Принципы построения ламповых аудиофильских усилителей, разработанных профессионалами, предельно ясно изложены фирмой «Audio Note» — «законодательницей мод» в мире аудиотехники запредельной стоимости.

• работа всех каскадов в классе А;
• нулевая общая отрицательная обратная связь;
• однотактный выходной каскад;
• использование ламп в выпрямителях тока;
• использование прямонакальных триодов в выходном каскаде;
• высокое качество всех компонентов и материалов.

Однотактный усилителя на триоде

Рис. 2.4. Схема усилителя «Conquest» фирмы «Audio Note» (один канал). Блок питания и цепи накала не показаны

На рис. 2.4 приведена в качестве примера схема лампового однотактного усилителя Conquest фирмы «Audio Note». Схема усилителя содержит 3 каскада, используются только триоды, связь между первым и вторым каскадами — непосредственная (без разделительного конденсатора), для увеличения выходной мощности использовано параллельное соединение выходных триодов. Мощность каждого канала этого усилителя — 18 Вт. Чтобы обеспечить непосредственное соединение первого и второго триодов, используется повышенное напряжение питания обоих триодов лампы 6SN7, при этом увеличено сопротивление резистора в цепи анода первого триода (61 кОм) и сопротивление резистора в цепи катода второго триода (19,5 кОм).

Все каскады работают в классе А. В качестве выходных ламп используются прямонакальные триоды 300В, заслужившие высокую репутацию в среде аудиофилов благодаря очень естественному звучанию. Можно отметить как не совсем удачное решение автоматическое смещение в выходном каскаде (резисторы по 750 Ом в катодных цепях ламп 300В). Во-первых, известно, что эти триоды лучше звучат при использовании фиксированного смещения. Во-вторых, при токе около 100 мА на каждом из них падает более 70 В (это и есть необходимое напряжение смещения).

Рис. 2.5. Схема усилителя «Апкоги» фирмы «Audio Note» (один канал). Блок питания и цепи накала не показаны

На эту величину (т. е. на 20 %) приходится увеличивать напряжение питания. Соответственно, увеличивается и потребляемая мощность. Она составляет для данного усилителя 135 Вт на канал. Масса одного моноблока — 20 кг. Мощность усилителя «Апкоги» (рис. 2.5) — 70 Вт на канал при коэффициенте нелинейных искажений 5 % (с пометкой «вторая гармоника»), чувствительность 1,6 В. Масса одного моноблока 44 кг, потребляемая мощность 550 Вт. Такая высокая мощность в ламповых однотактных усилителях — большая редкость. Усилитель также содержит 3 каскада, причем между вторым и третьим каскадами — трансформаторная связь (именно связь, без повышения напряжения, коэффициент трансформации равен 1).

Использование трансформатора не только позволяет исключить разделительный конденсатор, но также позволяет уменьшить напряжение питания по сравнению с каскадом с резистивной нагрузкой, так как на резисторе в данном случае падение напряжения составило бы около 100 В. В выходном каскаде, как и в предыдущем случае, использовано параллельное соединение выходных триодов для получения удвоенной мощности. Все каскады работают в классе А. Но в отличие от предыдущего усилителя, в «Апкоги» использовано фиксированное смещение выходных триодов с помощью слаботочного внешнего источника с регулируемым напряжением 100—200 В.

Рис. 2.6. Выходной блок усилителя М-10 фирмы «Audio Note». Цепи накала не показаны

Применяется также трансформатор и на входе усилителя — для получения балансного входа. Последнее ослабляет влияние наводок и внешних помех и используется не только в ламповых, но и в транзисторных усилителях высшего качества. В качестве еще одного примера схемотехнических решений приведем схему выходного блока усилителя М-10 этой же фирмы. Усилитель М-10 содержит фонокорректор, переключатель входов, регулятор громкости и усилитель напряжения с трансформаторным выходом. Он предназначен для совместной работы с мощным оконечным усилителем. На рис. 2.6 показана схема выходного каскада этого усилителя. Его номинальное входное напряжение — 120 мВ, выходное — 1 В.

Характерной особенностью этого усилителя является отсутствие разделительного конденсатора между каскадами, применение триодов в каждом каскаде, использование «номерных» ламп, разработанных для промышленного и военного применения, отличающихся улучшенными характеристиками и повышенной надежностью, использование на выходе не конденсатора, а трансформатора для связи с последующим усилителем мощности. Первый каскад построен по схеме, получившей название в русскоязычной литературе «каскад с динамической нагрузкой». Особенность этого каскада заключается в том, что верхний по схеме триод V1b создает очень высокоомную нагрузку для нижнего триода V1a, который усиливает входной сигнал. Работа такого каскада подробно обсуждается в главе 4.

Для того, чтобы исключить применение разделительного конденсатора («лучшая деталь — та, которой нет, так как только такая деталь не вносит искажений»), на катодах параллельно соединенных выходных триодов создается постоянное положительное напряжение величиной порядка сотни вольт за счет применения катодных резисторов большой величины (15 кОм). Такой подход позволяет укоротить усилительный тракт за счет исключения разделительного конденсатора и уменьшить стоимость. Высококачественный высоковольтный конденсатор может стоить от нескольких до нескольких десятков долл. США.

Это, однако, приводит и к нежелательным последствиям:

• к дополнительному потреблению около десяти ватт мощности от источника питания, рассеиваемой на катодных резисторах выходного каскада;
• к некоторой потере «динамики» звучания из-за большого сопротивления в цепи катода.

По мнению многих разработчиков, выигрывая в отсутствии межкаскадного конденсатора, мы проигрываем из-за необходимости шунтирования катодного резистора выходного каскада высококачественным и высоковольтным конденсатором большой емкости, определяемой приблизительно из условия RC > 1 с (R в омах, С в фарадах). Без этого конденсатора сильная местная отрицательная обратная связь, образуемая катодным резистором в выходном каскаде, в несколько раз снизит коэффициент усиления каскада по напряжению.

Надо отметить, что в усилителях фирмы «Audio Note», как и в абсолютном большинстве современных аудиофильских ламповых усилителей, нет новых схемотехнических решений.

Двухкаскадный усилитель с непосредственной связью между каскадами и катодным резистором большой величины во втором каскаде был предложен в 1930 г. Е. Лофтином и С. Уайтом и известен как «усилитель Лофтина-Уайта. Каскад с динамической нагрузкой предложен в 1940 г. сотрудником американской фирмы RCA М. Артцем. Используемые в рассмотренных схемах лампы существуют многие десятки лет.

В рассмотренных схемах четко видны основные признаки современной промышленной ламповой усилительной аппаратуры высшего класса:

• применение известных схем и известных ламп;
• краткость тракта при тщательном отборе компонентов;
• предпочтительное использование во всех каскадах триодов, а не тетродов или пентодов;
• минимизация числа разделительных конденсаторов, применение вместо них трансформаторов.

Использование давно известных схем и давно разработанных, а часто — и давно изготовленных, ламп дополнительно усиливает оттенок возрождения ранее созданных, но уже забытых достижений в выражении «ламповый ренессанс». Напомним, что французское слово «renaissance» означает «возрождение». Срок службы мощных выходных ламп составляет в лучшем случае несколько тысяч часов. При замене ламп неквалифицированным пользователем в процессе эксплуатации необходимо обеспечить гарантированное воспроизведение их режимов работы.

Поэтому многие фирмы отдают предпочтение автоматическому смещению в выходном каскаде с использованием катодного резистора (как на рис. 2.4). Воспроизведение и поддержание режима лампы обеспечивается благодаря тому, что увеличение тока через резистор вызывает соответствующий рост разности потенциалов на нем, а поскольку это напряжение является отрицательным смещением на сетке по отношению к катоду, рост анодного тока прекращается.
Уменьшение тока через катодный резистор вызывает уменьшение отрицательного смещения на сетке и приводит к восстановлению исходного значения тока.

В этом и состоит местная отрицательная обратная связь. Однако, хорошо известно, что большинство мощных ламп звучат лучше при фиксированном смещении, когда отрицательное смещение на сетку лампы подается от независимого внешнего источника (на рис. 2.5 — через вторичную обмотку согласующего трансформатора). В схеме Лофтина-Уайта исключение катодного резистора возможно за счет применения дополнительного источника питания в выходном каскаде. Однако при этом вырастает себестоимость усилителя. Появляется необходимость подстройки внешнего фиксированного смещения при каждой замене лампы. Это требует участия специалиста либо введения электронной системы подстройки режимов лампы, что также увеличивает себестоимость аппарата.

Здесь мы явно видим преимущества конструкторов-самодельщиков над конструкторами-профессионалами. Конструктор-самодельщик в состоянии отрегулировать режимы лампы при ее замене, а добавление еще одного силового трансформатора (или дополнительной обмотки) мощностью не более 1 Вт — не самая дорогая и трудоемкая операция. Предлагаем вниманию читателей две схемы ламповых двухкаскадных усилителей на триодах, не содержащих разделительных межкаскадных конденсаторов, предложенные уважаемыми в среде радиолюбителей на постсоветском пространстве конструкторами ламповой аудиоаппаратуры.

Рис. 2.7. Двухламповый однотактный усилитель Е. Комиссарова (Радиохобби; 2003, №5, с. 53). Цепи питания накала прямонакального триода 2АЗ не показаны

Усилитель Евгения Комиссарова (рис. 2.7), как видно, похож на схему усилителя М-10 фирмы «Audio Note». Используются только триоды, в усилителе только два каскада, первый каскад построен по схеме с динамической нагрузкой, между каскадами нет разделительного конденсатора. Но в выходном триоде 15-килоомный катодный резистор и шунтирующий его конденсатор исключены. Резистор сопротивлением 1 Ом в цепи катода используется для контроля тока выходной лампы при наладке усилителя и замене лампы. Как видим, сигнальный тракт оптимизирован за счет усложнения источника питания. В этом — один из существенных принципов «хай- энда»: максимальное внимание источнику питания при минимизации непосредственного тракта прохождения сигнала.

Рис. 2.8. Двухламповый однотактный усилитель А. Манакова

Двухламповый усилитель на триодах, предложенный Анатолием Манаковым (рис. 2.8), содержит вместо разделительного конденсатора согласующий трансформатор. Трансформатор не только обладает более низкими искажениями по сравнению с конденсаторами, но также позволяет уменьшить напряжение питания входного каскада. Трансформатор выполнен повышающим (в 2 раза), чтобы с двумя каскадами получить достаточное усиление по напряжению от всего усилителя в целом, ядром которого является прекрасно звучащий, но имеющий низкий коэффициент усиления по напряжению прямонакальный триод 300В.

Входной каскад имеет отдельный источник питания +150 В. Смещение на сетку выходной лампы подается от внешнего источника (-150 В), что позволяет не только полностью использовать напряжение питания, но и получать более высокое качество звучания. При организации смещения с помощью катодного резистора падение напряжения на нем составило бы примерно 70 В.
Конструкция А. Манакова с двумя триодами и трансформаторной связью между каскадами, без сомнения, может быть отнесена к лучшим аудиофильским решениям. «Минималистский» усилитель Манакова на двух триодах, не содержащий ни одного конденсатора в тракте прохождения сигнала, требует от 5 до 10 независимых источников питания.

Нижняя граница этого диапазона соответствует общим источникам питания для обоих каналов: 1 — анодное питание выходного триода, 2 — анодное питание входного триода, 3 — накал выходного триода (5 В), 4 — накал входного триода (6,3 В), 5 — смещение выходного триода. Верхняя граница 5×2= 10 соответствует варианту «двойное моно» по всем источникам питания. Использованные в схемах на рис. 2.7 и рис. 2.8 лампы 2АЗ и 300В являются прямонакальными триодами. Благодаря весьма низким искажениям они стали в определенном смысле «культовыми» представителями лампового ренессанса.

Лампа 2АЗ (советские аналоги — 2СЗ, 6С4С) в выходном каскаде позволяет получить не более 5 Вт выходной мощности, что часто недостаточно для полноценной раскачки средних динамиков в помещении более 20 м2 и требует применения специальных громкоговорителей большого диаметра с чувствительностью 94—98 дБ/В/м. Лампа 300В обеспечивает до 9 Вт выходной мощности, но имеет низкий коэффициент усиления по напряжению. Эти триоды выпускаются сегодня российскими предприятиями «Рефлектор» (Саратов) и «Светлана» (С.-Петербург). Поэтому в некоторых схемах используют повышающий трансформатор (как на рис. 2.8), а в некоторых — двухкаскадный предварительный усилитель напряжения на лампах 6SN7 (как на рис. 2.4).

Рис. 2.9. Двухламповый однотактный усилитель на лучевом тетроде EL34, предложенный В. Брусникиным (Радиохобби 2000, №3, с.53). Цепи накала не показаны

Советский аналог этих двойных триодов — 6Н8С, или 6С2С (один триод в баллоне). Иногда используют сочетание «пентод(тетрод) на входе + триод на выходе» (например, 6Э5П совместно с 300В или EF860 совместно с 6С19П). Но чаще и профессиональные разработчики, и радиолюбители для построения усилителя мощности всего с двумя каскадами применяют сочетание «триод на входе + пентод (тетрод) на выходе». Две такие схемы показаны на рис. 2.9 и рис. 2.10.В первом усилителе, построенном по схеме Лофтина-Уайта, в каждом канале используется половинка двойного триода 6Н8С в сочетании с лучевым тетродом EL34 (советский аналог — 6П27С). Мощность такого усилителя около 4 Вт.

Второй усилитель имеет триод 6С2С (может быть замещен половинкой 6Н8С с несколько худшим результатом) в сочетании с мощным лучевым тетродом КТ88. Советских аналогов у этого тетрода нет, но клоны этой лампы, а также ее аналога — лампы 6550 — выпускаются упомянутыми выше российскими предприятиями. Усилитель построен по классической схеме с разделительным конденсатором между каскадами и фиксированным смещением. Он обеспечивает выходную мощность около 12 Вт. Этот усилитель работает у автора несколько лет, отличается нейтральным и в то же время наполненным звуком с хорошей пространственной сценой. Именно этот усилитель «отбил» желание у автора этой книги заниматься усовершенствованием полностью полупроводниковых усилителей с ОООС и побудил перейти к гибридным схемам с транзисторным выходным каскадом, не охваченным ОООС. Отметим, что простота всех приведенных в этом разделе ламповых усилителей кажущаяся.

Рис. 2.10. Двухламповый однотактый усилитель с выходным каскадом на лучевом тетроде КТ88 (6550) с фиксированным смещением. Цепи накала не показаны

Например, усилитель, представленный на рис. 2.10 имеет:

• силовой трансформатор мощностью 140 Вт с раздельными повышающими обмотками для питания каждого канала;
• дроссели и электролитические высоковольтные высококачественные конденсаторы в каждом канале;
• отдельный трансформатор (60 Вт) для питания накала ламп с раздельными обмотками для входных и выходных ламп, причем напряжение накала входных ламп стабилизировано;
• отдельный маломощный трансформатор и выпрямитель для обеспечения фиксированного смещения выходных ламп.

Усилитель потребляет непрерывно мощность более 80 Вт и имеет массу более 12 кг. Однако достаточно было автору один раз его услышать, чтобы навсегда «заболеть» ламповым звуком.
Предыдущие опыты с тем же «базовым набором» компонентов, но с выходными лампами 6ПЗС (две параллельно соединенные, испробовано много ламп разных производителей и годов выпуска), EL34 («новоделы» Саратовского завода) такого эффекта не смогли произвести. Не зазвучали в качестве ламп первого каскада ни 6Н23П, ни их зарубежные аналоги ЕСС88, ни ЕСС85, ни 12АХ7 немецкого и английского производства, ни триоды из 6Ф12П.

В моем домашнем «рабочем журнале» того времени осталась запись: «Все время не покидает ощущение, что полученный результат не стоит затраченных усилий и денег».

«Базовый набор» компонентов во всех случаях: силовые трансформаторы серии ТА с большим запасом по мощности, выходные — от «Аудиоинструмента», электролитические конденсаторы «Mundorf», «Rubycon», пленочные — «Wima» MKS, «Phillips» MKT, МКР неизвестного производителя, слюдяные советские 0,1—0,2 мкФ, потенциометр «Alps», монтаж навесной на керамических панельках и стойках, пайка оловянно-серебряным припоем.Для прослушивания использовались акустические системы типа «трансмиссионная линия», в каждой из которых установлено по две 8-дюймовые бумажные НЧ-СЧ головки «Hertz» и по одной высокочастотной «Morel», соединенные последовательно с использованием фильтров первого порядка.Так что правы по-своему и те, кто убежден, что лампы лучше транзисторов, и те, кто им не верит.