Выключатель для лампового усилителя
Ламповый аудиокомплекс начинающего. Восемь вариантов включения ламп + АС с чертежами
Для начала немного идеологии. Если аппаратура «Hi-Fi» (высокая верность звуковоспроизведения) имеет вполне определённые стандарты, то «Hi-End» (я бы перевёл как «так высоко, что дальше некуда») весьма расплывчатое понятие, включающее массу субъективных факторов, истинных и ложных трактовок, физических, эзотерических и чисто маркетинговых толкований.
Считается, что «Hi-End» удел избранных. Предлагаю развеять этот миф и попробовать на себе.
Отбросим в сторону «шелуху» в виде: креативно — концептуальных технических решений, применения всякого рода «гармонизаторов», направленности и прямолинейности проводников, зависимости звучания от заоблачной цены на применяемые элементы и так далее.
Сформулируем свою идеологию.
Исходить будем из положительных и физически объяснимых опций «хайэнда»:
• минимальная длина тракта,
• минимальное количество элементов,
• культура исполнения конструкции и монтажа,
• применение качественных радиоэлементов и материалов,
• ну и «hand made» — ручная работа, а точнее «домашнее рукоделие».
Подмешаем в нашу идеологию немного «культовости»:
• отсутствие полупроводниковых элементов,
• отсутствие общих и местных обратных связей,
• отсутствие инструментальной оценки характеристик,
• отсутствие IT-технологий в реализации (программное моделирование и т.п.).
История
Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересует лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.
Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год
Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.
В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.
Строение триода
С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.
Первый каскад, после входа аудиосигнала — SRPP усилитель на лампе 5751, это миниатюрный двойной триод. Но и другие лампы могут быть использованы в драйвере, ближайший аналог — 12AX7, которая даст дополнительное усиление. Ещё 12AU7, ECC82 и ECC802S могут использоваться, но они не будут в состоянии обеспечить достаточное усиление, чтобы раскачать KT88 на полную мощность.
Выходной каскад является инвертирующим Push-Pull усилителем, который базируется на стандартном включении. Есть только один разделительный конденсатор по всему сигнальному пути, что очень хорошо. Элегантность и абсолютная простота этой схемы усилителя понравится всем аудиофилам, которые предпочитают как можно меньше компонентов в тракте сигнала.
Усилитель
После изготовления корпусов пришлось еще подождать, чтобы усилитель был собран и настроен. Но это было приятное ожидание.
Приведу краткие характеристики усилителя:
Двухтактный усилитель на лампах КТ-150.
Усилитель собран по трех каскадной схеме: 12АХ7+ 6Н30П-ЕВ+ КТ-150.
Трансформатор питания тороидальный, мощностью 400 Вт.
Выходные трансформаторы собраны на Ш-железе сечением 24 см.кв.
Блок питания оборудован таймером задержки включения анодного напряжения.
Два режима работы выходных ламп: Триодный и Ультралинейный.
Регулятор громкости с ДУ.
Номинальная мощность 30 Вт на канал (в классе А), Мах. 38 Вт.
Чувствительность 0,7 В.
Нелинейные искажения при мощности 22 Вт — 0,18%.
Окончательный вид усилителя
Дотащить усилитель до дома и установить его в стойку, оказалось делом, в прямом смысле, не легким, вес оказался слишком уж большим (около 40 кг). Я даже боялся разбить стекло на которое предполагалась установка. Но все трудности были преодолены и усилитель был успешно подключен.
Каким-то волшебным образом, при прослушивании музыки на привычном уровне, ручка громкости находилась на тех же 10-и часах, как и на моем прошлом усилителе с 220 Ваттами на канал (Musical Fidelity M6si). Что это, класс А, ламповые спектры, гармоники или все вместе, я судить не берусь, не хватает знаний в данной области. Но факт остается фактом.
Еще одна интересная вещь, при выключении усилителя, он продолжает еще какое-то время играть музыку, постепенно снижая громкость.
Лампы сильно греются. Расположенное в нескольких сантиметрах над лампами стекло верхней полки разогревалось настолько, что тяжело было удерживать на нем руку. Проблема была решена с помощью дешёвого USB-вентилятора. Чтобы он не создавал шум, пришлось уменьшить его обороты, поставив в разрыв плюсового провода резистор на 10 Ом 10 Вт. Использование вентилятора драматически повиляло на ситуацию, стекло полки стало практически холодным.
Вид со снятой нижней крышкой
Стоит указать еще на один момент. После прослушивания усилителя около 150 часов (срок приработки ламп), он возился к мастеру еще раз, для проверки всех параметров и подстройки.
Сборка усилителя
Собирая этот усилитель мне захотелось отойти от классического металлического шасси в пользу «хорошо звучащего» дерева. Правда вместо дерева я воспользовался фанерой, которая в прошлой жизни гордо называлась кухонной доской.
Но вот корпус я все равно предпочел сделать из метала для экранировки потрохов усилителя. На роль крышки пошла крышка от куска какого-то военного прибора для проверки радиоламп в полевых условиях. Это счастье досталось мне от соседа, после сноса его гаража.
После того как я определился с расположением элементов на фанерной крышке корпуса, были просверлены все необходимые отверстия. Тут стоит заострить внимание, пожалуй, только на сверление отверстий под панельки для ламп. Т.к. панельки было решено устанавливать с верхней стороны, то для свободного доступа к контактам, с внутренней стороны я высверливал отверстия бОльшего диаметра, оставляя 4 слоя фанеры, для крепления самих ламп.
Тут стоит быть осторожным и внимательным т.к. фанера любит расслаиваться. Поэтому как только появлялся намек на трещину я подклеивал его суперклеем.
Итак, начнём с базовых понятий. Гитарный усилитель состоит из 3 основных частей: преамп (секция предусилителя), усилитель мощности (он же оконечник) и секция питания (трансформатор и всё, что после оконечника). Лампа-rectifier (выпрямитель) в секции питания довольно сильно влияет на звук. Также очень важно какая лампа стоит первой в предусилителе (на месте v1). Но мы сегодня говорим не о них, а о лампах, отвечающих за мощность и за громкость — о лампах в оконечнике. Они не только усиливают сигнал, приходящий к ним из предусилителя, но также добавляют в звучание свой характерный перегруз и частотный окрас. На мой взгляд, лампы оконечника играют наиболее важную роль в том, как в итоге звучит усилитель. Именно из-за различия ламп оконечника появились такие характерные термины как американское и британское звучание, а также разные другие подвиды и разновидности.
Представьте себе следующее: большинство hi-gain усилителей имеют ручку gain, которая управляет перегрузом на канале. Далее идёт ручка мастер громкости, чтобы мы могли настроить удобный для нас уровень. Таким образом получается, что мы можем играть с перегрузом и на небольшой громкости. Тот перегрух, что вы слышите в таком случае — это перегруз ламп предусилителя. Как правило сам по себе он довольно фузовый, кучерявый (зависит от усилителя) или зернистый, отдача от этого звука очень небольшая, он не динамичен. Вы также заметите, что если поднимать ручку громкости, усилитель как будто начинает оживать, а звук — насыщаться, наполняясь частотами, становясь более динамичным и интересным. Это работают лампы оконечника.
Возьмем, к примеру, Deluxe Reverb, 22 Вт — классический американский чистый звук. Но подняв громкость до 5-6 усилитель начнёт перегружаться и этот звук будет совсем не похож на то как звучит ваша педаль перегруза. Вы заметите, что в нём больше обертонов, звучание более полное, насыщенное, динамичное. Усилитель более отзывчив к вашей игре и ручке громкости на гитаре. Это и есть основные характеристики перегруза ламп оконечника. Когда лампа в усилителе начинает перегружаться (происходит т.н. брейк ап), кажется что в звук добавляется немного компрессии вместе с перегрузом. Важно, однако, не забывать, что в нашем примере частично за перегруз также отвечают лампы в предусилителе. Именно сочетание перегруза ламп преампа и оконечника даёт тот самый вкусны и волшебный результат!
Лампа мощности — это одно из последних звеньев в цепи построения гитарного звука. Она стоит усилителе прямо перед выходным трансформатором. Различные типы ламп в мощнике определяют характер звучания вашего усилителя. Знайте, что общее звучание состоит из частей. И каждая из этих частей очень важна. Преамп, эквалайзер, оконечник, трансформатор, динамики — все эти вещи в конечном итоге и дают тот звук, за который мы готовы платить такие бешеные деньги. Одни только лампы мощности ничего не решают. Но сегодня речь пойдёт именно о них.
Лампа 6L6 очень широко применяется в американских усилителях, именно она стала синонимом калифорнийского звучания. Эти лампы использует Fender, Mesa Boogie и многие другие. Из всех четырёх видов ламп, о которых идёт речь в этой статье, у 6L6 наиболее объёмное звучание, её труднее раскачать, нужно делать усилитель погромче. Мощность одной лампы 6L6 — до 30 Вт в зависимости от схемы усилителя. Мне попадались маленькие 15 Вт усилители на 6L6, а также 60 Вт ребята типа Hot Rod DeVille, так что выбирать есть из чего.
EHX 6L6
На мой взгляд у 6L6 очень мощный, немного бубнящий низ — и это прекрасно. Когда мы включаем такой усилитель погромче, лампы начинают перегружатья и компрессировать звук, низ уплотняется (зависит от схемы конкретного усилителя). Верха лучше всего описываются словом «искристые». 6L6 в целом довольно яркая лампа, которую иногда стоит сделать немного потемнее. Яркие верха и выразительный низ создают впечатление, что середина провалена. Яркие представители этого звука — усилители Fender Twin Reverb, Vibrolux и Blues Deluxe. Это классический стеклянный звук Fender. Несмотря на большой запас прочности, 6L6 очень круто звучит, когда ее перегружаешь. Сочная компрессия и винтажный характер. Средние и низы отлично сочетаются вместе, а задранная верхушка добавляет звуку остроты и яркости.
Лампы 6V6 начали выпускать вскоре после первого выпуска 6L6 в конце 30х годов. Этот младший брат менее мощный, чем 6L6 и ему не требуется мощный и дорогой трансформатор для того, чтобы нормально работать. Выходная мощность лампы 7-12 Вт. Это отличный выбор для домашних усилителей, таких как Fender Champ. Несмотря на меньшую мощность чем у 6L6, 6V6 на неё очень похожа. Низ большой и объёмный, верха искристые, но низы конкретно у этой лампы более упругие и легче управляемые, а верха более мягкие, в них нет той резкости и остроты, что у 6L6. Я также слышу более четкие средние частоты. В целом, 6V6 очень сбалансированная лампа. Верх яркий, а средние частоты не так задавлены. Атака более мягкая, хороший баланс верха, середины и низа, более спокойный тон. Несмотря на различия с 6L6, 6V6 также считается эпитетом американского звучания.
Лампу EL34 впервые выпустила компания Mullard в 1953 году. Она обладает примерно одинаковой мощностью с 6L6 (11-30 Вт). В популярных моделях усилителей обычно используется пара или квартет (4) ламп EL34, что даёт на выходе 50 или 100 Вт соответственно. EL34 — отвечает за тот самый британский звук. В основном из-за того, что её особо часто использовала в своих усилителях компания Marshall.
Electro Harmonix EL34
Mullard EL34
EL34 совсем не похожа на 6L6 или 6V6 по звучанию. Низ более четкий, с хорошим презенсом. Звук в целом не такой округлый и объёмный, но в целом с хорошим презенсом. Верха мягкие, прозрачные, не слишком искристые. Середина — вот за что все любят эти лампы. Середина звучит насыщенно и полно, но не через чур. Этот звук идеально сочетается с гитарными частотами. Звук очень богатый и при этом нет ощущения, что просто задрана середина. Всё очень сбалансировано и отлично сидит в пачке. Идеальная лампа для соло-гитаристов. Когда EL34 перегружается, звук компрессируется и начинает по-настоящему кричать. Обалденный сустейн — я думаю, это связано с тем, как лампа ведет себя на средних частотах — очень динамично. EL34 — отличная лампа, если вы любите играть громко и очень хорошо подходит для хай-гейн ситуаций.
EL84 очень популярная лампа, ее любят многие гитаристы и производители гитарных усилителей. Максимальное рабочее напряжение EL84 — 300 Вольт, а мощность 17 Вт, тем не менее, многие производители заставляют работать эту лампу под напряжением 400 В. В итоге, эти лампы весьма недолговечны. Зато в отличие от остальных участников обзора эти лампы самые дешевые 🙂
Electro Harmonix EL84
Лампа EL84 — это основа звучания “Leeds”. За этот звук отвечает компания Vox. У лампы EL84 свой особенный тембр, упругие низы, яркий верх и очень интересная середина, которая начинает прорезать, когда мы перегружаем оконечник. Чистый звук яркий и пружинистый, а перегруз звучит как будто середина намеренно задрана, при этом остается плотный низ и искристые верха. Большинство усилителей на EL84 сделаны как будто бы специально для того, чтобы резать микс как ножом масло. А с тех пор, как пошла модная тенденция к маломощным усилителям, многие производители стали активно использовать EL84 в своих схемах
Заключение
Итак, мы охватили 4 самых популярных типа ламп. Есть и другие, а также разновидности уже названных выше. Но именно эти 4 лампы — это основа, на которой строится представление о звуке лампового гитарного усилителя. Не забывайте, что лампы в оконечнике — это еще не весь звук. Преамп, секция управления частотами, трансформатор, динамики и все остальные запчасти очень важны. Вы разве не знали, что красный кабинет звучит не так как чёрный? Ну теперь вы точно сможете разобраться в том, в каком направлении вы хотите двигаться, чтобы получить ВАШЕ фирменное звучание. Статья очень субьективная, как и любое описание звука словами. Разные люди слышат по-разному. Самый лучший способ — послушать своими ушами. Доверяйте только самим себе!
Два ламповых усилителя (УМЗЧ)
В статье предлагаются два варианта ламповых усилителей мощности звуковой частоты. Особенность представленных конструкций — гальваническая связь между каскадами. Авторы предприняли попытку найти оптимальное сочетание простоты, качества и повторяемости УМЗЧ с однотактным выходным каскадом мощностью до 8 Вт на канал.
Зачастую при оценке звуковоспроизводящей системы слушатель сознательно или безотчётно ориентируется на субъективные ощущения, определяющие качество звучания. При этом используются такие характеристики, как естественность, «прозрачность», «мягкость» звучания, «быстрота» (отчётливость) баса, детализация воспроизводимой композиции и пр. Разумеется, что с определённой долей условности эти характеристики можно связать с объективными параметрами этой системы — амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), коэффициентами гармонических и интермодуляционных искажений, уровнем шума и фона, коэффициентом демпфирования АС и др. Каждый из предлагаемых здесь ламповых УМЗЧ, с нашей точки зрения, можно рассматривать как сочетание приемлемого качества звучания, неплохих технических параметров и сравнительной простоты схемного решения.
Схема лампового усилителя на лампе Г-807
Первый усилитель — однотактный, на лампе Г-807 (на рис. 1 схема одного из каналов стереофонического усилителя). Он представляет собой модернизацию усилителя «Profundo». Здесь применён дополнительно катодный повторитель, собранный на триодной части комбинированной радиолампы VL1 (6Ф1П). Такое включение позволяет согласовать работу входного и выходного каскадов с целью исключить спад АЧХ в области ВЧ и уменьшить нелинейные искажения преимущественно в области НЧ, возникающих в такой схеме при непосредственном соединении анода пентода и управляющей сетки Г-807.
Как и в первом варианте «Profundo», все каскады усилителя охвачены цепью следующих друг за другом местных обратных связей. Местная положительная обратная связь (ПОС) необходима не только для исключения оксидного конденсатора из цепи катода VL1.1, но и для улучшения воспроизведения низких частот («быстрый» бас). В её цепи образован делитель напряжения R7R5, к которому подключена экранная сетка тетрода. Конденсатор С1 не обязателен, но может служить для устранения возможных шумов при перемещении движка резистора R1. Выходной каскад собран по ультралинейной схеме, снижающей его нелинейные искажения и выходное сопротивление.
Блок питания лампового УМЗЧ
В блоке питания УМЗЧ I использован унифицированный трансформатор ТС-180 (от старых телевизоров). Выпрямитель выполнен на полупроводниковых диодах VD1, VD2 по симметричной схеме удвоения напряжения. Малая глубина общей обратной связи не обеспечивает существенного подавления фона от пульсаций анодного напряжения, поэтому в блоке питания применены П-образные фильтры с дросселями.
Налаживание УМЗЧ проводят либо по методике, описанной в статье [ 1 ], либо (при отсутствии приборов) подстройкой резистором R4 до достижения максимального неискажённого на слух сигнала. Ток покоя анода лампы Г-807, равный 70 мА, можно корректировать подбором резистора R8. Смещение на управляющей сетке выходной лампы относительно катода — около -20 В.
Этот УМЗЧ позволяет применить выходной трансформатор с относительно небольшим магнитопроводом без потерь низших частот. В качестве ВА1 может быть использована широкополосная высокочувствительная (90. 100 дБ/Вт/м) динамическая головка.
Схема лампового усилителя на триодах 6С41С
На рис. 2 представлена схема однотактного УМЗЧ II на триодах 6С41С в выходном каскаде (один из двух каналов стереоусилителя). Усиление первого каскада осуществляется тетродом VL1 (6Э5П), с анода которого сигнал поступает на сетку выходной лампы VL2 (6С41С). Сигнал с середины вторичной обмотки выходного трансформатора Т1 через конденсатор С2 поступает на экранную сетку VL1, образуя петлю ПОС. Она дополнительно увеличивает усиление НЧ сигнала с помощью контура LC2 (где L — индуктивность половины вторичной обмотки трансформатора Т1), т. е. выполняет корректирующую функцию в области низших частот звукового диапазона. При этом резонансная частота контура может быть оценена как fрез= 1/(2π√LC2). ООС образована резистором R6 на экранную сетку VL1. ООС уменьшает нелинейные искажения и предотвращает самовозбуждение усилителя на низких частотах.
В блоке питания этого усилителя для выходного каскада применён выпрямитель на полупроводниковых диодах(по мостовой схеме), а для первого каскада (на тетроде VL1) используется однополупериодный выпрямитель на диодах VD5, VD6 с конденсаторами СЗ, С5. В качестве сетевого трансформатора в блоке питания для обоих УМЗЧ можно применить с достаточным запасом по мощности трансформатор ТС-180 (или его модификации, например, ТС-180-2), соответствующим образом соединив вторичные обмотки для получения необходимого переменного напряжения (63+63+42 В).
Налаживание усилителя производят установкой для VL2 тока покоя 10 = 120 мА подбором резистора R3. При этом напряжение смещения на сетке выходной лампы относительно катода должно быть около -75 В.
Магнитопроводы сетевого и выходных трансформаторов следует размещать в корпусе взаимно перпендикулярно для минимизации магнитной связи через поле рассеяния.
В табл. 2 приведены параметры выходных трансформаторов для ламп, используемых в УМЗЧ I и II.
Для продления срока службы радиоламп желательно установить выключатель (тумблер), через который подают напряжение на аноды ламп примерно через 20 с после включения их накала.
Дроссели L1 и L2 на рис. 1 и рис. 2. могут быть заменены унифицированными Д31-5-0.14. Если их нет в наличии, можно использовать дроссели Др-1,2-0,16 и им подобные, однако при этом в УМЗЧ II следует увеличить ёмкость конденсаторов С4, С6 и С7 до 300 мкФ.
В обеих конструкциях УМЗЧ применены переменные резисторы R1 с кривой регулирования типа В. Остальные резисторы — МЛТ или импортные. Мощный резистор R8 (2,4 кОм) на схеме рис. 1 — например, ПЭВ-10 или импортный большей мощности. Допуск разброса номиналов резисторов — ±10%. Подстроечный резистор — СП-2-2-0,5, СП-3-9 и т. п., желательно со стопором оси.
Оксидные конденсаторы — например, К50-12, К50-17, К50-31 и аналогичные (или импортные). Конденсатор на входе УМЗЧ можно выбрать из плёночных (например, серии К73-9) или бумажных (серии К40У-9), хотя его влияние на звук менее ощутимо, чем межкаскадного (в обоих усилителях связь между каскадами непосредственная, без конденсаторов).
При сборке и отладке усилителей следует соблюдать предельную внимательность и осторожность (высокое напряжение). Вопросы устранения фона переменного тока хорошо изложены в [2, гл. 3) и [3].
Для оформления усилителя можно воспользоваться рекомендациями, изложенными, например, в [2, гл. 4]. Добавим, что шасси УМЗЧ можно изготовить из алюминия или стали толщиной соответственно 1,5 и 0,5. 0,8 мм. Входные разъёмы RCA («тюльпаны»), выходные клеммы — с резьбой. Подстроечный резистор в цепи катода желательно расположить как можно ближе к входной лампе. Его корпус соединяют с общим проводом или экранируют. Провода накальных цепей скручивают между собой.
Психоакустические характеристики каждого из описываемых УМЗЧ имеют свои особенности. На наш взгляд, первому УМЗЧ свойственны детальность и прозрачность звуковой палитры, второму — сочетание мягкости басового регистра с чёткостью высокочастотных компонентов звучания. Общая характерная черта обеих конструкций — «теплота» звучания, как принято говорить о звуке с ламповыми усилителями.
Желаем успеха!
С. АХМАТОВ, Д. САННИКОВ, г. Ульяновск
ЛИТЕРАТУРА
1. Ахматов С., Санников Д. «Profundo» — ламповый усилитель звуковой частоты. — Радио, 2012, № 5, с. 16, 17.
2. Адаменко М. В. Секреты ламповых усилителей низкой частоты. — М : NT Press. 2007.
3. Симулкин С. Секреты ламповой High-End технологии. — Радиохобби, 1999. №4, с.49—52.
