Важно понимать, что ламповый усилитель нуждается в небольшом времени для прогрева, прежде чем начать нормальную работу, поскольку лампы должны подойти к рабочему состоянию. Однако лампы прямого накала могут эффективно функционировать сразу после включения.
Как правильно выбрать ламповый усилитель?
Существует много обсуждений о так называемом «ламповом звуке». В чем же заключается его привлекательность, и почему аудиофилы по всему миру предпочитают именно такой тип оборудования для прослушивания музыки?
Существует много разговоров о так называемом «ламповом звуке». В чем же заключается его популярность и почему меломаны из разных уголков планеты выбирают для прослушивания своих любимых музыкальных произведений именно его.
Что представляет собой ламповый усилитель?
Ламповый усилитель — это устройство, предназначенное для увеличения уровня аудиосигнала и использующее в своей работе электровакуумные или радиолампы. Подобные устройства бывают двух основных типов: однотактные и двухтактные.
Однотактные усилители функционируют с одним каналом усиления, обычно это режимы А1 или реже А2. В таких устройствах задействуют два усилительных элемента (два каскада), в результате чего их структура получается достаточно простой. Эти усилители обеспечивают звучание с высокой чистотой и прозрачностью.
В свою очередь, двухтактные варианты работают с несколькими режимами усиления, такими как А1, А2, АВ1, АВ2, В1 и В2. Они могут комбинировать два типа каналов, что позволяет добиться более гибкого подхода к настройке звучания. Новичкам, как правило, лучше всего подходят комбинации режимов А1 и АВ1 для рабочего диапазона.
Принцип работы, преимущества и недостатки ламповых усилителей
В современных hi-fi и hi-end аудиосистемах усилители звука играют ключевую роль, и ламповые устройства получили широкое применение благодаря своим уникальным характеристикам. Они усиливают аналоговые сигналы благодаря использованию вакуумных ламп. Существует два типа ламп, используемых в усилителях: триоды и пентоды. При этом триоды демонстрируют музыкальное, естественное и живое звучание, в то время как пентоды обеспечивают хорошую скорость, прозрачность и четкость звука. Несмотря на то, что большинство ламп в настоящее время больше не производятся, все еще существует достаточно много доступных моделей для покупки. Ламповые усилители остаются популярными среди любителей музыки, а недавно также начали набирать популярность и ламповые усилители для наушников, что сделало их желаемыми как для профессиональных музыкантов, так и для обычных меломанов.
Часто ламповые устройства сравнивают с транзисторными, однако у ламповых усилителей есть немало преимуществ:
- простота конструкции;
- долговечность усилителей, даже несмотря на то, что сами лампы имеют ограниченный срок службы;
- устойчивость к высокой температуре;
- стабильность при колебаниях напряжения и коротких замыканиях;
- погружение в живое, масштабное, натуральное и музыкальное звучание;
- эстетичность (многим пользователям нравится привлекательный дизайн ламповых усилителей и их теплое свечение).
Для создания полноценной звуковой системы вам также потребуется дополнительно приобрести ЦАП (цифровой аналоговый преобразователь) и акустическую систему, чтобы в полной мере наслаждаться музыкой.
Существуют ли недостатки у ламповых усилителей звука?
В поисках идеала сложно найти полностью безупречные решения, ведь у всего есть свои недостатки. Говоря о ламповых усилителях, можно выделить несколько очевидных минусов:
- низкий коэффициент полезного действия;
- требуя тщательного ухода;
- внушительные размеры и вес;
- высокий расход электроэнергии;
- значительное выделение тепла;
- недостаточная отраженность низких частот, в то время как средние и высокие частоты воспроизводятся лучше всего.
В большинстве случаев лампы, используемые в усилителях, способны работать долгие годы, однако срок их службы все же ограничен, и это следует учитывать перед покупкой. Также стоит отметить, что ламповые устройства часто отличаются большими размерами и весом.
Принцип работы
Все упомянутые типы ламп нашли свое применение в аудиотехнике, и постоянные улучшения в этой области привели к поиску самых эффективных способов их использования. Инженеры вскоре пришли к выводу, что включение экранирующей сетки пентода в схему усилителя позволяет значительно менять режим его работы. При подключении сетки к катоду прибор работает в классическом пентодном режиме, а перенастройка сетки на анод переводит его в режим триода. Эта возможность комбинирования двух типов усилителей, позволяя переключаться между ними с помощью простого выключателя, является значительным преимуществом.
Однако это не единственное новшество. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили иное подключение сетки пентода, присоединяя ее к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Это решение представляется неким компромиссом между чистым триодным и чистым пентодным режимом, предлагая сочетание свойств обоих.
Следовательно, эволюция режимов работы ламп оказалась схожей с развитием классов усиления. После чистых классов А и В был введен комбинированный класс АВ, который объединил сильные стороны двух предыдущих.
Что касается возможных сочетаний режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться в самых различных формах, что иногда создает путаницу и даже вызывает споры среди начинающих. Данная тематика не становится проще из-за того, что производители ламповых усилителей зачастую не указывают класс усилителя, а указывают принцип построения схемы: однотактный (SE, Single Ended) или двухтактный (PP, Push-Pull). Это часто приводит к тому, что пентоды и тетроды ассоциируются исключительно с классом АВ и двухтактными схемами, тогда как триоды часто воспринимаются как синоним класса А и однотактного подключения. На самом деле, ничто не мешает переключить усилитель, который работает в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, точно так же как на базе пары триодов можно создать двухтактный усилитель, работающий в классах В или АВ.
Такое недоразумение основывается на частоте использования различных режимов в разных классах усиления. Триоды чаще всего применяются в однотактных схемах и в классе А. Пентоды и тетроды же, в свою очередь, лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим является реальным вариантом на усилителях, работающих в классе АВ, и не связано непосредственно с классом А.
Преимущества
Традиционный триодный режим работы лампы обладает значительным преимуществом: возможность работать без обратной связи. Пентодный режим, в свою очередь, имеет свои плюсы: он демонстрирует большую линейность работы и может достигать более высокой выходной мощности. Ультралинейный режим позволяет избежать общей обратной связи и при этом сохранять мощность, близкую к пентодному включению. Однако при прочих равных условиях триоды показывают меньший уровень собственных шумов по сравнению с двумя другими режимами.
Слабые стороны одних режимов ламп естественно совпадают с сильными сторонами других. Триодный режим отличается меньше эффективностью и меньшей линейностью, а также менее устойчив к динамическим нагрузкам. Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, могут показывать более высокий уровень шумов и быть более зависимыми от качества выходных трансформаторов. Пентодовое усиление не может обойтись без общей обратной связи, а она может требоваться даже в некоторых случаях ультралинейного режима.
Если с лампами накаливания всё понятно – они излучают свет, выполняя свою основную функцию, то какая же роль свечения в радиолампах?
Свечение электронных ламп связано с необходимостью нагрева катода до значительной температуры, необходимой для обеспечения электронам нужной скорости, позволяющей им покинуть металлическую структуру. Процесс, в ходе которого разогретый катод излучает электроны, называется термоэлектронной эмиссией. Этот процесс сходен с испарением жидкости: при низких температурах испарение практически не происходит, а с увеличением температуры его интенсивность возрастает. В электронной лампе катод может достигать температуры около 2000 градусов. Для того чтобы выдерживать такие температуры, для нитей накала катода используют высокотемпературные металлы.
| Факт | Покрытие нитей накала ламп различными сплавами, облегчающее эмиссию, называется активированием, а такие нити получают название активированные. Активированные нити чувствительны к перегреву, поскольку в этом случае разрушение активирующего слоя приводит к прекращению эмиссии электронов при нормальных для них температурах. В таком случае говорят, что лампа потеряла эмиссию. |
Изначально для нитей накала использовали чистый вольфрам, которому требовалось разогреваться до 2000 градусов для поддержания устойчивой эмиссии. При такой температуре нити выпускали белый свет и по сути исполняли функцию обычных ламп в люстрах. Однако такая высокая температура требовала значительных энергозатрат, что, в свою очередь, обязывало применять мощные блоки питания.
Позднее ученые выяснили, что эмиссию электронов можно стимулировать путем покрытия вольфрамовых нитей определенными сплавами, что позволило уменьшить температуру накала до 800–900 градусов. Это сокращение снизило необходимый ток накала в десять раз, а при такой температуре катод начинает излучать именно тот “теплый” красно-оранжевый свет, который так ценится в ламповых устройствах.
Какова причина наличия вакуума в электронной лампе?
Присутствие вакуума в рабочей среде радиолампы необходимо по двум основным причинам. Во-первых, вакуум нужен для предотвращения окисления нитей накала. Тонкие нити, нагретые до высоких температур, быстро разрушаются под воздействием кислорода. Во-вторых, принцип работы радиолампы основывается на управлении потоком электронов, которые двигаются от катода к аноду и не должны сталкиваться с препятствиями. Воздух служит таким препятствием для движущихся электронов.
Особенности работы однотактных схем
Однотактные схемы работают исключительно в классе А и имеют меньшую выходную мощность по сравнению с двухтактными, при том что коэффициент полезного действия остается также ниже. Спектр выходного сигнала однотактной схемы включает в себя гармоники, такие как вторая и третья, которые имеют сопоставимые уровни.
Однотактные схемы не требуют тщательной подстройки ламп. Конструкция трансформатора, используемого в однотактных каскадах, существенно упрощена. Поскольку лампа работает в режиме А, магнитопровод выходного трансформатора постоянно подмагничивается, это также существенно ухудшает его линейность.
Парадокс триодного звучания
Необходимость добавления дополнительных сеток в триоды объясняется их неустойчивой работой на высоких частотах. Пентоды, в сравнении с триодами, имеют меньшую ёмкость между электродами и более стабильны на радиочастотах. Они способны обеспечивать большую выходную мощность на той же площади анода.
Согласно паспортным характеристикам, пентоды, особенно лучевые тетоды, предпочтительнее для использования в выходных каскадах усилителей звуковой частоты. До широкого внедрения полупроводников в советской аудиотехнике обычно использовали однотактные схемы с лучевым тетродом 6П3С или выходным пентодом 6П14П. На выходе трансляционных усилителей чаще использовали двухтактные каскады с мощными лучевыми тетродами Г807 или 6Р3С.
Кажется, что пентоды в данном контексте лучше, но есть нюансы…
Когда началась замена ламповых усилителей на транзисторные, был замечен эффект «транзисторного звучания». Транзисторы действительно превосходят ламповые приборы по многим критериям, включая коэффициенты нелинейных искажений, но при этом звучат совершенно иначе.
Коэффициенты нелинейных искажений двухтактных выходных каскадов с ультралинейным подключением выходных пентодов показывают результаты, сопоставимые с теми, которые имеют лучшие транзисторные усилители. Однако триодные однотактники в этом аспекте как раз считаются аутсайдерами.
Исследования выявили, что эффект «транзисторного звучания» возникает из-за наличия нечётных гармоник в спектре выходного сигнала транзисторных усилителей. Эти гармоники придают звуку металлический оттенок.
Вердикт экспертов был парадоксальным: однотактный выходной каскад на триоде настолько плох, что его звучание оказывается невероятно хорошим. Высокий уровень второй гармоники в спектре триодных однотактников скрывает наличие в нем третьей гармоники, так как человеческое ухо лучше воспринимает четные гармоники. Благодаря этому звук звучит мягче и объемнее.
Дополнительно, триод как усилитель имеет значительно более узкий диапазон частот, а в спектре однотактного каскада на триоде уровень высших гармоник оставляет желать лучшего по сравнению со схемой на пентоде.
Таким образом, недостатки одного типа схемы создают преимущества другого.
К несомненным достоинствам однотактных каскадов стоит отнести необходимую независимость от подбора ламп. В случае изменения анодного напряжения или потери эмиссии однотактный каскад с автоматическим смещением, вероятнее всего, останется в чистом классе А.
От автора
С тех пор как в 1991 году я собрал свой домашний аудиокомплекс, основным элементом в нем является ламповый усилитель «Прибой 50УМ-204С», который использует акустические системы «Союз 130АС-002».
В выходных каскадах усилителя применены двухтактные схемы, использующие мощные лучевые тетродные 6Р3С. Акустические системы подключены к усилителю недорогими акустическими проводами китайского производства, а все соединительные шнуры сделаны самостоятельно. У меня есть коллекция виниловых пластинок, но в основном я предпочитаю слушать музыку с компакт-дисков.
Я страстно увлечён ламповой техникой, и меня огорчают бесполезные споры о том, что лучше: винил или компакт-диск, лампы или транзисторы, триоды или пентоды и так далее. Надеюсь, что моя статья сможет внести ясность в эту область и помочь перенаправить часть таких дискуссий в более конструктивное русло.
