Околокомпьютерный однокаскадный ламповый усилитель малой мощности
Этот компактный усилитель со столь длинным названием я сделал из «подручных материалов» специально для работы в связке с высококачественной компьютерной звуковой картой и полочной «мониторной» акустикой, размещаемой обычно на столе по обе стороны от дисплея. Но пусть вас не смущает такое далекое от hi-end «позиционирование» – даже если когда-нибудь дойдет дело до сравнительного прослушивания, вам вряд ли придется за него краснеть.
Концепция
Схема усилителя довольно нетипична, однако обладает несомненными преимуществами перед более традиционным вариантом однотактного однокаскадника – как звуковыми, что будет легко услышать после сборки, так и чисто схемотехническими. В усилителе использованы распространенные детали и лампы, приобрести которые не составит особых проблем.
Остановимся подробнее на ключевых особенностях. Для того чтобы получить в однокаскадном усилителе хоть сколь-либо вразумительную выходную мощность (т.е. более 1 ватта), необходима лампа, обладающая высоким усилением (>30) и высокой же крутизной характеристики, да к тому же еще и как можно большей мощностью рассеяния на аноде. К сожалению, выбор подобных ламп весьма невелик, особенно это касается советских запасов – из триодов это 6С45П/6С15П… и, пожалуй, все. Есть еще тетроды, такие как заслуженно любимая многими 6Э5П (эх, маловато усиление для наших целей!) и пентоды – 6Ж52П, 6Ж43П и другие. Я лично остановил свой выбор на 6С45П-Е – во-первых, это триод, во-вторых, лампа оказалась довольно доступной, в-третьих, мне она показалась проще в работе чем та же 6Э5П – особенно это касается проблемы подавления паразитного самовозбуждения каскада.
Нулевое смещение
Далее прошу взглянуть на схему, благо она довольно проста. Во-первых, наверняка все обратят внимание на отсутствие какого-либо смещения у входной лампы – и здесь нет ошибки, именно так и задумано. Большинство конструкторов ламповых усилителей имеют обыкновение бояться токов сетки как черт ладана, и всеми силами стараются загнать и так слаботочный триод в режим, в котором величина смещения с лихвой перекрывает максимальное напряжение сигнала на входе. Но при этом многие забывают, что большинство ламп обладают наибольшей линейностью именно в районе нулевого потенциала на сетке, а высокие искажения, которыми традиционно пугают интересующихся режимами с токами сетки, могут появиться лишь в том случае, если источник сигнала не способен линейно работать на низкую нагрузку, которую представляет собой сеточная цепь при положительном смещении.
Компьютерные звуковые платы являются оптимальными источниками звучания для работы на входной каскад с нулевым смещением, так как их линейные выходы обычно оснащены буферными операционными усилителями. В зависимости от типа установленного операционника звуковая плата может дать на выходе 30-70 мА тока, что с огромным запасом перекрывает потребности сетки 6С45П при работе в области положительных напряжений. К тому же уровни выходного сигнала большинства потребительских звуковых плат редко выходят за рамки 1,2 В RMS, поэтому слишком далеко в токи сетки мы с нулевым смещением все равно не попадем. Кстати же говоря, на входе усилителя отсутствует регулятор громкости, так как ввиду особенностей схемы и источника ее намного проще осуществлять непосредственно на самой звуковой плате.
Есть еще один очень хороший повод использовать в однокаскадном усилителе нулевое смещение. Чем выше ток покоя, тем большую мощность мы получим на выходе – а учитывая, что в самом лучшем случае речь идет об 1-1,5 ваттах, здесь дорога каждая крупица. К тому же бОльшая амплитуда сигнального тока на первичке трансформатора способствует расширению полосы частот вниз, за счет увеличения индукции (если, конечно, трансформатор рассчитан на такой ток покоя).
Конечно же, я неоднократно проверял и сравнивал различные режимы работы каскада -- как на слух, в слепом тесте и с привлечением дополнительных экспертов, так и с помощью спектроанализатора. И вариант с нулевым смещением неизменно выходил победителем. Попробуйте сами.
SRPP в выходном каскаде
Касательно другого схемного решения. Изначально мной был реализован традиционный однотактный вариант, на паре спараллеленных 6С45П на канал. Несмотря на весомые достоинства – высокую прозрачность и детальность – этот усилитель страдал существенной нехваткой полосы по НЧ, что было очень заметно даже на полочных АС. Поэтому в один прекрасный день (с подачи А. Резвого, спасибо ему!) я переделал усилитель по топологии SRPP, и был вознагражден совершенно потрясающим звучанием, которое я уж никак не рассчитывал получить от столь миниатюрного и, казалось бы, элементарного по конструкции усилителя. Особенно впечатлили низкие частоты – я никогда не слышал такого качества НЧ-диапазона от моих прошлых однокаскадных поделок.
Причина такой радикальной перемены в звучании оказалась простой. Во-первых, в таком включении сердечник трансформатора не испытывает подмагничивающего воздействия постоянного тока, протекающего через первичную обмотку, что самым благотворным образом сказывается на полосе воспроизводимых частот – к тому же теперь можно использовать трансформаторы без зазора, например тороидальные. Во-вторых, с помощью точного подбора величины развязывающего конденсатора можно добиться подъема в низкочастотной области, компенсирующего ограниченную полосу трансформатора. Наконец, топология SRPP отличается от однотактной тем, что в полном соответствии с принципом push-pull через нагрузку «прокачивается» в два раза больший сигнальный ток, что опять-таки способствует улучшению звучания.
Уникальность топологии SRPP заключается в том, что она по своей сути «двухтактно-однотактная». На сетках ламп – противоположные по фазе напряжения, лампы работают в противофазе, однако при этом если удалить одну из них, схема перестанет работать (в отличие от традиционного push-pull). К тому же с помощью выбора величины резистора Rak можно получать совершенно различный характер спектра на выходе усилителя – от типично-однотактного до более характерного для двухтактного, с подавлением второй гармоники. Величина данного резистора очень сильно влияет на характер звучания усилителя, однако нельзя сказать, что какой-то конкретный номинал будет предпочтительным для всех случаев жизни. Так как мои музыкальные пристрастия довольно разносторонни, в качестве данного резистора у меня установлен потенциометр, позволяющий получать от 50 до 450 Ом, и при прослушивании, скажем, мелодичной и мягкой музыки я выбираю минимальное его значение, а для тяжелых и агрессивно звучащих жанров предпочитаю более высокие величины.
Детали и элементы
Кратко об используемых деталях. В качестве выходных трансформаторов подойдут любые стандартные – у меня работают ТВЗ-1-6 (пара на канал, первички параллельно, вторички последовательно), но можно поставить и ТВЗ-1-9 (желательно предварительно перебрать его сердечник «вперекрышку», или хотя бы просто устранить немагнитный зазор), а также выходные от старых радиол. В качестве оригинальной альтернативы по идее можно рассматривать тороидальные силовые трансформаторы небольшой мощности на 7-10 вольт – некоторые из их могут оказаться вполне адекватно звучащими, по крайней мере, так уверяет Steve Bench (http://members.aol.com/sbench101/), и хотя сам я пока не проверял на практике, но я не вижу причин ему не доверять.
Трансформатор питания – ТАН-31 или любой другой, позволяющий получить 240-260 вольт на вторичке. П-фильтр особенностей не имеет, применены дроссели Д42 из стандартного ряда, однако подойдут любые, индуктивностью от 5 Гн и активным сопротивлением обмотки не более 250-300 Ом, в том числе те же ТВЗ-1-9. Величины емкостей фильтра выбирайте сами, сообразно с эффективностью подавления сетевого фона – SRPP в этом отношении более привередлив, чем традиционный однотактный каскад, поэтому я поставил электролитов с запасом, благо «банки» на 1000 мкФ/400 В нынче относительно доступны.
Отдельный вопрос – разделительный конденсатор, вот к нему стоит отнестись с вниманием, так как от него зависит качество звучания. Я применил полипропиленовый на 20 мкФ, просто были под рукой. Конкретную величину можно посчитать исходя из данных трансформатора либо подобрать экспериментально. В последнее время на рынках в изобилии появились пусковые пленочные конденсаторы, емкостью 15-100 мкф/450 В, вот здесь они будут в самый раз.
Устранение проблем
Важный момент – как любая лампа с высокой крутизной, 6С45П склонна с самовозбуждению (хотя и меньше, чем аналогичные тетроды и пентоды). Для предотвращения этого необходимо, во-первых, использовать заземление типа «звезда», причем заземлять обязательно все четыре вывода катода; во-вторых, категорически не рекомендую эксплуатировать усилитель без антизвонных 100-омных резисторов в сеточных цепях. Поверьте, если они и влияют на звук, то лишь положительным образом – избавляя нас от вредной паразитной генерации каскада. Еще к недостаткам 6С45П можно отнести склонность к микрофонному эффекту, что легко отследить, выслушивая усилитель в качественных наушниках (незаменимый инструмент при отладке) – такой характерный противный звон-зуд на ВЧ, особенно если стукнуть по корпусу услителя. Легким постукиванием по баллонам определите звенящую лампу и замените ее, а чтобы избежать подобных проблем, крепите силовой трансформатор на шасси через виброгасящую прокладку, а лампы лучше устанавливать в панели с демпферами.
Пути усовершенствования
Если вам понравится звучание усилителя, собранного «на коленке» из деталей с радиорынка, есть смысл задуматься и о более качественной реализации данной концепции. Как видно из схемы, вариантов для совершенствования данного усилителя хоть отбавляй. Во-первых, это касается питания – применение кенотронов или вакуумных диодов, Г-фильтра и/или стабилизатора анодного напряжения вне всяких сомнений благотворно скажется на качестве звучания. Также стоит поэкспериментировать с цепью накала – бытует мнение, что выпрямленный и стабилизированный ток накала улучшает качество воспроизведения, и в этом есть определенная логика. Наконец, в схеме действительно минимальное количество деталей, и стоит применить таковые высшего качества.
Еще одним интересным, но неоднозначно воспринимаемым в аудиокругах путем совершенствования этой конструкции является замена всех резистивных элементов схемы индуктивными – аудиодроселями. Это касается резистора утечки сетки, вместо которого стоит установить трансформатор-аттенюатор, в идеале повышающий 1:1,5, а также резистора Rак. Впрочем, это как раз тот случай, когда эксперимент скажет больше, чем любые теоретические изъяснения, поэтому как-нибудь попытайтесь оценить звучание этой схемы, включив вместо Rak первичную обмотку качественного ТВЗ.
Наконец, для получения бескомпромиссного звучания данного усилителя потребуются специальные выходные трансформаторы – в каталогах производителей они обычно обозначаются как parafeed transformers. Основное отличие от традиционных однотактных – отсутствие немагнитного зазора, а в некоторых случаях и добавление в сердечник пермаллоя, что позволяет получить очень большую индуктивность и, соответственно, максимально расширить полосу частот и качество воспроизведения. Но это уже будет не «околокомпьютерный» усилитель, подключаемый к недорогим полочным АС, а устройство совсем другого класса и ценовой категории.
Эпилог
Мой усилитель задумывался и выполнялся как сверхбюджетное решение проблемы качественного озвучивания рабочего места, именно поэтому в нем используются только распространенные детали, а шасси, как и полагается «околокомпьютерному» устройству, изготовлено из корпуса старого сетевого коммутатора 10-Мбит, которые в изобилии валяются в подсобках и кладовых системных администраторов со стажем. Выглядит, конечно, сурово, однако же и предназначение его – служить усладой не для зрения, а для слуха, а уж с этой функцией он вполне справляется.
Вроде бы все. На протяжении уже более нескольких месяцев этот усилитель является моим любимым, работающим по 10 часов в сутки, и одновременно эталонным – с ним я сравниваю звучание других своих конструкций, и таковые они ему уступают, безжалостно разбираю их на запчасти. По этой причине в настоящий момент данный усилитель все еще продолжает оставаться моим единственным, несмотря на редко остывающий паяльник.
