от 150 до 260 В и имеет большой модернизационный потенциал. Даже применение конденсаторов другого типа (но с такими номиналами) может изменить звук кардинально.
Выходную мощность можно повысить в несколько раз применением более мощного трансформатора и параллельным соединением соответствующего числа ламп в оконечном каскаде — его высокое входное сопротивление вполне позволяет это сделать. Здесь открывается широчайший простор для творчества.
