Ламповый усилитель Quad II

Усилитель Quad II отличает необычность разработки, которая, на первый взгляд не кажется многообещающей, но, тем ни менее, он работает, явно используя при этом эффект синергетики, которая обеспечивает согласованное взаимодействие отдельных и казалось бы разрозненных частей системы.

В данной разработке фазоинвертор был использован не только в оконечном каскаде, но также и во входном каскаде. С целью обеспечить необходимый коэффициент усиления, в схеме использованы пентоды. Следовательно, выходное сопротивление имеет высокое значение, так же как и входные шумы. Для того, чтобы все ухудшить окончательно, используется вариант инвертирующего фазовращателя. Выходной каскад охвачен локальной обратной связью, требующей увеличенное значение напряжения возбуждения.

В выходном каскаде используется пара лучевых тетродов типа КТ66 с поделенной в соотношении 9,375:1 анодной и катодной нагрузками. Схема включения катода, таким образом, обеспечивает слабый управляющий сигнал для громкоговорителя и может рассматриваться в качестве последовательной обратной связи, действующей со стороны выходного трансформатора.

Однако, так как катодный ток в выходном трансформаторе складывается из анодного тока и тока экранирующей сетки, было установлено, что такое суммирование снижает искажения третьей гармоники на дополнительные 8 дБ по отношению к значению, которое обеспечивает отрицательная обратная связь.

Влияние этой обратной связи на выходное сопротивление совершенно противоположно интуитивно ожидаемому эффекту . Если просто оставить катодный резистор незашунтированным, то возникнет последовательная обратная связь, которая увеличивает эквивалентное анодное сопротивление re, тогда как трансформаторная обратная связь уменьшает значение га. Это объясняется очень просто, если в качестве нагрузки рассмотреть режим короткого замыкания. Совершенно очевидно, что выходной каскад не будет в состоянии отдавать какое-либо напряжение в такую нагрузку, но так же совершенно очевидно, с другой стороны, что будет отсутствовать и сигнал обратной связи, действующий на катоды. Управляющим сигналом на сетке будет полный входной сигнал, а не разность входного сигнала и сигнала обратной связи; следовательно, выходной каскад будет поддаваться управлению значительно труднее, так как он будет стремиться отдать мощность в короткозамкнутую нагрузку. Такой режим работы будет совершенно эквивалентен снижению выходного сопротивления, и новое значение выходного сопротивления может быть определено с использованием обычных соотношений для обратной связи.

Первичные обмотки трансформатора по своему сопротивлению эквиваленты межанодному сопротивлению 3 кОм. В случае тетродов такое низкое значение анодной нагрузки приводит к существенному снижению искажений третьей гармоники и увеличению доли второй гармоники, действие которой затем нейтрализуется в результате использования двухтактной схемы выходного каскада (при условии, что выходные лампы очень тщательно согласованы по параметрам и режимам).

В схеме применен принцип совместного использования автоматического смещения, следовательно, нет проблемы с осуществлением мер по созданию баланса анодных токов, но следует ожидать увеличение искажений на низких частотах из-за насыщения сердечника трансформатора. В качестве курьеза можно отметить, что в схеме установлен катодный резистор, рассчитанный на рассеиваемую мощность всего 3 Вт, хотя в действительности на нем выделяется 3,8 Вт. Если в эксплуатируемом усилителе Quad II возникли сильные искажения, то очень вероятной причиной может оказаться выгоревший резистор цепи катодного смещения.

Даже при использовании пентодов схема, предусилительного каскада не обеспечивает очень высокого усиления, а входная чувствительность сравнительно невелика и при полной выходной мощности составляет 1,4 В. Такое значение входной чувствительности является просто великолепным для усилителя мощности, так как оно не только обеспечивает безукоризненную работу без дополнительных шумов (даже при использовании пентодов), но это также означает, что входной каскад намного менее восприимчив к фону переменного тока и шумам от входных кабелей или цепей подогрева катодов. По отношению сигнал-шум усилитель Quad II уступает только усилителю Williamson, у которого шумы ниже из-за использования во входном каскаде триода.

Вопреки тому, что, являясь вариантом инвертирующего фазовращателя, входной каскад фазоинвертора не использует обратную связь для поддержания равновесия и его работа построена совсем иначе. Каждая выходная лампа должна иметь резистор сеточного смещения, поэтому вместо того, чтобы задавать дополнительную нагрузку для ламп предусилительного каскада, был сделан отвод сигнала от одного из них для подачи входного сигнала на нижнюю лампу фазоинвертора. С точки зрения теории следует, что если ослабление в цепи отвода равно усилению нижней лампы, то выходной сигнал фазоинвертора будет сбалансированным (уравновешенным). Но так как элементы схемы всегда имеют разброс параметров, то теоретические предпосылки не всегда исполняются и поэтому катоды двух ламп связаны между собой для улучшения баланса.

Каскады усилений, построенные на пентодах, имеют выходное сопротивление, которое примерно равно сопротивлению нагрузки RL. Так как величина нагрузки RLHflя входного фазоинверсно-предусилительного каскада в усилителе Quad составляет 180 Ом, то данное значение не будет достаточно адекватным для передачи сигнала на входной конденсатор выходного каскада, имеющего емкость примерно 30 пФ, и определяющих частоту среза значением примерно 30 кГц. Однако, причем частично из-за выходного трансформатора, это является частотой среза высокочастотной составляющей схемы и не представляет серьезной проблемы. Для каждой выходной лампы необходим размах двойного амплитудного напряжения примерно в 80Bpftmpk% который достаточно легко может быть обеспечен, так как для пентодов режим приближения 0 В достигается гораздо эффективнее по сравнению с триодами, а также потому, что в фильтрах высоковольтного источника питания используется LC-цепи вместо RC-цепей, что позволяет получить более высокие значения высоковольтного напряжения. Высоковольтный источник с LC-фильтром используется также для питания экранирующих сеток выходных ламп, которые к тому же обладают дополнительными преимуществами снижать фоновые шумы источника питания, так как анодный ток тетрода или пентода в значительно большей степени зависим от напряжения на экранирующей сетке, по сравнению с анодным напряжением.

Для пентодов экранирующая сетка обязательно должна иметь блокировку на землю по переменному току. Вместо того, чтобы для каждая из ламп типа EF86 устанавливать свой конденсатор, включенный на землю, между экранирующими сетками двух ламп включен общий конденсатор. Это обеспечивает сразу три преимущества:

• если бы использовались два отдельных конденсатора, то их включение было бы эффективным при их последовательном соединении и подключении центральной точки на землю. Так как на каждую лампу подаются равные, но противоположенные по фазе сигналы, то центральный вывод цепи имел бы всегда нулевой потенциал, даже будучи не подключенным к земле. Следовательно, можно с легкостью отсоединить центральный вывод от земли, имея в результате два последовательно включенных конденсатора, которые затем можно заменить одним, имеющим половину значения емкости каждого;
• так как этот единый конденсатор подключен между двумя точками с равными потенциалами по постоянному току, то напряжение на нем будет гораздо меньше максимально допустимого напряжения относительно земли. Хотя это тоже самое, что рассматривать влияние условий отказа при определении максимально допустимого напряжения, поэтому нельзя расценивать данное преимущество очень уж значительным;
• включение экранирующих сеток каждой из ламп вместе по переменной составляющей помогает установить равновесие точно таким же образом, что и подключение катодов к одной точке.

Хотя замещение одного каскада, который объединил функции входного каскада, фазовращателя и предусилительного каскада, не позволило достичь показателей линейности, характерных для специально проектируемых каскадов, объединенный каскад имеет лучшие характеристики по сравнению со схемой усилителя Mullard, так как от него требуется меньшее усиление.

Обладая только простой схемой предусилительного каскада и выходным каскадом, охваченным петлей обратной связи, элегантный усилитель Quad II не имеет проблем с устойчивостью.